有氧运动联合Ala-Gln对2型糖尿病microRNA表达的影响及对心肌纤维化的干预

刘　霞，孙昌亮



有氧运动联合Ala-Gln对2型糖尿病microRNA表达的影响及对心肌纤维化的干预

刘霞1，孙昌亮2

2型糖尿病(T2DM)发病率随着生活方式的改变逐年上升，由此产生的并发症是致残致死的重要元凶，本文将对2型糖尿病并发症之心肌纤维化进行摘要总结，找出运动对microRNA的干预作用，及microRNA对心肌纤维化的影响，以此为运动对2型糖尿病心肌纤维化的影响提供有力依据，为进一步对microRNA通路进行研究奠定理论基础。

心肌纤维化；microRNA；运动

近年来，随着人们生活方式的改变，糖尿病(DM)发病率逐年上升，其中2型糖尿病(T2DM)患者占总数90%以上，心肌细胞间质胶原沉积及纤维化是T2DM的严重并发症。心肌纤维化(myocardial fibrosis，MF)是指心肌组织中胶原纤维过量沉积，各型胶原比例失调以及排列紊乱。心肌中的胶原类型有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ5 型，Ⅰ型和Ⅲ型构成心肌胶原网络，Ⅰ型胶原张力较强，与心肌硬度有关；Ⅲ型胶原较Ⅰ型胶原张力弱，构成网状系统，与心肌弹性密切相关，纤维化的发生与胶原纤维的分布、数量及排列有关，是形成心肌纤维化的重要原因[1]，其中Ⅰ/Ⅲ型胶原比例增加会导致心血管疾病的发生[2]。胶原蛋白的沉积会推进心肌纤维化的形成，因此抑制胶原蛋白的合成可能会被用来预防和治疗心肌纤维化[3]。

1　运动对糖尿病的干预

DM 是由于，糖脂代谢异常，胰岛素分泌和/或作用不足，引起的代谢性疾病。许多研究结果表明，慢性高血糖引起ROS 水平上升。氧化应激影响胰岛素合成和分泌，促进了 DM 的发生，导致肌肉、脂肪及肝脏等组织细胞损伤，从而影响组织对胰岛素的敏感性，使血糖持续升高，DM 又进一步增加了氧化应激的程度[4]。

有氧运动是治疗T2DM 的重要手段，有研究发现，T2DM 大鼠出现典型的多饮、多食、多尿等临床症状，谷草转氨酶(AST)和肌酸激酶(CK)活性、GLU 和血清中乳酸脱氢酶(LDH)和心肌MDA 含量明显增高，心肌SOD 活性显著下降，而DM 运动组大鼠血糖和血清中LDH、AST、CK 活性和心肌MDA 含量均显著降低，心肌SOD 活性显著升高。而长期的有氧运动训练能降低T2DM 大鼠血糖水平，提高心肌组织的抗氧化功能，对心肌损伤均有一定的抑制作用[5]。有研究发现，6周的低、中、高强度运动能有效控制T2DM 大鼠血糖，对治疗T2DM 心肌病具有一定的作用[6]。

2　miRNA对心肌纤维化的影响

miRNA-133a是心脏中含量最丰富的miRNA之一，以往研究显示miRNA-133a是心脏发育的重要调节因子[7]。当miRNA-133a表达异常时不仅心脏结构发生畸形，还会存在严重的心肌纤维化，并导致心力衰竭，说明miRNA-133a对维持心脏的细胞外基质平衡具有重要作用[8]。miRNA-133a与TNF-β1密切相关，miRNA-133a表达的降低会导致TNF-β1含量的增加，胶原纤维随之增加，TNF-β1可作用于成纤维细胞，诱导其表型改变，提高其合成纤维的能力；Smads信号通路为介导TGF-β1促纤维化作用的主要转导通路。TNF-β1激活细胞表面的受体，受体胞浆区激活胞浆内的Smads蛋白2、3，Smad2、3活化之后与Smad4形成异聚体并转移至细胞核，调控基因的转录表达。除了Smads信号通路，TNF-β1还可以激活Ras、JNK、RhoA/ROCK等多条信号通路，调控胶原合成相关基因[7]。

