MicroRNA与肥胖

史俊奇 邹朝春

基础研究

MicroRNA与肥胖

史俊奇 邹朝春

近年来研究证明，脂肪组织和外周血中的microRNA参与了脂肪细胞分化、胰岛素抵抗、脂肪代谢等与肥胖发生密切相关的进程。MicroRNA影响肥胖的分子学机制逐步被发现，如通过增强或抑制相关基因表达从而调控与脂肪细胞增殖、分化相关的转录因子及信号分子等。对机制的研究,为今后肥胖及肥胖相关代谢性疾病的预警及治疗提供了新的手段。

MicroRNA；肥胖；脂肪

肥胖是由遗传基础和环境因素共同作用的结果。表观遗传学在肥胖的发病中起重要作用，microRNA(miRNA)作为表观遗传学的形式之一,其与肥胖的关系倍受关注。研究显示，miRNA参与了诸多与肥胖有关的生物学进程，如脂肪细胞的分化、胰岛素抵抗、脂肪代谢等[1]。现就miRNA在肥胖发生中的作用和机制进行综述。

1 MiRNA的生物学特征

MiRNA是一类核苷酸长度为20 nt左右的非编码单链RNA，它们是转录后的产物，通过对靶mRNA的降解或阻遏起到调控基因表达的作用。MiRNA是1993年由Lee在秀丽新线虫中首次发现的。目前miRNA数据库(www.mirbase.org)已发布的miRNA序列共涵盖193个物种，成熟miRNA25 141条。MiRNA在人类基因中约占1%，却调控着至少30%的mRNA表达[2]。

MiRNA由DNA编码，在细胞核内经RNA聚合酶Ⅱ转录成长链RNA产物。后者被Drosha和DGCR8两种RNA内切酶组成的微处理复合体裂解成长度约为70～80 nt的短链RNA，即miRNAs前体。随后， miRNAs前体通过GTP依赖型转运蛋白—exportin5转运至细胞外，并由被称作为“Dicer”的RNA内切酶裂解成长度为20 nt左右的双链RNA。这种双链RNA很不稳定，3′端的随从链很快被降解，而含有成熟miRNA序列的5′端主链则被装配进核苷酸沉默复合体。核苷酸沉默复合体通过对靶mRNA的腺苷酰化作用或者直接降解来影响mRNA翻译成蛋白质，从而影响基因的表达[3]。

2 MiRNA与肥胖

一项关于儿童时期肥胖对炎性因子、固有免疫细胞比例及代谢相关miRNA影响的研究发现，29名肥胖儿童外周血单核细胞中的miRNA-33a水平较20名非肥胖儿童升高4倍，miRNA-33b则升高了3倍，而miRNA-33被证实可以抑制高密度脂蛋白的生成和减少细胞脂肪酸的氧化作用[4-5]。这提示儿童时期的肥胖者血液中代谢调控相关miRNA已发生了改变。

分泌性miRNA是进行细胞间通讯的重要生物活性分子之一，其来源于血液有核细胞或脂肪等其他组织，既可存在于血液外泌小体(exosome)，又可以游离形式存在于血浆中。一项基于112名肥胖者的临床研究发现，肥胖者血清miRNA-122水平是正常人的3.07倍，而且miRNA-122还与体重指数、谷丙转氨酶水平、甘油三酯水平和胰岛素抵抗呈正相关[6]。类似的研究发现肥胖者血清miRNA-143和miRNA-233的水平较低，与肥胖呈负相关[7]。Wang等[8]发现肥胖小鼠和肥胖者血浆中的循环miRNA-130b表达水平升高，miRNA-130b水平与体重指数呈正相关，并发现miRNA-130b以过氧化物酶体增殖物活化受体(PPAR)γ协同刺激因子1α为靶标，可减少其表达，而PPARγ协同刺激因子1α是肌肉中脂肪氧化作用的关键因素，所以循环miRNA-130b可反映肥胖程度，并且可作为预测代谢综合征的潜在生物标志物，也可能参与了肥胖相关的代谢性疾病的发病机制。有研究者对32名成人血浆中循环miRNA进行研究，发现严重病态肥胖者(体重指数>40 kg/m2)血浆中miRNA-140-5p、miRNA-142-3p和miRNA-222的表达增加，miRNA-532-5p、miRNA-125b、miRNA-130b、miRNA-221、miRNA-15a、miRNA-423-5p和miRNA-520c-3p的表达减少。其中6名严重病态肥胖者经过手术减重后，血浆中miRNA表达发生改变。MiRNA-140-5p、miRNA-122、miRNA-193a-5p、miRNA-16-1表达减少，miRNA-221和miRNA-199a-3p表达增加。提示miRNA-15a、miRNA-423-5p和miRNA-520c-3p等可作为对病态肥胖评估和分级的重要生物学标记[9]。

