长链非编码RNA调控糖尿病心肌病分子机制的研究进展

邹静怡，张 娜，高 燕

糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy, DCM)是指1型和2型糖尿病患者在排除高血压、冠状动脉疾病、心脏瓣膜病等其他心脏危险因素的情况下，出现心室肥大、纤维化、舒张功能障碍甚至收缩功能障碍的一种进行性心脏病[1]。DCM的发病与高血糖、胰岛素抵抗、微血管病变等有关，从而导致氧化应激，心肌细胞凋亡、自噬，心肌纤维化，心肌肥厚，心室重构等病理变化。长链非编码RNA(lncRNA)是一种长度大于200 nt并缺乏蛋白质编码能力的非编码RNA，其存在种间保守性[2]。近年来，lncRNA的异常表达被证实在分子水平调控了DCM的病理发展过程[3]。某些lncRNA还可作为DCM的潜在诊断标志物，为临床诊断带来希望。本文拟对DCM的分子机制及lncRNA在DCM发病过程中的调控作一综述，旨在为DCM提供新的诊断和治疗策略。

1 DCM的发病机制

DCM的发展过程中，高血糖代谢紊乱导致胰岛素抵抗，氧化应激增加，线粒体功能障碍，自噬表达异常，引起心肌细胞凋亡增加。脂肪酸过量摄取和氧化，有毒脂质中间体(如二酰基甘油、神经酰胺)积累，导致心脏脂毒性[4]。在这个过程中多伴有肾素-血管紧张素-醛固酮系统的过度激活，加速了心脏重构，出现心肌细胞肥大、间质纤维化、血管内皮细胞和血管平滑肌细胞功能障碍，临床上表现为舒张功能障碍，严重者同时出现收缩功能障碍[5]。心脏的微血管病变也不容忽视。在糖尿病初期，伴随着高血糖和胰岛素抵抗，心脏微血管即可出现内源性NO合成减少，活性氧(ROS)增加，二者间平衡失调，引起内皮功能障碍，诱导心肌细胞炎症，促进心肌细胞凋亡[6]。同时微血管渗透性增加，加速了心肌纤维化及心肌重塑过程。

2 lncRNA在DCM病理过程中的调节

2.1心脏特异性lncRNA

2.1.1MHRT：上调MHRT能减轻氧化应激导致的心肌细胞凋亡。MHRT是心肌特异性lncRNA，在氧化应激时表达增加，而氧化应激的增加可激活氧化应激信号通路，促进心肌细胞和血管内皮细胞的凋亡[7]。Zhang等[8]用H2O2模拟心肌细胞氧化应激诱导损伤模型观察MHRT在心肌细胞中的表达以及作用，发现MHRT的表达在200 μmol/L的H2O2浓度下增加近4倍，提示H2O2能诱导心肌细胞中MHRT的表达。利用靶向siRNA敲低心肌细胞中MHRT的表达后，心肌细胞在氧化应激模型中凋亡增加，表明上调MHRT在氧化应激中对心肌细胞具有保护作用。氧化应激是DCM最重要的病理生理因素之一，MHRT在氧化应激中也发挥重要作用，二者尚无相关性报道，但可能为治疗DCM提供一个新的理论依据。

2.1.2Crnde：上调Crnde能够减轻DCM小鼠的心肌纤维化。Crnde在人和小鼠的心脏组织尤其是心肌成纤维细胞中特异性表达。Zheng等[9]在DCM小鼠模型中发现Crnde表达上调，敲低Crnde后，心肌成纤维细胞中胶原蛋白沉积显著升高，左心室射血分数及缩短分数明显降低。上调Crnde后，结果相反，提示Crnde过表达可减轻DCM心肌纤维化，改善心功能。体外实验中，Crnde的表达受Smad3的调控，Crnde也抑制靶基因Smad3的转录活化，从而抑制心肌纤维化过程中心肌成纤维细胞的分化。

2.2非心脏特异性lncRNA

2.2.1H19：上调H19能改善大鼠心肌氧化应激损伤，抑制心肌细胞凋亡和自噬，下调H19降低小鼠心肌纤维化。H19是糖尿病大鼠心肌病的重要调节因子，在糖尿病大鼠心肌细胞中显著下调，过表达H19能降低心肌组织氧化应激、炎症、细胞凋亡和自噬，改善DCM。Zhuo等[10]研究发现，在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠模型中，自噬相关蛋白和自噬体在高血糖反应中被显著激活。上调H19后，自噬体的数量和自噬相关蛋白的表达明显降低，左心室功能显著改善。同样，Li等[11]也研究发现，H19过表达组超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶水平显著上升，丙二醛水平、心肌细胞凋亡指数、caspase-3的表达和Bax/Bcl-2比率降低，心肌氧化应激水平降低，细胞凋亡减少。相反，H19在糖尿病小鼠心肌细胞中显著上调。Huang等[12]在体外培养的糖尿病小鼠心肌细胞中发现，H19表达增加，并通过靶向结缔组织生长因子导致心肌纤维化相关蛋白积累。下调H19可显著抑制Ⅰ型、Ⅲ型胶原蛋白和α-平滑肌动蛋白水平，降低心肌纤维化。H19发挥其功能的另一种模式是作为竞争性内源RNA(ceRNA)与蛋白质和微小RNA相互作用[13]。当H19敲低时，可以增强miR-455的抗纤维化作用并减弱miR-455靶向的结缔组织生长因子表达，并进一步降低纤维化相关蛋白质的合成。

