lncRNA在糖尿病心肌病中的研究进展

刘梦楠,黎子微,刘 斌

(吉林大学第二医院 心内科，吉林 长春130041)

糖尿病是一种慢性内分泌代谢紊乱疾病，目前患者的主要死因为心血管疾病[1]，比例占死亡人数的60%以上[2]。胰岛素抵抗以及血液循环中高水平的炎性因子、肾上腺素和肾素-血管紧张素、高血糖和高血脂等会对心肌起毒性作用，最终导致心脏功能恶化，这种病理状态被称为糖尿病心肌病(DCM)[3]，而目前仍无针对治疗DCM有效的治疗方案。长链非编码RNA(lncRNAs)为一种不翻译成多肽的内源性RNA转录产物，lncRNAs通过与特定DNA、RNA或蛋白质部分结合来发挥调控多种基因表达的作用[4]。越来越多的研究表明，lncRNAs有潜力成为一些心血管疾病和糖尿病的关键调节因子及治疗靶点。本文就lncRNAs在糖尿病心肌病发病机制中的相关研究近况作一综述。

1 糖尿病心肌病的简介

糖尿病心肌病(Diabetic cardiomyopathy ，DCM)是一种特殊类型的心脏疾病[5]，被定义为在没有高血压和结构性心脏病如冠状动脉疾病或瓣膜性心脏病的糖尿病患者中的心肌功能障碍[6]。上述表明糖尿病患者即使没有高血压和缺血性心脏病等疾病，心脏结构和功能仍可能发生变化。DCM早期以心脏僵硬、肥大、纤维化和细胞信号异常等结构和功能异常为特征，而后出现舒张功能减退，晚期则出现收缩功能障碍，最终导致心力衰竭[7-9]。DCM的发病过程涉及肾素血管紧张素-醛固酮系统激活，氧化应激，内质网应激，线粒体功能障碍，炎症反应，自噬，细胞凋亡，微血管功能障碍等病理生理过程。高血糖、胰岛素抵抗和代谢紊乱等可以通过各种机制可最终导致心脏功能受损[9-10]。

2 lncRNA的简介

长链非编码RNA(lncRNAs)是一组长度超过200个核苷酸的非编码转录物[11]，lncRNAs参与多种生理和病理过程包括染色质修饰[12-13]、细胞周期调控等[14]，同时可与RNA和细胞质中的蛋白质相互作用来调控翻译、剪接和基因表达的过程[11,15-16]。lncRNAs与多种心血管疾病和相关危险因素有关，包括病理性肥大、血管疾病、动脉粥样硬化、血脂异常和代谢综合征等[17]。新的研究发现，一些lncRNAs通过调节炎症反应和凋亡等过程参与糖尿病相关并发症包括糖尿病心肌病的病理生理过程[18-19]。

3 lncRNA在糖尿病心肌病的研究进展

3.1 lncRNA与心肌纤维化

心肌纤维化是DCM的病理变化，同时也参与了心力衰竭的发生发展。白细胞介素17(IL-17)参与炎症调节过程，同时也参与了心肌纤维化的发生。有研究[20]表明，高糖诱导的lncRNA-MIAT上调是IL-17产生的原因，可能的机制为上调的lncRNA-MIAT特异性减弱了miR-214-3p介导的对IL-17的抑制作用，敲除lncRNA-MIAT可以减轻小鼠的心肌纤维化。同时也有研究[21]表明，在高糖处理或IL-17处理的心肌成纤维细胞(CFs)中，lncRNA-AK081284的表达增加，过表达的lncRNA-AK081284可促进胶原蛋白的生成，而敲除IL-17则可减少高糖诱导的lncRNA-AK081284的上调，表明IL-17 / AK081284/TGFβ1信号通路可调节高糖诱导的心肌纤维化过程。有研究[22]表明，lncRNA-MALAT1 在糖尿病小鼠和高糖处理的CFs中升高，褪黑素有减少高糖处理的CFs的胶原蛋白生成的作用，其通过抑制lncRNA-MALAT1/mir-141介导的NLRP3炎性小体的炎症激活和TGFβ1/Smads信号，产生抗心肌纤维化作用。有研究[23]表明，转化生长因子-β(TGF-β)可参与成纤维细胞活化、增值和分化的过程，lncRNA-Crnde作用于TGF-β/Smad3信号通路并抑制了SMAD家族成员3(Smad3)在靶基因上的转录激活，最终抑制了CFs中肌成纤维细胞标志物基因的表达。lncRNA-Crnde对CFs的肌成纤维细胞分化具有负调控的作用，所以lncRNA-Crnde的过表达可减轻DCM小鼠的心肌纤维化。有研究[24]表明，lncRNA-Kcnq1ot1在糖尿病心肌组织和高糖处理的CFs中显著上调，沉默lncRNA-Kcnq1ot1后，miR-214-3p可靶向抑制半胱氨酸蛋白酶-1(caspase-1)及其下游炎性细胞因子IL-1β而减少胶原沉积和心肌纤维化，所以Kcnq1ot1/miR-214-3p/caspase-1/TGF-β1调控网络在DCM心肌纤维化的调控中起重要作用。

