外周血长链非编码RNA的生理功能及与2型糖尿病患者胰岛β细胞功能相关性

梁健 陈燕 刘强 胡玉花 洪芸芸 张燕

珠海市第五人民医院内分泌科，珠海 519055

通信作者：梁健，Email：xiehaina714@163.com

2型糖尿病是严重威胁人类健康的慢性非传染性疾病，其发生与胰岛素分泌受损、抵抗有关，遗传、环境及自身免疫等多种因素均可导致发病，既往对2 型糖尿病发病机制研究中蛋白编码基因mRNA 关注较多，人类基因组计划发现编码蛋白质的基因只占一小部分，长链非编码RNA（long chain noncoding RNA，lncRNA）是不编码蛋白质RNA 的一种，长度大于200 个碱基，其在表观遗传、转录等多层面参与基因表达及代谢，进而广泛参与细胞增殖、分化在内的生命过程。近年来有研究发现：在2 型糖尿病发病过程中lncRNA 异常表达可能参与调控胰岛素的合成和分泌，并与多种疾病的病理生理密切相关［1］。本文就lncRNA 生理功能及与2型糖尿病患者胰岛β细胞功能相关性展开综述，为2型糖尿病的治疗提供新的靶点。

长链非编码RNA概述

随着人类基因组学及二代测序研究的发展，研究发现，在构成人类基因组的30 亿个碱基对中，只有约2%的基因转录物与蛋白质编码有关，剩下的DNA 中存在大量非编码基因［2］。非编码RNA 中＜200 个核苷酸的为小ncRNA，＞200个核苷酸的为lncRNA，其中以小miRNA和lncRNA在生物学领域研究较为广泛。越来越多的证据表明，这些非编码RNA 可能具有重要的生物功能，可通过与蛋白质及其他RNA 相互作用参与调控多种生物学功能，并与疾病的发生发展密切相关［3-4］。分析lncRNA 作用机制包括：lncRNA 作为信号分子包含具有调控功能的核酸序列，在特定时间和组织可调节生物生长发育，感知响应多种刺激，并可调控某些基因表达。lncRNA 作为诱饵分子可使蛋白质和小调控RNA 与受体分开，进而抑制代谢基因的转录；招募其他RNA 结合蛋白，间接调节靶基因的转录。lncRNA 作为引导分子可结合蛋白质和DNA 的特点区域，使含有该蛋白的复合物对应于调控位点，通过顺式或反式方式调节目标基因表达。lncRNA 作为支架分子可与多个底物同时结合发挥作用，对于多种生物信号的传递、分子间相互作用的精确调控具有重要意义。

lncRNA与人类疾病之间的关系

1、lncRNA与神经系统疾病

相关资料显示，lncRNA 在中枢神经系统和外周神经系统中均有表达，参与神经系统发育、神经元分化以及神经退行性病变等多种生物学过程［5］。在阿尔茨海默病发病过程中，lncRNA 与该病易感基因丝氨酸-苏氨酸激酶、蛋白激酶密切相关，通过分子调控机制影响神经系统功能的改变。性别决定区Y-BOX21 反义RNA1 是近年来新发现的lncRNA。动物实验研究显示，其可通过上调Wnt 信号通路相关蛋白卷曲蛋白受体3∕5 表达参与中枢神经系统结构重塑，并减少神经元氧化应激，对阿尔茨海默病小鼠神经细胞凋亡起抑制作用［6］。帕金森综合征是常见的神经功能障碍性疾病。近年来研究发现lncRNA 在帕金森综合征患者体内呈现异常表达［7］。Kraus等［8］研究发现，相较于健康人群，帕金森患者体内lncRNA H19上游保守序列1、2明显降低了2 倍，可以作为潜在的新生物标志物，并可用于监测疾病进展，作为新治疗方法的潜在新靶点。Dharap 等［9］研究发现，在缺血性脑卒中患者脑组织中lncRNA MRAK159688 存在异常表达，在缺血后在与两亲性螺旋蛋白Sin3A 或coREST的结合显著增加，以调节缺血后的表观遗传学。lncRNA 被认为在神经系统疾病方面具有诊断和治疗潜力，但其与神经系统疾病相关性的证据来源于表达上的差异，具体作用机制仍有待探寻。

2、lncRNA与呼吸系统疾病

已有研究证实lncRNA 在多种呼吸系统疾病患者体内存在差异性表达［10］。在慢性阻塞性肺疾病和哮喘患者中检测出190个lncRNA异常表达。此外lncRNA还与肺癌、肺纤维化等呼吸道疾病有关。Wu 等［11］通过研究发现lncRNA IL7R 在气道炎症中起着重要作用，慢性阻塞性肺病患者灌洗肺泡巨噬细胞和原代人小气道上皮细胞中lnc-IL7R水平降低，lncRNA IL7R 通过乙酰化（Histone H3lysineresidue 9acetylation，H3K9ac）减 少 和 甲 基 化（H3K9me3 和H3K27me3）增加，介导促炎基因启动子的抑制性染色质状态。慢性阻塞性肺疾病患者中lncRNA IL7R 的低表达可能会增加Toll 样受体2∕4 介导的炎症，并与急性加重有关。Loewen 等［12］研 究 发 现，沉 默HOX 转 录 反 义RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）在肺癌中表达水平明显升高且具有特征性的lncRNA，并与转移和不良预后相关。此外，HOTAIR 可促进肺癌细胞的增殖、存活、侵袭、转移和耐药性。

