外泌体源性miRNA在糖尿病中的研究进展

朱曼丽 李琳琳

1.新疆医科大学中心实验室，新疆乌鲁木齐 830011；2.新疆医科大学药学院，新疆乌鲁木齐 830011；3.新疆医科大学省部共建中亚高发病成因与防治国家重点实验室，新疆乌鲁木齐 830011

糖尿病（diabetes mellitus，DM）是一组以血糖水平升高为特征的代谢性疾病，由胰岛素作用不足引起的，其原因可能是胰腺分泌的激素不足，也可能是肝脏、肌肉或脂肪仓库等周围组织胰岛素抵抗的发展。因此，器官间的交流对于维持葡萄糖稳态至关重要。外泌体（exosome）能够作为转运工具，通过其携带的微小RNA（microRNA，miRNA）、信使RNA（mRNA）及蛋白质等多种成分介导细胞间的信息交流[1]。大多数细胞类型释放的细胞外囊泡（extracellular vesicles，EV）以及容易在血液和其他体液中检测到的EV目前已被证明不仅作为代谢性疾病的有希望的生物标志物，而且还参与其病因学研究[2-3]。外泌体起源于多数细胞释放出的小囊泡，为脂质双层膜结构，是胞内多囊泡体融合细胞膜后释放的一种纳米级小泡，广泛存在外周血、唾液和脑脊液等各种体液中[1,4-6]。外泌体源性miRNA的整合可能导致受体细胞的转录组变化[7]，同样mRNA可以被翻译[8]，蛋白质可启动信号级联反应[9]，最终受体细胞可以启动一系列生物反应。例如，体外用促炎细胞因子处理的T细胞或胰岛释放的外泌体触发受体β-细胞中的凋亡途径[10-11]。当前外泌体的研究显示出应用于DM的潜在价值[7-13]，本文就外泌体miRNA与DM的研究进行综述，旨在为进一步认知DM的发生发展奠定基础。

1 外泌体源性miRNA

外泌体主要是由蛋白质和脂质组成，根据其功能特点可以分为两型。Ⅰ型不含有RNAs，Ⅱ型含有大量RNAs，前者参与抗原递呈和细胞通讯过程，后者参与相邻细胞的同步化和细胞分化过程。在外泌体的不同组分中，miRNA是一类丰富的非编码小RNA（长度为19～22个核苷酸），通过与其靶mRNA结合诱导其降解或抑制翻译，在许多生物过程中发挥关键作用[14]。miRNAs可以很容易在血液和其他生物体液中检测到，除了被封装在EVs中，一部分细胞外循环miRNAs与蛋白质argonaute 2（AGO2）结合，AGO2是RNA相关沉默复合物的一部分[15-16]。高密度脂蛋白（HDL）颗粒也能转运miRNAs，并能将其递送至具有功能性靶向能力的受体细胞[17]。因miRNAs可以通过使用相对较小样本量获取，迄今为止大多数研究都集中在血清或血浆中循环miRNAs的表达谱上[18]，啮齿动物和人类模型的研究报道[19-20]，循环miRNAs可作为DM的生物标志物的价值，因为他们与葡萄糖耐受不良（miR-24、miR-30d和miR-34a等）、疾病进展（miR-122、miR-13和miR-210）、细胞损伤（miR-375）和炎症（miR-21-5p）研究密切相关。重要的是，循环miRNAs可用于监测DM患者对治疗的反应，因为在药物治疗[21]或运动干预[22]后通过改善血糖控制使miRNAs正常化。

2 外泌体miRNAs在DM中的研究

DM中主要的患病人群是2型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）患者，而T2DM与肥胖密切相关[23-24]。有研究报道[25]，DM靶组织-脂肪组织已被公认为动态的内分泌器官，通过释放多种调节糖脂代谢的激素来调节能量稳态。另外，脂肪组织是构成外泌体的重要来源，特别是外泌体miRNA可以调控远端组织肝脏的基因表达[7]。还有研究指出[7,26]，在脂肪特异性敲除miRNA加工酶DICER1的小鼠模型中，组织及循环外泌体中成熟miRNA的表达水平显著降低。研究也发现来自肥胖小鼠的外泌体可诱导瘦小鼠的葡萄糖耐受性，研究用选定的miR-192、miR-122、miR-27a-3p和miR-27b-3p转染外泌体，这些miRNAs都在肥胖小鼠中被证明表达增加，将重组的外泌体注射到瘦小鼠中，瘦小鼠也出现了葡萄糖不耐受和胰岛素抵抗，数据表明外泌体miRNA可通过靶向过氧化物酶体增殖物激活受体α（peroxisome proliferator-ac tivated receptor alpha，PPARα）在瘦小鼠的白色脂肪组织中诱导DM发生[26]。因此，通过DM靶组织外泌体miRNA及其相关靶基因分子机制的研究能为DM发病机制提供理论基础。