3.2 lncRNA与细胞凋亡

细胞凋亡参与了DCM的发病过程[25]。研究[26]发现，在高糖处理的大鼠和小鼠的心肌细胞中发现，抑制lncRNA-GAS5可以减少细胞凋亡。有研究[27]表明，lncRNA-LUCAT1的表达在高糖处理的AC16细胞中明显上调，而敲低lncRNA-LUCAT1可以通过下调醛固酮合成酶基因(CYP11B2)逆转心肌细胞损伤和凋亡。研究[28]发现，通过注射链脲佐菌素建立了DCM小鼠模型，发现lncRNA-Malat1在DCM小鼠的心肌中表达上调，此外发现在高糖处理的心肌细胞中lncRNA-Malat1的表达也上调。同时在DCM心肌中发现凋亡相关因子p53，p21和BCL-2表达水平变化，lncRNA-Malat1可以通过阻止miR-181a-5p与p53的结合促进心肌细胞凋亡。有研究[29]表明，lncRNA-NKILA在高糖处理的心肌细胞中表达上调，而敲低lncRNA -NKILA后则观察到心肌细胞凋亡过程被抑制。有研究[30]表明，lncRNA-MEG3在高糖处理的AC16细胞中表达上调，其对miR-145有负调控作用。在AC16细胞中PDCD4是miR-145的靶标，同时PDCD4也是细胞凋亡的关键介质，lncRNA-MEG3可通过抑制miR-145的表达而减轻其在高糖处理的AC16细胞中下调PDCD4表达的作用，所以敲低lncRNA-MEG3可调节miR-145/PDCD4轴而抑制心肌细胞凋亡。研究[31]发现，lncRNA-Neat1的表达在高糖处理的小鼠心肌细胞中明显上调，上调的lncRNA-Neat1可促进心肌细胞的凋亡。组蛋白脱乙酰基酶4(HDAC4)可促进心脏再生并改善心脏功能，梓醇(Catalpol)可通过调节DCM小鼠的Neat1/miR-140e5p/HDAC4轴减少lncRNA-Neat1的表达而减轻心肌细胞凋亡。有研究[32]表明，DCM患者的心肌活检和血清中的lncRNA -TINCR表达水平显著低于健康对照组和不合并心脏疾病的糖尿病患者，同时在人心肌细胞中发现过表达的lncRNA- TINCR可显著减少细胞凋亡率，保护患者的心肌细胞。有研究[33]表明，lncRNA-Kcnq1ot1在糖尿病小鼠心脏组织和高糖处理的心肌细胞中过表达，而沉默lncRNA-Kcnq1ot1通过靶向调控miR-214-3p和caspase-1可抑制细胞凋亡，细胞骨架结构异常和钙超载。研究[34]发现，lncRNA-MIAT在高糖处理的乳鼠心肌细胞中表达上调，DAPK2在调节细胞凋亡中作用关键，同时DAPK2也是miR-22-3p的靶标，lncRNA-MIAT的过表达可减少miR-22-3p对DAPK2的抑制作用，所以lncRNA-MIAT通过激活miR-22-3p来上调DAPK2而导致心肌细胞凋亡，而敲除lncRNA-MIAT可减少DAPK2的表达且抑制细胞凋亡过程。

