微小核糖核酸与糖尿病

杨婧，杨静，李玉秀

1山西医科大学附属第一医院内分泌科，太原030001

2中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院内分泌科卫生部内分泌重点实验室，北京100730

·综述·

微小核糖核酸与糖尿病

杨婧1，2，杨静1，李玉秀2

1山西医科大学附属第一医院内分泌科，太原030001

2中国医学科学院北京协和医学院北京协和医院内分泌科卫生部内分泌重点实验室，北京100730

微小核糖核酸;糖尿病;胰岛素分泌;胰岛素抵抗;自身免疫

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是最常见的代谢紊乱性疾病，以高血糖和其所致的长期微血管及大血管并发症为特征，随着影响人群的不断增多，DM已成为很多国家公共卫生系统的重要负担。最近20年来，世界各国糖尿病发病率均显著增加，引起广泛关注［1］。国际糖尿病联盟(International Diabetes Federation，IDF)预测到2030年，全球糖尿病患者将达到5.22亿［2］。1型糖尿病因β细胞受损不能产生足够的胰岛素所致，2型糖尿病则因胰岛素抵抗不能有效地利用胰岛素而发生。近年来，相关研究为糖尿病发病机制提供了更有力的分子生物学基础，如越来越多的研究显示微小核糖核酸(microRNA，miRNA)特异性表达在糖尿病发病中具有重要作用，且在糖尿病预测、诊断、分型等方面都具有潜在作用。

miRNA概述

miRNA是由18～25个核苷酸组成的单链RNA分子，是广泛存在于生物体内的1组内源性不编码蛋白质RNA家族。miRNA一般通过与靶mRNA 3'UTR区互补配对，对靶mRNA进行切割或抑制翻译，在转录后水平对基因表达进行调控，影响蛋白质翻译，从而参与机体各种重要的生理和病理过程。许多miRNA序列均高度保守，提示miRNA表达与调节是相对古老和重要的通路［3］。

miRNA在糖尿病及其并发症发生中均发挥着重要作用。miRNA异常表达可使胰岛素合成、分泌异常，或产生胰岛素抵抗，还可影响T、B淋巴细胞增殖、分化过程，影响免疫细胞信号转导而引发糖尿病;且miRNA在糖尿病发病及病程中均有所改变，可能成为其潜在的标志物。

miRNA与胰岛素分泌及抵抗的关系

胰岛素分泌缺陷和胰岛素抵抗是2型糖尿病重要的病理生理学机制，而miRNA异常表达可以影响胰岛素分泌及靶细胞对胰岛素的敏感性。

miRNA与胰岛素分泌

胰岛素分泌释放由胰岛素膜受到电兴奋引起。进食后，血液中的葡萄糖通过葡萄糖转运体进入胰岛β细胞，并在胰岛β细胞中代谢产生ATP，使ATP/ADP比值升高，细胞膜上ATP敏感性钾通道关闭，随后细胞膜去极化，引起电压门控钙通道开放，钙离子内流，钙离子蓄积引起胰岛素分泌囊泡与细胞膜融合进而释放胰岛素;而miRNA可以通过影响ATP/ ADP比值、胰岛素合成、囊泡融合等过程影响胰岛素分泌［4］。

miR-15a的靶目标是解耦联蛋白2(uncoupling protein 2，UCP2)。有研究表明用葡萄糖长期刺激MIN6细胞，可引起miR-15a下调，使UCP2增加，导致ATP生成减少，影响ATP/ADP比值，而使胰岛素释放减少［5］。miR-29a和miR-29b能够减少单羧酸转运蛋白1(monocarboxylate transporter 1，MCT1)合成，而MCT1是线粒体氧化的底物，能够促使ATP/ADP比值升高，触发胰岛素分泌，因此MCT1合成减少，也会影响胰岛素释放［6］。

