miRNA-375与糖尿病关系的研究进展



miRNA-375与糖尿病关系的研究进展

覃宁玲盛德乔

(肿瘤微环境与免疫治疗湖北省重点实验室三峡大学医学院,湖北宜昌443002)

〔关键词〕miRNA-375；基因表达调控；糖尿病；β细胞

第一作者：覃宁玲(1990-)，女，在读硕士，主要从事1型糖尿病发生分子机制研究。

糖尿病(DM)是一组以高血糖为特征的代谢性疾病，由胰岛素分泌和(或)作用缺陷所引起，其发病机制至今未完全阐明。1型DM(T1DM)和2型DM(T2DM)都伴随着进行性β细胞死亡。T1DM是由自身反应性T淋巴细胞免疫攻击β细胞引起β细胞进行性死亡，多基因遗传因素和环境因素共同参与其发病过程。T2DM发病机制比较复杂，包括不同程度的胰岛素抵抗性的β细胞衰竭〔1〕，胰岛素抵抗及胰岛素分泌缺陷是其发病机制的两个要素。MicroRNA(miRNA)是在真核生物中发现的一类由内源基因编码的长度约为22个核苷酸的非编码小RNA 分子，它们通过转录后水平调控基因表达，在胰岛素分泌、胰岛发育、β细胞分化中发挥直接作用，并间接地控制葡萄糖和脂质代谢，参与DM及其并发症的发生。最近的研究发现，miR-375是一种重要的，在胰岛细胞中特异性表达的miRNA，是正常胰腺的发生必需，并且在维持正常的α细胞和β细胞数量发挥重要作用〔2〕；miR-375还能调节胰腺发育，细胞生长和增殖。最近的研究发现，miR-375可能作为研究DM发病机制或治疗DM新的靶点。

1miRNA-375在胰腺的功能

miR-375是从转基因小鼠胰岛素瘤的β细胞系MIN6中克隆的miRNA，在进化过程中高度保守，miR-375也是在胰腺中检测的第一个miRNA〔3〕。miR-375在胰腺的作用包括调节胰腺发育，胰腺细胞的生长和增殖，胰岛素分泌。miR-375调控β细胞分化过程中的基因表达〔4〕，并在转录水平特异性的调节胰岛表达。成熟的miR-375作用于它的靶基因以发挥其功能，miR-375的靶基因可依据其作用分为：胰腺发育的相关靶基因，比如Sox17，Sox9，GATA6，Hnf1β和Pax6〔5〕；Cav1，Id3，Aifm1，Eef1e1，HuD，Cadm1等是胰腺细胞的生长和增殖的相关靶基因〔6〕；miR-375通过调控Mtpn(myotrophin)和PDPK1(phosphoinositide-dependent protein kinase-1)基因表达调节胰岛素的分泌在胰腺发育的调控网络中起重要作用〔2，7〕。miR-375直接作用于Mtpn的3′端非编码区，下调Mtpn的表达以抑制葡萄糖介导的β细胞胰岛素分泌〔2〕。PDK1作为PI3K/PKB信号级联的中介分子，可能是miR-375的潜在靶标〔7〕。研究发现，过表达的miR-375下调PDPK1-AKT信号通路，其中PDPK1水平显著下降〔8〕。miR-375通过直接影响PDK1的mRNA，降低其蛋白质水平，调控合成胰岛素基因在β细胞中表达〔7〕。

miR-375的选择性表达由多个转录因子控制，而这些转录因子参与胰腺发育〔9〕。Wienholds等〔10〕的实验证明，miR-375在β细胞的形成过程中必不可少。在人类和小鼠的胰岛中，miR-375比其他miRNA表达水平高，并且胰岛素的转录表达水平增加和(或)β细胞增殖时，miRNA-375表达增加〔11〕。Poy等〔6〕发现，miR-375在胰岛β细胞和非β细胞均可表达，且非β细胞含miR-375的水平较高。基因敲除miR-375的小鼠，β细胞及α细胞的生长和增殖受到影响，并且miR-375在α细胞和β细胞中作用相反。miR-375已经被证明在胰岛的发展中很重要，但其在α细胞和其他胰腺细胞作用仍需要进一步研究。

2miRNA-375与DM的关系

胰岛素抵抗和胰岛素分泌缺陷是T2D发病机制的两个要素。miR-375在转录水平特异性的调节胰岛表达，是维持葡萄糖稳态所必需。miR-375过表达抑制胰岛素分泌，Poy等证明用RNA拮抗剂抑制内源性miR-375的功能可增强胰岛素分泌〔2〕。El Ouaamari等〔7〕的实验证明葡萄糖能够抑制miR-375的产生，其机制可能是葡萄糖通过调节启动子活性调控调节miR-375表达。 miR-375在胰岛的表达下调在DM发病机制中发挥重要作用〔12〕，miR-375如何精确调控DM的机制尚不明确。

Wang等〔13〕的实验发现，miR-375敲除小鼠表现高血糖并发β细胞数量减少；ob/ob小鼠miR-375基因敲除后，血糖显著改变，导致了严重的糖尿病表型〔6〕。T2DM与正常糖耐量(NGT)相比，miR-375启动子低甲基化，可进展为糖耐量受损(IGT)〔14〕。分析不同种族T2DM患者血浆中miR-375的表达水平与启动子CpG甲基化水平之间的相关性发现，DNA甲基化水平和血浆miR-375水平呈负相关〔15〕。DNA低甲基化可能在调节miR-375的表达中起重要作用，并可能与T2DM的发病机制有关〔13〕。

