miR-7调控胰岛β细胞功能的研究进展

贺璟，蔡丙严，王平平

(1.泰州市第二人民医院检验科，江苏 泰州 225500； 2.江苏农牧科技职业学院动物医学院，江苏 泰州 225300)

糖尿病是全球常见的代谢性疾病之一，我国18岁及以上人群糖尿病患病率已高达11.2%，其中，2型糖尿病患者占糖尿病患者总数的90%以上[1]。2型糖尿病是一种多因素导致的异质性疾病，其主要特征是胰岛素信号通路受到干扰导致胰岛素抵抗和胰岛β细胞功能衰竭[2]。近年来，我国2型糖尿病发病率不断升高且呈年轻化趋势，严重影响人民健康水平及生命质量。研究表明，2型糖尿病除了受肥胖、不健康生活方式、高血压、高胆固醇等危险因素的影响外，还与糖代谢、脂代谢、胰岛素信号通路相关基因的遗传性变异相关。近年来，有证据表明非编码RNA在胰岛素分泌和胰岛素抵抗等方面具有重要的调控作用[3]。

微RNA(microRNA,miRNA/miR)是一种长度约为22个核苷酸的非编码RNA，能够结合靶基因的3′非翻译区，降解信使RNA转录本、阻碍信使RNA翻译或调控靶基因甲基化状态，进而实现转录后基因网络调控[4]。miRNA不仅参与正常的细胞生长、增殖和功能发挥，还参与疾病的病理发生发展，是人类疾病诊断和预后的重要靶点。继2004年第一个调控胰岛素分泌的miRNA——miR-375被发现后，越来越多的证据表明miRNA参与胰岛细胞发育分化、胰岛素合成及分泌、糖尿病发生发展以及并发症等过程[5-7]。糖尿病相关miRNA具有重要的研究价值，其中包括miR-7家族。研究表明，miR-7在内分泌器官胰脏的生理病理过程中发挥重要作用[8]。miR-7有望成为内分泌疾病诊断、治疗和预后靶点。现对miR-7在胰岛中的表达及功能进行综述。

1 miR-7在胰脏中的表达

miR-7家族是进化上高度保守的miRNA。人类miR-7家族具有3个基因位点，分别位于第9号染色体HNRNPK基因内含子、第15号染色体基因间隔区和第19号染色体PGSF1α基因内含子[9]，每种基因转录成初始转录物，再被加工成miRNA前体，最终形成成熟序列。与人类相似，小鼠miR-7同样存在3个基因，miR-7a1和miR-7a2均形成miR-7a成熟序列，成熟序列miR-7a和miR-7b仅在非种子区相差一个核苷酸。miR-7家族基因冗余的现象反映了miR-7在调控生理过程中的重要性。

miR-7特异性高表达于神经内分泌系统，在内分泌系统中尤其高表达于垂体和胰脏[10]。在人、啮齿动物和斑马鱼中，基因芯片和基因定量检测结果显示，miR-7高表达于内分泌器官胰脏且特异性表达于胰岛，胰岛miR-7表达量超过了胰腺腺泡miR-7的150倍，且miR-7是胰岛中含量最丰富的miRNA[11-12]。胰岛中miR-7家族成员的表达水平有所差异，在成年小鼠胰岛中，miR-7a含量较miR-7b更为丰富[13]。miR-7特异性表达于胰岛内分泌前体细胞和成熟内分泌细胞。在发育过程中，miR-7始终在内分泌细胞表达，直至发育成熟。在胚胎发育10.5～11.5 d，miR-7表达水平降低。胚胎发育13.5～14.5 d时miR-7表达水平上升，直至胚胎发育18 d表达水平再次下降[14]。在发育过程中，miR-7定量和激素检测结果显示，miR-7表达水平变化与胰岛激素合成变化具有时空一致性[15]，提示miR-7对胰岛激素可能具有重要的调控作用。

