miRNAs在糖尿病心血管疾病中的作用

张福梅

(西北民族大学实验中心，甘肃 兰州 730030)

miRNAs在糖尿病心血管疾病中的作用

张福梅

(西北民族大学实验中心，甘肃 兰州 730030)

摘 要：糖尿病是全球最常见的代谢紊乱综合征，被公认为健康最重要的威胁之一。而miRNAs在糖尿病心血管疾病、胰岛素抵抗、糖尿病肾病、肥胖及脂代谢等并发症的发生发展中具有重要的作用。因此本文综述近几年与糖尿病心血管有关的miRNAs的作用机制及功能意义的研究进展，有助于我们进一步了解糖尿病引起的心血管疾病的病理生理机制，为糖尿病心血管疾病的诊断和治疗提供新的思路和理论基础。

关键词：miRNAs；糖尿病；心血管并发症

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是一种体内胰岛素相对或绝对不足，或靶细胞对胰岛素敏感性降低，或胰岛素本身存在结构上的缺陷而引起的糖、脂肪和蛋白质代谢紊乱的一种慢性疾病。国际糖尿病联盟于2013年11月14日世界糖尿病日发布“糖尿病地图”表明，目前全球范围内估计有3.82亿人受糖尿病影响，患病率约8.3％，2035年这个数字有可能达到6亿人，且糖尿病的发病年龄在逐渐下降。中华医学会糖尿病分会最近开展的一项全国性调查研究显示：中国的成人糖尿病患者已达9 200万，糖尿病前期患者人数高达1.48亿，位居世界第二，第一为印度，第三为美国。而且糖尿病是心、脑血管疾患的独立危险因素。与非糖尿病人群相比，糖尿病患者发生心、脑血管疾病的风险增加2～4倍。防治心脑血管疾病所需的医疗支出，占糖尿病医疗费用的最主要部分[1]。

微小RNA（microRNA，miRNA）是1993年Lee和Wightman在线虫研究中发现的一类长约18～25 nt的单链非编码小分子RNA[2]。绝大多数miRNA基因在RNA聚合酶Ⅱ的作用下形成miRNA初级转录本( primarymiRNA，pri-miRNA)。pri-miRNA被Drosha-D GCR8复合体识别并剪切成miRNA前体 (precursor miRNA，pre-miRNA)，随后，转运蛋白Exportin 5将pre-miRNA转运出细胞核，在胞浆中由核酸内切酶Dicer剪切成长度约22nt的双链miRNA[3]。双链miRNA在解螺旋酶的作用下分离，其中一条链装配入RNA诱导的沉默复合体成为有功能的miRNA，另外一条链则被降解[4]。

miRNA在进化过程中高度保守，通过与靶基因mRNA特异性的碱基互补配对，从而引起靶基因mRNA的降解或抑制其翻译，进而广泛地负调控靶基因的表达。miRNA是细胞生长发育的重要调节因子，与生物体的细胞分化、凋亡、物质代谢、干细胞、细胞周期等一系列重要生命活动的调节息息相关[5,6]。越来越多的研究证实，miRNA在糖尿病心脏疾病、胰岛素抵抗、糖尿病肾病、肥胖及脂代谢等并发症的发生发展中具有重要的作用[7,8]。

1　miRNA与糖尿病心脏病

miR-133被广泛认为在心脏和骨骼肌特异性表达，参与调节肌细胞的增殖和分化。此外，miR-133与心脏肥大呈负相关，在心衰和心脏肥大时表达下调[9]。特异性胰岛素依赖GLUT4自细胞内微粒体向细胞膜转位后易化葡萄糖转运，是心肌葡萄糖摄取的主要葡萄糖转运体。左室肥厚和心力衰竭时，Krǜppel样转录因子15(KLF15)和Glut4水平均降低。此时，高表达的miR-133通过其靶基因KLF15降低Glut4水平，减少心肌对胰岛素介导的葡萄糖摄取，影响心肌的能量代谢。

