血液微小RNA：糖尿病及其并发症诊断潜在标记

周 芳综述，朱光旭，潘兴华审校

血液微小RNA：糖尿病及其并发症诊断潜在标记

周 芳1，2综述，朱光旭1＊，潘兴华1＊审校

（1.成都军区昆明总医院干细胞与组织工程中心，云南昆明650032；2.昆明医科大学成都军区昆明总医院临床学院，云南昆明650500）

糖尿病是一种以空腹血糖升高为主要表现的代谢紊乱性疾病，胰岛素生成不足或胰岛素抵抗可导致血糖升高，从而引起肾脏、脑血管病变等糖尿病并发症的发生。微小RNA（miRNAs）是一种内源性短序列非编码RNA，长约20－22个核苷酸，可通过抑制信使RNA（mRNA）翻译或诱导靶mRNA降解导致基因沉默，在哺乳动物转录后的基因表达过程中发挥重要作用。miRNA在哺乳动物的各个系统中广泛表达，可调节多种信号转导途径及细胞的功能，且对改变或扭转多种疾病病理生理学过程中关键调节物的表达具有重要作用，其中部分可能成为糖尿病及其并发症等多种疾病的新型靶标。血液中存在的miRNA在高温、反复冻融等恶劣条件下仍能保持稳定，而大多数RNA都会降解，使得miRNA能够成为血液基础的标记物，通过识别其中某些失调的miRNA可能为糖尿病及其并发症的诊断提供新型的靶点方向。

1 miRNA的发现、成熟与作用机制

1.1miRNA的发现

miRNA于20世纪90年代早期在秀丽隐杆线虫中首次发现，这种第一个鉴定的miRNA由基因lin－4表达，能通过抑制基因lin－14的表达而在线虫发育进程中发挥关键调节作用，研究证实是由该miRNA可与lin－14的mRNA的3＇非编码区独特的重复序列反义互补所致。据估计人类编码蛋白质的基因中60%受miRNA的调节，对许多蛋白质的表达均具有深远的影响［1］。虽然距miRNA首次发现已有20年，但对于miRNA功能及作用机制的了解仍较为有限，已有的文献显示miRNA在多种疾病的分化、生长、增殖方面均发挥了重要调控作用。

1.2miRNA的成熟及作用机制

miRNA的加工成熟始于核内RNA聚合酶Ⅱ转录的初产物（primary miRNA，pri－miRNA），primiRNA分子量相对较大且包含多个发夹样结构，而加工miRNA的微处理器复合体由核糖核酸酶（ribonuclease，RNaseⅢ）内切酶Drosha及RNA绑定蛋白DiGeorge关键区域8（RNA－binding protein DiGeorge critical region－8，DGCR8）组成，该微处理器复合体可与pi－miRNA的发夹结构结合并且将其加工处理成为miRNA前体（precursor miRNA，pre－miRNA），pre－miRNA大约有70个核苷酸长且有一个茎环结构，在输出蛋白5的协同作用下premiRNA经过进一步的加工从细胞核内输出进入细胞质，可被另一种RNaseⅢ内切酶Dicer识别并裂解成为22个核苷酸的双链成熟miRNA，其中一条链组装进RNA诱导的沉默复合体（RNA－induced silencing complex，RISC），而另一条链则被降解［2］。RISC是一个由Argonaute蛋白及成熟miRNA组成的多蛋白复合体，能够通过序列互补来识别靶mRNA并与其3’端非编码区结合，如果mRNA与miRNA能够完全互补，靶mRNA将会直接断裂，但是如果miRNA与靶mRNA的3’端非编码区不完全互补，这时靶mRNA的翻译则在处理机构中被抑制或者被降解，导致基因沉默［3］。如图1所示。

2 miRNA在糖尿病及其并发症诊断中的作用

糖尿病主要包括Ⅰ、Ⅱ两型，Ⅰ型以胰岛β细胞释放胰岛素减少为特征，而Ⅱ型则是由胰岛β细胞破坏及胰岛素抵抗所致。糖尿病还可引起慢性并发症的发生，多累及各器官的脉管系统，导致肾脏、脑血管病变等的生成。随着miRNA检测技术的发展，对于miRNA在各种疾病中诊断作用的研究越来越多，Northern印记、定量PCR、微阵列、高通量深度测序等技术均可对血液中的miRNA进行检测，方便且无侵入性［4］，因此近年来对血液中一些miRNA在糖尿病及其并发症诊断中的应用成为了研究的焦点，研究结果小结如表1所示。

2.1在Ⅰ型糖尿病诊断中的作用

Ⅰ型糖尿病是一种由胰岛β细胞遭受攻击而介导的常见自身免疫性疾病，多发生在儿童和青少年。许多研究已证实有多种miRNA参与该病的发生发展过程，其在血液中的异常表达可能成为Ⅰ型糖尿病诊断的新突破口［5］。通过对1型糖尿病患者外周血中的调节型T细胞（Regulatory T cells，Tregs）分离后进行miRNA表达谱分析发现，miR－510表达水平显著增加，miR－342与miR－191则明显降低，这几种miRNA异常表达可能影响Tregs的功能，而Tregs是Ⅰ型糖尿病等自身免疫性疾病的关键调节物质，因此认为miR－510、miR－342与miR－191可能成为Ⅰ型糖尿病诊断的潜在靶点［6］。新近的研究报道在初诊的Ⅰ型糖尿病患者的血浆中，miR－21、miR－126、miR－210的表达均有显著的下调，提示着Ⅰ型糖尿病的早期发病，Salas－Pérez F等［7］也在1型糖尿病患者的外周血单核细胞中观察到miR－21a的下调，并发现它可能参与了T淋巴细胞的调节过程，从而可能在Ⅰ型糖尿病的发生发展过程中发挥重要作用。在对Ⅰ型糖尿病初期患者的血液进行全miRNA序列分析时有文献报道，miR－25表达明显的上调，且与确诊为Ⅰ型糖尿病患者的3个月内血糖控制情况呈正相关［8］，可能有助于临床上对病情的诊断。以上研究证明，miR－510、miR－21、miR－25等miRNA在Ⅰ型糖尿病发生与发展过程中表达均有所不同，可能在Ⅰ型糖尿病的早期诊断及病情判断中具有一定的价值，但这些研究仍处于实验阶段，距应用于临床还需研究者们付出更多的努力。

