miRNA在2型糖尿病中的研究进展

胡 蕴综述，毛晓明审校

0 引 言

糖尿病在我国发病率为9.7%，其中2型糖尿病占90%以上，病因及发病机制目前仍不完全清楚。近年来，2型糖尿病的遗传学研究有很大进展，2007年有5个有关2型糖尿病的全基因组研究报道，共发现11个与2型糖尿病相关的基因［1］，但这些基因只能解释0.3%2型糖尿病的发生，因此环境因素在2型糖尿病发病中所起的作用越来越引起人们的重视。

目前已知的调控基因表达的方式主要有4种:DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑和非编码RNA调控，其中前三者主要调控DNA的转录过程，而后者主要调控mRNA翻译成蛋白质的过程。miRNA是目前非编码RNA中研究最多的一种，长约22个核苷酸，主要与靶基因mRNA 3'端非翻译区结合，降解靶基因mRNA或直接抑制翻译过程。据推测3%的人类基因组包含miRNA，30%编码蛋白质的基因受其调控。miRNA在细胞分化、增殖及能量代谢方面起重要作用［2］，它的异常表达在许多疾病(如肿瘤、感染［3］、心血管及中枢神经系统疾病等)的发生及发展中起重要作用。

miRNA通过序列比对机制在转录后水平调控基因的表达，不涉及靶基因DNA序列的变化。高糖、高脂等环境因素可导致 miRNA异常，影响mRNA翻译成蛋白质(如胰岛素、转录因子Pdx-1、葡萄糖转运蛋白4等)，并导致2型糖尿病的发生和发展。因此，对miRNA的研究可在一定程度上解释环境因素在2型糖尿病的发生发展过程中的作用，对其防治具有指导意义。本文将对近年来miRNA在2型糖尿病中的研究进展进行综述。

1 miRNA与胰岛β细胞功能

胰岛β细胞功能衰竭和胰岛素抵抗是2型糖尿病的基本病理生理特征，前者在2型糖尿病的发病及病理进展过程中起关键作用。

目前认为2型糖尿病患者胰岛β细胞功能进行性减退与糖毒性及脂毒性密切相关，高血糖及高血脂会引起一些miRNA的异常表达:Tang等［4］用高糖对 MIN6胰岛 β细胞系进行处理，发现miR-124a、miR-107、miR-30d 等多个 miRNA 表达上调，而miR-296、miR-484、miR-690等则表达明显下降［4］，在这些表达异常的 miRNA 中，miR-30d能上调胰岛素基因的表达。当用反义寡核苷酸链抑制miR-30d时，葡萄糖刺激诱导的胰岛素基因转录停止，目前认为miR-30d的靶基因是一个尚未被发现的胰岛素转录负调控因子，对其研究仍在进行中。而另一个miRNA分子miR-124a在胰岛的发生及胰岛β细胞分化过程中起重要作用，并有研究表明miR-124a的过表达能减少葡萄糖刺激诱导的胰岛素分泌［5］，其靶分子 FoxA2 能调节 Pdx-1、Kir6.2 和Sur-1等多个与胰岛素合成及分泌相关的特异性转录因子的表达［6］。另一项研究发现，miR-34a和miR-146a在软脂酸盐处理过的MIN6胰岛β细胞系中呈时间和浓度依赖性升高［7］，它们均对细胞凋亡起促进作用。miR-34a不仅能激活P53蛋白促进细胞凋亡，长期升高还可抑制囊泡蛋白2表达，抑制胰岛素的释放。抑制miR-34a和miR-146a可减少高脂毒性诱导的β细胞凋亡。这些研究均表明，高糖、高脂等环境因素能影响miRNA的表达，从胰岛素的转录、合成、分泌等多个方面影响胰岛β细胞功能。