3、lncRNA与心血管疾病

lncRNA 与心血管疾病的发生有着密切的联系，部分lncRNA 可维持心脏内环境的稳态，调控心律失常、心肌梗死，对心肌细胞具有保护作用。越来越多的研究表明，lncRNA 可以在不同程度上调节心血管疾病的病理过程［13-14］。Yan 等［15］研究发现，lncRNA 肺腺癌转移相关转录因子1 （lung adenocarcinoma metastasis associated transcription factor 1，MALAT1）通过调节功能紊乱、脂质积聚和炎症来影响动脉粥样硬化的进程，还调节其他血管疾病，如高血压和血管生成。此外，MALAT1 参与了心脏缺血或炎症损伤、糖尿病心肌病或心脏重塑。这些证据揭示了MALAT1 在心血管疾病中的潜在机制，并表明MALAT1 可能是治疗的靶点。国外学者Sato 等［16］发现，细胞质lncRNA Caren 通过调节远端基因的翻译和维持心肌细胞内环境稳定发挥心脏保护作用。还有研究发现在急性心肌梗死患者中lncRNA 坏死相关因子（necrosis-related factor，NRF）表达明显升高，可作为急性心肌梗死后心力衰竭的潜在生物标志物［17］。

4、长链非编码RNA与消化系统疾病

炎症性肠病是一种多因素自身免疫性疾病，患病率不断升高。越来越多的证据表明，lncRNA 在调节免疫系统中发挥着关键作用，并且其会干扰炎症性肠病等自身免疫性疾病的发病机制。最近的研究已经确定了炎症性肠病相关基因附近的lncRNA 和炎症性肠病相关lncRNA 内的单核苷酸多态性［17］。此外，还分析了血液样本和病理组织，发现大量lncRNA 在克罗恩病、溃疡性结肠炎中失调。肝细胞癌是一种常见的消化系统疾病，目前尚无治愈方法。Zhang等［18］研究发现，lncRNA 酪氨酸蛋白激酶跨膜受体1 反义RNA 1（tyrosine protein kinase transmembrane receptor 1 antisense RNA 1，ROR1-AS1）在肝细胞癌中表达上调，其表达与临床分期、T分期和N 分期有关。此外，Kaplan-Meier 曲线和Cox分析表明，ROR1-AS1 的高表达与预后不良有关，并且ROR1-AS1是肝细胞癌的独立危险因素。

5、lncRNA与泌尿系统疾病

泌尿系统恶性肿瘤在我国发病率逐年升高，前列腺癌和膀胱癌为我国发病率最高的泌尿系统肿瘤，随着各种诊断技术的不断发展，肿瘤检出率不断提高，但仍有部分患者确诊时已处于晚期。在缺乏可靠的前列腺癌检测和分类标志物的情况下，尿外泌体lncRNA 可能提供一种替代的、非侵入性的生物标志物来源。国外学者Işın 等［19］通过实时聚合酶链式反应（PCR）对30 例前列腺癌患者和49 例良性前列腺增生症患者的尿液样本中的lncRNA p2l水平进行了研究，结果显示，前列腺癌和良性前列腺增生症患者的外体lncRNA p2l 水平存在显著差异，由此可见lncRNA p2l 鉴别能力可能有助于预测前列腺癌患者的恶性状态。He 等［20］研究发现，lncRNA miR-31 宿主基因（MIR31 Host Gene，MIR31HG）在膀胱癌中的表达水平明显低于癌旁组织，且与肿瘤TNM 分期呈负相关，表明lncRNA MIR31HG 可能作为抑癌基因参与膀胱癌的发生和发展。

6、lncRNA与其他疾病的关系

lncRNA 在发挥其生物学功能的同时，与多种疾病的发生发展有着密切联系，且有望成为疾病治疗的新靶点。Han等［21］研究发现，与健康对照者相比，骨质疏松症患者的血浆lncRNA 牛磺酸上 调基因1（Taurin hochreguliertes Gen 1，TUG1）上调，其水平随着临床分期的进展而增加，并通过小鼠模型发现lncRNA TUG1 可调节破骨细胞的增殖和凋亡。Chen 等［22］研究发现，lncRNA 锌指蛋白反义链1（zinkfinger protein antisense kette 1，ZFAS1）的下调和miR-129 的上调通过降低高迁移率族蛋白B1 来抑制多囊卵巢综合征患者卵巢颗粒细胞的内分泌紊乱、增殖和凋亡。Ghafouri-Fard等［23］分析lncRNA 在前列腺癌、卵巢癌和睾丸癌中作用的数据，证实了lncRNA 中某些基因组位点与这些癌症的风险相关，得出结论lncRNA 是源自具有内分泌功能的器官的生物标志物。lncRNA 在多种疾病中的生理功能已成为近年来疾病机制研究的重点领域，解析他们与疾病发生之间的因果关系可能为人类重大疾病的诊断和治疗提供新的靶标。

