microRNAs与代谢综合征的相关性的研究进展

荆菁 杨卫芳 于民民

(山东青岛市市立医院，山东青岛 266000)

代谢综合征包括腹型肥胖、高脂血症及高密度脂蛋白胆固醇(HDL-L)低下、胰岛素抵抗和(或)葡萄糖耐量异常等。随着研究的深入，代谢综合征研究的内容愈来愈丰富，如脂肪肝、促炎性反应、促血栓形成等。这些因素相互关联，可加重代谢综合征，甚至导致心脑血管疾病的发生。代谢综合征目前的治疗手段如改变生活方式、控制饮食、药物治疗等往往效果不满意，因此，需要进一步了解其发病机制，以发现更好的预测手段和治疗方法。

microRNAs是一类长度约22 nt的非编码单链小RNA，在哺乳动物、果蝇、植物、病毒中均存在[1]。microRNAs由单链RNA经Drosha和Dicer酶加工而成，其源基因位于编码区或非编码区，可成簇。microRNA能与RNA结合形成RNA诱导的沉默复合体(RNA induced silencing complex,RISC)[2]，在转录水平上调节基因表达。microRNA指导效应复合物与靶mRNA结合并完全互补时剪切靶基因，互补程度较低时抑制翻译过程。一条microRNA可同时调控100个以上参与相同或相关生理过程的靶mRNA。microRNAs参与如胆固醇代谢、胰岛素抵抗等代谢相关过程。

循环中的microRNAs性质稳定，可作为生物学标志物用于诊断疾病，如家族性高胆固醇血症患者血浆HDL-microRNAs谱与正常人显著不同；动脉粥样硬化患者中，HDL-miRNA可诱导肝脏细胞的HDL受体下调[3]，因此，HDL-microRNA可作为辅助诊断指标。循环中microRNAs表达改变与某种疾病状态相关，如miR-122与非酒精性脂肪肝、肝脏损伤相关；miR-223与动脉粥样硬化相关；miR-126与2型糖尿病相关[4]。在肥胖小鼠模型中，用反义寡核苷酸抑制miR-122后，脂肪生成相关的基因和转录因子表达下降，使血浆胆固醇下降，肝脏脂肪变性得到明显改善[5]。本文从以下几个方面概述microRNAs与代谢综合征的关系。

1 microRNAs与肥胖

肥胖是一种慢性进展性代谢疾病。随着体质量指数(BMI)增加，糖尿病、癌症、骨关节炎、心血管疾病危险性也随之增加。肥胖的药物治疗及减肥手术的临床效果均不理想。深入了解肥胖的分子学机制，对于治疗肥胖显得十分必要。miR-143被最早发现参与脂肪细胞分化，随后一些与脂肪分化相关的microRNAs相继被发现, 包括miR-204、miR-141、miR-429等，它们参与初期多能干细胞向脂肪细胞的转化过程；miR-17-92、miR-130、miR-27a、miR-27b、miR-378参与脂肪细胞最终分化的整个过程[6]。

1.1 microRNAs与脂肪组织 脂肪组织分为白色脂肪组织和棕色脂肪组织。白色脂肪组织储存多余的能量，而棕色脂肪组织燃烧能量。棕色脂肪的这一特性与棕色脂肪组织中的特异蛋白—UCP-1(线粒体内膜解偶联蛋白)有关。UCP-1分子嵌入线粒体膜内消除线粒体电位，驱动脂肪消耗并促使其转化为热量而非以三磷酸腺苷(ATP)的形式储存起来。棕色脂肪组织是目前研发抗肥胖药物的新方向[7]。研究[8]发现，miR-455在前白色脂肪细胞和成熟脂肪细胞中表达下调，而在棕色脂肪细胞分化过程中表达上调，表达方式与UCP-1相似，miR-455可能与棕色脂肪组织的分化和功能完善有关。另3种典型的肌源性microRNAs——miR-1、miR-133a、 miR-206在白色脂肪细胞中不表达，而在前棕色脂肪细胞和成熟细胞中高表达，参与能量消耗和产热过程。将这些microRNAs或与转录因子一起转染到白色脂肪细胞和肌肉细胞中，可将棕色组织的特性赋予白色脂肪组织和肌肉组织，并可用于临床上治疗肥胖[9]。研究[10]还发现，白色脂肪组织microRNAs谱的改变与肥胖相关，且某些与脂肪形成相关的microRNAs在肥胖个体中显示出与正常个体中相反的表达模式。尽管已发现microRNAs与脂肪形成及肥胖有关，其表达谱在模型中也发生改变，但其与肥胖的关系仍需要进一步的体内试验证实。