miR-375是胰岛组织特异表达的 miRNA，在MIN6胰岛β细胞系中表达最高，也是目前糖尿病相关性miRNA中研究最多的一种，它对胰岛β细胞功能有重要的影响。β细胞中miR-375过表达可抑制葡萄糖诱导的胰岛素分泌。进一步的实验证明，miR-375的靶分子之一是重组胰岛素样生长因子1(又称myotrphin)［8］。重组胰岛素样生长因子1能改变细胞膜内侧肌动蛋白丝组成的网格结构，促进含胰岛素的小泡和细胞膜融合，释放胰岛素。miR-375通过与重组胰岛素样生长因子1的mRNA结合，负调控重组胰岛素样生长因子1蛋白质的表达，抑制胰岛素分泌。另一项研究发现miR-375能负调控磷脂酰肌醇依赖型蛋白激酶1(phosphoinositide dependent kinase 1，PDK1)的表达［9］。PDK1是磷脂酰肌醇3激酶信号通路的成员，磷脂酰肌醇3激酶信号通路在胰岛β细胞合成胰岛素的过程中起重要作用。实验表明，葡萄糖能下调胰岛β细胞中miR-375的转录，PDK1表达量增加，从而促进细胞合成胰岛素。由于miR-375与胰岛素的合成及分泌密切相关，当miR-375表达异常时，可能会引起胰岛β细胞功能障碍，并导致糖尿病的发生、发展。

2 miRNA与胰岛素抵抗

胰岛素抵抗是2型糖尿病的另一基本特征，主要指机体对一定量胰岛素的生物效应减低。胰岛素的主要效应器官是肝、骨骼肌和脂肪细胞，当这些器官对胰岛素的敏感性和反应性降低时，即出现胰岛素抵抗。到目前为止，已发现数种miRNA与胰岛素抵抗有关。

通过对非肥胖型的2型糖尿病模型GK大鼠的骨骼肌细胞、脂肪细胞和肝细胞进行miRNA基因芯片表达分析研究发现，在GK大鼠的这些胰岛素效应器官中，miR-29的表达较正常动物明显升高［10］。在3T3-L1脂肪细胞系中过表达miR-29，可导致胰岛素激发的葡萄糖摄取受抑制。进一步研究发现，在脂肪细胞中miR-29过表达能导致其靶基因Insig1和Cav2表达水平降低，从而使胆固醇的生物合成过程出现障碍。

miR-143在脂肪细胞分化过程中上调，用反义寡核苷酸链抑制miR-143表达，可导致多种脂肪细胞的特异性基因表达下调，其中包括葡萄糖转运蛋白4、过氧化物酶增殖体激活受体(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)2 等，从而引起胰岛素与受体结合后的一系列细胞内信号转导过程障碍，导致胰岛素抵抗［11］。

另一项研究比较了GK大鼠与正常大鼠肝及脂肪组织中170种miRNA的表达，发现在肝组织中miR-125 的表达差异最为明显(P=0.001)［12］，而在脂肪组织中，miR-125也具有表达差异。通过生物信息学分析，预测miR-125的靶基因可能与丝裂原活化蛋白激酶途径有关，但miR-125对胰岛素抵抗的具体生物学作用有待进一步探索。

3 miRNA与糖尿病并发症

糖尿病慢性并发症是2型糖尿病患者死亡的主要原因，其进展缓慢，起病隐匿，一旦形成，病变很难逆转，因此，糖尿病慢性并发症的早期诊断和治疗较为困难。一些研究表明miRNA在糖尿病慢性并发症如糖尿病心血管病变、糖尿病肾病等的发生发展过程中起重要作用。

持续高血糖状态能导致血管内皮细胞功能障碍，最近一项研究发现，高水平葡萄糖刺激的血管内皮细胞中，miR-221高表达，而 c-kit蛋白表达降低［13］。c-kit蛋白是一种干细胞因子受体，在内皮细胞的迁移过程中起重要作用。运用反义寡核苷酸链抑制miR-221，可恢复c-kit蛋白的表达水平并使血管内皮细胞的迁移功能有所恢复，提示miR-221-ckit蛋白途径在糖尿病血管损伤机制中起作用。另一项研究中Wang等［13］对GK大鼠的心肌微血管上皮细胞的miRNA表达谱进行了基因芯片分析，结果发现 let-7e、miR-129、miR-291-5p、miR-320 等 11 条miRNA高表达。其中miR-320负调控胰岛素样生长因子1(insulin-like growth factor，IGF-1)及其受体是诱发糖尿病血管病变的重要因素之一［14］。

