长链非编码RNA NEAT1在糖脂代谢相关疾病发展中的作用及机制研究进展

贺 佳(综述),魏 枫(审校)

(内蒙古科技大学包头医学院第一附属医院内分泌科,内蒙古 包头 014000)

随着全球经济的快速发展,人们的生活方式及饮食习惯开始发生巨大改变,导致2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)、肥胖、代谢相关脂肪性肝病(metabolic associated fatty liver disease,MAFLD)等代谢性疾病的发病率呈现逐年上涨趋势,这类疾病现已成为全球性的健康威胁。有数据显示,到2040年全球患糖尿病(diabetes mellitus,DM)人数预计将达到6.42亿,其中T2DM人数大约占90%,目前我国T2DM患者已达1.16亿[1],而我国18岁以上人群已经超过一半超重/肥胖,且18岁以下儿童及青少年超重/肥胖率分别达19.0%和10.4%[2],MAFLD也已经影响全球约25%的总人口[3]。多项研究表明,T2DM、肥胖、MAFLD三者相互促进加重,关系错综复杂,不仅增加T2DM晚期各种并发症的风险,同时也增加了MAFLD进展为晚期肝纤维化及肝癌的风险[4-5]。非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)虽然是一种不能编码蛋白质的RNA,但却是在转录、转录后和翻译后水平上发挥作用的基因表达的重要调节剂,可参与机体各种生物学的过程[6],主要包括短链RNA(siRNA)、环状RNA(circRNA)及长链RNA(lncRNA)[7],其中lncRNA是相对研究较广泛的类型,lncRNA是一种长度大于200个碱基对的ncRNA,其异常表达与胚胎发育、细胞增殖分化、脂肪变性、氧化应激、内质网应激等密切相关[8]。而核富集丰富转录物1(nucleo-enriched rich transcript 1,NEAT1)是人们研究较多的lncRNA之一,有专家提出lncRNA NEAT1不仅在肿瘤中的表达中发挥作用,在内分泌代谢疾病中也有重要的调控作用,并认为lncRNA NEAT1可以成为治疗代谢性疾病的一个新靶点[9-10]。现就lncRNA NEAT1在代谢异常相关疾病中的研究进展予以阐述。

1 lncRNA NETA1的生物学功能

lncRNA NETA1是2009年4个研究组各自独立发现的一类分子长度大于200 nt的lncRNA,它在细胞内外均有表达,主要位于细胞核中,在各种生物病理过程中均有调控[11]。有研究提示,lncRNA NETA1在脂肪细胞中上调,且在脂肪形成过程中具有不可或缺的作用,主要包括低密度脂蛋白的氧化、脂肪的分解、以及脂质的吸收[12],另外lncRNA NEAT1参与胰岛素的合成、分泌及敏感性的调控,在胰岛细胞中也起重要作用[13]。同时,越来越多数据及实验表明,lncRNA NEAT1通过竞争性结合miRNA、靶向调控下游因子的方式来影响疾病的发生发展[14]。

2 lncRNA NETA1在糖尿病(diabetes mellitus,DM)及其并发症中的调控作用

2.1lncRNA NETA1与DM DM是多种因素共同作用的一类慢性代谢性疾病,以胰岛素抵抗为主要特征,最终导致多器官功能受损[15]。相关研究发现,lncRNA NETA1的异常表达与DM发病密切相关,也是DM及其并发症的重要调节因子。在一项200例T2DM患者研究中,T2DM患者的lncRNA NEAT1表达量是健康对照组的5.28倍,高表达的lncRNA NEAT1与视物模糊、食欲下降、伤口愈合缓慢、体重减轻、乏力等不良反应呈正相关[16]。另外有研究指出lncRNA NEAT1可以通过炎症通路来影响DM的进程,例如在血糖升高的小鼠模型的胰岛β细胞中,lncRNA NEAT1显著上调,既可以通过激活丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK) 通路或Toll样受体p38通路来影响胰岛素抵抗[17],也可以通过激活信号转导及转录激活蛋白3(signal transducer and activator of transcription 3, STAT3) 相关炎症信号通路来升高血糖[18]。

