MiRNAs与妊娠期糖尿病发病机制的研究进展

谢奇君，刘岚

妊娠期糖尿病（gestational diabetes mellitus，GDM）是指孕妇在妊娠期发生或首次发现不同程度的糖代谢异常（妊娠前已知有糖尿病的孕妇除外）[1]。GDM是一种特殊类型的糖尿病，是围生期常见合并症之一，严重损害母婴健康，包括早产、流产、胎儿生长受限和新生儿低血糖、高胰岛素血症等，并且孕妇的妊娠结局具有异质性，应个体化处理[2]。近年来，GDM的发病机制有新的研究进展，主要与胰岛素抵抗（insulin resistance，IR）、炎症因子、脂肪细胞因子和营养因素等有关。

微小 RNAs（microRNAs，miRNAs）是一类长度为19～24个核苷酸的单链小分子非编码RNA，通过与靶 mRNA 的 3′非翻译区（3′untranslated regions，3′UTR）特异性结合来影响靶mRNA的翻译或稳定性，继而调控基因的表达[3]。随着分子生物技术的不断成熟和对基因组的认识，miRNAs在妇科肿瘤和妊娠等妇产科领域中得到广泛的应用。已有研究表明miRNAs在GDM的发病机制中发挥重要作用，妊娠早期检测血清中miRNAs表达可以预测GDM的发生[4]。近年来随着研究的深入，发现miRNAs可能通过IR、胰岛素分泌异常、脂肪因子等途径参与GDM的发生。

1 MiRNAs与IR

妊娠期胎盘产生的胎盘生乳素、催乳素、肾上腺皮质激素以及孕激素等均具有抗胰岛素作用，是妊娠期生理性 IR。近年来研究发现，GDM中与miRNAs有关的IR机制主要是胰岛素受体异常、胰岛素受体后因素和与IR相关的基因因素。

1.1 MiRNAs与胰岛素受体异常 胰岛素通过与胰岛素受体上的α亚基结合发挥生物学效应，胰岛素与胰岛素受体结合后，受体发生结构构象变化，继而激活酪氨酸激酶，进行自我磷酸化和胰岛素受体后的信号转导。自我磷酸化是β亚基位点的酪氨酸残基磷酸化，也是磷酸化胰岛素受体底物（insulin receptor substrate，IRS）上的酪氨酸残基，以进行胰岛素受体后的信号传导[5]。对胰岛素敏感的组织细胞如脂肪细胞、肝细胞、肌肉细胞等的细胞膜上都存在大量胰岛素受体。

在2型糖尿病的研究中发现，蛋白激酶C（PKC）和糖原合成酶可以使IRS-1上的丝氨酸或苏氨酸磷酸化，继而抑制酪氨酸磷酸化，发生IR[6]。近年来诸多研究发现，miRNAs也能通过影响胰岛素受体造成IR，参与GDM的发生。

李伟等[7]研究通过比较胎儿和胎盘娩出后，GDM和正常妊娠妇女胎盘胰岛素信号通路的相关miRNAs差异表达发现，GDM组胎盘组织中miR-126表达显著高于正常对照组。Fang等[8]通过动物实验发现，IRS-1是miR-126的一个潜在靶点，提示miR-126可能通过IRS-1参与IR。

1.2 MiRNAs与胰岛素受体后因素 胰岛素与胰岛素受体上的α亚基结合后，诱导β亚基的酪氨酸残基磷酸化，进一步激活细胞内信号分子的酪氨酸磷酸化。细胞内信号传导途径主要有3条，分别是Ras复合途径、磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）途径和CAP/Cbl/Tc10途径。

Ras复合途径依次激活生长因子受体结合蛋白2（Grb2）/SOS蛋白、Ras和丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase，MAPK）参与细胞生长、增殖和分化。PI3K途径位于胰岛素受体后，是调节糖代谢的重要途径。一是可以促进磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate，PIP2）的形成；二是可以激活蛋白激酶B（protein kinase B，AKT），增加细胞表面的葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）和GLUT4，促进肌细胞、脂肪细胞和肝细胞对葡萄糖的摄取[9]；三是可以抑制磷酸烯醇式丙酮酸激酶来抑制糖异生，通过以上3种作用促进葡萄糖利用和糖原生成。CAP/Cbl/Tc10途径依次激活CAP、Cbl和Tc10促进葡萄糖转运，具体机制尚不清楚。