糖尿病模型小鼠的肾小球中miR-192的表达上调［15］，其作用靶点smad作用蛋白是TGF-β信号转导途径的成员，TGF-β是胶原蛋白等细胞外基质蛋白表达的重要调控因子［16］，miR-192通过作用于TGF-β信号途径，使各种细胞外基质蛋白在肾小球中沉积，引起糖尿病肾病。

4 miRNA与2型糖尿病的早期诊断及预防

2型糖尿病进展缓慢，起病隐匿，患者发病早期常未出现典型的“三多一少”症状。UKPDS的研究表明，新诊断的2型糖尿病患者其胰岛β细胞功能已下降50%。对糖尿病易感人群进行早期的饮食控制可减少糖尿病的发病，而在糖耐量异常、空腹血糖异常或2型糖尿病初期，通过胰岛素强化治疗等手段，可使胰岛功能得到恢复，大大延缓糖尿病的进展。因此，2型糖尿病的易感性筛查及早期诊断具有重要的临床意义。

2008年Chen等［17］发现血清中也存在miRNA分子，其具有很高的稳定性，能抵御RNA酶的消化作用及反复冻融、酸碱等理化因素的作用，并在糖尿病患者及正常人中的表达具有显著差异［17］。此研究表明，糖尿病患者血清中miRNA的表达差异较血细胞中更为显著，说明血清miRNA在疾病诊断方面具有更高的灵敏性，并且血清中的miRNA并不完全来自于血细胞的裂解。Valadi等［18］在研究中发现，mRNA和miRNA可从一个细胞转移到另一个细胞中，并在新细胞中发挥功能。因此，有科学家猜想血清中的miRNA具有一定的生物学功能，起细胞外信号传递的作用。

血清miRNA标本易获取，其具有很高的灵敏度和稳定性，是一种理想的生物标记物。由于miRNA的异常改变早于蛋白质表达，在2型糖尿病尚未出现血糖升高、胰岛功能降低等机体变化时，miRNA的表达异常可能就已出现。因此如能掌握糖尿病患者血清miRNA表达谱，血清miRNA的检测可能成为一种有效地筛查2型糖尿病易感性及早期诊断的生物学指标。

5 miRNA与2型糖尿病的治疗

目前，调控miRNA的表达及功能已经成为一项成熟技术。影响miRNA合成的方法很多，例如，miRNA加工成熟由核酸酶Drosha和Dicer完成，通过小干扰RNA或其他药物可人工干预Drosha或Dicer核酸酶的表达及活性，从而调控miRNA。但此方法可改变多种miRNA水平，特异性较低，因此易出现不良反应，较少被采用。用小干扰RNA模拟Dicer酶加工形成的双链miRNA能有效地提高细胞中miRNA的水平，并已广泛运用于体外实验中，但其在体内实验中的运用仍有待研究，目前已有一项研究通过小鼠尾静脉直接注射小干扰RNA并成功地使其作用于胰岛中的Ins2基因［19］，但此方法在涉及的细胞及器官靶向性问题仍有待解决。抑制miRNA功能的方法很多，目前使用最广泛的是通过碱基互补配对原则，使反义寡核苷酸链与相应的miRNA结合，抑制其与靶基因miRNA的3'UTR结合，从而抑制 miRNA的功能［20］。

通过这些手段，我们可人为地改变miRNA的合成及功能，使2型糖尿病患者体内异常的miRNA水平得以纠正，从而改善患者的胰岛功能，缓解胰岛素抵抗，并预防各种并发症，这将成为一种新的2型糖尿病治疗手段。

6 结 语

由于miRNA在调控基因表达方面起着重要的作用，并参与了多种疾病的发生和发展，因此，在其被发现的短短十余年中，已受到广泛关注。通过对miRNA的进一步研究，我们不但能够进一步从中探索2型糖尿病与环境因素的关系，阐明2型糖尿病的发病机制，还能够找到筛查、诊断及治疗2型糖尿病及其并发症的新手段，具有很高的临床价值。

［1］Groop L，Lyssenko V.Genes and type 2 diabetes mellitus［J］.Curr Diab Rep，2008，8(3):192-197.