2 miR-7调控胰岛β细胞功能

miR-7对胰岛具有重要的调控作用，集中表现在对胰岛β细胞的调控。在非糖尿病个体中，胰岛β细胞具有显著的代谢环境适应能力，机体能够通过控制胰岛素分泌和胰岛β细胞数量来调控胰岛素水平，从而维持正常血糖。然而在2型糖尿病患者中，遗传、环境因素以及表观遗传学等综合因素导致胰岛β细胞功能衰竭，代偿反应障碍。因此，探究胰岛β细胞对代谢环境的适应机制，对于了解和治疗2型糖尿病至关重要。miR-7对胰岛β细胞的调控作用主要包括调控胰岛β细胞分化生长、增殖、胞吐以及胰岛素分泌。

2.1miR-7调控胰岛β细胞分化发育 胰岛β细胞分化与胰岛β细胞功能的发挥密切相关[16]，miR-7参与调控胰岛胚胎发育和器官分化，对胰岛特异性分化和胰岛功能发挥均具有重要作用。一方面，miR-7对胰岛发育具有系统性调控作用，能够间接调控胰岛分化。体内研究表明，在胚胎发育10.5 d小鼠宫内胎心注射miR-7反义链寡聚核苷酸以特异性敲除miR-7可导致成年小鼠胰岛素水平下调、胰岛β细胞数目减少和葡萄糖耐受[14]。另一方面，miR-7具有胰岛β细胞特异性调控作用。体外抑制miR-7会导致胰岛β细胞凋亡和胰岛素减少[14]。

目前有研究者尝试利用分化或未分化的细胞来治疗糖尿病，鉴于miRNA能够通过调控基因表达和下游转录因子对细胞分化发育发挥重要的调控作用，因此向胰岛β细胞转染合适的miRNA是干细胞治疗糖尿病的方案之一[17]。人类胚胎干细胞具有自我更新和多向分化的能力，相关研究模拟内胚层、肠管内胚层、胰腺前体和细胞以重塑胰岛器官发生，发现其中miR-7表达动态变化过程与人类胚胎胰腺最为相似[18]，提示miR-7可能应用于糖尿病细胞替代治疗以产生胰岛细胞，特别是应用于2型糖尿病。加之miR-7具有系统性调控作用和胰岛β细胞特异性作用，更加有利于miR-7应用于干细胞疗法，但相关应用价值有待进一步探究。

分子机制研究结果显示，胰腺内分泌细胞分化受转录因子网络调控，miR-7在转录后水平通过靶基因对胰腺发育发挥调控作用[19-21]。在小鼠胰岛素瘤胰岛β细胞系中，miR-7的慢病毒抑制剂和保护剂实验表明，小鼠配对盒基因6是miR-7的靶基因[19]。小鼠发育过程中，胰腺高表达miR-7会导致配对盒基因6下调和α细胞、β细胞分化抑制；敲除miR-7会导致配对盒基因6上调，促进α细胞和β细胞分化，抑制配对盒基因6下调能够逆转miR-7敲除对胰岛素启动子活性的影响[20]，表明miR-7能够通过重要靶点配对盒基因6精确调控胰腺发育。除了配对盒基因6外，胰腺中还存在pre-miR-7a2和pre-miR-7b的上游保守区域[21]，miR-7可通过增加启动子活性调控相关转录因子。miRNA基因调控涉及复杂的调控网络，关于胰岛中miR-7的转录因子调控网络有待进一步研究完善，以为2型糖尿病开发新型治疗药物提供研究依据。