1.2 microRNAs与氧化应激 在肥胖个体中，脂肪组织因体积增大而功能不全，并有巨噬细胞浸润。慢性炎性反应和缺氧是肥胖个体中脂肪组织的两个主要特点。肿瘤坏死因子-α(TNF-α)能抑制过氧化物酶体增殖物激活受体 γ(PPARγ)、脂联素等脂肪细胞特异性蛋白的表达，并活化细胞周期基因，导致肥大脂肪组织发生胰岛素抵抗[11]。研究[12]发现，miR-422b、miR-103、miR-30c在脂肪形成过程中表达上调而在肥胖模型中表达下调，miR-221、miR-222则相反，这可能与慢性炎性反应和高水平TNF-α有关。在新诊断的2型糖尿病合并超重或肥胖患者的大网膜脂肪组织中，miR-17-5p、miR-132、miR-134表达下调，miR-181a表达上调； miR-132低表达与大网膜脂肪组织巨噬细胞浸润有关，miR-181a高表达与血液循环中脂联素水平下降有关[13]。缺氧是肥胖脂肪组织发生应激反应的重要因素，可影响参与脂肪生成的miR-27的表达[14]。

2 microRNAs与胰岛素抵抗

2.1 microRNAs与脂肪细胞 胰岛素抵抗是2型糖尿病的患病基础，在糖尿病确诊前10～20年就已持续存在，是预测2型糖尿病最准确的指标。三酰甘油升高和脂肪动员是胰岛素抵抗的早期表现，脂肪动员可使血浆游离脂肪酸升高，并发生三酰甘油异位沉积。脂质沉积在肌肉组织和肝脏会加重代谢紊乱，沉积在胰岛β细胞导致β细胞功能不全并加速β细胞凋亡，这些因素均可导致2型糖尿病的发生[15-16]。

前脂肪细胞分化为脂肪细胞的过程中有多种转录调节因子参与，如PPARγ、C/EBPs等。microRNAs可作用于这些因子，调控脂肪形成[17]。Esau等[18]发现，miR-143在脂肪细胞分化过程中表达上调；用反义核苷酸技术抑制miR-143，可阻止脂肪细胞分化，降低脂肪分化特异基因如AP2、HSL、PPAR-γ2的表达，并使脂肪细胞中三酰甘油含量下降75%。Xie等[19]在小鼠3T3-L1脂肪细胞分化模型中发现，miR-103、miR-143在脂肪生成过程中表达上调，且在前脂肪细胞中异位表达，可加速脂肪形成，提高细胞中三酰甘油含量。在正常生理状态下，miR-27b或miR-130在脂肪分化过程中表达下调；而当miR-27b过度表达时，它可与PPARγ的mRNA上的miR-27b互补位点相结合，阻止PPARγ 和下游C/EBPa的表达，起到抑制脂肪分化的作用[20-21]。Kajimoto 等[22]在3T3-L1前脂肪细胞系的分化过程中发现，miR-10b、miR-15、miR-26a、miR-34c、miR-98、miR-99a、miR-101、 miR-101b、 miR-143、miR-152、miR-183、miR-185、miR-224、let-7b 表达上调，而miR-181、 miR-182 表达下调，这些表现出现在脂肪细胞分化的中晚期(第9天)，而未出现在脂肪分化的早期(第1～5天)；但逆转这些microRNAs的表达，并未出现脂肪分化的停滞，推测其与脂肪细胞功能完善有关。脂肪细胞中miR-103/107表达下调后，caveolin-1(一种重要的胰岛素受体调节因子)的表达量增加，增强胰岛素信号转导，进而减小脂肪细胞体积，并提高胰岛素激发的葡萄糖摄入量[23-24]。Ling等[25]发现，在发生胰岛素抵抗的脂肪细胞中，50个microRNAs表达上调，29个microRNAs表达下调，其中miR-320表达量增加近50倍。此外，Xu等[26]发现， mmu-mir-183-96-182基因簇是胰岛素信号传导通路上的胰岛素受体底物1(insulin receptor substrate 1，irs1)、Ras p21蛋白活化子1(Ras p21 protein activator 1，RASA1)、生长因子受体结合蛋白2(growth factor receptor-bound protein 2，Grb2)的电位调节器。

