外泌体miRNA参与糖尿病性心肌病发病的研究进展

孙 迎，徐晓丽 综述 向光大 审校

据国际糖尿病联合会的数据显示，至2030年全球糖尿病患者将达到3.42亿[1]。糖尿病易导致糖尿病性心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)、糖尿病性视网膜病变和周围神经病变等并发症[2，3]。其中，由于DCM引发的并发症占糖尿病死亡的80%以上[4]。但目前关于DCM的发病机制尚不明确。外泌体(exosome，EXO)是一种由双层脂质膜包裹的纳米级囊泡。有研究证实，外泌体可通过细胞间信息传递参与心血管系统的生理及病理过程[5]。近年来，外泌体包含的miRNA在DCM的研究中取得了突破性进展。笔者就外泌体miRNA在DCM中的变化和下游调控靶点进行综述，旨在为DCM的治疗提供依据。

1 外泌体miRNA与DCM关系

1.1 简介 外泌体是细胞外囊泡(extracellular vesicle，EV)家族的成员之一，直径 30～150 nm，从所有细胞类型中释放[6]。外泌体具有载体功能，通过将内容物运送到受体细胞来介导局部和全身细胞与细胞的交流，以诱导生理和稳态变化[7]。在心血管系统中，不同类型的外泌体可以促进各种生理病理过程，如胚胎发育、血管发育及炎性反应、缺血再灌注损伤、细胞凋亡和心脏重塑/纤维化等，这依赖于其内含丰富的遗传学信息，包括信使RNA、miRNA和转运RNA等，其中，最为重要的是miRNA[8]。

1.2 发病机制 miRNA是由16～22个核苷酸组成的内源性单链非编码RNA，自1993年第1个miRNA(miRNAlin-4)发现以来，miRNA作为基因表达的转录后调节因子备受关注[9]。研究发现，心肌细胞中存在多种miRNA表达，异常表达的miRNA可通过降解或抑制mRNA转录后翻译调控基因表达，有影响心功能的作用[10, 11]。这些miRNA在不同心血管疾病的各种分子通路上有不同的调节作用(如心肌梗死、DCM、心律失常、动脉粥样硬化等)，有些通过促进其表达起到正向保护作用，也可通过抑制其表达而起到正向保护作用。文献[12]报道，在大量糖尿病动物模型中，过表达下调的miRNA或抑制上调的miRNA可缓解DCM的进展，但存在一定的局限性。因此，明确DCM的发病机制和有效调控靶点十分重要。

2 外泌体miRNA参与DCM的研究进展

2.1 miRNA与线粒体功能障碍 线粒体活性氧(reactive oxygen species, ROS)是电子传递链中复合物Ⅰ和Ⅲ氧代谢的天然副产物。当出现高血糖和胰岛素抵抗时，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸和黄素腺嘌呤二核苷酸向线粒体呼吸链转移，线粒体内膜超极化，抑制了复合物Ⅲ中的电子传递，进而导致过量的ROS产生[13]。有报道发现，在饮食诱导的肥胖和胰岛素抵抗患者中心肌细胞的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶活性升高[14]，说明氧化应激与胰岛素抵抗相关，氧化应激激活可促进心肌纤维化的病理过程，最终导致心力衰竭。正常情况下，心肌细胞中90%的ATP在胞内产生，但在2型糖尿病中，线粒体产生ATP的方式是葡萄糖转变为游离脂肪酸(free fatty acid，FFA)的氧化过程，这与线粒体氧化应激激活和氧化磷酸化受损有关[13]。

各种miRNA参与了心肌能量的代谢调节。其中，miR-181c是参与心脏线粒体功能异常调节的miRNA，可能通过靶向心肌细胞中线粒体MT-COX1 mRNA来发挥作用。上调miR-181c的表达可抑制mt-COX1的表达而上调mt-COX2的表达水平，重塑线粒体呼吸复合物Ⅳ，导致线粒体功能障碍。在缺血性心力衰竭模型中，当miR-181c/d缺失时，心脏通过增强线粒体的氧化应激反应来维持心功能，这表明miR-181c干扰线粒体功能可能在心肌病理生理中起重要作用[15]。Elizabeth等[16]发现，在人类和小鼠心力衰竭模型中，miR-199a/miR-214簇的表达上调。miR-199a和miR-214协同调控过氧化物酶体增殖因子活化受体δ(peroxisome proliferator-activated receptors，PPARδ)，PPARδ是心脏能量代谢的关键调控因子，可调节心力衰竭时心脏代谢向糖酵解的转化。而抑制miR-199a和miR-214的表达可恢复FFA的线粒体代谢，从而改善心功能。