2.2miR-7调控胰岛β细胞增殖 在人类和啮齿动物中，胰岛β细胞数量增加依赖于胰岛β细胞的复制和增殖[22]，因此阐明胰岛β细胞增殖机制对研究再生治疗糖尿病具有重要意义。miR-7对于成熟胰岛β细胞增殖具有“刹车”作用。在成熟胰岛β细胞中，miR-7a能够靶标哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路中的促分裂原活化的蛋白激酶相关蛋白1、p70核糖体蛋白S6激酶、促分裂原活化的蛋白激酶相互作用丝氨酸/苏氨酸激酶1/2、真核启动因子4E等组分[13]。在糖尿病小鼠中，miR-7依赖于哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路以发挥抑制胰岛β细胞增殖的作用，抑制miR-7a能够激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号，促进小鼠成熟胰岛β细胞复制，而雷帕霉素能够抑制胰岛β细胞复制[13]。但干扰胰岛β细胞中的miR-7a并不会完全影响增殖和代谢[23]，提示miR-7a对维持内分泌β细胞群并非不可或缺。miR-7对成熟胰岛β细胞增殖的调控模式与胰岛β细胞发育的调控模式存在明显差异，加之miR-7-哺乳动物雷帕霉素靶蛋白增殖轴在人类胰岛β细胞中是保守的[13]，因此miR-7是治疗糖尿病的潜在分子靶点。

2.3miR-7调控胰岛β细胞胞吐作用 胞吐作用对于胰岛素分泌十分重要，胰岛β细胞合成胰岛素，将其储存于分泌囊泡，胰岛素囊泡通过胞吐作用将胰岛素释放到细胞外。研究表明，miR-7能够调控胰岛β细胞胰岛素颗粒的胞吐作用；在细胞中超表达miR-7后，去极化诱导的胞吐作用导致膜电容增加量减少，miR-7抑制剂则导致相反的变化；胰岛β细胞条件性敲除miR-7家族基因，能够改变参与胞吐作用的突触蛋白含量，增加胰岛素胞吐作用[23]。但在其他组织器官中，miR-7是否同样能够高效率地调控胞吐作用，有待进一步探究。

除正常生理状态外，miR-7在病理状态下也参与调控胞吐作用。在2型糖尿病中，胰岛miR-7a能够通过调控α突触核蛋白调控胞吐作用，进而参与维持胰岛β细胞功能和血糖正常，影响肥胖和2型糖尿病中胰岛β细胞的功能适应性[23]，这一作用提示可以通过miR-7改善胰岛β细胞功能。有研究表明，8周有氧运动以及膳食干预能够改善miR-7表达，进而影响胰腺十二指肠同源框因子-1表达以及下游葡萄糖转运体和葡萄糖激酶信号通路，改善胰岛β细胞胞吐功能，最终改善胰岛β细胞功能[24]。

2.4miR-7调控胰岛β细胞胰岛素分泌 胰岛素是调节血糖的重要激素。miR-7能够负调控葡萄糖诱导的胰岛β细胞胰岛素分泌。在人类2型糖尿病患者和肥胖小鼠模型的胰岛中，miR-7a水平明显下调。动物体内实验表明，在胰岛β细胞特异性miR-7a敲除小鼠中，葡萄糖诱导的胰岛素分泌量增加；在胰岛β细胞超表达miR-7a的转基因小鼠中，胰岛素分泌和胰岛β细胞分化受损、胰岛素分泌量减少、血糖升高，易诱发糖尿病[23]。动物体外实验显示，小鼠胰岛β细胞过表达miR-7a同样能够导致胰岛素分泌障碍和胰岛β细胞去分化受损，易诱发糖尿病进展；分子机制进一步研究显示，在胰岛β细胞miR-7a2缺陷小鼠中，miR-7a2能够通过靶标α突触核蛋白、冷激蛋白、蛋白激酶Cβ、前纤维蛋白2等基因进而调控胰岛β细胞功能，调节敏感因子结合蛋白受体复合体(介导膜泡融合)的活性[23]，实现胰岛素颗粒与脂质膜的晚期融合。

除了通过靶基因进行直接调控外，miR-7还能够通过调节其他蛋白间接调控胰岛素分泌，如胰岛素样肽对于调节营养状态和生长代谢具有重要作用，果蝇miR-7能够通过作用于靶点F-肌动蛋白帽状蛋白α抑制胰岛素样肽的合成与分泌[25]，这种调控机制在哺乳动物中具有保守性，小鼠胰岛β细胞中胰岛素样肽同源物同样受到miR-7的靶标调控。