3.3 lncRNA与自噬

自噬参与了DCM 的发病过程，其可通过清除受损的细胞器和蛋白质来维持细胞正常的功能[32,35]。有研究[36]表明，在心肌细胞中高糖可诱导lncRNA-DCRF表达上调，促进miR-551b-5p与高表达的lncRNA-DCRF结合，结果导致PCDH17上调而诱导心肌细胞自噬，表明lncRNA-DCRF可促进DCM的进展。而抑制lncRNA-DCRF可减少糖尿病大鼠的心肌细胞自噬而改善心脏功能。有研究[37]表明，在DCM大鼠模型中发现lncRNA-H19的表达下调，而lncRNA-H19过表达则可减少心肌细胞自噬，同时过表达的lncRNA-H19可通过下调DIRAS3来抑制高糖处理的心肌细胞的自噬活化。有研究[38]表明，在用腹主动脉缩窄术(CAA)处理的心肌组织中发现lncRNA-MIAT表达上调。p62、beclin1和ATG5是自噬相关的基因，进一步发现小檗碱(berberine)可下调CAA处理后的心肌组织中p62的表达，上调beclin1和ATG5的表达，而lncRNA-MIAT的沉默显著降低了p-mTOR、p-AMPK和LC3的表达，berberine可通过沉默lncRNA-MIAT来抑制心肌细胞自噬。

3.4 lncRNA与心肌肥大

心肌肥大是糖尿病心肌病重要的病理变化。研究[39]发现，在高糖处理的小鼠CMs-HL-1细胞中发现lncRNA-TUG1表达显著上调，高糖处理48小时后的CMs-HL-1细胞大小增加，而抑制lncRNA-TUG1可显著减轻的CMs-HL-1细胞的肥大。近一步研究表明，敲除lncRNA-TUG1可以上调miR-499-5p而减轻DCM诱导的心肌肥大和舒张功能障碍。Toll样受体4(TLR4)参与调控心肌肥大的过程，研究[40]发现，lncRNA-CTBP1-AS2在正常心脏组织中处于低表达水平，通过主动脉缩窄术等处理在小鼠心肌细胞中建立了心肌肥大的模型，研究发现lncRNA-CTBP1-AS2在心肌肥大的小鼠组织中上调，lncRNA-CTBP1-AS2通过募集FUS稳定了TLR4 mRNA，此过程使TLR4上调来调控心肌肥大，而抑制lncRNA-CTBP1-AS2则可减轻由血管紧张素II(Ang II)诱导的心肌肥大。研究[38]发现，在AngⅡ处理的H9C2细胞中发现lncRNA-MIAT表达上调，而lncRNA-MIAT的沉默则显著抑制了Ang II诱导的H9C2细胞中的肥大，同时也证明了berberine可对lncRNA-MIAT产生影响并可减轻大鼠的心肌肥大。

3.5 lncRNA与炎症反应

炎症反应是糖尿病心肌病发生发展的关键环节之一。有研究[41]表明，高糖增加了AC16心肌细胞中lncRNA-GAS5的表达，进一步研究发现，lncRNA-GAS5可与miR-21-5p竞争性结合，TLR4是miR-21-5p的靶标，故抑制lncRNA-GAS5则可部分抑制miR-21-5p介导的TLR4/NF-κB信号传导，从而减轻高糖诱导的炎症反应。所以敲低lncRNA-GAS5保护了AC16细胞免受高糖诱导的损伤。有研究[42]表明，在DCM中，TNF-α，IL-1β和IL-6水平显著升高，同时在糖尿病大鼠心肌组织中发现lncRNA-MALAT1表达上调，而敲低lncRNA-MALAT1则可改善心肌收缩功能，因为敲低lncRNA-MALAT1可显著降低炎症细胞因子的浓度，表明lncRNA-MALAT1可能参与了DCM的炎症反应过程。有研究[43]表明，lncRNA-HOTAIR在糖尿病小鼠心肌中表达显著降低，在H9C2细胞中抑制lncRNA-HOTAIR可导致炎症反应加强。lncRNA-HOTAIR的过表达改善了用链脲佐菌素(STZ)处理的小鼠的心脏功能，减轻了炎症反应。进一步研究表明，SIRT1是一种在新陈代谢和细胞周期的调控中起重要作用的NAD +依赖的脱乙酰基酶，同时SIRT1是miR-34a的靶标，lncRNA-HOTAIR通过miR-34a来激活SIRT1的表达，从而对DCM起保护作用。