2.2lncRNA NEAT1与DM并发症

2.2.1lncRNA NEAT1与DM性心肌病(diabetic cardiomyopathy,DCM) DCM是DM的重要并发症之一,在血糖管理良好的DM患者中约60%人群可能会受到DCM的影响[19-20]。一项研究通过基因分型验证了秋田小鼠是研究DCM的良好模型,并发现lncRNA NEAT1在秋田小鼠心肌中下调,具体机制仍待研究[21],而徐盛松[22]研究的大鼠及人体心肌纤维化模型中lncRNA NEAT1也下降,可能是由于DNA甲基转移酶3A(DNA methyltransferase 3A, DNMT3A)调控其表达来影响NOD样受体热蛋白结构域相关蛋白3(NOD-liker eceptor thermal protein domain associated protein3,NLRP3)炎症小体介导的细胞焦亡,最终影响心肌纤维化的进展。在DCM的发病机制中,目前认为氧化应激起着重要作用,相关实验表明,过度活性氧(reactive oxygen species,ROS)的产生会诱导氧化应激异常信号反应,导致心脏纤维化和重塑[23-24]。另外有研究显示,核转录因子E2相关因子2(nuclear factor erythroid 2 related factor 2,Nrf2)可能会减少氧化应激,在DM患者外周血和高糖(high glucose,HG)诱导的大鼠心脏组织中,lncRNA NEAT1表达相较于对照组均显著上升,而Nrf2表达降低,联合使用石斛合剂(一种治疗DM中药材)和二甲双胍后可下调lncRNA NEAT1,并竞争性结合miR-23a-3p,最终上调Nrf2,减少细胞凋亡,从而改善心脏组织形态[25]。梓醇是中药材地黄中的一种有效成分,可通过下调lncRNA NEAT1的表达来降低核转录因子κB(nuclearfactor-κ-genebinding,NF-κB)的转录活性,抑制ROS及细胞凋亡,从而发挥保护心肌的作用[26],梓醇也可以通过lncRNA NEAT1/miR-140-5p/组蛋白去乙酰酶4(histone deacetylase 4,HDAC4)通路来挽救lncRNA NEAT1诱导的心肌细胞凋亡[27]。在DM心肌缺血再灌注损伤中,lncRNA NEAT1显著表达,通过上调叉头框转录因子O亚族1(forkhead box transcription factor O subfamily 1,FOXO1)来增加缺氧损伤从而促进心肌细胞的自噬[28],也可以通过与miR-27b竞争性结合PTEN诱导假定激酶1(PTEN-induced putative kinase 1,PINK1),从而加重心肌缺血再灌注损伤[29]。

