非编码RNA在糖尿病性心肌病中的研究进展

陈培剑，李鲁新，丁明璐，宋旭东，初彦辉

(牡丹江医学院医药研究中心，黑龙江 牡丹江 157011)

糖尿病是影响着全世界人民健康的一种代谢性疾病，据国际糖尿病联合会预计到2030年，糖尿病患者会增加到5.5亿[1]。糖尿病的并发症众多，如糖尿病足、糖尿病肾病、糖尿病导致的纤维化等等。糖尿病性心肌病(Diabetic cardiomyopathy，DCM)，是公认的一种继发于高血糖和心肌脂毒性导致心功能不全，局部的心肌细胞纤维化是糖尿病性心肌病的特征，在功能上表现为舒张期顺应性和心脏收缩不良。糖尿病患者中有一大部分会有糖尿病性心肌病，并且1型糖尿病患者和2型糖尿病患者均出现此现象。其发病机制可能与氧化应激反应、细胞代谢功能异常、长链非编码RNA(lncRNA)、微小RNA(MicroRNA)失调、免疫学改变等因素有关。

1 非编码 RNA(ncRNAs)

随着研究发现，在人类生命健康和疾病诊断治疗中非编码RNA(non-coding RNAs，ncRNAs)有着重要的功能意义。首先通过核苷酸的数量，我们可分为长链非编码RNA和短链非编码RNA。一般大于200个核苷酸长度的称为长链非编码RNA，短链非编码RNA长度一般小于200个核苷酸。通过功能分类ncRNAs有多种类型，其中未翻译成蛋白质的功能性ncRNA主要包括MicroRNA (miRNA),Long ncRNA (lncRNA) 和Circular RNA (circRNA)。随着生物化学与分子生物学的技术不断提高，越来越多的ncRNAs被发现，并通过实验发现其参与多种生命活动，在体内起到一定的作用。据报道，ncRNAs通过转录和转录后调控参与多种心血管疾病及其他疾病[2]。

2 miRNAs与糖尿病性心肌病关系

MicroRNAs(miRNAs)是非编码RNA中的一种具有调控功能的内源性RNA，是一种高度保守的单链ncRNA，大小约为20～25个核苷酸。初级产物经过一系列的剪切加工产生成熟的miRNAs，与RNA的沉默复合体结合，根据碱基互补配对的原则对其靶mRNA识别，根据互补水平的差异指导沉默复合体降解靶mRNA或抑制靶mRNA的翻译，进而调节其基因的表达。研究表明miRNAs参与约30%的编码基因功能的调控，在细胞分裂周期，肿瘤的发生等中也发挥着重要的作用，miRNAs的差异表达，对其调控的DCM患者发挥重要的作用。如miR-483-3p、miR-30c、miR-181a和miR-22通过不同的作用机制影响机体对DCM的调控。

2.1 miR-483-3p有研究者发现miR-483-3p在心脏病的发展和预后中起着关键作用，miR-483-3p首先在人类胚胎肝脏中被发现，并来源于胰岛素样生长因子2基因(IGF2)的第二内含子。miR-483在肝癌和软骨癌等疾病中的表达已经被评估，同时发现它在缺血性心脏病中的作用。血管紧张素II调节的miR-483-3p大量存在于血管平滑肌中，同时对肾素-血管紧张素系统各成分之间的稳态产生负面影响。过表达的胰岛素样生长因子2(IGF2)在体内心血管疾病的治疗中起保护作用。Ma等[3]发现miR-483-3p在体内和体外模拟糖尿病的条件下表达上调，而其潜在靶基因IGF1的表达下调。高表达miR-483糖尿病转基因小鼠，心肌细胞凋亡加剧，与体内结果相似。同时过度表达miR-483-3p的H9c2细胞也显示出凋亡增加。并且还证明了miR483-3p通过靶向IGF1发挥其功能，IGF1是糖尿病相关性心脏病的保护因子。总之，研究发现进一步加深了我们对糖尿病相关心脏并发症中促进心肌细胞凋亡的因素的了解，在未来miR483-3p可以作为一个抑制心肌细胞凋亡的一个有效靶点。