lncRNA与2型糖尿病

1、lncRNA与胰岛β细胞

2 型糖尿病患者存在胰岛素分泌不足及外周组织胰岛素抵抗，lncRNA 在2 型糖尿病的发生发展中有一定作用。胰岛是胰腺内的微型内分泌器官，是血糖稳态的重要调节剂，在糖尿病的发病机制中发挥着关键作用。正常人血糖的稳态平衡主要由胰岛β、α 细胞分泌的胰岛素调节，胰岛β 细胞功能失调可导致胰岛素分泌不足，引起血糖稳态平衡破坏，最终导致糖尿病的发生及全身重要器官的损害。目前已有研究发现在胰岛素分泌过程中有多种lncRNA 的参与调解，并呈现动态变化，推测lncRNA 可能介入胰岛的发育分化过程［24］。Wang 等［25］研究发现，与健康对照组相比，2型糖尿病组有55个lncRNA 存在差异表达，2型糖尿病患者中前3 个上调的lncRNA 的表达与糖代谢相关，并证明失调的lncRNA 可能通过调节炎症和胰岛素抵抗在2 型糖尿病发病机制中发挥作用。Bramswig 等［26］通过RNA-Seq分析发现人类胰腺中12 个β 细胞特异的lncRNA，认为lncRNA 可能参与维持β 细胞的功能和胰岛素信号传导。Morán 等［27］通过分析类胰岛和β 细胞的全面链特异性转录组图谱，发现了超过1 100 个基因间和反义胰岛细胞lncRNA基因，并发现lncRNA在胰岛β细胞分化发育过程中呈动态变化，这些发现揭示了一类与β 细胞和糖尿病病理生理学相关的新胰岛细胞基因。2 型糖尿病患者胰岛lncRNA 的表达谱与正常胰岛相比发生了显著变化，在糖尿病的代偿期，胰岛素抵抗可诱导胰岛β细胞数量增加。

2、lncRNA与胰岛素抵抗

肝脏是胰岛素应答和分解的主要部位，肝脏糖异生是肝脏葡萄糖输出的重要形式，胰岛素缺乏或胰岛素抵抗导致糖异生基因表达增加，糖异生和空腹高血糖的增加是糖尿病发病的决定性因素。大量研究表明，多种lncRNA 与胰岛素抵抗密切相关，lncRNA 可以通过影响分泌素的合成和分泌以及胰岛素抵抗的形成来调节胰岛素分泌［28-29］。Zhu等［30］研 究 发 现，lncRNA 人 类 母 系 表 达 基 因3（humanes mütterliches exprimiertes Gen 3，MEG3）已被证明与肝葡萄糖产生相关，MEG3 过表达显著增加叉头转录因子O1、葡萄糖-6-磷酸酶催化亚基、磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶mRNA 表达和肝糖异生，并抑制原代肝细胞中胰岛素刺激的糖原合成，此外MEG3 干扰可以逆转高脂饮食小鼠或ob∕ob 小鼠中甘油三酯的上调以及葡萄糖耐量受损和糖原含量的下调。Wang 等［31］研究发现，lncRNA Risa 在小鼠原代肝细胞或骨骼肌肌母细胞肌管中的过度表达减弱了胰岛素刺激的胰岛素受体、丝氨酸苏氨酸蛋白激酶、糖原合成酶激酶3β 的磷酸化，肝细胞或肌管中Risa 的过度表达增加了自噬，Risa 的敲除上调了自噬。此外，Atg7 或5-sig 基因的敲除显著抑制Risa 基因敲除对胰岛素抵抗的影响，表明Risa 基因的敲除可减轻胰岛素抵抗，增强自噬。这些数据表明Risa 通过影响自噬调节胰岛素敏感性，并表明Risa 是治疗胰岛素抵抗相关疾病的潜在靶点。

综上所述，lncRNA 在发挥生物学功能的同时，与各种疾病的发病与迁移有着密切联系，对于候选分子的具体靶点，以及他们如何影响易感个体的疾病发展，我们仍需进一步研究lncRNA 在生物体内的具体机制和作用能力，势必会为生物医学带来莫大的影响。在2 型糖尿病中，大量lncRNA 已经成为调节与该疾病相关的生物过程的关键角色，lncRNA 可通过多水平基因调控参与胰岛素合成和分泌、肝脏糖异生、糖代谢及糖尿病并发症的发生，lncRNA 特征的识别和验证可为糖尿病诊断和治疗提供思路和靶点。