［2］Stefani G，Slack FJ.Small non-coding RNAs in animal development［J］.Nat Rev Mol Cell Biol，2008，9(3):219-230.

［3］肖 斌，毛旭虎，邹全明.微小RNA在免疫调节中的作用研究进展［J］.医学研究生学报，2009，22(3):303-310.

［4］Tang X，Muniappan L，Tang G，et al.Identification of glucoseregulated miRNAs from pancreatic β cells reveals a role for miR-30d in insulin transcription［J］.RNA，2009，15(2):287-293.

［5］Lovis P，Gattesco S，Regazzi R.Regulation of the expression of components of the exocytotic machinery of insulin-secreting cells by microRNAs［J］.Biol Chem，2008，389(3):305-312.

［6］Baroukh N，Ravier MA，Loder MK，et al.MicroRNA-124a regulates Foxa2 expression and intracellular signaling in pancreatic β-cell lines［J］.J Biol Chem，2007，282(27):19575-19588.

［7］Lovis P，Roggli E，Laybutt DR，et al.Alterations in microRNA expression contribute to fatty acid-induced pancreatic beta-cell dysfunction［J］.Diabetes，2008，57(10):2728-2736.

［8］Poy MN，Eliasson L，Krutzfeldt J，et al.A pancreatic islet-specific microRNA regulates insulin secretion［J］.Nature，2004，432(7014):226-230.

［9］El Ouaamari A，Baroukh N，Martens GA，et al.miR-375 targets 3'-phosphoinositide-dependent protein kinase-1 and regulates glucose-induced biological responses in pancreatic beta-cells［J］.Diabetes，2008，57(10):2708-2717.

［10］He A，Zhu L，Gupta N，et al.Overexpression of micro ribonucleic acid 29，highly upregulated in diabetic rats，leads to insulin resistance in 3T3-L1 adipocytes［J］.Mol Endocrinol，2007，21(11):2785-2794.

［11］Esau C，Kang X，Peralta E，et al.MicroRNA-143 regulates adipocyte differentiation［J］.J Biol Chem，2004，279(50):52361-52365.

［12］Blanca MH，Helen EL，Jennifer MT，et al.MicroRNA-125a is over-expressed in insulin target tissues in a spontaneous rat model of Type 2 Diabetes［J］.Bio Med Central，2009，2:54-65.

［13］Wang XH，Qian RZ，Zhang W，et al.MicroRNA-320 expression in myocardial microvascular endothelial cells and its relationship with insulin-like growth factor-1 in type 2 diabetic rats［J］.Clin Exp Pharmacol Physiol，2009 ，36(2):181-188.

［14］Li Y，Song YH，Li F，et al.MicroRNA-221 regulates high glucose-induced endothelial dysfunction［J］.Biochem Biophys Res Commun，2009，381(1):81-83.

［15］Mitsuo K，Jane Z，Mei W，et al.MicroRNA-192 in diabetic kidney glomeruli and its function in TGF-β-induced collagen expression via inhibition of E-box repressors［J］.PNAS，2007，104(9):3432-3437.

［16］张 众，姜晓明，梁 伟，等.双水杨酸酯对2型糖尿病大鼠肾脏病变的作用［J］.医学研究生学报，2009，22(6):611-614.

［17］Chen X，Ba Y，Ma L，et al.Characterization of microRNAs in serum:a novel class of biomarkers for diagnosis of cancer and other diseases［J］.Cell Res，2008，18(10):997-1006.

［18］Valadi H，Ekström K，Bossios A，et al.Exosome-mediated transfer of mRNAs and microRNAs is a novel mechanism of genetic exchange between cells［J］.Nat Cell Biol，2007，9(6):654-659.

［19］Bradley SP，Rastellini C，da Costa MA，et al.Gene silencing in the endocrine pancreas mediated by short-interfering RNA［J］.Pancreas，2005，31(4):373-379.

［20］Esau CC.Inhibition of microRNA with antisense oligonucleotides［J］.Methods，2008，44(1):55-60.