miRNA 在2 型糖尿病中的研究进展

崔泽方，梁永林，2，李 钦，，肖露露，赵小芳，张禄璐，关晓文

（1.甘肃中医药大学基础医学院，甘肃 兰州 730000；2.敦煌医学与转化教育部重点实验室，甘肃 兰州 730000；3.甘肃卫生职业学院中医学院，甘肃 兰州 730000）

美国糖尿病协会（ADA）指出[1]，2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）是以高血糖为主要临床特点，其机制涉及外周胰岛素抵抗和相对（而非绝对）胰岛素缺乏。临床上血糖控制不佳时，会增加T2DM 在微血管并发症（包括视网膜病、肾病和神经病变等）和大血管并发症（如心脑血管病等）的发生风险[2]，严重影响患者的生活质量。国际糖尿病联合会（IDF）[3]发布的最新数据显示，目前全世界1/10（10.5%）的成年人患有糖尿病，且预计到2045 年将增至7.83 亿（12.2%），寻求防治T2DM 的方法已迫在眉睫。人类基因组中研究最充分的序列是蛋白质编码基因的序列，如果考虑到非翻译区（untranslated region，UTR），这些基因的编码外显子仅占基因组的2%[4]。近期对非编码RNA（non-coding RNA，ncRNAs）基础及临床转化的大量研究，极大地改变和补充了中心法则。来自不同基因组区域和RNA 加工的真核转录产生了不同的ncRNA 物种目录。同时，ncRNA 根据其片段大小主要分为miRNA（21～23 nt）、长链非编码RNA（non-coding RNA，lncRNA，＞200 nt）等[5]。微RNA（microRNAs，miRNA）是指一种转录，但基本不翻译蛋白质，但在基因表达的表观遗传和转录后调节中发挥重要作用的非编码RNA。根据其功能特征，miRNA 属于调节RNA，参与各种生物过程[6，7]。近年来研究表明[8]，基因组的非蛋白质编码部分对正常发育、生理和疾病具有至关重要的功能作用。且miRNA 与胰岛素的分泌与转运，外周组织的胰岛素抵抗等有关，包括肝脏、骨骼肌、脂肪组织。同时，miRNAs 在调节细胞途径和疾病发展中的特异性影响其表达模式，这种表达模式反映在各种体液中，使其成为T2DM 的理想生物标志物。本文就目前有关调控型miRNA 与T2DM 的研究，探讨miRNA 与T2DM 间的关系，以期为T2DM 的诊断和治疗提供新思路。

1 miRNA 的生物发生和功能特性

miRNA 是一类由内源基因编码的微RNAs（21～23 nt），在人类细胞中多达2000 个miRNA，在物种之间保守性较好。miRNA 由转录的发夹环结构加工而成[9，10]，通过与靶标mRNA 的3' 端非翻译区（3'-untranslated region，3'-UTR）特异性结合，从而降解靶标信使RNA 或抑制其翻译过程，从而实现RNA沉默以及基因表达的转录后调控[11]。

哺乳动物的miRNA 基因组通过RNA 聚合酶Ⅱ（polymerase Ⅱ）编码和转录为初级miRNA 转录物（pri-miRNA），pri-miRNA 结合蛋白DGCR8 和Drosha 形成微处理器复合物进行处理，产生的premiRNA 通过Exportin5 分子从细胞核转移到胞质中，被核糖特酸蛋白酶Dicer 识别，并通过其两个哺乳动物辅助因子TRBP 或PACT 之一加工形成长度大约21 nt 的双联miRNA 分子（double-stranded RNA，dsRNA）。Argonauts 蛋白AGO2 与Dicer 相互作用，双链被解开，剩下的单链作为主要位于靶mRNA 的3'-UTR 内的部分互补区域的向导，与AGO2 和其他蛋白质相互作用形成RNA 诱导的沉寂复合体（RISC）。TNRC6 蛋白的后续结合对所有下游事件中动物靶mRNA 的翻译抑制或降解起关键作用。TNRC6 与poly（A）结合蛋PABP 的相互作用似乎干扰了PABP 在蛋白质翻译中的功能，这可能是通过中断mRNA 的5'-帽结构和3'-poly（A）尾之间的相互作用。随后，靶标mRNA 的降解通过去腺苷酸化和脱帽启动，使mRNA 可用于外切核糖核酸酶，至此基因沉默[12-14]。

研究表明[15]，超60%的mRNA 在其3'-UTR 区域含有miRNA 靶位点，这表明它们存在严格的调控机制，因此参与正常的细胞稳态和疾病状态。现已证实miRNA 能够靶向多达数百个mRNA，这表明miRNA 在mRNA 调节中作用较为复杂，且存在多个组合模式[16]。

2 调控型miRNA 与T2DM 的关系

T2DM 的发生是胰岛素抵抗与胰岛素分泌不足的双重缺陷共同作用导致的，其机制涉及肝糖异生、炎症、内质网应激和肠道菌群等。而目前相关研究证明miRNA 多可参与上述机制。越来越多的证据表明[17]，糖尿病患者的血清和（或）血浆中miRNA 失调，一些特定的miRNA 在T2DM 的进展中表达谱发生改变，使这些生物分子可能成为诊断、管理和疾病预后的潜在生物标志物。