2.2.2lncRNA NEAT1与糖尿病肾病(diabetic kidney disease,DKD) DKD是由高血糖损伤引发的肾脏功能紊乱和结构重构,也是引起肾衰竭的主要原因。在DKD患者中lncRNA NEAT1显著上调,lncRNA NEAT1可增加miRNA21和miRNA124的表达,并降低miRNA93和miRNA29a的活性,从而来调节肾脏足细胞和近端肾小管损伤[30]。lncRNA NEAT1在DN小鼠中也显著表达,其下调可以抑制细胞增殖,并减少纤维化标志物纤维连接蛋白(fibronectin,FN)、Ⅰ型胶原的表达及炎性细胞因子,如肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)及白细胞介素(interleukin,IL)-1、IL-16的表达,同时敲除lncRNA NEAT1后小鼠系膜细胞(mouse mesangialcells,MMCs)增殖减少、凋亡增加[31]。另外在HG诱导的DM大鼠及小鼠MMCs中,lncRNA NEAT1显著表达,并通过激活蛋白激酶B/哺乳动物雷帕霉素靶蛋(protein kinase B-mammalian target of rapamycin,AKT-mTOR)信号通路,来上调转化生长因子β1(transforming growth factor- β1,TGF β1)、Ⅳ型胶原和FN的表达水平,最终加重DN的病情进展[32]。另有学者指出,lncRNA NEAT1既可以通过与miR-23c竞争性结合,来上调FN、波形蛋白(vimentin,VIM) 、以及凋亡信号调节激酶1(apoptosissignal-regulatingkinase1,ASK1)、α-平滑肌肌动蛋白(alpha-Smooth Muscle Actin,α-SMA)的表达,从而引起上皮间质化(epithelial-mesenchymaltransition,EMT)[33],也可以通过竞争性结合miR-27b-3p,来上调E盒结合锌指蛋白1(zincfingerE-box-bindindhomobox 1,ZEB1)的表达水平,从而诱导肾纤维化及EMT[34]。体外研究显示,LncRNA NEAT1可与miR-423-5p竞争性结合胶质致病相关蛋白2(glioma pathogenesis related-2,GLIPR2)来促进HG诱导的DN进展[35]。研究指出,Klotho是一种抗衰老的蛋白质,一定程度上可保护EMT,在DN小鼠中,增加Klotho可以显著抑制lncRNA NEAT1的表达,沉默lncRNA NEAT1会抑制EMT相关标志物α-SMA、波形蛋白以及TGF-β1和结缔组织生长因子,最终达到防止肾纤维化和EMT的目的[36]。研究证实焦亡也是一种炎症形式,并在DN的发病中起重要作用,lncRNA NEAT1可通过与miR-34c竞争性结合,来上调胱天蛋白酶1(Caspase-1)、IL-1、NLRP3的表达,从而介导肾小球MMCs的焦亡[37]。此外,肾小球肥大也是糖尿病肾病的早期病变之一,在MMCs中,HG可激活STAT3从而使lncRNA NEAT1上调,同时lncRNA NEAT1也通过竞争性抑制miR-222-3p与细胞周期素依赖性激酶抑制剂1B(cyclindependentkinase inhibitor 1B,CDKN1B)的结合,最终引起肾小球肥大[38]。

2.2.3lncRNA NEAT1与糖尿病眼病 糖尿病眼病也是DM的常见并发症之一,其中最常见的是糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy,DR),相关数据表明,在DM患者中,在病程长达15年后约80%人群可能出现DR,它是目前常见的失明原因。许多专家认为,线粒体功能失调是DR发病主要原因之一,LncRNA NEAT1在HG诱导的人视网膜内皮细胞(humanretinalendothelialcells,hRECs)线粒体中呈高度表达,通过调节NEAT1-siRNA可改善氧化应激以及线粒体结构,并改善DR中退行性毛细血管的形成[39-40],下调lncRNA NEAT1后可以灭活hRECs中的血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)及TGF-β1的表达,最终达到抑制DR进展、改善细胞凋亡的目的[41]。还有学者认为视网膜色素上皮(retinalpigmentepithelium,RPE)细胞的EMT在 DR的发展过程中也具有关键的作用,首先通过检测发现在HG条件下可以促进ARPE-19细胞的EMT进程,随后实验证明lncRNA NEAT1通过靶向miR-204介导性别决定区Y框蛋白4(sex determining region Y box 4,SOX4)调节DR的EMT,从而缓解EMT进展[40]。糖尿病性白内障(diabetic catara,DC)是糖尿病眼病的另一种类型,与DR相比较少见。相关数据表明,在DM患者中患白内障的风险是非DM人群的5倍,相关专家在一项接受白内障手术的DC患者的研究中,通过检测其晶状体前囊组织,发现YY1(一种转录因子)下降,可抑制lncRNA NEAT1的表达,NEAT1通过竞争性结合miR-205-3p来调控下游靶基因基质金属蛋白16(matrix metalloproteinases 16,MMP16),最终影响DC的发生进展[42]。

2.2.4lncRNA NEAT1与糖尿病神经病变(diabetic neuropathy,DN) DN可导致周围感觉运动和自主神经系统的损伤,严重的疼痛、缺乏感觉和患足部溃疡的风险增加是该疾病的突出症状及体征。相关研究发现,与健康对照组相比,DN患者lncRNA NEAT1表达升高,miR-183-5p表达降低,与DM组相比,DN患者的miR-433-3p表达水平显著降低,而整合素α4(IntegrinAlpha 4,ITGA4)、应激诱导蛋白1、3(Sestrins1、3,SESN1、3)的表达升高,最终表明lncRNA NEAT1的升高与DN患者炎症增加有关[43]。