1.2.1 MiRNAs与PI3K途径 PI3K途径是大部分糖代谢在胰岛素作用下的通路[10]。李伟等[7]研究选取GDM孕妇35例（GDM组）和同期正常孕妇35例（对照组），结果显示GDM组与对照组的胰岛素信号通路相关的miRNAs有52种差异表达，其中47种表达升高、5种表达降低，其中miR-372-3p在GDM组的表达明显高于对照组。Chen等[11]研究证实，miR-372可能参与PI3K/AKT通路，磷酸化通路中的某些信号分子形成IR，但还需要进一步研究证实。李伟等[7]还发现，miR-29a在GDM组中的表达高于对照组，推测可能是由于miR-29a对胎盘组织胰岛素敏感的葡萄糖摄取有抑制作用。并且Zhao等[4]动物实验证实，miR-29a可以通过上调PKC2影响PI3K通路，造成IR。miR-126在GDM组中的表达显著高于对照组，可能与其抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性有关，该酶被抑制后，糖异生减弱，葡萄糖水平上升，因此推测miR-126与GDM孕妇胎盘组织IR有关。

1.2.2 MiRNAs与GLUT GLUT是以易化扩散的方式顺浓度梯度转运葡萄糖的一类跨膜蛋白分子，不损耗能量，且其在胞内合成。胎盘中主要存在3种GLUT，分别是 GLUT1、GLUT3 和 GLUT4，负责母体与胎儿之间的葡萄糖转运。同时，GLUT还是胰岛素信号通路的下游环节，胰岛素可以刺激GLUT通过易位作用从胞内转移至细胞膜上。目前研究表明，GLUT的分布密度或其本身的变异决定了胰岛素的生物学效应以及葡萄糖的转运[12]。若胎盘组织中的GLUT表达异常，则会造成胰岛素通路异常，细胞对葡萄糖的摄取减少，血糖升高，胎儿对葡萄糖的利用减少，同时也会造成孕妇自身IR，最终可能会导致GDM、早产、流产、胎儿生长受限和新生儿低血糖、高胰岛素血症等。马文革等[13]选取GDM孕妇（GDM组）和正常孕妇（对照组）各30例，通过荧光定量聚合酶链反应（PCR）和免疫组织化学染色法检测胎盘组织GLUT1、GLUT4的转录水平和翻译水平，并用荧光定量PCR检测miR-518d的相对表达量。结果显示GDM组GLUT1和GLUT4的转录水平和翻译水平均低于对照组，GDM组胎盘组织miR-518d的相对表达量显著高于对照组，提示miR-518d含量与GLUT1、GLUT4的mRNA和蛋白含量均呈负相关。Target scan软件预测在mRNA的3′UTR上存在miR-518d的结合位点。因此推测孕妇胎盘组织中miR-518d表达增多，作用于mRNA的3′UTR，抑制mRNA转录并诱导其降解，随后抑制GLUT1、GLUT4的转录和翻译，并抑制葡萄糖转运，使胰岛素的敏感性降低，最终导致IR，造成GDM的发生。

檀丽等[14]研究选取45例GDM孕妇作为GDM组，40例正常孕妇作为对照组，首先检测胎盘中的miRNAs表达水平，发现miR-95和miR-548am在GDM组的表达水平明显高于对照组，miR-1246在GDM组的表达水平明显低于对照组。在血清中检测发现GDM组空腹血糖（FBG）、空腹胰岛素（FINS）和IR指数（HOMA-IR）明显高于对照组，而胰岛素敏感指数（HOMA-ISI）明显低于对照组。在胎盘组织中检测GLUT的表达水平，发现GDM组GLUT1、GLUT3和GLUT4的表达水平显著低于对照组。综上，提示胎盘表达异常的miR-95、miR-548am、miR-1246能够靶向作用于GLUT1、GLUT3和GLUT4，抑制这3种GLUT的表达，引起胰岛素受体后信号通路障碍，造成IR，导致细胞摄取葡萄糖障碍，血糖水平升高，从而引发GDM。

1.2.3 MiRNAs与Ras复合途径 部分研究证明，Ras复合途径的异常也会造成胰岛素信号通路的异常，造成IR，发生GDM。张惠等[15]选取饮食+运动治疗的GDM患者、胰岛素治疗的GDM患者和正常妊娠妇女各100例，检测胎盘组织中miR-143的含量，结果显示，miR-143在GDM饮食+运动治疗和胰岛素治疗者的表达水平均高于正常妊娠妇女。Iliopoulos等[16]研究发现，miR-143在脂肪细胞中高表达，其可能会作用于靶基因细胞外信号调节蛋白激酶5（ERK5），阻碍Ras复合途径，造成胰岛素信号通路异常，引起IR，但其具体机制还需进一步研究。王晓晶等[17]选取839例GDM孕妇作为GDM组以及880例糖耐量正常的孕妇作为对照组，研究发现，GDM组has-miR-27a基因的单核苷酸多态性（SNP）位点rs895819的C等位基因分布频率比对照组低，TT纯合子基因型的孕妇比CC纯合子基因型的孕妇更易发生GDM，提示T等位基因可升高GDM的发病风险。而此前其他研究发现，C等位基因向T等位基因转换会促进miR-27a的成熟，使miR-27a表达上调，对MAPK通路的抑制作用增强。也有研究表明，miR-27a可以抑制胰岛素信号通路中的INS-1和胰岛素受体，两者造成IR，导致GDM的发生[18]。