2.2在Ⅱ型糖尿病诊断中的作用

Ⅱ型糖尿病是一种以胰岛素敏感性降低、胰岛素抵抗及胰岛β细胞破坏为特征的渐进性代谢紊乱性疾病，近年来研究表明血液中许多miRNA在Ⅱ型糖尿病的发病过程中发挥了重要作用，其中一些miRNA对该病有一定的诊断意义［9］。在对Ⅱ型糖尿病患者与健康人血液中的miR－29b、miR－28－3p、miR－15a、miR－233、miR－126五种miRNA进行检测时发现，miR－126是唯一的较健康人表达明显减少的miRNA，并建议将循环血中的miR－126作为Ⅱ型糖尿病早期诊断的潜在生物学标记［10］，Liu Y等［11］也得出了相似的结论，在初诊为Ⅱ型糖尿病患者的血清中，miR－126表达显著减少，同时发现，在患者经过六个月治疗后，血清中miR－126的浓度则显著增加，可能为Ⅱ型糖尿病的早期发病及治疗过程中病情的判断提供了依据。有研究报道在新诊断的Ⅱ型糖尿病患者血清中miR29a和miR－375表达皆显著上调，且与空腹血糖、餐后2h血糖呈正相关，证明在Ⅱ型糖尿病早期miR－29a和miR－375在血清中表达失调，并与血糖控制情况密切关联［12］，此外，在对Ⅱ型糖尿病患者外周血单核细胞中的miRNA水平进行检测时观察到，miR－155表达水平明显下调，且与糖化血红蛋白、葡萄糖、体重指数呈相关关系［13］，因此认为miR－29a、miR－375、miR－155等miRNA可能在Ⅱ型糖尿病的早期发病及治疗过程对病情的监测方面具有重要价值，有希望成为未来Ⅱ型糖尿病的诊断靶点，然而仍没有寻找到具有特异性诊断作用的miRNA，今后应侧重于对该种miRNA在疾病诊断中的研究。

2.3在糖尿病并发症诊断中的作用

文献显示在糖尿病并发症未出现临床症状之前，血液中某些失调的miRNA即可优先对其进行早期诊断，大大的改善了糖尿病患者生活质量［14］，因此近年来筛选对糖尿病并发症具有诊断作用的血液miRNA成为了研究的热点。以下便列举一些可能在糖尿病肾病（Diabetic nephropathy，DN）、缺血性中风等糖尿病并发症中具有诊断意义的血液miRNA。

图1 miRNA的成熟过程及作用机制［18］

表1 血液miRNA在糖尿病及其并发症中的表达情况

在对DN患者的血清miRNA经实时定量PCR检测后研究观察到，miR－135a表达水平有显著的上调，并发现miR－135a在DN患者肾纤维化过程中发挥了重要作用，这与Ⅱ型糖尿病小鼠模型组织中检测的结果一致，可能成为DN病情诊断的潜在靶点［15］。血液中miRNA除了在DN诊断中发挥重要作用以外，在糖尿病其他并发症的诊断方面同样具有重大意义，如在糖尿病伴缺血性中风患者的血浆及血小板中的miRNA表达情况检测中显示，miR－233与miR－146a明显下调，提示miR－233与miR－146a的表达减低是糖尿病继发缺血性中风的一个危险因素，可能为临床上对糖尿病性缺血性中风的诊断提供依据［16］；而在糖尿病并发严重肢体缺血的患者血清中也发现miR－15a与miR－16表达的增加，并且与经血管再通术12个月后的再狭窄情况呈正比例关系，因此血清中的miR－15a与miR－16可能成为糖尿病并发严重肢体缺血术后诊断的预测性生物学标记［17］。综上所述，miR－135a、miR－233、miR－15a等多种血液miRNA在糖尿病并发症的早期及术后诊断过程中发挥重要作用，可能成为其诊断的潜在靶标，但目前研究主要为组织细胞中miRNA在糖尿病并发症诊断中的应用，血液中miRNA的较少，因此以后应注重血液miRNA在该病诊断中的应用研究。

3 小结

虽然近年来对miRNA生物学活性的研究越来越多，但关于血液miRNA在疾病状态下发挥诊断作用的报道甚少。血液中一些miRNA可能在糖尿病及其并发症的发生发展过程中发挥了重要作用，有望成为其潜在的生物学标记，但是迄今仍然没有寻找到具有特异性诊断作用的miRNA，只能根据已有的数据推测，认为某些血液miRNA可能对糖尿病及其并发症的早期及病情判断具有一定的诊断价值。因此，深入揭示血液miRNA在糖尿病及其并发症的发生发展过程中的病理生理学意义，寻找特异性诊断作用的miRNA，将是今后开展针对血液miRNA与糖尿病及其并发症研究的重要内容。

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周芳（1990－），女，在读硕士研究生，主要从事临床实验诊断研究；潘兴华，男，主任医师，研究方向为干细胞与组织工程。

2014－08－17）

1007－4287（2014）12－2080－04

国家自然科学基金项目（81170316）

＊通讯作者