2.2.2心肌梗死相关转录物(MIAT)：下调MIAT可抑制心肌细胞凋亡，减轻心肌细胞肥大。在DCM发病过程中，MIAT的表达升高。在体外高糖培养的新生大鼠心肌细胞中，caspase-3和Bax/Bcl-2比率升高，MIAT表达增加。下调MIAT后可降低促凋亡蛋白和死亡相关蛋白激酶2的表达，抑制高糖介导的细胞凋亡[14]。另外，MIAT可促进内皮细胞增殖和迁移从而导致微血管功能障碍，加速心脏肥大的病理发展。MIAT在血管紧张素Ⅱ诱导的心肌肥厚小鼠模型和大鼠心脏来源的H9c2细胞中表达显著升高。在体外H9c2细胞模型中，MIAT下调能显著抑制血管紧张素Ⅱ诱导的肥厚性基因的增高、细胞表面积的增加以及总蛋白含量的升高。同时，MIAT作为ceRNA抑制H9c2细胞中miR-150的表达从而促进高糖诱导心肌细胞肥大的发展。相反，MIAT敲低可减轻DCM心肌细胞肥大[15]。

2.2.3lncRNA-AK081284：下调lncRNA-AK081284能降低心肌纤维化。Zhang等[16]研究发现，在高糖处理的心肌成纤维细胞和糖尿病小鼠心肌组织中lncRNA-AK081284表达水平均升高，上调lncRNA-AK081284的表达，能够导致高糖诱导的心肌成纤维细胞胶原蛋白Ⅰ、胶原蛋白Ⅲ、转化生成因子β1和α-平滑肌动蛋白生成的增加，促进心肌纤维化的发生。当敲低lncRNA-AK081284时，上述变化消失。

2.2.4MALAT1：下调MALAT1A可降低心肌细胞凋亡，改善心功能。MALAT1在心肌组织中大量存在，在链脲佐菌素诱导的1型糖尿病大鼠心肌组织中表达上调。当用siRNA敲低MALAT1以衰减表达后，可显著减轻细胞炎性因子(肿瘤坏死因子-α、白介素-6和白介素-1β)浓度和细胞凋亡，改善左心室舒张和收缩功能，改善DCM[17]。

2.2.5DCRF：敲低DCRF可降低心肌细胞自噬，减轻心肌纤维化，改善心功能。DCRF在糖尿病大鼠心肌和高糖处理的心肌细胞中表达上调，诱导心肌细胞自噬和纤维化的增加。同时DCRF可作为ceRNA减弱miR-551b-5p对PCDH17的抑制，从而激活心肌细胞自噬。下调DCRF，可降低PCDH17的表达并抑制高糖处理心肌细胞的自噬，明显改善糖尿病大鼠组织学的异常(心肌细胞肥大、心肌纤维破裂和细胞间隙增加)以及左心室功能[18]。

2.2.6Kcnq1反向链/反义转录物1(Kcnq1ot1)：下调Kcnq1ot1改善糖尿病心肌组织的炎症坏死和纤维化。Kcnq1ot1是位于人染色体11p15.5上的lncRNA。Yang等[19]在链脲佐菌素诱导的DCM小鼠模型及体外高糖处理的心肌成纤维细胞中发现，Kcnq1ot1表达升高，左心室收缩和舒张功能恶化，射血分数和缩短分数减少，心肌成纤维细胞中胶原蛋白Ⅰ、胶原蛋白Ⅲ、caspase-1和白介素-1β水平显著升高。下调Kcnq1ot1可明显改善这些变化。进一步研究表明，Kcnq1ot1能作为miR-214-3p的ceRNA调节caspase-1的表达。Kcnq1ot1的敲低在体内和体外都可改善DCM炎症坏死和纤维化。

2.2.7MEG3：下调MEG3能够抑制心肌细胞凋亡。在体外高糖处理人心肌细胞AC16建立DCM的模型中，细胞活力降低，细胞凋亡率增加，MEG3表达上调，miR-145表达减少。当敲低MEG3时，AC16细胞凋亡减少。此外，MEG3可作为ceRNA抑制miR-145的表达，从而减少miR-145对高糖处理AC16细胞中PDCD4表达的抑制，敲低MEG3通过调节miR-145/PDCD4轴保护人心肌细胞免受高糖诱导的细胞凋亡[20]。