Prats-Puig等[10]研究发现，青春前期肥胖儿童血浆中miRNA-221和miRNA-28-3p表达减少，miRNA-486-5p、miRNA-486-3p、miRNA-142-3p、miRNA-130b、miRNA-423-5p表达增加。这些miRNA与体重指数、脂肪百分比、腰围、局部脂肪分布、胰岛素抵抗、高密度脂蛋白、C反应蛋白等相关。在随后的3年纵向研究中发现，体型变化明显的儿童血浆中10种miRNA(miRNA-486-5p、miRNA-486-3p、miRNA-221、miRNA-28-3p、miRNA-142-3p、miRNA-130b、miRNA-423-5p、miRNA-532-5p、miRNA-125b、miRNA-140-5p)发生了改变。提示循环miRNA参与了青春前期儿童肥胖的发生。

3 MiRNA参与肥胖发生的机制

3.1 MiRNA与白色脂肪细胞分化 白色脂肪细胞的体积增大和数量增多是导致肥胖的重要环节。成熟的脂肪细胞由前体脂肪细胞分化而来，其分化过程受多种生长因子、信号分子及转录因子的多重调控。研究发现，在人间充质干细胞(ASCs)分化为脂肪细胞的过程中，miRNA-194的过表达可以抑制脂肪细胞的生成，并有鸡卵清蛋白上游启动子转录因子(COUP-TFII)的表达下降，从而确定miRNA-194以转录因子COUP-TFII为靶标调控ASCs向脂肪细胞的分化[11]。MiRNA-195a也被发现有与miRNA-194类似的调控功能，小鼠3T3-L1脂肪细胞中miRNA-195a被强制表达时，脂肪细胞分化的调控因子如PPARα及激活蛋白-2(aP-2)的表达下调，其结果是脂质的积累受到抑制。锌指蛋白423被认为是miRNA-195a的靶标[12]。Takanabe等[13]发现miRNA-143在高热量食物喂养的小鼠肠系膜脂肪组织中表达增加，其表达水平与脂肪细胞的分化因子，如PPARα、aP-2、血浆瘦素相关，提示miRNA-143可以通过影响一些脂肪分化因子而促进脂肪细胞分化。

某些miRNA在脂肪细胞的生成中有双重调节功能。Kim等[14]观察到在高脂饮食诱导的肥胖小鼠白色脂肪组织中，miRNA-21的表达在第1周明显下降，随后7至10周内逐步增加，而在非高脂饮食喂养的小鼠白色脂肪组织中，7周内miRNA-21的表达逐渐下降。实验还发现转化生长因子β通路激活可抑制人脂肪组织来源的ASCs分化，这与之前研究报道关于miRNA-21可通过激活转化生长因子β信号通路使ASCs向脂肪细胞的分化增加相左[15]。提示miRNA-21可能还有另外的靶标参与了ASCs的分化，转导与转录激活因子3(STAT3)基因被认为是其中之一。这些发现提示miRNA-21参与肥胖发展有着两种机制：调控早期阶段的脂肪前体细胞增殖和增加后期阶段前体脂肪细胞向脂肪细胞的分化。

Qin等[16]在研究中揭示了miRNA-210促进小鼠3T3-L1脂肪细胞生成的机制，通常情况下，激活Wnt/β-catenin信号通路可导致脂肪生成过程受到抑制。转录因子7类似物2作为miRNA-210的预测靶基因，是一种可以触发Wnt信号通路的应答基因。MiRNA-210可以通过阻断转录因子7类似物2，抑制Wnt信号通路，从而促进脂肪形成。除miRNA-210外，还有研究者发现过表达的miRNA-375可增强3T3-L1的脂肪细胞分化，随后抑制3T3-L1细胞miRNA-375的表达，发现细胞外信号调节激酶(ERK)的磷酸化水平升高、CCAAT/增强子结合蛋白(C/EBP)α、PPARγ2和aP-2的mRNA表达受抑制、脂肪细胞分化减少，证明miRNA-375可能通过调节ERK-PPARγ2-aP-2通路，促进3T3-L1脂肪细胞分化[17]。同样以C/EBPα为靶标调节脂肪细胞生成还有miRNA-25。在3T3-L1脂肪细胞分化过程中，miRNA-25是显著下调的，在实验中恢复其表达之后，3T3-L1脂肪细胞生成明显受损，并且一些脂肪细胞生成相关基因的表达产物也明显下调[18]。还有研究发现miRNA-27过度表达导致PPARα和C/EBPα受抑制，使脂肪细胞形成减少。该实验还发现缺氧可以导致肥胖小鼠的脂肪组织miRNA-27表达明显增加，提示组织缺氧是与肥胖有关的一个重要的细胞外压力调节因素[19]。还有研究发现miRNA-29c、miRNA-369-5p、miRNA-371、miRNA-499和miRNA-let7f对人ASCs的增殖和分化潜能有影响，其中miRNA-369-5p抑制成脂分化，miRNA-371则相反，这些过程伴随着一些脂肪细胞形成中的关键分子脂肪酸结合蛋白4的变化，证实了脂联素和脂肪酸结合蛋白4是miRNA-369-5p的靶标[20]。