Feng等[10]研究观察miR-133在链脲霉素(STZ)诱导的糖尿病1型大鼠心肌细胞中的作用，血液动力学研究证实，1型糖尿病导致心脏肥大和收缩性降低，并且与心肌肥大有关的转录因子MEF2A和MEF2C表达增加，心肌组织miR-133a的表达显著下调。此外，胎鼠心肌细胞体外接触高浓度的葡萄糖同样产生肥厚性改变和miR-133a的表达减少。相反，胎鼠心肌细胞转染miR-133a，可以阻滞高糖导致的心肌肥大，表明miR-133a可以阻滞高糖引起的胰岛素样生长因子1（IGF-1）受体以及血清和糖皮质激素诱导的蛋白激酶1（SGK1）的作用，而阻止心肌肥大。

糖尿病引起异常QT间期延长而导致的心律失常，已经成为预测其死亡率的独立因素。Zhang等[11]证实约有20％糖尿病家兔较非糖尿病组长期出现异常QT间期延长的室性心律过速性心律失常。研究用膜片钳技术证实在糖尿病家兔QT间期延长性心律失常时，心脏细胞的Ik离子通道功能障碍。同小组研究证实糖尿病家兔心肌细胞中miR-133和miR-1表达水平较正常组增高，而且miR-133超表达将降低钾离子通道蛋白含量，反之亦然。这表明在糖尿病时miR-133表达异常将引起QT间期延长，导致心律失常。以上的两组研究表明，在糖尿病心血管疾病中miR-133表达增高和降低的机制仍不明确，可能与种属和或年龄因素相关。

糖尿病并发症的机制目前仍不明确，但研究证实长期高糖诱导的心肌凋亡与心血管并发症的发生发展密切相关，且胰岛素样生长因子-1（IGF-1）受体活化可抑制低密度脂蛋白诱导的细胞色素C释放导致的凋亡。Yu等[12]从miRNA和IGF-1在高糖诱导的线粒体功能障碍研究中证实，IGF-1可以抑制高糖引起的大鼠心肌细胞凋亡，而miR-1在心肌过表达。长期高糖引起miR-1在心肌细胞中过表达，过表达的miR-1又可以抑制IGF-1的抗凋亡作用。已被研究证实的另一种抗凋亡/死亡因子是热休克蛋白（Hsp）60。Shan等研究证实，糖尿病心肌细胞中Hsp60表达下调[13]，而且在高糖大鼠模型心肌细胞和高糖诱导的胎鼠心肌细胞中miR-1和miR-206均过表达。高糖引起miR-1和miR-206过表达抑制了Hsp60的表达，进而导致糖尿病心肌细胞的凋亡。Pim-1(小鼠白血病前病毒整合位点-1)在心脏应激反应中发挥着关键作用。在对STZ制备的1型糖尿心肌病大鼠模型研究中[14]，检测到miR-1过表达将引起Pim-1表达的下降。而在高糖条件下应用miR-1抑制剂使Pim-1表达恢复，或转染Pim-1质粒，都将阻滞心肌细胞的凋亡。结果表明，miR-1可直接抑制Pim-1的表达。

2　miRNA与糖尿病血管并发症

糖尿病血管并发症的发生常以长期高糖引起的血管内皮功能障碍开始[15]。糖尿病相关性的血管内皮功能障碍是指糖尿病患者存在多方面的血管内皮功能损害，包括在调节血管收缩、舒张状态、抑制血小板聚集、维持凝血及纤溶系统平衡、抑制炎性细胞、调控血管平滑肌生长及血管内皮细胞间黏附等方面的功能。

2型糖尿病模型大鼠GK心肌微血管内皮细胞(MMVEC)与非糖尿病大鼠miRNA差异性表达情况，结果显示，miR-320可引起包括血管内皮生长因子(VEGF)-A、纤维母细胞生长因子(FGFs)、胰岛素样生长因子1(IGF-1)和IGF-1受体在内的多种血管生长因子及其受体的改变。而且，高糖尿病心肌微血管内皮细胞miR-320过表达可明显减少细胞的增殖和迁移，而且使用miR-320抑制剂可提高IGF-1的表达，增加细胞的增殖迁移，促进血管生成[16]。以上实验均表明，糖尿病中miR-320影响了IGF-1参与的血管损伤。