Lee等［7］研究发现miR-375能够影响胰岛素合成。miR-375的一个靶基因是能调节控制细胞生长的基因HuD，而HuD能够调节胰岛素的产生。miR-375表达下调可致胰岛细胞中HuD基因表达增加，而使胰岛素合成减少。

miR-34a、miR-29a/b/c能够影响胰岛素颗粒分泌。miR-34a在非肥胖小鼠中表达上调，而miR-34a与囊泡膜蛋白2(vesicle-associated membrane protein 2，Vamp2)表达下调有关，Vamp2在胰岛素囊泡颗粒与细胞膜融合中起重要作用［8］。Roggli等［9］研究表明增加NOD小鼠胰岛细胞miR-29a/b/c表达，可以减少Onecut2基因表达，而Onecut2可以促进胰岛素颗粒与细胞膜融合，使胰岛素分泌受损。

miRNA与胰岛素抵抗

胰岛素抵抗是2型糖尿病的基本特征之一，主要指外周组织在正常胰岛素水平下不能有效地维持葡萄糖稳态，造成一种高血糖状态。胰岛素主要在肝细胞、脂肪细胞和骨骼肌细胞发挥作用，当这些细胞对胰岛素敏感性降低时，即出现胰岛素抵抗，目前越来越多的研究发现多种miRNA可以降低细胞对胰岛素的敏感性。

在肝脏，导致胰岛素抵抗发生的主要miRNA包括miR-96和miR-126，其靶基因是胰岛素受体底物1(insulin receptor substrate 1，IRS1)3'UTR，miR-96和miR-126表达异常可以使肝细胞中线粒体IRS1数量减少，从而引起胰岛素抵抗［10］。脂肪细胞中miR-93增加，可使葡萄糖转运体4(glucose transporter 4，GLUT4)表达下降，这也可能是糖尿病患者脂肪组织胰岛素抵抗的发生机制［11］。Let-7及miR-494可能引起骨骼肌细胞胰岛素抵抗。Frost等［12］发现Let-7可抑制PIK3-mTOR通路的多个环节，并且可通过对胰岛素样生长因子1受体(Insulin-like growth factor 1 receptor，IGF1R)、胰岛素受体(insulin receptor，INSR)的调控，调节骨骼肌的胰岛素抵抗。肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)可使小鼠C2C12肌细胞miR-494表达下调，并可通过抑制蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)通路下游使肌细胞对胰岛素抵抗［13］。

综上，相关miRNA表达异常，可以通过调节胰岛素分泌过程影响胰岛素分泌和释放，也可以通过作用于靶细胞降低其对胰岛素的敏感性及反应而产生胰岛素抵抗。

miRNA与自身免疫

随着分子生物学研究的进展，miRNA对免疫系统基因表达的调控作用逐渐受到重视，已证实许多miRNA参与了机体免疫反应调控。miRNA影响T、B淋巴细胞的发育过程，调节免疫细胞信号转导，其异常表达可引起自身免疫反应，进而导致l型糖尿病等自身免疫性疾病的发生。

miRNA与T淋巴细胞

miR-146a在T淋巴细胞分化中起一定作用，T淋巴细胞向1型辅助性T细胞(T helper cells 1，Th1)分化时miR-146a表达升高，而过高的表达又可抑制Th1分化。miR-146a表达下调，将导致Thl细胞增多，诱发自身免疫性疾病。miR-146a有2个重要靶基因，分别是白细胞介素1(interleukin-1，IL-1)受体相关激酶1(IL-1 receptor associated kinase 1，IRAKl)和肿瘤坏死因子受体相关因子6(TNF receptor-associated factor 6，TRAF6)，而这两个靶基因也分别是IL-1β和TNF-α信号通路中重要的促炎症因子。miR-146a表达异常可促发细胞对IRAKl和TRAF6的反应，进而引起炎症反应。Yang等［14］研究显示，初发1型糖尿病患者外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell，PBMC)miR-146a表达较正常对照下降48%。

miR-181a异常高表达可以提高T细胞抗原受体(T cell receptor，TCR)的敏感性，使T细胞与体内自身抗原的亲和力过分增强，进而致使自身免疫性疾病发生［15］。Nielsen等［16］研究发现新诊断的1型糖尿病患者血清miR-181a表达上调，可能与自身免疫有关。

miRNA与B淋巴细胞

B淋巴细胞早期发育受损的NOD小鼠比普通NOD小鼠成熟B淋巴细胞数量减少，而miR-34a表达却比普通NOD小鼠上调。过表达miR-34a与叉头蛋白P1 (Forkhead box protein 1，FoxP1)水平呈负相关，而FoxP1调节B淋巴细胞增殖中期的重要作用可被miR-34a所抑制，进而影响B淋巴细胞的增殖与发育，导致外周B淋巴细胞数量减少［17］。Roggli等［18］研究发现，miR-34a、miR-146a、miR-21在IL-1β、TNF-α等促炎细胞因子诱导的β细胞衰竭中发挥重要作用，尤其在NOD小鼠发展到糖尿病的前胰岛炎阶段。