2.2 microRNAs与肌肉组织 餐后血糖转运的主要组织是肌肉，70%的血糖在胰岛素作用下转运到骨骼肌中，骨骼肌胰岛素抵抗是2型糖尿病的早期特征，也是发生心血管疾病的危险因素。有研究[27]采用Northern实验分析发现，2型糖尿病小鼠的胰岛素靶器官和组织——肝脏、脂肪组织、肌肉组织中miR-29家族成员表达均上调；而腺病毒介导的miR-29过表达能被胰岛素激发的葡萄糖摄入抑制。miR-29靶标是胰岛素诱导基因1(insulin-induced gene 1， Insig1) 和细胞质膜微囊蛋白(caveolin 2，CAV2)，它们在胰岛素信号通路上的作用尚待进一步的研究。miR-24在糖尿病患者肌肉组织中表达下调，其靶标是p38丝裂原活化激酶 (p38 MAPK)，在GK小鼠脂肪组织中，MAPK表达上调伴随着miR-24表达下调；miR-24表达下调又能够激活p38 MAPK信号传导通路，进而通过增加胰岛素依赖的葡萄糖摄入改善肌细胞的胰岛素抵抗[28]。与miR-24相同，miR-126表达下调使骨骼肌细胞适应更高的葡萄糖转运率。miR-126的其中一个靶标是p58β/PI3KR2(磷脂酰肌醇3激酶调节亚基-2/p85-β)。体外研究[29]发现，miR-126表达增加使p58β蛋白表达量下调，进而抑制PI3K/Akt信号传导通路，而PI3K/Akt信号传导通路是骨骼肌中葡萄糖转运蛋白4(glucose transporter 4,GLTU4)易位到细胞膜所必须的，miR-126表达下调和PI3K活性升高都可促进葡萄糖转运增加。

3 microRNAs与胆固醇代谢

miR-122是首个被报道的调控代谢的microRNA，最先在肝脏中发现，影响肝脏中脂质代谢，参与肝细胞分化。用反义寡核苷酸抑制miR-122，可使血浆胆固醇下降25%～30%；miR-122靶向抑制剂可通过改变小鼠肝脏中胆固醇合成酶如磷酸甲羟戊酸激酶、7-脱氢胆固醇还原酶的表达，使血浆和肝脏中的胆固醇、三酰甘油含量减少，而使脂肪酸β氧化效率提高，从而改善肝脏脂肪变性[30]。在非洲绿猴中进行的一项研究[31]显示，用锁核酸抑制miR-122表达也使胆固醇水平下降。在小鼠和非人类灵长类动物中，miR-122靶向抑制物在降脂的同时并不引起肝脏损害及肝脏结构改变，但高密度脂蛋白(HDL)水平下降，这限制了miR-122的应用[30，32]。研究[33]发现，miR-122与丙型肝炎病毒(HCV)的复制有关，若将miR-122靶向抑制物作为调脂药物长期服用，可能增加肝癌风险。miR-122影响胆固醇代谢酶类表达的作用机制及其靶向药物的应用仍需进一步研究。

SREBPs是具有碱性螺旋-环-螺旋-亮氨酸拉链(basic helix-loop-helix-leucine zipper, bHLH-ZIP)结构的核转录因子，具有调控胆固醇、脂肪酸、磷脂、三酰甘油合成的作用。SREBPs有3个异构体：SREBP-1a、SREBP-1c 和SREBP-2。SREBP1基因定位于人类染色体17p11.2，编码SREBP1a和SREBP1c，它们通过选择性剪接变体而调控脂肪生成相关酶类如脂肪酸合酶、乙酰辅酶A羧化酶、硬脂酰基-辅酶α脱氢酶等的表达。miR-33b位于SREBP1基因内含子17。SREBP2基因定位于人类染色体22q13，编码SREBP2，调控胆固醇生成相关酶类，如羟甲基戊二酰辅酶A还原酶、低密度脂蛋白受体3的表达；miR-33a位于SREBP2基因内含子16[34]。miR-33的2个亚型在构成上仅2个核苷酸不同，而与靶基因以相同位点结合。研究[35]发现，胰岛素和肝脏X受体可诱导SREBP1和miR-33b的表达。研究[36-37]发现，在低胆固醇水平下，SREBP2和miR-33a广泛表达且表达量增加2～3倍。