3.2 MiRNA与棕色脂肪细胞分化 近年来关于棕色脂肪组织对抗肥胖的研究受到较多关注。棕色脂肪可促进引发肥胖的白色脂肪分解，将之转化成水和热量，加快人体新陈代谢。Sun等[21]通过增强Runx1t1基因的表达，阻断miRNA-193b及miRNA-365在小鼠棕色脂肪前体细胞中的表达，使得棕色脂肪组织生成明显受损，结果发现miRNA-193b和miRNA-365是部分通过PPARα信号通路而受到PRDM16(控制棕色脂肪组织和骨骼肌组织相互转换的开关)的调节，证明miRNA-193b和miRNA-365可以促进前体细胞向棕色脂肪分化，与肥胖呈负相关。

由于棕色脂肪有受到寒冷刺激后分解白色脂肪、产生热量的特性，一些研究者探究了冷暴露下棕色脂肪中miRNA表达的差别。Trajkovski等[22]发现通过冷暴露(8℃，24 h)，小鼠棕色脂肪组织中miRNA-133、miRNA-1和miRNA-206水平下调，其中miRNA-133下调到近1/5。研究还发现miRNA-133以PRDM16为靶基因，可以通过抑制PRDM16，阻止棕色脂肪组织和腹壁白色脂肪组织中的前体脂肪细胞分化为成熟的棕色脂肪细胞。其他研究者也做过类似的研究，发现小鼠白色脂肪组织中miRNA-196a的表达可通过冷暴露或β肾上腺素的刺激来诱发[23]。MiRNA-196a抑制白色脂肪基因Hoxc8的表达，Hoxc8可抑制C/EBPβ，而C/EBPβ则被认为是棕色脂肪基因的程序开关。研究者们推测miRNA-196a-Hoxc8-C/EBPβ信号通路可能是通过诱发棕色脂肪生成程序，从而对抗肥胖及2型糖尿病。

3.3 MiRNA与代谢功能 一项对28名成人皮下脂肪中miRNA表达差异的研究发现，肥胖者miRNA-519d过度表达使PPARα蛋白水平下降，后者在脂肪酸稳定和脂肪酸的氧化分解中发挥重要作用，其下降导致代谢不平衡，并且在前体脂肪细胞分化中增加了脂质的积聚，从而导致了肥胖[24]。

Meerson等[25]利用基因芯片对80名成人腹壁下脂肪进行分析，发现miRNA-221与体重指数和空腹胰岛素水平呈正相关，而miRNA-193a-3p和miRNA-193b-5p与体重指数呈负相关。进一步干预研究显示，miRNA-221可通过影响PPAR信号途径，并通过直接下调脂联素受体1基因和ETS1基因而促进胰岛素抵抗。

最近有研究提示肥胖者脂肪组织中miRNA的表达呈现出性别差异。研究者对21名接受胃部分切除手术的肥胖者进行分析，发现其腹部网膜脂肪组织miRNA-125a-3p的表达增加，而且男性显著高于女性。在miRNA-125a-3p表达升高的男性中，c-Jun氨基端激酶(JNK)的表达也较高。JNK是肥胖及胰岛素抵抗的重要介质，研究者因此推测miRNA-125a-3p可能通过增强JNK的表达，影响胰岛素信号转导途径，导致胰岛素抵抗，该研究提示网膜脂肪组织miRNA-125a-3p的表达增加可能是男性胰岛素抵抗的特征[26]。

综上所述，生物体内miRNA可以通过调控脂肪分化和能量代谢相关基因表达参与肥胖的发生，部分miRNA可能可以作为肥胖及相关性代谢性疾病的重要生物学标记物。然而，目前多数研究来源于动物模型和成年肥胖者，关于儿童期肥胖早期miRNA预警指标的筛选及验证的研究非常少。随着儿童肥胖发病率不断攀升和成年期慢性病发病的年轻化，深入探讨儿童期肥胖早期miRNA预警指标和机制研究，将有助于提供针对儿童肥胖及肥胖相关代谢性疾病的新兴预警手段和治疗方法。

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MicroRNAandobesity

ShiJunqi,ZouChaochun.

DepartmentofEndocrinology,Children′sHospitalofZhejiangUniversitySchoolofMedicine，Hangzhou310003,China

ZouChaochun,Email:zcc14@zju.edu.cn

Recent researches have proved that microRNA in adipose tissue and peripheral blood participates in the progress of adipocyte differentiation, insulin resistance, lipid metabolism and so on, which are closely associated with obesity. The molecular mechanisms of microRNA on obesity have been discovered step by step. For example, transcription factors and signaling molecules related to the multiplication and differentiation of adipocytes are regulated and controlled by enhancing or restraining of relevant gene expression. The investigation of the mechanisms provides a new approach for precaution and treatment of obesity and obesity-related metabolic diseases.

MicroRNA; Obesity; Adipose

(IntJEndocrinolMetab，2015，35：344-347)

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2015.05.014

国家自然科学基金资助项目(81170787)；浙江省卫生和计划生育委员会项目(WKJ2011-2-008，2009B098)；浙江省卫生高层次创新人才培养工程项目(2015)

310003 杭州，浙江大学医学院附属儿童医院内分泌科(第一作者现在杭州市第三人民医院)

邹朝春，Email：zcc14@zju.edu.cn

2015-03-26)