miRNA与1型糖尿病

在1型糖尿病起病过程中，某些miRNA异常表达可引起淋巴细胞异常，进而出现自身免疫异常并使相关miRNA改变。Erener等［19］研究发现NOD小鼠发展为糖尿病的前两周出现β细胞凋亡，并且miR-375表达明显升高，其可作为早期胰岛β细胞凋亡的标志物，但遗憾的是这种miR-375的改变短暂，在给予胰岛素治疗血糖下降后就会恢复。Sebastiani等［20］发现，在胰岛相关抗体阳性的1型糖尿病患者的淋巴细胞中miR-326水平明显高于抗体阴性的患者，提示miR-326水平升高与1型糖尿病患者持续性胰岛细胞自身免疫反应有关，其可能成为1型糖尿病自身免疫反应的标志。1型糖尿病胰岛β细胞功能持续下降，Nielsen等［16］研究发现在新诊断的1型糖尿病患者血清中miR-25水平与β细胞残余功能及糖化血红蛋白相关，可反映患者胰岛功能及血糖控制状况。该研究组随后一年发现在1型糖尿病患者血清中miR-9和miR-34a与胰岛β细胞相关［21］。

miRNA与2型糖尿病

某些miRNA异常表达，可引起胰岛素分泌缺陷和胰岛素抵抗，而引起2型糖尿病的发生，近年来有研究发现miRNA在2型糖尿病中的改变，虽然作用机制尚不清楚，但发现某些miRNA变化可以预测2型糖尿病的发生及监测血糖水平。Zampetaki等［22］首先描述了2型糖尿病患者血液中miRNA的表达特点，发现miR-28-3p表达上调，miR-15a、miR-29b、miR-126及miR-223表达下调，而且这些miRNA在糖尿病发病前5～10年就有所改变，为2型糖尿病预测提供了初始依据。Parrizas等［23］研究表明miR-192和miR-193b在糖尿病前期患者的血清中表达下降，而在2型糖尿病患者血清中没有明显改变，提示miR-192和miR-193b变化可能预测2型糖尿病的发生。Ortega等［24］研究显示在给予二甲双胍治疗3个月后的2型糖尿病患者，其原先表达下降的miR-140-5P和miR-222有所上升，说明miR-140-5P和miR-222水平下降可能与胰岛素抵抗有关。Karolina等［25］研究发现2型糖尿病患者中多种miRNA表达上调，并且发现miR-27a、miR-320a表达上调与空腹血糖水平升高有密切关系。

结语

糖尿病是目前最复杂的疾病之一，伴有多种严重的并发症。miRNA通过调节β细胞分化、胰岛素合成、胰岛素分泌及胰岛素抵抗等维持血液中的葡萄糖稳态，通过调节T、B淋巴细胞增殖与分化调节自身免疫功能。而miRNA上调或下调都与1型或2型糖尿病有重要联系。目前已知与糖尿病相关的miRNA尚微乎其微，相关研究处于初始阶段，还需进一步调查研究，以为糖尿病预测、诊断、治疗提供一个更强大的工具。

［1］Diamond JM．Diabetes running wild［J］．Nature，1992，357:362-363．

［2］DF．One adult in ten will have diabetes by 2030［EB/OL］．http://www.idf.org/media-events/press-releases/2011/diabetes-atlas-5th-edition．

［3］Grosshans H，Slack FJ．Micro-RNAs:small is plentiful［J］．J Cell Biol，2002，156:17-21．

［4］Rorsman P，Braun M．Regulation of insulin secretion in human pancreatic islets［J］．Annu Rev Physiol，2013，75: 155-179．

［5］Sun LL，Jiang BG，Li WT，et al．MicroRNA-15a positively regulates insulin synthesis by inhibiting uncoupling protein-2 expression［J］．Diabetes Res Clin Pract，2011，91: 94-100．

［6］Pullen TJ，da Silva Xavier G，Kelsey G，et al．miR-29a and miR-29b contribute to pancreatic b-cell-specific silencing of monocarboxylate transporter 1(Mct1)［J］．Mol Cell Biol，2011，31:3182-3194．