3血循环miRNA-375与DM

循环miRNA由于其独特的表达谱成为当前各种疾病研究焦点。miRNA-375是第一个胰岛特异性的miRNA〔2〕，并且是在胰岛细胞检测到的最丰富的miRNA〔16〕，miR-375可用作胰岛特异性标记。甲基化PCR用于检测体内β细胞死亡，Erener等〔17〕的实验证明，循环的miR-375可以作为生物标志物用于检测β细胞死亡和预测小鼠DM。在小鼠体内注射β细胞毒素链脲佐菌素(STZ)后，循环的miR-375水平迅速增加，这表明β细胞死亡后miR-375立即释放。循环的miR-375增加先于DM，提示可以在DM发生之前检测到β细胞死亡进行预测。

血清miR-375的表达水平在T2DM患者显著升高。实验发现T2DM易感NGT个体(s-NGT)和新诊断T2DM患者(n-T2DM)血清比较有显著性差异。DM前驱个体和n-T2DM个体，血清miR-375的水平也有显著性差异〔18〕。

4miRNA-375与DM治疗

在T1DM和T2DM患者中，由于产生胰岛素的β细胞数量不足导致血糖失控，通过恢复胰岛内分泌腺修复损伤的β细胞，是一种治疗DM的理想方法。自人类胚胎干细胞(hESCs)离体培养成功以来，许多糖尿病研究者从hESCs诱导β细胞作为DM治疗的方法。诱导hESCs和多能性干细胞(iPS)分化为成熟产生胰岛素的细胞为DM的治疗带来希望。miRNA被认为在干细胞分化过程中具有重要作用，hESCs分化成内胚层，miR-375高表达，这表明miR-375可能在早期就有独特的作用〔19〕。由于miR-375的特殊作用，它可以作为治疗DM的潜在靶标。控制miR-375的表达可以帮助成熟的hESCs分化为β细胞。在hESC衍生的胰岛素表达细胞类似于β细胞，这些细胞释放的胰岛素并对多种刺激应答，分泌释放C-肽。大多数胰岛素阳性细胞共表达成熟β细胞特异性标记物如NKX6-1和PDX1，表明在表达模式上与体内成年胰岛β细胞的基因类似〔20〕。然而，许多体外分化方案产生的胰腺内分泌细胞共表达胰高血糖素和胰岛素，提示未成熟的细胞类型〔21〕。新的研究表明，只有很少一部分胰岛素阳性细胞响应于葡萄糖，这些细胞被称为polyhormonal，代表了未成熟的内分泌细胞〔22〕。如何控制polyhormonal是需要解决的新问题，也是目前通过miR-375使hESCs衍生的β细胞治疗DM的主要障碍。

hESCs在体内分化成产生胰岛素的细胞及治疗已存在的STZ诱导的DM的能力已经被证明〔17〕。Alipio等〔23〕的研究表明在小鼠内源细胞衍生β样细胞分泌胰岛素，可以有效控制高血糖症状，证明诱导多能干细胞(iPSCs)可临床应用治疗DM，无论T1DM和T2DM。过表达miR-375是促进iPS分化成产生胰岛素细胞的新方法〔4〕。此外，miR-375的表达也可以诱导骨髓干细胞(MSC)分化为产生胰岛素的集群(IPCs)〔22〕。但是细胞分化非常复杂，并且miRNA作为 调控因子参与复杂的细胞调节。因此，阐明MSC分化为IPCs的机制，改善分化效率，有望为DM治疗提供进一步的线索。

5展望

DM患者的胰岛β细胞功能随时间推移而进行性减退，在进展同时伴随多种危险因素发生。若不进行积极防治，糖尿病患者的生活质量将降低，寿命缩短，病死率增高。寻找早期准确的特异诊断DM，或探索高效的治疗方法，对改善预后有重要的价值。由于miR-375在正常胰岛形成及β细胞的葡萄糖调节胰岛素分泌的重要作用，寻找miR-375在调控胰岛表达中的作用，为发现DM的发病机制带来新思路。DM病人循环miR-375表达上调〔17〕，或能成为早期特异的临床诊断标志。鉴于 miR-375的特殊作用，它可以作为治疗DM的潜在靶标，控制miR-375的表达可以帮助成熟的hESCs分化为β细胞，如何更有效地利用miR-375诱导干细胞(SC)向胰岛样细胞分化治疗DM，对延缓病人病情进展，提高生存质量具有重要临床价值和社会意义。

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〔2015-06-01修回〕

(编辑袁左鸣)

通讯作者：盛德乔(1966-)，男，教授，硕士生导师，主要从事1型糖尿病发生分子机制研究。

基金项目：国家自然科学基金(No.81172788)；湖北省高等学校优秀中青年科技创新团队计划(No.T201203)

〔中图分类号〕R587.1

〔文献标识码〕A

〔文章编号〕1005-9202(2016)03-0716-03；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.03.092

·综述·