Li等[17]研究miR-221在糖尿病相关性内皮功能障碍中作用时，研究证实，模仿高血糖，将人类脐静脉内皮细胞(HUVECs)暴露于高浓度的葡萄糖，可诱导微miR-221的表达，但c-kit（CD117）的表达减少。c-kit是干细胞因子的受体，参与促进内皮祖细胞(EPC)迁移和定位。此外，在高浓度的葡萄糖培养的人类脐静脉内皮细胞中，诱导微miR-221的表达，减少c-kit表达，然后使用miR-221抑制剂，c-kit表达会重新上调。Togliatto等[18]研究人类脐静脉内皮细胞、血管生成模型和糖尿病小鼠模型中，miR-221、miR-222均参与了糖基化终产物（AGE）介导的血管伤害。研究显示，高糖和糖基化终产物增多抑制细胞周期进程，导致内皮细胞、内皮祖细胞增殖受损以及血管生成减少。这些也与miR-221和miR-222表达的下调相关。此外，miR-221和miR-222也可直接抑制P27KIP1、P57KIP2(细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白——抑制细胞周期)。因此，miR-221和miR-222直接参与糖基化终产物和或高糖引起的细胞周期变化。但是人类脐静脉内皮细胞在不同血糖条件培养下miR-221的表达调节与这一结果是矛盾的。在其他细胞培养方法和动物水平上却同样证实了这一结果。因此，miR-221在糖尿病血管中的作用还需要进一步研究。Villeneuve等[19]研究miR-125 b在培养自发性2型糖尿病小鼠血管平滑肌细胞(VSMCs)的作用中，证实下调miR-125 b同时会引起组蛋白赖氨酸甲基转移酶（Suv39h1）的表达下降，而炎性基因启动子Suv39h1的下调是在自发性糖尿病小鼠微血管血管平滑肌细胞炎症基因表达的关键机制。miR-125 b减少Suv39h1蛋白质含量相反使用miR-125 b抑制剂增加Suv39h1蛋白质含量。而且，高糖条件下，miR-125 b引起的Suv39h1含量的减少可导致炎症因子(白介素6和单核细胞趋化蛋白1)和单核细胞-微血管血管平滑肌细胞黏附增加，因此，miR-125 b可以促进糖尿病动脉粥样硬化的形成。

在糖尿病大鼠模型的心肌内皮细胞[20]、胰岛素抵抗小鼠胚胎成纤维细胞[21]、2型糖尿病和胰岛素抵抗患者的肌肉[22]中，miR-503表达上调。进一步对miR-503在糖尿病血管生成作用进行研究，用高糖或低生长因素（模拟糖尿病局部组织营养供应障碍）干预培养的人类脐静脉内皮细胞和微血管内皮细胞，miR-503表达上调。且miR-503的表达引起细胞周期调节因子cdc25A和细胞周期蛋白E1(CCNE1)的减少，进而导致细胞增殖、迁移能力降低。而在相同条件下，抑制miR-503的表达，使内皮细胞增殖和血管生成恢复正常。在糖尿病导致的肢体动脉缺血的患者[23]和动物模型中均得到了类似结果。这些结果显示，miR-503的抑制促使新生血管形成，这将可能成为治疗糖尿病局部动脉缺血的新的研究方向。

动脉粥样硬化已经成为糖尿病血管并发症独立的重要因素。但miRNA在其发生发展中所起的作用研究仍不明确。

3　展望

自从miRNAs发现以来，一直是多个领域的研究热点，包括参与调节循环、呼吸、消化等多个系统疾病发生发展过程，尤其在心血管疾病领域的心肌肥厚、心律失常、炎症等方面的作用越来越清楚，但其在糖尿病心血管并发症的复杂发病机制研究仍不明确。而越来越多的证据表明，miRNAs的差异表达，的确在糖尿病及其相关心血管并发症中起着潜在的决定性作用。在未来，这些涉及miRNAs的潜在机制可能被利用来确定特定的临床生物标志物和进行糖尿病的治疗干预。

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（编辑：高真贞）

中图分类号：R587

文献标识码：A

文章编号：1006-799X(2016)04-0038-03

作者简介：张福梅（1978-），女，山西垣曲人，讲师，硕士，主要从事病理生理学的教学与科研工作。

基金项目：西北民族大学校级中青年资助项目（项目编号：X2007-007）