1.3 MiRNAs与IR相关基因 过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferater-activated receptor，PPAR）是一类由配体激活的核转录因子超家族成员。PPAR 包括 PPAR-α、PPAR-β/δ和 PPAR-γ 3种亚型。其中，PPAR-γ在糖代谢中起重要的调节作用，其在PI3K信号通路中能够增加PI3K基因表达，增强胰岛素敏感性，还能促进GLUT4基因表达，促进葡萄糖摄取[19]。Abbasi等[20]研究发现 PPAR-γ 可通过抑制JAK-STAT途径使瘦素（leptin）合成减少，促进胰岛素分泌。在脂联素（adiponectin）信号转导途径中，PPAR-γ和PPAR-α在脂联素受体1、脂联素受体2上存在作用靶点[21]，可以减少IR的发生。还有研究表明，PPAR-α可能在GDM胎盘中低表达[22]。

近年来，许多研究证实miR-518d通过作用于PPAR-α参与GDM的发生。常玉华等[23]研究发现，GDM孕妇血清以及胎盘组织miR-518d的表达水平均显著高于正常孕妇。并且比较两者的血清雌二醇水平以及胰岛素水平发现，GDM孕妇血清雌二醇水平显著高于正常孕妇，而血清胰岛素水平显著低于正常孕妇。Pearson相关性分析表明，胎盘组织miR-518d的表达水平与血清雌二醇水平呈正相关，与血清胰岛素水平呈负相关。应用基因预测软件发现，在PPAR-α基因的3′UTR存在一个miR-518d的结合位点，提示PPAR-α可能是miR-518d的一个靶基因。故推测miR-518d可能通过识别并结合PPAR-α来降低机体对胰岛素的敏感性，造成IR，使机体的糖摄入减少；雌二醇可能通过某种机制促进胎盘miR-518d表达，作用于靶基因PPAR-α，抑制其表达而降低胰岛素敏感性，造成IR，参与GDM的发生，但具体机制还需要进一步研究。

钱源等[24]选取3例口服葡萄糖耐量试验（oral glucose tolerance test，OGTT）确诊但未治疗的GDM患者作为GDM组，同期3例健康孕妇作为对照组，对网膜下脂肪进行全基因组甲基化水平检测。结果显示有1 298个基因低甲基化，1 570个基因高甲基化。在miRNAs区域具有甲基化差异位点的基因包括：间皮素（mesothelin，MSLN）、ATP282、miR-886、miR-202、miR-1228、miR-346、miR-886、miR-526A1、miR-548N、miR-654、miR-886 和 miR-300。其中miR-346的作用靶点位于受体相互作用蛋白140（receptor-interacting protein 140，RIP140）的 5′UTR。RIP140是一种转录辅抑制因子，其与核受体结合后能抑制脂肪组织等多种代谢组织中靶基因的转录。GDM孕妇miR-346的甲基化差异可能会影响其靶基因RIP140的表达，并进一步影响糖酵解、三酰甘油合成、三羧酸循环和脂肪酸β氧化等多种代谢途径相关基因的表达，从而参与GDM的发生[25]。

2 MiRNAs与胰岛素分泌异常

正常妊娠到中晚期时，由于体内拮抗胰岛素的物质分泌增多，如肿瘤坏死因子、瘦素、胎盘生乳素、孕酮、皮质醇和胎盘胰岛素酶等，使胰岛素在孕妇体内的敏感度下降，而为了维持正常的糖代谢，胰岛素代偿性分泌增多，使血糖水平在整个妊娠期维持正常水平。如果妊娠期妇女上述代偿功能减弱，血糖将不能维持在正常水平，最终可导致GDM。胰岛素分泌异常常提示胰岛β细胞功能异常，所以在妊娠期出现胰岛素分泌异常，通常需要给予胰岛素治疗。妊娠早期的空腹血糖较低，应用胰岛素治疗时应注意用量，否则容易造成孕妇低血糖。随着妊娠不断进行，拮抗胰岛素的物质分泌增多，胰岛素敏感性下降，此时胰岛素用量也要加大。分娩时，由于产妇体力消耗大，摄入能量少，所以胰岛素用量应相应减少。分娩后，胎盘排出体外，体内拮抗胰岛素的物质迅速减少，所以要及时调整胰岛素用量，防止低血糖或高血糖的发生。