2.2.8NONRATT007560.2：敲低NONRATT007560.2表达能够抑制高糖诱导的心肌细胞氧化应激和凋亡。NONRATT007560.2在高糖诱导的心肌细胞凋亡模型中显著上调。当下调NONRATT007560.2时，Yu等[21]通过检测心肌细胞凋亡和ROS的积累，发现心肌细胞凋亡被抑制，ROS水平降低，但其机制需要进一步的研究。

3 lncRNA作为DCM的潜在诊断标志物

3.1NKILA NKILA在DCM患者中特异性上调，下调NKILA减少心肌细胞凋亡。Li等[22]对312例糖尿病而无并发症的患者进行了8年随访，每半年抽取血浆并利用RT-qPCR测定血浆中NKILA的表达。随着糖尿病的发展，NKILA在DCM中显著上调，而在无或有其他并发症(糖尿病肾病和糖尿病视网膜病变)中NKILA表达水平无明显变化。在体外用不同浓度高糖与不同时间处理的心肌细胞中，心肌细胞凋亡增加，但NKILA的表达无明显变化，也进一步说明NKILA是DCM特有的标志物，与糖尿病本身和其他糖尿病并发症无关，NKILA可能是通过增加心肌细胞凋亡以促进DCM的发展。同时受试者工作特征曲线分析发现，在诊断DCM的6个月前(无明显并发症表现)NKILA水平即显著上调，提示在临床上可对无并发症的糖尿病患者抽血检测NKILA表达量以预防DCM的发展。

3.2HOTAIR HOTAIR在DCM中特异性下调，上调HOTAIR可改善细胞活力。Qi和Zhong[23]研究结果表明，在DCM患者的心肌组织和血清中HOTAIR表达下调，而在无心肌病的糖尿病患者和健康对照组中HOTAIR表达无显著差异。进一步受试者工作特征曲线分析研究显示，心肌组织和血清中的HOTAIR表达可用于准确区分DCM患者和健康者。另外，体外高糖培养的AC16细胞中HOTAIR表达也下调，Akt磷酸化被抑制。当上调HOTAIR激活PI3K/Akt途径能够明显改善AC16细胞活力，改善DCM。

3.3TINCR TINCR在DCM中特异性下调，上调TINCR抑制心肌细胞凋亡。TINCR也可用于DCM的有效诊断。DCM患者心肌组织及血清中TINCR的表达水平明显低于无心肌病的糖尿病患者及健康者。Chen等[24]在体外高糖处理的AC16细胞中检测到TINCR表达无显著变化，提示TINCR可能不参与高糖诱导的DCM的发生，而在随后发生的心肌病理变化中发挥作用，但上调TINCR后，心肌细胞凋亡率降低。

4 lncRNA影响血管内皮细胞炎症反应

高糖、胰岛素敏感性降低和炎症反应可导致体内NO降低，ROS增加[6]，出现内皮舒张功能障碍、血管平滑肌细胞损伤、异常血管收缩等表现，引起冠状动脉微血管障碍，进而促进DCM的病理发展，是DCM的重要病理因素之一。lncRNA在血管内皮细胞的病理发展中也发挥重要作用，影响血管炎症反应，进而导致血管功能障碍。

4.1LINC00341 LINC00341抑制血管内皮细胞的炎症反应。LINC00341是人脐静脉内皮细胞中最丰富的lncRNA之一，在血管内皮细胞中发挥抗炎作用。Huang等[25]上调人脐静脉内皮细胞中LINC00341的表达后，肿瘤坏死因子-α导致的人脐静脉内皮细胞炎症明显被抑制，单核细胞黏附、内皮炎症标记基因血管细胞黏性因子1的RNA和蛋白质水平也明显降低。

4.2TGFB2-OT1 TGFB2-OT1能够促进血管内皮细胞炎症反应。Huang等[26]利用脂多糖和氧化低密度脂蛋白刺激人脐静脉内皮细胞诱导TGFB2-OT1 RNA表达增加，导致人脐静脉内皮细胞中白介素-6和白介素-8产生，各种炎症相关基因(细胞因子、趋化因子和黏附分子等)表达增加。提示TGFB2-OT1参与炎症小体的激活，下调TGFB2-OT1对血管内皮细胞有保护作用。

lncRNA对冠状动脉微血管病变导致的DCM尚无直接相关性报道。因此，lncRNA对血管内皮细胞炎症反应的影响可能为治疗DCM提供新思路。

5 结语

lncRNA在DCM发病过程中发挥着重要作用，特异性lncRNA的异常表达与DCM的病理过程息息相关。通过调控lncRNA的表达水平，上调保护性lncRNA，下调有害的lncRNA，能够减缓或阻断DCM的病理发展，可以达到治疗疾病的目的，尤其是诊断性lncRNA的发现，为临床医学提供了更为合适的诊治手段。然而lncRNA具有种间保守性，上述某些lncRNA的研究是在大鼠或小鼠模型中进行，这些lncRNA是否存在于人类基因组中并发挥同样的作用有待进一步的研究。未来，随着测序技术和干扰技术的发展，将会有更多与DCM相关的lncRNA被发现，需要深入开展更多有意义的研究。