MiRNA在糖尿病心肌病中的研究进展

谭林琳,吴箴言,马光朋,费运微,王智慧*

(1.吉林大学第二医院 心内科,吉林 长春130041；2.临沂市人民医院 心内科)

糖尿病心肌病(DCM)会加速心肌细胞凋亡，使心肌细胞收缩机制发生异常改变以及发生心力衰竭等。根据国际糖尿病联合会的数据，2013 年全球糖尿病患者有3亿8 200万人，预计到2035年将上升至5亿9 200万人[1]。作为临床上最常见的疾病之一，糖尿病晚期可能会出现糖尿病神经病变、糖尿病肾病、糖尿病心肌病等多种并发症，而糖尿病心肌病则是全球糖尿病人群致死的主要原因之一[2]。目前糖尿病心肌病的治疗方法多以口服降糖药物、注射胰岛素及改变生活方式控制血糖为主，并无特异有效的治疗方案用来减缓心肌细胞的病变及减少心力衰竭的发生。微小 RNA(miRNA)是生物体内一类内源性非编码RNA，其长度约为 18-25 个核苷酸大小，其作用是通过裂解或抑制翻译靶mRNA 进而使转录后的基因表达得到调节[3]，它在心肌细胞增殖、心肌肥大、心脏发育、血管再生等多个生理和病理过程中具有重要意义。本文就miRNAs在糖尿病心肌病中的研究作一综述。

1 糖尿病心肌病的简介

糖尿病心肌病是一种独立于心脏瓣膜疾病、心肌缺血和高血压所导致的心脏结构和功能异常的心肌病，其特征包括既往明确有糖尿病病史，同时心肌结构改变和功能改变可被心脏彩超明确诊断[4，5]。它的病理表现主要为心肌细胞肥大、心肌间质纤维化进而导致心肌细胞发生凋亡并最终发展至心力衰竭[6]。研究[7]表明，糖尿病可导致大血管和微血管并发症明显增加。且相对于同一年龄和性别的非糖尿病个体相比，发生心力衰竭的机会可明显增加至2-4倍[8，9]。糖尿病性心肌病的特征是两个不同的阶段[10]：第一阶段持续时间短，涉及细胞代谢的改变，从而引发舒张功能障碍。第二阶段被认为是不可逆的，涉及左室肥厚和收缩功能障碍。Han[11]等人经实验验证，向大鼠腹腔注射链脲佐菌素(STZ)5天后大鼠就表现出糖尿病心肌病的第一阶段。相关研究[12]表明，糖尿病的发生常常导致线粒体被损伤，从而引发活性氧(ROS)的数目明显增加。ROS可刺激降解细胞外基质的基质金属蛋白酶(MMPs)[13，14],MMPs可明显促进心脏纤维化产生。心肌纤维化使得细胞信号传导产生影响并对心肌细胞的收缩性有明显的损害，致使细胞凋亡进程大大加快。剩余心肌细胞则增大并肥大进行代偿，这使得剩余的心肌细胞需要对心脏收缩增加更多的工作量。也有研究认为，长时间的高血糖使得促炎细胞因子、炎性颗粒大量堆积，并淤积在肥大心肌细胞附近[15]。长时间则会损害心脏的顺应性，从而导致舒张功能障碍。

2 miRNA的简介

2.1 miRNA背景

miRNA是Lee等学者[16]在对果蝇做实验研究时发现的，并命名为Lin-4。后来改名为miRNA并逐渐成为生命科学研究的热点。根据数据库统计，目前已被检测到可编码人类基因的成熟 miRNA 已有2000余种。有数据[17]表明，miRNAs 参与体内约30%-50% 基因的表达调控。多种生物过程均有miRNAs 参与，包括细胞的增殖、凋亡、转移以及分化等[18]。有研究[19]表明，它也可以通过靶向相关基因的表达用作预判心血管疾病和糖尿病发生及发展的预后标志物。也有相关研究[20]表明：miRNA在心力衰竭、心律失常、心肌缺血等众多心脏疾病中具有重要作用；一些研究者认为，下调过度表达的miRNA或抑制miRNA的上调或许是治疗糖尿病患者的新方法。

2.2 miRNA的产生机制

MiRNA的产生是先由RNA聚合酶II / III从内含子或基因间区域转录为一级miRNA(pri-miRNA)[21]，新产生的pri-miRNA长度约为200个核苷酸单位，并经加工进一步形成长约70个核苷酸单位的前体miRNA(pre-miRNA)。pre-miRNA被转运至到细胞质后，被RNase Ⅲ核酸内切酶加工成为miRNA，并加载到RNA诱导的沉默复合物(RISC)中[22]。