miRNA-21被认为具有促进心肌纤维化的作用，有研究表明在心力衰竭与心肌肥厚小鼠中miRNA-21显著上调，主要发生在在心脏成纤维细胞中，心肌细胞中无明显变化，在正常心肌中miRNA-21只有微弱表达。进一步研究表明，SPTY1是miRNA-21的直接靶基因，miRNA-21通过抑制心脏成纤维细胞中SPTY1来增强ERK-MAP[细胞外信号调节激酶(extra-cellular-signa1regulated kinase, ERK)/丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)]激酶活性，进而调节相应生长因子的分泌及成纤维细胞的增值，从而导致心肌纤维化[9,10]。与此相反，在该模型中miRNA-21基因沉默可抑制ERK-MAPK信号通路活性，Spry1表达增加，降低心肌间质纤维化[10]。miRNA-21 参与了DN 时对 TGF-β/Smad 信号通路的调控。它是通过同时抑制 Smad2、Smad3、Smad7 的功能实现的[12]。TGF-β1过表达的转基因小鼠出现了心肌肥厚及间质纤维化[13]。

Karakikes等[14]研究发现，在主动脉狭窄诱导的心脏压力超负荷大鼠中，miRNA-1的表达显著降低。尾静脉注射结合miRNA-1的腺病毒后，心肌病理学肥厚和心肌纤维化的程度显著降低，心室射血功能得到改善。进一步研究发现，miRNA-1可通过降解Fbln-2的mRNA，抑制细胞外基质的增加，缓解心肌纤维化的程度。

3　运动对microRNA的表达影响

运动对DM的干预可通过多种通路进行调节，目前通过运动训练调节miRNA影响T2DM心肌纤维化的研究较少，但运动训练对于miRNA的调节对心肌肥大的研究较为广泛，已知的研究较多的miRNA包括miRNA-1，-133a，-124，-21，-27b，-24等。有研究显示，通过不同强度的运动小鼠心肌miRNA及心脏形态结构变化不同，结果发现miRNA-1、miRNA-133a具有抑制成年心脏肥大作用，一次力竭性运动能迅速提高miRNA-1、133a表达；而8周耐力训练却能显著降低miRNA-1、133a表达[15]。谭文鹏[13]认为miRNA-133a的表达下降可能使其对一些促纤维化基因的调控作用减弱，从而导致胶原纤维合成的增加。miRNA-124在游泳运动训练诱导的LVH(left ventricular hypertrophy，LVH，左心室肥大)大鼠模型中显著下调，而miRNA-21、miRNA-144和miRNA-145显著上调，他们进一步的研究发现，这些差异表达的miRNAs可能分别通过靶向其下游靶基因PI3Kα(miRNA-21)、PTEN(miRNA-21和miRNA-144)和TSC-2(miRNA-145)激活PI3K/AKT/mTOR信号通路介导运动心脏重塑[16]。

LIANG等[17]在小鼠心肌梗死模型中，miRNA-21在心肌梗死边缘区表达上调，TGF-β受体( TGF-βR) Ⅲ表达下调。在心肌纤维母细胞转染miRNA-21后，TGF-βRⅢ表达量明显下降，胶原纤维含量增加。miRNA-21可能通过抑制TGF-βRⅢ的表达及促进胶原纤维含量增加参与心肌梗死心肌纤维化的形成。miRNA-21 参与了DN 时对 TGF-β/Smad 信号通路的调控。它是通过同时抑制 Smad2、Smad3、Smad7 的功能实现的[12]。TGF-β1过表达的转基因小鼠出现了心肌肥厚及间质纤维化[7]。microRNA-24表达上调能够降低心肌纤维化及防治扩散。进一步研究发现，TGF-β能增加microRNA-24的表达，microRNA-24过表达又能降低心肌成纤维细胞TGF-β的分泌和Smad2/3的磷酸化[2]。

耐力训练可以增强心肌miRNA-27a和 miRNA-27b 表达。金属基质蛋白酶 13(MMP13)为miRNA-27b 的靶分子可调节心肌纤维化，在miRNA-27b转基因小鼠胶原分子Ⅰ和Ⅲ的表达会出现明显上升，而MMP13表达会下降。小鼠转基因miRNA-27b后心肌超微结构会发生损伤，所以可以认为，miR-27b可能是抑制 MMP13的表达促进心肌纤维化。

综上所述，miRNA可通过不同通路改变多种靶蛋白表达，加剧或者改善心肌纤维化的发生，运动可调节miRNA的表达，及降低心肌纤维化的发生，但运动是否通过miRNA改善心肌纤维化尚未得到证明，本研究意在发现此过程是否由miRNA引起。