研究[38]发现，miR-33a/b抑制胆固醇输出相关基因ABCA1、ABCG1表达，ABCA1表达胆固醇转运蛋白，该蛋白促使胆固醇从细胞中转运到细胞外，在维持细胞内胆固醇动态平衡及高密度脂蛋白(HDL)形成中起着重要作用。人类和小鼠ABCA1基因3’UTR端包含miR-33a/b的3个结合位点。在多种细胞中，转染miR-33类似物能抑制ABCA1基因转录和翻译，在肝脏细胞和巨噬细胞中，miR-33过表达可使胆固醇溢向载脂蛋白apoA1受阻，而抑制内源性miR-33能够促进ABCA1蛋白生成，使胆固醇溢向apoA1的效率提高[39]。在小鼠中，miR-33还可调节ABCG1的表达，ABCG1可动员细胞中多余的胆固醇，它与ABCA1在HDL形成及清除中都扮演着重要角色，但其缺乏miR-33的结合位点[39]。此外，miR-33还可通过抑制肝脏细胞和巨噬细胞中某些溶酶体蛋白基因转录和翻译，调节胆固醇从HDL的溢出[40]。

4 小 结

microRNAs参与代谢相关的各个过程，与肥胖、糖脂代谢、胰岛素抵抗、动脉粥样硬化等密切相关。通过抑制或激活microRNAs的表达影响靶mRNA，可达到改变代谢综合征进程的目的。由于microRNAs的临床研究属于新生领域，目前仍有一些问题有待解决：(1)影响代谢的microRNAs成员众多，参与代谢的各个途径，因此需要明确在疾病发展过程中起决定作用的microRNAs以及它们在代谢过程中如何发挥作用；(2)microRNAs不仅参与代谢综合征的病理过程，还与某些肿瘤的发生密切相关，需进一步评估与microRNAs相关药物的不良反应。随着研究的深入，microRNAs可能将成为治疗代谢综合征的新靶标。

[1]Krzfeldt J, Stoffel M. MicroRNAs: a new class of regulatory genes affecting metabolism[J]. Cell Metab,2006,4(1): 9-12.

[2]Jackson R, Standart N. How do microRNA’s regulate gene expression[J]. Sci STKE,2007,36(7): 1-14.

[3]Lowery A, Miller N, Mc Neill RE,et al. MicroRNAs as prognostic indicators and therapeutic targets: potential effect on breast cancer management[J].Clin Cancer Res,2008,14(2): 360-365.

[4]Vickers C,Palmisano B,Shoucri B,et al. MicroRNAs are transported in plasma and delivered to recipient cells by high-density lipoproteins[J]. Nature Cell Biol,2011,13(9):423-433.

[5]Zampetaki A. Plasma microRNA profiling reveals loss of endothelial miR-126 and other microRNAs in type?2 diabetes[J]. CircRes,2010,107(3):810-817.

[6]Romao J. MicroRNA regulation in mammalian adipogenesis[J]. ExpBiolMed,2011,236(7):997-1004.

[7]Cannon B, Nedergaard J. Brown adipose tissue: function and physiological significance[J]. Physiol Rev,2004,84(1):277-359.

[8]Walden T,Timmons J, Keller P, et al. Distinct expression of muscle-specific microRNAs (myomirs) in brown adipocytes[J]. Cell Physiol,2009,218(2):4-9.

[9]Xie H,Lim B, Lodish H, et al. MicroRNAs induced during adipogenesis that accelerate fat cell development are downregulated in obesity[J]. Diabetes,2009,58(3):1050-1057.

[10]Wellen K, Hotamisligil G. Obesity-induced inflammatory changes in adipose tissue[J]. Clin Invest,2003,112(12):1785-1788.

[11]Trayhurn P, Wang B, Wood I, et al. Hypoxia in adipose tissue: a basis for the dysregulation of tissue function in obesity[J].Br J Nutr,2008,100(2):227-235.

[12]Cawthorn W, Sethi J. TNF-α and adipocyte biology[J].FEBS Lett,2008,582(1):117-131.

[13]Lin Q, Gao Z, Alarcon RM, et?al. A role of miR-27 in the regulation of adipogenesis[J]. FEBS,2009,276(8):2348-2358.

[14]Kloting N, Berthold S, Kovacs P, et?al. MicroRNA expression in human omental and subcutaneous adipose tissue[J]. PLoS ONE,2009,4(3):46-99.

[15]Lewis G,Carpentier K. Disordered fat storage and mobilization in the pathogenesis of insulin resistance and type 2 diabetes[J].Endocrine Reviews,2002,77(1):201-229.

[16]Raz I, Eldor R, Cernea S, et al. Diabetes: insulin resistance and derangements in lipid metabolism. Cure through intervention in fat transport and storage[J].Diabetes/Metabolism Research and Reviews,2005,21(1): 3-14.

[17]Rosen E, Spiegelman B. Adipocytes as regulators of energy balance and glucose homeostasis[J]. Nature,2006,444(7121): 847-853.