3 miRNAs 在糖尿病心肌病发病机制中的研究

3.1 miRNAs 与心肌肥大

病理性心肌肥大是多种心脏疾病中最常见的病理变化之一，其最主要表现在心肌扩张、心肌增厚及心脏衰竭等方面。研究[23]发现，在糖尿病大鼠模型的肥大心肌细胞中，许多种miRNA 的表达发生了变化，如microRNA-21、microRNA-24、microRNA-195、microRNA-700、 microRNA-705等表达均有明显上调。有研究[24]表明，miR-150可以介导心肌细胞的肥大。有相关研究[25]表明，miR-155 或可通过下调靶基因AGTR1从而对钙信号通路进行抑制来促进心肌肥大。有研究[26]发现，miR-155可通过调控靶基因Jarid2，抑制miR-155的表达可对由主动脉缩窄诱导的心肌肥大产生明显抑制。然而也有研究[27]表明， miR-1、miR-133a等miRNA具有抑制病理性心肌肥大的的特性。有研究[28]认为miRNA-1的作用靶点为肌细胞增强因子 2A (Mef2a)及Fibullin-2(Fbln2)，在Ikeda等的研究中发现新生大鼠心肌细胞中，miR-1 可通过下调Mef2a抑制心肌细胞肥大；而在心衰的大鼠模型中，miR-1却对Mef2a的抑制作用明显减弱，同时介导钙调磷酸酶/活化 T 细胞因子(CaN/NFAT)信号通路使得心肌肥厚更加明显。而另一个实验中，研究者经主动脉缩窄对大鼠进行诱导导致左心室肥大，检测发现miR-1的表达显著降低，后经尾静脉注射结合miR-1的慢病毒后，左心室肥厚程度得到明显抑制，心肌功能得到明显改善。除miRNA-1外，miR-133a也被发现可能通过激活 MAPK 通路，进而使得ERK1/2 的磷酸化减少，从而达到抑制心肌肥大的目的[29]。在一项研究[30]中发现，人体左心室和室间隔心肌肥厚程度与其血液中miR-133a含量呈负相关，所以miR-133a未来或可用作预测心肌肥厚的生物标志物。

3.2 miRNAs 与心肌纤维化

细胞外基质蛋白的大量堆积导致心脏组织结构发生改变进而引发心力衰竭是心肌纤维化的主要特征，心肌纤维化也是糖尿病心肌病发生的另一个主要原因。有研究表明[31]，在人体心脏中表达的miRNA中，约60%-70%的生物功能及其表现与心脏疾病中纤维化的发生及发展有十分密切的联系。 Habibi等[32]的研究发现经卵巢切除的糖尿病大鼠可通过miRNA-133 以及 bcl-2 等的表达使由糖尿病诱导的心肌纤维化明显减轻。Diao 等[33]设计由链脲霉素诱导的DMT1动物模型中，明确了16个 miRNAs 在该模型中的差异表达，并明确 RASA1，Rac1，TGFβ3 和 COL1A1这四项靶基因与心肌肥厚和心肌纤维化有明确相关。也有研究[34]证明，外周血测定中miR-21的水平可作为心肌纤维化的生物标志物的验证。然而，也有研究表明，某些miRNA会抑制心肌纤维化的产生。Chaturvedi等学者的研究证明，若调整miR-29b和miR-455的水平上升，则两者的共同靶基因MMP-9的活动程度及表达程度均会受到明显抑制，糖尿病性心肌纤维化则会得到明显改善[35]。

3.3 miRNAs 与心肌细胞凋亡

目前已有大量相关研究证明miRNAs 参与糖尿病心肌病相关的心肌细胞凋亡。Shan 等[36]在体外高糖环境下诱导心肌细胞肥大，经研究发现microRNA-1和microRNA-206可在心肌细胞中高表达，并可通过作用于Hsp60 mRNA的靶点3′-UTR对Hsp60进行负调控，使得Hsp60的表达明显下调，进而加速高糖诱导的心肌细胞的损伤并凋亡。Yu等[37]发现，应用miR-144的拟似物会加快高糖诱导的ROS生成，并使心肌细胞凋亡加速；而使用miR-144抑制剂则可激活Nrf2信号通路，ROS的产生明显得到抑制，从而抑制心肌细胞凋亡，由STZ诱导的糖尿病小鼠心肌细胞凋亡速度明显改变。Raut 等[38]发现，miR-30c 和 miR-181a 在由高糖环境下培养出的小鼠的心肌细胞中表达明显减少，其原因可能是由于高糖环境导致 p53 /p21通路的激活，从而引起心肌细胞凋亡。有研究[39]发现，在大鼠心肌细胞中发现，若miR-34a水平的上调则引起Bcl-2表达水平下降，进而使得心肌细胞凋亡明显增加。