3.6 lncRNA与氧化应激

糖尿病患者的高血糖状态可使活性氧(ROS)过度积累并引发氧化应激，过量的ROS可引发心肌细胞凋亡进而恶化心脏结构和功能，最终可导致DCM。研究[44]发现，采用RNA测序法检测高糖处理的心肌细胞氧化应激和凋亡过程中lncRNA的差异性表达，共有306/400个lncRNAs被鉴定为差异性表达。而进一步的研究表明，在高糖处理的心肌细胞中发现lncRNA-ratt007560.2表达显著上调，抑制lncRNA-ratt007560.2可减少心肌细胞ROS累积，lncRNA-ratt007560.2可能参与了调节心肌细胞氧化应激的过程。研究[45]发现，在分析lncRNA-MALAT1缺失小鼠的转录组中发现，上调的核因子E2相关因子2(Nrf2)可发挥调控抗氧化基因(Nqo1和Cat)的作用而使ROS显著下调，由此可见，lncRNA-MALAT1在调节氧化应激方面起重要作用。有研究[46]表明，通过检测丙二醛(MAD)水平和超氧化物歧化酶(SOD)等的活性来评估心肌组织细胞的氧化应激情况，从中发现lncRNA-H19的过表达可以减轻高血糖介导的氧化应激。研究[43]发现，lncRNA-HOTAIR的过表达改善了用链脲佐菌素(STZ)处理的小鼠的心脏功能，在减轻炎症反应的同时，也使心肌细胞的氧化应激和死亡过程得到抑制。

3.7 lncRNA与糖代谢和胰岛素抵抗

糖代谢异常和胰岛素抵抗(IR)可损害糖尿病患者的心功能而最终引发DCM。lncRNA-LSTR是一种富含在肝脏中的lncRNA，肝特异性耗竭lncRNA-LSTR的小鼠表现出(甘油三酯)TG清除增强，它可与TDP-43结合调节胆汁酸合成途径中关键酶Cyp8b1的表达，同时lncRNA-LSTR的耗竭也导致小鼠血糖水平下降，表明lncRNA-LSTR参与了糖代谢的过程[34]。研究[47]发现，lncRNA-H19在人心肌和骨骼肌中高表达，而lncRNA-H19在糖尿病患者和糖尿病小鼠的骨骼肌中表达下调，在肌管内敲除lncRNA-H19可以抑制由胰岛素调节的摄取葡萄糖的过程，胰岛素可通过上调microRNA-let-7进而引发IR，同时lncRNA-H19也可与let-7结合导致let-7活性降低来抑制IR的过程。通过检测2型糖尿病患者的血清，发现lncRNA-MALAT1表达水平的变化与胰岛素抵抗指数(HOMA-IR)和抵抗素水平呈正相关[48]。lncRNA-MALAT1与miR-382-3p结合后可上调抵抗素的表达，而沉默lncRNA-MALAT1可通过升高miR-382-3p和抑制抵抗素而改善IR。研究[49]发现，高脂饮食诱导IR后，lncRNA-FR030200和lncRNA-FR402720显著上调，Fam46a在IR的发生发展中作用重要，而运动则可通过下调FR030200/FR402720-Fam46a信号通路产生对IR大鼠血管内皮细胞的抗炎作用。表明lncRNA-FR030200和lncRNA-FR402720参与了IR的调节。