脂肪细胞来源的外泌体携带已知调节免疫的蛋白质sonic hedgehog（Shh），通过PTCH/PI3K信号通路诱导骨髓来源的巨噬细胞和RAW 264.7巨噬细胞的促炎或M1极化，有助于胰岛素抵抗[27]。这说明脂肪细胞产生和释放含生物活性物质的外泌体，可作为细胞间通讯的物质，最终导致胰岛素抵抗的发生。Ying等[3]获取了在肥胖小鼠脂肪组织中发现的巨噬细胞，收集分泌外泌体，使苗条健康小鼠接受这些“肥胖的”外泌体处理，发现正常的小鼠不会体重超重，但开始表现出肥胖诱导的胰岛素抵抗；逆转这种过程时，发现利用来自苗条小鼠的外泌体处理肥胖小鼠时，肥胖小鼠的胰岛素敏感性恢复。进一步通过对细胞进行荧光标记，观察到外泌体miRNA从脂肪组织经过血液渗透到肌肉和肝组织中。外泌体miRNA在组织之间迁移时，诱导的反应可能是导致DM代谢错乱的细胞间通信的一种原因，研究结果鉴别出脂肪组织巨噬细胞外泌体miR-155是胰岛素敏感性的负向调节因子。综上，外泌体源性miRNA正在成为DM发展的新参与者，可作为治疗靶点和生物信息标志物。

Katayama等[28]在健康对照和T2DM患者中检查了血清来源的外泌体富集的细胞外小泡的miRNA表达谱。发现来自外泌体的miR-20b-5p在T2DM患者中含量非常丰富，进一步的体外研究表明外泌体miR-20b-5p针对的是AKT（RAC-beta serine/threonineprotein kinase）相互作用蛋白（AKT-interacting protein，AKTIP），通过增强AKT调节位点的磷酸化和减少原发性人类骨骼肌中的糖原积累来调节AKT活性，导致胰岛素抵抗。因此外源miRNAs可通过靶向关键蛋白作为胰岛素敏感性的关键调节剂。

3 外泌体miRNAs在DM及其并发症的应用

有研究者用低剂量链脲佐菌素（streptozocin，STZ）处理β-细胞衰竭小鼠的模型中发现，骨髓细胞释放外泌体miR-106b-5p和miR-222-3p介导了细胞间的串扰，静脉给予人工miR-106b-5p和miR-222-3p模拟物最终能促进损伤后β-细胞的增殖[29]，因此增强β-细胞增殖和修复的策略有助于DM患者的管理。Zheng等[30]研究发现，源于血管平滑肌细胞的外泌体介导Krüppel样因子5（krüppel-like factor 5，KLF5）诱导的miR-155从平滑肌细胞转移至内皮细胞，进而破坏紧密连接和内皮屏障的完整性，最终导致内皮通透性增加和动脉粥样硬化进展增强。提示外泌体miRNA参与内皮细胞的损伤，可能促进DM大血管病变的发生。Kamalden等[31]研究发现，DM患者血浆中miR-15a表达水平升高，通过在高糖培养基中培养大鼠胰腺β-细胞INS-1，确定了血液中miR-15a升高的来源是胰腺β-细胞分泌的外泌体。进而推测在胰腺β-细胞中产生的外泌体miR-15a可以进入血液并导致视网膜损伤。后续的验证也证实在高糖条件下，将Müller细胞暴露于INS-1细胞衍生的外泌体，可以诱导miR-15a过表达，通过靶标Akt3导致氧化应激，从而导致细胞凋亡。因此，DM发展期间外泌体miRNA通过远距离靶向细胞可以影响疾病及其并发症的发生。

4 总结和展望

近几年，外泌体已被确定为生理和病理条件下细胞间通讯的关键介质。目前的研究也提示外泌体miRNAs在DM发生发展中发挥着重要作用，未来有望成为DM治疗的新靶点。随着外泌体在各种疾病发生发展机制中的不断研究（如对患者血液中的外泌体miRNA进行研究），其作为一种生物标志物可能有助于DM的诊断[32]。目前外泌体在DM中的作用研究仍处于起步阶段，尽管对于外泌体发生机制、生物学功能等还未完全清楚，但相信随着外泌体研究工作的深入开展及新方法、新技术的不断探索更新，外泌体miRNA的表达调控机理也将会进一步揭示，其研究也定能使我们了解驱动代谢功能障碍的重要机制，进而为DM的诊断和治疗提供新的思路。