2.2 miR-30c和miR-181a在前期的研究中发现，促进心肌细胞凋亡是通过高血糖激活p53和一些涉及局部肾素-血管紧张素系统(RAS)的效应器。p53-p21途径介导心肌细胞肥大和凋亡，心肌细胞丢失的增加可能导致剩余存活心肌细胞的代偿性肥大[4]。在糖尿病性心肌病和其他各种心肌细胞肥大等模型中，p53水平升高[5-6]。Monkemann提出p53-p21轴与糖尿病导致的心肌细胞凋亡有关。他们观察到p53诱导p21(WAF1/CIP1)基因结合，同时抑制细胞周期素-细胞周期素依赖性激酶复合物。 miR-30和miR-181a在实验中被证明调节心肌细胞中p53的表达。如miR-30抑制心肌细胞中p53及其下游靶点的Drp1的表达。Forini等直接将p53作为miR-30的靶点。Cheah等发现miR-181a与TP53基因结合并抑制其表达，减少了头颈癌中p53的合成。Raut等[7]通过研究发现miR-30c和miR-181a被鉴定为靶向p53。同时发现患糖尿病人群、DCM大鼠和高糖处理的心肌细胞中p53和p21基因表达增加，miR-30c和miR-181a表达显著下降。miR-30c、miR-181a的过表达使高糖处理心肌细胞中p53、p21的表达下调，减轻了心肌细胞肥大。miR-30c、miR-181a的降低诱导高糖状态下的心肌细胞凋亡，并且miR-30c和miR-181a具有协同效应。因此，心肌细胞中miR-30c和miR-181a的表达可能有助于预防糖尿病心肌病发生，为未来的研究提供帮助。

2.3 miR-22研究发现，糖尿病性心肌病产生的重要因素之一是氧化应激损伤[8]。氧化应激损伤参与了1型糖尿病模型的大鼠心肌细胞凋亡过程[9]。葡萄糖水平的升高，激活了线粒体内的各种酶级联反应，包括NADPH氧化酶的激活、NO合成酶的解偶联、黄嘌呤氧化酶的刺激。氧化应激在糖尿病小鼠中的β细胞功能障碍和胰岛素抵抗的发病机制中起着重要作用[10]。miR-22参与了心肌缺血/再灌注损伤的病理过程，是心脏顺应压力诱导心肌肥大所必需的。越来越多的证据表明Sirt1是参与线粒体保护、抗氧化防御、DNA修复一种酶[11]。一些研究报道miR-22直接与Sirt1结合并增强Sirt1的表达[12]。Tang等[13]研究发现高糖可降低H9c2细胞的活性，诱导氧化应激损伤和凋亡，引起糖尿病小鼠心功能不全和心脏结构损伤。miR-22在糖尿病小鼠心肌细胞和高糖处理的H9c2细胞株中水平明显降低。miR-22过表达使H9c2细胞的活性恢复，减轻并逆转了氧化应激损伤和心脏异常。同时用了生物信息学分析预测了miR-22直接与Sirt1结合，增强了Sirt1的表达。此外，Sirt1的过度表达与miR-22的功能相似。实验进一步发现，miR-22抑制了高糖处理的H9c2细胞GRP78、CHOP和ATF3以及凋亡相关蛋白的表达。而Sirt1基因敲除后，miR-22对氧化应激损伤和细胞凋亡无保护作用。结果表明，通过Sirt1，miR-22过表达可缓解糖尿病性心肌病患者的氧化应激损伤和细胞凋亡，可用于治疗高糖所致的心功能不全，证实了miR-22对高糖致心血管损伤的保护作用是通过Sirt 1减轻内质网应激损伤。提示miR-22可能是一个潜在的治疗靶点。

3 Long non-coding RNAs(lncRNAs)

Long non-coding RNAs(lncRNAs)是一类长度超过200个核苷酸，他参与体内多种重要的生物学行为过程，其中包括基因的表达、转录调控、RNA的剪接、核胞浆间运输等等。随着实验不断推进，发现lncRNAs在表观遗传学的调控中扮演重要的角色，参与多种心血管疾病的发病，包括糖尿病性心肌病[14]。由于lncRNAs的自身特殊性长度短、寿命短、不易发现等问题，在研究上还有些挑战。