2.2 miRNA与心肌肥大 包括DCM在内的许多心血管疾病均可导致心肌病理性肥厚。近年来，研究人员对miRNA在心肌病理性肥大中的作用进行了广泛研究。最近的一项研究发现，肥大性小鼠心脏中miRNA表达谱的病理变化，证明多种miRNA可抑制DCM心肌肥厚发生发展[17]。其中，miR-30c过表达可抑制糖尿病小鼠心肌中BECN1(抑癌基因抗体)的诱导和随后的自噬，并改善心脏结构和功能[18]。IkedaRaut等[19]发现，miR-30c和miR-181a在糖尿病诱导的心肌肥厚中协同调控p53-p21通路。Feng等[20]认为，高糖条件下肥厚性心肌组织中miR-133a水平下调，而miR-133a过表达可改善心肌细胞肥厚性改变。另外，Ikeda等[21]表明miR-1通过负调控钙离子信号成分钙调蛋白、心肌转录调节因子(GATA4)以及心肌细胞增强因子2A(MEF2A)等，延缓了心肌细胞肥大进程。miR-1/线粒体钙单载体轴可能参与了心肌细胞对肥大的动态适应过程。miR-150则通过靶向转录辅激活因子p300抑制了高糖诱导的心肌细胞肥大[22]。相反，也有部分miRNA对于心肌表现为负向伤害作用，如miR-208a，可通过抑制生肌抑制素和GATA4的表达，上调β-肌球蛋白重链，进而加重了心肌肥厚[23]。因此，miRNAs在心肌肥厚调控中具有多重作用，未来可为DCM的早期诊断、预防和治疗提供新方案。

2.3 miRNA与心肌细胞凋亡 DCM合并心力衰竭时，心肌细胞凋亡率增高。细胞凋亡的增加由多种因素决定，包括脂肪毒性、葡萄糖毒性和氧化应激的增加等。研究发现，在糖尿病患者、DCM大鼠模型体内和高糖干预的心肌细胞中，miR-30c和miR-181a均呈低表达状态。p53是miR-30c和miR-181a的有效靶点，miRNA水平的降低与p53通路激活导致心肌肥大和凋亡密切相关[24]。同样，miR-30d的上调在心脏线粒体引起的细胞凋亡中也起着重要作用，已证实miR-30d可直接靶向抑制叉头转录因子O3a的表达，导致其下游的凋亡抑制因子与细胞凋亡蛋白酶表达降低，并伴随半胱氨酸蛋白酶表达上调[25, 26]。Zhao等[27]发现，高糖处理的大鼠心肌细胞H9c2中miR-34a表达上调，miR-34a靶向抗凋亡蛋白(Bcl-2)的表达下降，H9c2细胞凋亡率增高。另外，通过给糖尿病小鼠注射miR-195 mimic和miR-195抑制剂，他们发现miR-195的过表达可靶向下调Bcl-2，miR-195表达下调可减少ROS的产生起到抑制细胞凋亡作用。同时，Yu等[28]发现，高糖处理后，H9c2大鼠心肌细胞中miR-1表达增加，miR-1的靶蛋白胰岛素样生长因子1表达下调，导致细胞色素C释放增加，进而导致细胞凋亡增加。为了进一步说明miR-1在高糖介导的心肌细胞凋亡中的重要性，我们翻阅文献，发现体内高浓度葡萄糖可增加miR-1/miR-206的表达，从而促进热休克蛋白60(heat shock protein，HSP60)的翻译后修饰，而HSP60可预防和保护DCM心肌损伤[29]。Katare等[30]发现，在链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病小鼠心脏中miR-1上调，miR-1靶向原癌基因丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶和Bcl-2下调，并且促凋亡因子caspase-3活性增加。因此，miRNA对能量底物代谢、凋亡信号通路、细胞内ROS产生和相互作用的影响均表明miRNA与线粒体、DCM的相互作用具有重要意义。

2.4 miRNA与心肌间质纤维化 高血糖条件下，晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products，AGEs)在糖尿病心脏中沉集，导致胶原分子相互交联，从而产生心肌间质纤维化。有研究表明，心肌间质纤维化受miR-21、miR-15a/b、miR-133a、miR-29和miR-200b的调控[31]。Liu等[32]发现，在高糖环境下，心肌成纤维细胞中miR-21表达上调，并通过c-Jun、N-末端激酶及p38信号通路加速了胶原合成。糖尿病患者心肌miR-15a/b下调，从而激活促纤维化转化生长因子-β受体-1和结缔组织生长因子。另外，有研究发现，miR-29家族可靶向调控多种编码蛋白的mRNA，如多种胶原蛋白、纤维蛋白和弹性蛋白，这些均可参与心肌纤维化过程[33]。Feng等[31]证实，miR-200b介导了糖尿病小鼠内皮细胞向间充质转化，促进了DCM心肌间质纤维化的增加，表明高血糖诱导的氧化损伤在发病过程中起重要作用，其导致胶原沉积增加可能与TGF-β和结缔组织生长因子的表达增加相关联，也可能与氧化应激反应中多聚ADP-核糖聚合酶1激活增加有关[34]。此外，一些基质金属蛋白酶的表达降低，使细胞外基质降解失调，心肌间质纤维化程度增加[35]。心肌间质纤维化在心肌重构、左室功能障碍和心肌缺血-再灌注损伤及其相关疾病的病理过程中扮演着重要角色。miRNA是DCM心肌细胞的重要调控因子，上调或下调的miRNA可调控下游相关靶基因表达，抑制心肌纤维化，有望成为改善心脏功能有效的治疗方法。

综上所述，多种外泌体miRNA与DCM的发生发展密切相关，且一些体循环miRNA有潜力作为生物标记物用于DCM的诊断和预后。但是，外泌体miRNA是否为改善DCM的关键靶向分子仍存疑。研究发现，不同来源的外泌体携带的不同的信号分子，既可以抑制疾病进展，也可表现为促进疾病进展。总之，外泌体miRNA的研究和开发尚处于早期阶段，其在体内的作用还有待更全面、深入地临床研究来进行下一步评估。