全基因组关联研究表明，大部分2型糖尿病相关基因与胰岛β细胞的增殖和功能有关，而IR的相关基因只占少数[26]。因此，胰岛β细胞的增殖和功能调控是糖尿病研究的核心领域，而关于miRNAs在胰岛β细胞发育、增殖过程中所发挥作用的研究仍然有限。

孙天虹等[27]研究分别选取135例GDM患者以及同期正常孕妇作为研究组和正常组，检测其外周血miR-29、miR-375的表达水平，发现研究组miR-29的表达水平显著低于正常组，miR-375的表达水平显著高于正常组。正常孕妇的血浆FINS水平显著高于GDM孕妇，推测β细胞功能的下降可能导致胰岛素分泌减少，从而参与GDM的发生。提示miR-375高表达可促进胰岛β细胞凋亡，而miR-29低表达可抑制胰岛β细胞的分化与成熟，继而使胰岛β细胞胰岛素分泌功能下降，导致GDM的发生。有研究发现，miR-375在胰岛β细胞中发挥重要作用，其可下调丙酮酸脱氢酶激酶同工酶1（PDK1）的表达，抑制葡萄糖对胰岛素分泌的刺激作用，抑制胰岛素分泌，诱导发生严重糖尿病[28]。

王晓晶等[17]研究GDM孕妇和正常孕妇has-miR-124a基因SNP位点rs531564的基因型频率，结果显示，其基因型频率无显著差异。miR-124a在胰腺中含量丰富，参与胰岛β细胞分化。在胰岛素胞吐过程中，miR-124a的高表达可以使多种分泌蛋白以及转录因子表达减少，抑制葡萄糖对胰岛素分泌的刺激作用[29]。虽然王晓晶等[17]研究结果未发现中国汉族人群GDM发病基因型的分布差异，但有其他研究发现罗马人pre-miR-124a基因SNP位点rs531564 G等位基因可增加2型糖尿病的发病风险[30]。推测2型糖尿病与GDM的发病机制可能有所不同或存在种族遗传差异。has-miR-124a基因的SNP位点rs531564与GDM发病的相关性还需要进一步的大规模研究来证实。

3 MiRNAs与脂肪因子

脂肪因子是指脂肪细胞分泌的一些因子，如瘦素、脂联素、内脂素、抵抗素（resistin）和视黄醇结合蛋白4（RBP4）等。瘦素是一种由脂肪细胞分泌的蛋白激素，可以调控胰岛素的分泌、葡萄糖的利用，改变胰岛素敏感性。脂联素主要是由成熟脂肪细胞合成和分泌，具有降低血脂和血糖、增加胰岛素敏感性、抑制动脉粥样硬化形成等多种作用。内脏脂肪素（visfatin）简称内脂素，有多项研究报道GDM患者血浆内脂素浓度明显低于正常妊娠女性，但也有研究发现GDM孕妇体内内脂素水平与正常妊娠女性相比升高或无显著变化，因此内脂素与GDM的关系仍有争议。抵抗素主要是由脂肪细胞、单核细胞和巨噬细胞分泌，妊娠时抵抗素水平升高，但GDM患者的血清抵抗素水平是否高于正常孕妇还未确定。RBP是维生素A的运载蛋白，研究发现GDM患者血清RBP4水平显著高于正常孕妇，提示其与GDM的发生有关[31]。近年来许多研究发现，脂肪因子与IR以及2型糖尿病的发病关系密切，其在GDM的发生中也起到一定的作用。

目前，miRNAs作用于脂肪因子参与GDM发生方面的研究还未取得显著进展。檀丽等[14]研究miR-95、miR-548am和miR-1246与GDM发病的关系时，还检测了研究对象血清瘦素、脂联素、内脂素、抵抗素和RBP4的水平，发现GDM孕妇脂联素和内脂素水平显著低于正常孕妇，瘦素、抵抗素和RBP4显著高于正常孕妇。因此推测，胎盘中异常表达的miR-95、miR-548am和miR-1246能够靶向调节瘦素、脂联素、内脂素、抵抗素和RBP4等脂肪因子表达，引起脂肪因子分泌紊乱，进而参与GDM的发生。

4 结语

GDM对孕妇、胎儿均会造成严重的不良后果，其发病机制十分复杂，目前发现miRNAs通过IR、胰岛素分泌异常和脂肪因子等方面参与GDM的发病，但除此之外，GDM的发生还与炎症、饮食等有关。随着研究的不断深入，miRNAs与GDM的发病机制之间的关系将逐渐明确，可以用于GDM的早期筛查和诊断，从而早干预，减少GDM的发生，为GDM的治疗提供新思路。