此外，其他物质也能够通过调控miR-7影响胰岛素作用。如在高脂饮食喂养的小鼠中，胰高血糖素样肽1具有高糖依赖性促胰岛素分泌作用[26]，其受体能够通过激活包含miR-7在内的多种miRNAs及其靶基因来保护胰岛β细胞[27]。

miR-7除了在生理状态下对胰岛β细胞发挥调控作用外，miR-7异常变化也会导致胰脏病理学改变。相关研究表明，miR-7参与调控胰岛素分泌和胰岛β细胞生长增殖，与2型糖尿病发生发展密切相关[28]。在转基因小鼠胰岛β细胞中超表达miR-7会诱发糖尿病。人类胰岛中有数以千计的环状RNAs，有497个环状RNAs在小鼠胰岛中存在基因同源物，其中小脑退化相关蛋白1反义转录物(antisense to the cerebellar degeneration-related protein 1 transcript,Cdr1as)是有效的miR-7抑制剂，糖尿病小鼠胰岛中Cdr1as的基因转录本含量下降。超表达Cdr1as能够抑制胰岛细胞中miR-7的作用，促进胰岛素分泌，而在野生小鼠胰岛中下调Cdr1as会导致胰岛素分泌受损、β细胞增殖受到抑制、β细胞数量减少[29]。检测胰岛细胞中Cdr1as的表达特征，结果显示长期毛喉素和丙二醇甲醚醋酸酯刺激具有上调 Cdr1as的作用，但高葡萄糖无此作用，提示环腺苷酸和蛋白激酶C通路参与调控Cdr1as[29]。分子机制进一步研究表明，Cdr1as/miR-7通路可通过靶点配对盒基因6提高胰岛素转录水平、通过靶点肌球蛋白Ⅶa和Rab相互作用蛋白调控胰岛素分泌[30]。这些结果提示，Cdr1as/miR-7信号通路对胰岛素分泌具有明显调控作用，可能作为改善糖尿病胰岛β细胞功能的分子靶点。

尽管miR-7是潜在的糖尿病诊疗分子靶点，但不同动物模型存在基因差异性，将动物模型结果应用于临床仍须进一步验证。如在小鼠模型中，胰腺再生蛋白1能够促进病理生理状态下的细胞增殖和细胞分化，抑制细胞凋亡，miR-7可通过靶标胰腺再生蛋白1来调控胰腺腺泡和胰岛β细胞功能，但是miR-7不能直接抑制小鼠胰腺再生蛋白1的人类同源基因[31]，说明尽管大多数调控机制在哺乳动物中具有保守性，但部分基因存在物种差异性，这种差异性可能会限制miR-7在临床的部分应用，因此在相关研究中探究作用基因及模式是否保守具有重要意义。

3 小 结

随着糖尿病患者的日益增多，解决糖尿病难题给医药行业带来巨大挑战。miRNA在调节胰岛素信号通路和胰岛素抵抗方面具有重要作用，且与2型糖尿病的发生发展密切相关。其中，miR-7家族在胰脏含量丰富，是胰岛含量最丰富的miRNA。诸多研究表明，miR-7能够调控胰岛β细胞分化生长以及功能发挥，参与调控胰脏相关疾病的发生发展，是2型糖尿病临床治疗的可能靶点。miRNA治疗较传统信使RNA治疗具有稳定性更好的优势，结合miR-7具有胰岛系统性调控作用和胰岛β细胞特异性，miRNA可能应用于胰岛β细胞干细胞疗法治疗糖尿病，但仍须对miRNA治疗的有效性和特异性进行验证。血清miR-7变化早于靶基因变化，具有特异性和稳定性的特点，很可能作为无创生物标志物应用于2型糖尿病的诊疗过程，相关应用有待进一步的探索研究。