2.1 miRNA 参与胰岛β 细胞的合成与分泌 经典T2DM 是靶组织中β 细胞代偿受损和胰岛素抵抗增加的组合[18]。人体约有50 万个胰岛细胞，约占胰腺体积的1%～2%，控制着血糖稳态，而胰岛内的主要细胞类型包括分泌胰高血糖素的α 细胞和分泌胰岛素的β 细胞，因此T2DM 的主要发病机制是高血糖期间的胰岛素分泌和低血糖期间的胰高血糖素分泌之间的失衡。研究表明[19]，miRNA 在胰腺β 细胞的存活、发育、增殖和维持到胰岛素产生和分泌的多个过程中发挥重要功能。因此，胰腺β 细胞受损是T2DM 发病机理的核心，而miRNA 是该过程中的基本调控因素。

胰岛中第一个检测到也是最丰富的miRNA 是miR375，通过预测及验证其靶点为Myotrophin（Mtpn）[19]。研究表明[20]，miR375 在细胞系和原代啮齿动物细胞中发挥调节细胞增殖、胰岛素生物合成、离子通道活性和胞吐等作用。miR375 需要在细胞中以最佳水平表达，即表达过高或过低都会损害细胞功能，miR375 的过表达导致胞吐减少，从而减少了胰岛素分泌[21，22]；miR375 的缺失导致一种β 细胞量减少的表型[22]。miR-29 家族是在小鼠和人类的代谢组织中表达最丰富的miRNA 之一。Sun Y 等[23]研究发现，miR-29 通过miR-29 外泌体以受体相关因子3（tumor necrosis factor receptor-associated factor 3，TRAF3）依赖的方式促进循环单核细胞和巨噬细胞的招募和激活，促进炎症，从而导致外周胰岛素抵抗；再者miR-29 通过靶向Onecut2 和Syntaxin-1a-（Stx-1a）可以增加细胞胞吐作用。此外，miR-29a/b/c过表达通过降低抗凋亡蛋白Mcl-1 水平，从而促进细胞凋亡[24，25]。另一个与控制胰岛素分泌有关的miRNA 是miR-9。研究表明[26]，miR-9 可通过调节Onecut2、Sirt1、Stxbp1 来抑制胰岛素分泌。miR-9 显示通过靶向转录因子Onecut2 可以降低葡萄糖刺激的胰岛素分泌（glucose-stimulated insulin secretion，GSIS），该转录因子抑制颗粒蛋白（一种胰岛素胞吐作用的负调节因子）的表达；在葡萄糖依赖性胰岛素分泌过程中，miR-9 和Sirt1 蛋白水平在β 胰岛体内受到积极调节，同时miR-9 靶向并调节胰岛素分泌细胞中的Sirt1 表达[27]。另有研究表明[28]，miR-9 通过直接靶向Stxbp1 mRNA 的3'-UTR 来抑制Stxbp1的表达，从而负调节胰岛素分泌。

2.2 miRNA 参与胰岛素抵抗 胰岛素抵抗是指靶细胞中胰岛素促进葡萄糖摄取和利用的效率下降，是T2DM 相关的主要病理体征[29]。肝脏和脂肪组织是葡萄糖储存和响应循环胰岛素释放的主要场所，骨骼肌是葡萄糖的主要消耗者。研究表明[30]，miRNA可以影响外周组织中胰岛素信号下游的酶促反应，以调节葡萄糖的储存和合成。

2.2.1 miRNA 参与肝脏胰岛素抵抗 葡萄糖是主要的循环碳水化合物，必须严格调节其摄取和代谢，以确保能量均衡分配到所有细胞。葡萄糖可以以糖原的形式储存在肝脏之间，通过糖原合成和糖原分解来控制血糖，此过程依赖于胰岛素信号，而肝糖异生的异常激活是2 型糖尿病空腹高血糖的主要原因。研究表明[31]，miR-21 是肝脏糖异生的关键调控因子，腺病毒介导的miR-21 过表达降低了小鼠原代肝细胞磷酸烯醇丙酮酸羧激酶（phosphoenolpyruvate carboxykinase，PEPCK）和葡萄糖-6-磷酸酶（）glucose-6-phosphatase，G6Pase）的表达，抑制肝脏糖异生。叉头框转录因子1（forkhead box transcription factor 1，FOXO1）是miR-21 的一个潜在靶点，沉默miR-21 增加了FOXO1 蛋白水平，进而导致C57BL/6小鼠高脂饮食喂养4 周后胰岛素敏感性下降和葡萄糖耐量受损[32]。miR-802 是与T2DM 密切相关的另一个miRNA。miR-802 在人类和肥胖小鼠的肝脏中过度表达，导致胰岛素抵抗和葡萄糖耐受不良。从机制上讲，miR-802 靶向转录因子HNF1B 的表达，上调Hnf1b 的两个反应基因Socs1 和Socs3，抑制IRS 蛋白的磷酸化，从而损害胰岛素信号转导[33，34]。Zheng H 等[35]通过定量逆转录酶PCR 和蛋白质印迹测量相关基因和蛋白质的表达水平，结果发现miR-185-5p 通过靶向G6Pase 的3'-非翻译区抑制肝脏糖异生和缓解高血糖，提示miR-185-5p 可能是治疗肝脏葡萄糖过量和空腹高血糖的靶点。