[18]Esau C, Kang X, Peralta E, et al. MicroRNA-143 regulates adipocyte differentiation[J].Journal of Biological Chemistry,2004,279(50)：52361-52365.

[19]Xie H, Lim B, Lodish H, et al. MicroRNAs induced during adipogenesis that accelerate fat cell development are down regulated in obesity[J].Diabetes,2009,58(5):1050-1057.

[20]Karbiener M, Fischer C, Nowitsch S,et al. MicroRNA miR-27b impairs human adipocyte differentiation and targets PPARγ[J].Biochemical and Biophysical Research Communications,2009,90(2):247-251.

[21]Lee E, Abdelmohsen K. MiR-130 suppresses adipogenesis by inhibiting peroxisome proliferatoractivated receptor γ expression[J]. Molecular and Cellular Biology,2011,31(4):626-638.

[22]Kajimoto H, Naraba H, Iwai N, et al. MicroRNA and 3T3-L1 pre-adipocyte differentiation RNA[J]. Diabetes,2006,12(9):1626-1632.

[23]Martinelli R, Nardelli C, Pilone V, et al. MiR-519d overexpression is associated with human obesity[J]. Obesity,2010,78(11):2170-2176.

[24]Trajkovski M, Hausser J, Soutschek J, et al. MicroRNAs 103 and 107 regulate insulin sensitivity[J].Nature,2011,74(7353):649-653.

[25]Ling H, Feng D. Changes in microRNA profile and effects of miR-320 in insulin-resistant 3T3-L1 adipocytes Clinical and Experimental Pharmacology and Physiology[J]. Nature,2009,36(9):32-39.

[26]Xu J, Wong C．A computational screen for mouse signaling pathways targeted by microRNA clusters[J]. RNA，2008，14(7):1276-1283.

[27]He A, Zhu L, Gupta N, et al. Overexpression of micro ribonucleic acid 29, highly up-regulated in diabetic rats, leads to insulin resistance in 3T3-L1 adipocytes Molecular Endocrinology[J]. RNA,2007,21(11):2785-2794.

[28]keren A, Tarnirl Y, Bengal F, et al. The p38 MAPK sigaling pathway: a major regulator of skeletal muscle development[J].Mol.Cell.Endocriol，2006,52(11):224-230.

[29]Guo C,Sah J,Willson J,et al. The noncoding RNA,miR-176,suppresses the growth of neophastic cell by targeting phosphatidylinositol 3-kinase signaling and is frequently lost in colon cancers[J].Genes Chronosomes Cancer,2008,47(11):939-946.

[30]Veedu R,Wengel J. Locked nucleic acid as a novel class of therapeutic agents[J]. RNA Biol,2009,6(11):321-323.

[31]Krutzfeldt J. Silencing of microRNAs in vivo with ‘antagomirs’ [J]. Nature,2005,438(1):685-689.

[32]Elmen J. LNA-mediated microRNA silencing in non-human primates[J]. Nature,2008,452(3):896-899.

[33]Norman K, Sarnow P. Modulation of hepatitis C virus RNA abundance and the isoprenoid biosynthesis pathway by microRNA miR122 involves distinct mechanisms[J]．Virol,2010,84(3):666-670.

[34]Marquart T, Allen R, Ory D, et al. MiR-33 links SREBP-2 induction to repression of sterol transporters[J]. Proc Natl Acad Sci U S A,2010,107(11):12228-12232.

[35]Rayner K, Suarez Y, Davalos A, et al. Fernandez-Hernando C, et al. MiR-33 contributes to the regulation of cholesterol homeostasis[J]. Science,2010,328(4):1570-1573.

[36]Brown M, Goldstein J. The SREBP pathway: regulation of cholesterol metabolism by proteolysis of a membrane-bound transcription factor[J]．Cell,1997,89(10):331-340.

[37]NajafiShoushtari S, Kristo F, Shioda T， et al. MicroRNA-33 and the SREBP host genes cooperate to control cholesterol homeostasis[J]. Science,2010,328(1):1566 -1569.

[38]Horton J. Sterol regulatory element-binding proteins: transcriptional activators of lipid synthesis[J]. Biochem Soc Trans,2002,30(9):1091-1095.

[39]Osborne T. Sterol regulatory element-binding proteins (SREBPs): key regulators of nutritional homeostasis and insulin action[J]. Biol Chem,2000,275(5):32379-32382.

[40]Tall M. Cholesterol efflux pathways and other potential mechanisms involved in the athero-protective effect of high density lipoproteins[J].Intern Med,2008,263(7):256-273.