［7］Lee EK，Kim W，Tominaga K，et al．RNA-binding protein HuD controls insulin Translation［J］．Mol Cell，2012，45: 826-835．

［8］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，2008，389:305-312．

［9］Roggli E，Gattesco S，Caille D，et al．Changes in microRNA expression contribute to pancreatic b-cell dysfunction in prediabetic NOD mice［J］．Diabetes，2012，61:1742-1751．

［10］Ryu HS，Park SY，Ma DA，et al．The induction of micro-RNA targeting IRS-1 is involved in the development of insulin resistance under conditions of mitochondrial dysfunction in hepatocytes［J］．PLoS One，2011，6:e17343．

［11］Chen HY，Zhong X，Huang XR，et al．MicroRNA-29b inhibits diabetic nephropathy in db/db mice［J］．Mol Ther，2014，22:842-853．

［12］Frost RJ，Olson EN．Control of glucose homeostasis and insulin sensitivity by the Let-7 family of microRNAs［J］．PNAS，2011，108:21075-21080．

［13］Lee H，Jee Y，Hong K，et al．MicroRNA-494，upregulated by tumor necrosis factor-α，desensitizes insulin effect in C2C12 muscle cells［J］．PLoS One，2013，8:e83471．

［14］Yang M，Ye L，Wang B，et al．Decreased miR-146 expression in peripheral blood mononuclear cells is correlated with ongoing islet autoimmunity in type 1 diabetes patients 1miR-146［J］．J Diabetes，2015，7:158-165．

［15］Zhou X，Jeker LT，Fife BT，et al．Selective miRNA disruption in Treg cells leads to uncontrolled autoimmunity［J］．J Exp Med，2008，205:1983-1991．

［16］Nielsen LB，Wang C，Scrensen K，et al．Circulating levels of microRNA from children with newly diagnosed type l diaetes and healthy controls:evidence that miR-25 associates to residual beta-cell function and glyeaemic control during disease pmgression［J］．Exp Diabetes Res，2012，2012:896362．

［17］Berry GJ，Budgeon LR，Cooper TK，et al．The type 1 diabetes resistance locus B10 Idd9.3 mediates impaired B-cell lymphopoiesis and implicates microRNA-34a in diabetes protection［J］．Eur J Immunol，2014，44:1716-1727．

［18］Roggli E，Britan A，Gattesco S，et al．Involvement of microRNAs in the cytotoxic effects exerted by proinflammatory cytokines on pancreatic beta cells［J］．Diabetes，2010，59: 978-986．

［19］Erener S，Mojibian M，Fox JK，et al．Circulating miR-375 as a biomarker of b-cell death and diabetes in mice［J］．Endocrinology，2013，154:603-608．

［20］Sebastiani G，Grieco FA，Spagnuolo I，et al．Increased expression of microRNA miR-326 in type 1 diabetic patients with ongoing islet autoimmunity［J］．Diabetes Metab Res Rev，2011，27:862-866．

［21］Sebastiani G，Spagnuolo I，Patti A，et al．MicroRNA expression fingerprint in serum of type 1 diabetic patients［J］．Diabetologia，2012，55:S48．

［22］Zampetaki A，Kiechl S，Drozdov I，et al．Plasma microRNA profiling reveals loss of endothelial miR-126 and other microRNAs in type 2 diabetes［J］．Circ Res，2010，107: 810-817．

［23］Parrizas M，Brugnara L，Esteban Y，et al．Circulating miR-192 and miR-193b are markers of prediabetes and are modulated by an exercise intervention［J］．J Clin Endocrinol Metab，2014，100:E407-E415．

［24］Ortega FJ，Mercader JM，Moreno-Navarrete JM，et al．Profiling of circulating microRNAs reveals common microRNAs linked to type 2 diabetes that change with insulin sensitization［J］．Diabetes Care，2014，37:1375-1383．

［25］Karolina DS，Tavintharan S，Armugam A，et al．Circulating miRNA profiles in patients with metabolic syndrome［J］．J Clin Endocrinol Metab，2012，97:E2271-E2276．

李玉秀电话:010-69155088，E-mail:liyuxiu@medmail．com．cn

R587.1;Q756

A

1674-9081(2016)01-0044-04

10.3969/j.issn.1674-9081.2016.01.009

2015-07-22)

国家重点基础研究发展计划(973计划，2014BC542300);北京市科委前沿技术培育项目(Z151100003915077)