3.4 miRNAs 与代谢调节

miRNAs在调节糖代谢方面具有重要的作用，有实验[40]表明，若使microRNA-103和microRNA-107的表达沉默均能增加胰岛素的敏感性，进而维持葡萄糖的代谢平衡；而这两种miRNA的过度表达则会导致脂肪细胞对胰岛素产生抵抗。研究[41]发现，microRNA-15a的表达在高糖环境中1 h后就出现上调；若对高糖的刺激时间进行延长，microRNA-15a的水平却出现了明显的下降。我们可以推测，体内胰岛素合成与高糖环境以及miRNA水平的改变可能有一定的联系。同时，miRNA在糖尿病患者的其它代谢方面也占据十分重要地位。研究表明[42]miR-122作为肝脏中最丰富的miRNA，其水平的升高可明显降低血浆中胆固醇和三酰甘油的含量。Ling等学者[43]发现，若microRNA-21的表达下调，脂肪细胞则极容易导致胰岛素抵抗；反之若microRNA-21高表达则可以增强胰岛素诱导的葡萄糖摄取，同时增强脂肪细胞对葡萄糖的摄取和利用。综上所述，miRNA在人体的代谢调节中起着极其重要的作用，若代谢调节出现紊乱则会增加糖尿病心肌病的发病率。

4 miRNA在临床中的应用

尽管在实验研究方面已探索miRNA在糖尿病心肌病中的作用，但遗憾的是目前人体实验结果相对较少，并没有充足的证据明确表示实验研究可投入临床使用，但这对我们来说仍是一个充满挑战的机遇。有研究表明[44]，使用转基因技术将糖尿病小鼠心脏中 miR-133a进行超表达可明显改善心肌纤维化状况，这表明合理地将miRNA-133a上调至一定水平可应对糖尿病心肌病的心肌纤维化状况。Feng 等学者[45]发现，microRNA-133 的表达在糖尿病大鼠模型的心肌细胞中处于下调状态，而将在高糖环境中培养的心肌细胞进行转染 microRNA-133 基因后，细胞并没有出现肥大，我们可以推测， microRNA-133或许是抑制心肌细胞肥大的保护因子之一，这使我们对临床应用增加新的期待。研究发现[46]，在非糖尿病人群中循环miR-126是一个重要的糖尿病预测因子，数据表明，患者该miRNA从正常葡萄糖耐受量，到糖耐量减低，再到明确诊断为糖尿病，其血浆水平逐渐下降。它的发现为临床上糖尿病的预防及检测提供了极大的潜力。有研究证明[47]，糖尿病心肌病患者外周血中miR-449b表达明显上调，且该miRNA因子有明显增加氧化应激的作用，进而导致心肌细胞凋亡增加，针对这一点miR-449b可考虑作为针对糖尿病心肌病靶向治疗的靶点。但需要注意的是，尽管这些令人鼓舞的结果为糖尿病性心肌病治疗策略开通了新的道路，但我们对miRNA并没有全面了解，因此需要对miRNA在糖尿病心肌病的机制继续探索。总而言之，人们对miRNA日后成为治疗糖尿病性心肌病充满期待。

5 小结

近年来，关于糖尿病心肌病与miRNA的研究越来越多。大量研究表明，miRNA 与糖尿病心肌病发病过程中的心肌肥大、心肌纤维化、心肌细胞凋亡、代谢紊乱、胰岛素抵抗、微循环障碍等密切相关。探索miRNA与糖尿病心肌病的联系，使我们了解其发病机制，在临床做到积极预防、明确诊断及有效治疗方面等获益匪浅。但目前为止，针对糖尿病心肌病的早期诊断及具体治疗方案仍需探究，目前临床采用的治疗方法主要为调整生活方式及使用降糖药物控制血糖等，并无针对该病种有效的特异性治疗方案。但大量临床证据表明，单靠血糖控制并不能遏制心肌细胞的病理改变，心力衰竭的症状在临床上也无法得到缓解，患者的住院率及死亡率仍没有明显下降，无法在根本上减缓糖尿病心肌病患者的病情发展。希望随着针对糖尿病心肌病发病机制的研究不断深入及拓展，能够早日明确该病的发病机制，为临床上的患者带来新的希望。