2.2.2 miRNA 参与骨骼肌胰岛素抵抗 骨骼肌是胰岛素介导葡萄糖摄取和代谢的主要靶器官之一，是胰岛素抵抗最早且最重要的部位。研究表明[36，37]，胰岛素信号通路转导及线粒体生物合成的损伤与骨骼肌胰岛素抵抗密切相关，当骨骼肌发生胰岛素抵抗时，多种miRNAs 上调（miR-16、miR-106b、miR-23a、miR-761、miR-135a、Let-7 和miR-29a）或下调（miR-194、miR-133a、miR-149 和miR-1）。在T2DM同卵双胞胎中的肌肉miRNA 水平阵列测量表明[38]，T2DM 与骨骼肌中miR-16 的非遗传下调相关，可能针对胰岛素信号。Talari M 等[39]研究表明，miR-16 在改善炎症诱导的胰岛素抵抗中发挥着重要作用，异位表达的miR-16 通过上调GLUT4 和MEF2A 增强了骨骼肌成肌细胞中胰岛素刺激的葡萄糖摄取。同时，miR-16 表达可以抑制TNF-α、IL-6 和IFN-β 的产生，最终改善成肌细胞中由胰岛素诱导的葡萄糖摄取[39]。此外，miR-16 可以调节巨噬细胞极化，提高成肌细胞的胰岛素敏感性。与miR-16 表达相反，miR-194 通过下调来改善胰岛素抵抗。Latouche C等[37]研究发现，miR-194 在糖尿病大鼠模型及糖尿病前期患者中的表达均显著降低达25%～50%，且miR-194 参与骨骼肌葡萄糖摄取、糖酵解、糖生成和葡萄糖氧化等多个方面，其机制可能与AKT、GSK-3和氧化磷酸化的机制有关。

2.2.3 miRNA 参与脂肪胰岛素抵抗 脂肪组织也直接导致与肥胖相关的其他并发症发生[40]。与皮下分布的脂肪组织积累相比，腹内脂肪组织的积累与不良代谢特征（胰岛素抵抗、高血压、血脂异常）的相关性更强[41]。研究表明[42]，白色脂肪组织（white adipose tissue，WAT）是储存甘油三酯的主要部位，并且是重要的内分泌器官，而棕色脂肪组织（brown adipose tissue，BAT）则负责产热，米色脂肪细胞也可以出现在WAT 仓库中以在某些条件下维持热量产生，BAT活动增加了全身能量消耗，因此可能对T2DM 起到保护作用。脂肪组织中miRNA 主要刺激或抑制脂肪细胞的分化，并调节特定的代谢和内分泌功能[40]。研究表明[43]，miR-133 直接靶向并负调节PRDM16，抑制miR-133 或Mef2 可以促进前体从BAT 和SAT向成熟棕色脂肪细胞的分化，改善脂诱性胰岛素抵抗。结合microRNA 和mRNA 芯片分析以及生物信息学分析，miR-455 是一种新的棕色脂肪形成调控因子。Zhang H 等[44]研究发现，miR-455 通过靶向HIF1an 激活AMPK 的cyp-1，促进棕色脂肪生成和线粒体生物生成。同时，miR-455 也靶向成脂抑制子Runx1t1 和Necdin，诱导过氧化物酶体增殖物激活受体-γ 共激活因子-1α（peroxisome proliferatoractivated receptor-γcoactivator-1α，PGC-1α）的表达和磷酸化，启动成脂分化。此外，miR-22 也是白色脂肪生成和棕色脂肪功能的关键调节因子。Lima VM 等[45]研究发现，miR-22 的缺失减少了肥胖小鼠的白色脂肪生成程序，诱导WAT 褐变并增强了BAT 功能。另一项研究表明[46]，miR-22-3p 同型替代抗体（antagomir）可减少喂食HFD 的雄性小鼠脂肪量、胰岛素抵抗和肝脂肪变性。

3 总结

miRNA 具有组织特异性，参与T2DM 的发生、发展，可以阻断功能失调的代谢途径和（或）恢复细胞稳态，在组织细胞和循环血液中稳定表达，可以较早反映相关病变组织的变化。miRNA 通过靶向多个关键基因，抑制相关胰岛素信号通路，有望成为糖尿病患者的早期诊断标志物及监测指标，同时也可能作为一种替代或补充治疗方法。miRNA 抑制剂或模拟物可能与目前临床试验中专门设计用于靶向代谢酶的化合物协同作用，从而改善血糖。但值得注意的是，miRNA 与胰高血糖素信号通路相关研究较少，有待临床进一步探索。总之，miRNA 在T2DM 的发生、发展过程中起到重要调控作用。因此，深入研究miRNA 在T2DM 中的作用机制，可为临床防治T2DM 提供新思路。