4　丙氨酰谷氨酰胺(Ala-Gln)对糖尿病的干预

越来越多的研究证实，Gln强化的营养支持具有改善机体代谢、氮平衡、促进蛋白质合成、增加淋巴细胞总数、改善机体免疫状况，并具有肠道保护、维持肠道功能的作用，可减少内毒素血症和机体的炎性反应。补充外源性Gln有助于提高力竭性运动大鼠心肌组织中的GSH含量，抑制细胞膜脂质过氧化反应、减少MDA的生成。

近年来研究发现，Gln与T2DM之间有着密切的关系，肥胖及T2DM 患者体内Gln减少。同时，补充Gln可增加正常人、肥胖及T2DM患者循环中血清胰高血糖素样肽-1(GLP-1)的水平。GLP-1是一种快速强力刺激餐后INS释放的肠道激素，GLP-1刺激INS分泌呈血糖依赖性，并抑制胰高血糖素的分泌和胃的排空[28,30]，发挥降血糖效应。

Gln对于2型糖尿病心肌纤维化的影响可通过诱导SHP70改善心肌纤维化的发展，影响缝隙连接蛋白43(Cx43)重构，其机制可能与下调细胞外信号调节激酶通路中磷酸化细胞外信号调节激酶 1/2(pERK1/2)蛋白的表达，抑制细胞外信号调节激酶通路的激活有关[19]。还有研究证实力竭性游泳运动可提高大鼠心肌中的丙二醛(MDA)的含量，降低还原型谷胱甘肽(GSH)，补充外源性Gln可以，提高心肌中的GSH含量。葛学美等研究报道Gln可抑制脂肪分解和脂肪氧化，促进肝糖原合成，表明其在体内可产生降糖作用[20]。鲍宏刚等研究表明丙氨酰谷氨酰胺(Ala-Gln)腹腔注射，与对照组相比显著增加心肌组织HSP70的表达，降低心肌纤维化程度降低Cx43重构，降低p-ERK1/2的表达，表明谷氨酰胺可以保护大鼠缺血模型的心肌纤维化及降低Cx43重构[19]。过度运动可上调心肌细胞内NADPH氧化酶关键亚基的mRAN基因表达，从而激活NADPH氧化酶生成ROS，致使心肌ROS含量增加，使心肌过氧化导致心肌损伤。所以，心肌过氧化损伤可能通过NADPH氧化酶诱导ROS生成，因此，通过NADPH氧化酶抑制剂DPI抑制NADPH氧化酶的活性来降低ROS的生成。Gln可降低心肌自由基浓度，保护心肌防治过氧化，两者同时使用可起到协同保护作用，不会引起拮抗。

目前，有较多的研究发现Gln对心肌的保护作用，且其对心肌的保护已经得到很多专家学者的认可，但Gln对心肌的干预是多方面的，其具体作用机制尚未得到明确结论，但是，Ala-Gln对于2型糖尿病心肌纤维化的研究以及心肌组织中miRNA的影响的研究报道暂时还未见到报道。

[1]杨四宝，高永建．转化生长因子β与microRNAs的串话效应在心肌纤维化中的研究进展[J]. 中国循环杂志，2013，28(7)：552-554.

[2] 微小RNA与心血管疾病心肌纤维化关系的研究进展[J]. 广州医学，2013，34(13):99-101.

[3]Aerobic execise training promotes physiological cardiac remodeling involving a set of microRNAs[J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2015 ,309(4):H543-52.

Influence on Diabetes Mellitus type 2 MicroRNA Expression and Intervention to Myocardial Fibrosis by Aerobic Exercise Combined with Ala-Gln

Liu Xia1, Sun Changliang2

Diabetes Mellitus type 2(T2DM) morbidity increases year by year with the change of life style, and its complications are the main reason for disability and death. This paper concludes researches on myocardial fibrosis—a complication of T2DM, find out intervention effects of exercise to microRNA, as well as microRNA’s influence on myocardial fibrosis, aiming at offering evidence for the influence of exercise to T2DM myocardial fibrosis and setting theoretical foundation for microRNA path research.

myocardial fibrosis; microRNA; exercise

刘霞(1972-)，女，湖南临澧人，教授，博士，研究方向：运动生理生化。

1.湖南师范大学体育学院，湖南 长沙410012

1.Sport College of Hunan Normal University, Changsha 410012, Hunan, China.

G804

A

1005-0256(2016)010-0128-2

10.19379/j.cnki.issn.1005-0256.2016.010.054

2.扬州大学体育学院，江苏 扬州225009