3.1 lncRNA CrndelncRNA Crnde编码基因位于人类染色体16q12.2，约为10 kb，与其相连的是IRX5基因，最初发现于大肠癌组织中，在之后的研究中发现在心肌组织中也发现了该物质的存在，同时通过比对376例人心脏组织分析，Crnde的表达心肌纤维化标志基因的表达呈负相关。此外，Crnde在心脏成纤维细胞(CFs)中的表达也很丰富。通过实验发现，Crnde过表达减轻了糖尿病性心肌病小鼠心肌细胞的纤维化同时增强了心脏功能。体外实验表明，Crnde对CFs的肌成纤维细胞分化起着负调控作用。Smad3激活Crnde的表达，揭示其分子机制。有趣的是，Crnde还抑制靶基因上与α-SMA基因启动子的结合，从而抑制CFs中肌纤维母细胞标记基因的表达。Crnde对TGF-β起负调控作用，诱导肌纤维母细胞标志基因的表达[15]。

3.2 lncRNA TINCRlncRNA TINCR编码基因位于人类19号染色体SAFB2和ZNRF4基因之间，约为3.7 kb，其作用是促进表皮分化。在前期的研究过程中我们发现LncRNA TINCR与心肌肥厚有关，同时TINCR的表达可以减轻心肌肥厚[16]。Chen等人[17]的实验中检测DCM患者心肌细胞和血清中TINCR的表达水平发现明显低于无患者和健康对照组，而无DCM患者与健康对照组之间没有显著差异。同时高糖处理下人的心肌细胞TINCR的水平无明显影响，过表达的TINCR抑制了高糖处理的心肌细胞的凋亡，lncRNA-TINCR在DCM中表达下调，并能抑制心肌细胞凋亡。TINCR表达高低可用于对糖尿病性心肌病的诊断。

3.3 lncRNA Gas5lncRNA Growth arrest-specific 5(lncRNA Gas5)对哺乳动物细胞凋亡和细胞群生长的调节至关重要，在许多癌症中常被抑制。GAS5与糖皮质激素受体(GR)结合，成为诱饵糖皮质激素反应元件(GRE)，通过GR信号抑制基因表达的上调。对于造血细胞，GAS5对于T淋巴细胞和未转化淋巴细胞的正常生长抑制都是必不可少的。早期研究显示lncRNA GAS5与心脏疾病有关。lncRNA GAS5调节心脏成纤维细胞的纤维化和心脏的氧化应激[18-19]。Su等[20]研究发现随着高糖处理时间的延长，lncRNA GAS5的表达增加，同时检测新生大鼠心肌细胞(NRC)和新生小鼠心肌细胞(NMC)的凋亡。结果表明，抑制GAS5可降低高糖诱导的NRC和NMC凋亡。在实验的同时搜索了lncRNA GAS5的转录因子，并用高糖处理检测了它们在NRC和NMC中的表达。发现Tcf3的表达明显增加。之后，又通过抑制Tcf3和过度表达Tcf3检测GAS5的表达变化。Tcf3抑制和Tcf3过表达显著改变GAS5的表达。此外，功能检测还发现，Tcf3抑制时抑制了高糖处理增加的NRC和NMC凋亡。实验发现miRNA可以与Tcf3和GAS5结合。在高葡萄糖治疗下，NRC和NMC中的miR-320-3p下调。同时，通过实验检测了Gas5/miR-320-3p/Tcf3通路在NRC和NMC凋亡中的调节作用。总而言之，Tcf3激活lncRNA Gas5调节糖尿病性心肌病心肌细胞的凋亡。

4 总结与展望

随着不断的研究，发现了许多miRNAs，lncRNAs与糖尿病性心肌病之间有联系，同时是各类心血管疾病诊断和预后的潜在指标。非编码RNA发现较晚，研究较少，因此，阐明其在糖尿病心血管方面的并发症中的病理机制具有重要意义，未来对于非编码RNA的研究需要我们用更多的精力去进行。RNA干扰药物和反义寡核苷酸是已知的通过与RNA的序列特异性相互作用调节基因表达的分子工具，在糖尿病性心肌病的治疗中具有广阔的应用前景。今后应进一步对其开展临床研究，评估非编码RNA对糖尿病性心肌病的诊断、预后和治疗是否有价值。