3 lncRNA NEAT1在MAFLD中的分子调控机制

近些年,由于人们饮食结构开始发生改变,使得肥胖、脂肪肝的发生率迅猛增加,相关研究显示,lncRNA NEAT1在脂肪代谢中起着重要调控作用[44]。脂肪堆积过多且每天饮酒量<20 g被定义为非酒精性脂肪性肝病(non-alcoholic fatty liver disease,NAFLD) ,随着人们对NAFLD发病机制的深入理解及其患病率的不断攀升,2020年22个国家的国际专家小组提出以代谢相关脂肪性肝病(metabolic associated fatty liver disease,MAFLD)代替NAFLD成为新命名,而MAFLD更加适合描述与代谢功能障碍相关的肝脏疾病[45],目前诊断MAFLD的金标准仍是肝脏穿刺活检,但因有创及并发症的出现等原因而难以普及,故目前急需探究新的指标来进行诊疗。相关研究报道LncRNA NEAT1在MAFLD大鼠肝脏组织中呈高度表达,在下调lncRNA NEAT1后可以通过mTOR及其下游调控蛋白核糖体S6蛋白激1(ribosomalprotein S6kinase1,s6k1)信号通路来调节脂质合成,最终达到缓解MAFLD的目的[46]。研究发现miR-140对脂肪形成至关重要,miR-140和lncRNA NEAT1两者相互作用可增强lncRNA NEAT1的表达以及稳定性,Sun等[47]发现lncRNA NEAT1可以与miR-140竞争性结合并通过调节腺苷酸激活蛋白激酶/固醇调节元件结合蛋白( AMP-activated protein kinase/sterol regulatory element-binding protein 1,AMPK/SREBP-1)信号通路影响MAFLD的进展,同时lncRNA NEAT1也可以通过靶向调控Rho相关卷曲螺旋形成蛋白激酶1(Rho-associated kinase-1,ROCK1)的miRNA-146a-5p来进一步影响AMPK/SREBP通路,最终增加脂肪变性,从而加重MAFLD的进展[48]。在MAFLD患者中,LncRNA NEAT1可以通过竞争性抑制 miR-212-5p与离子型谷氨酸受体3(ionotropic glutamate receptor 3,GRIA3)基因结合,最终促进脂质积累并加剧MAFLD的进展[49]。另外,在MAFLD细胞模型研究中发现,lncRNA NEAT1可以通过miR-139-5p来调节c-Jun/SREBP1c轴,加重游离脂肪酸诱导的肝细胞脂质积聚,最终加重MAFLD的进展[50]。有学者通过体外实验证实 lncRNA NEAT1 可通过与 miRNA-506竞争性结合胶质瘤相关肿瘤基因同源3来调节肝纤维化、炎症反应及脂质代谢[51]。另有研究报道,水通道蛋白7(aquaporin 7,AQP-7)对于抑制Hep-G2细胞系中三酰甘油的合成至关重要,lncRNA NEAT1可以通过增强HepG2细胞中雌激素受体介导的AQP7表达来促进脂肪变性[52]。

4 总结与展望

目前DM及其并发症、MAFLD代谢疾病的发病机制尚未完全明确,且临床上的治疗多以控制症状、延缓并发症的为主要方法,同时辅以改变生活方式及饮食习惯,但尚未能治愈,故探索其发病机制寻找治疗靶点已迫在眉睫。近年来,随着高通量分析方法的进步,科学家们发现lncRNA在各种生理和病理过程具有潜在的调控作用,其中NEAT1是代谢相关疾病的一个重要靶点,主要通过竞争性结合靶向miRNA,从而来调节下游的靶基因,最终影响糖尿病肾病、糖尿病心肌病、脂质代谢疾病等。总之,NEAT1在糖脂代谢相关疾病中的作用机制重要且复杂,然而,鉴于之前的研究已经证明其在糖脂代谢疾病的发展中发挥了作用,在使用它们作为治疗工具之前需谨慎,还需要进行大量的研究,取得进一步进展,希望对lncRNA NEAT1在代谢控制中的病理生理作用有一个全方位的理解,并开发更有效的干预措施来预防代谢性疾病。