MALAT1在糖尿病及其微血管并发症中的作用新进展

左熠， 何笑云， 周素娴

(1. 桂林医学院附属医院内分泌科， 广西 桂林 541001； 2. 中南大学湘雅医学院内分泌科， 湖南 长沙 410013)

糖尿病是当今社会发病率日益增长的多发病之一，以高血糖为主要特征，主要原因为胰岛素分泌障碍或作用受损，其导致的各种并发症影响了绝大多数糖尿病患者的生活质量。长期高血糖严重增加了微血管疾病的风险，包括神经病变、视网膜病变和肾脏病变等常见并发症[1]。随着基因组学研究的不断深入，长链非编码RNA(long non-coding RNAs，LncRNA)被证实参与调控许多疾病的发病机制[2-4]，其在各种疾病中的调控机制已成为新的研究热点。本文就LncRNA转移相关的肺腺癌转录本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1)在糖尿病及其相关微血管并发症中的作用研究做一综述。

1 MALAT1概述

LncRNA是一类转录本长度≥200个核苷酸的功能RNA，大多数LncRNA都有自己的启动子，由RNA聚合酶Ⅱ转录、5′端加帽、聚腺苷酸化并进行剪接而成[5]，它们在调节细胞增殖、分化、侵袭和凋亡方面发挥至关重要的作用[6-8]。因此，其在一些人类疾病中已成为新的生物标志物和治疗靶点[9]。

MALAT1又称核富含丰富的转录本2，属于基因间LncRNA。MALAT1的长度约在8 000 bp以上，在33种哺乳动物中表现出高度的保守性，其在人体几乎所有组织中普遍表达，以胰腺和肺中的表达最高。MALAT1基因位于人染色体11q13和小鼠染色体19qA中[10]，其表达水平与许多蛋白质编码基因(包括β-肌动蛋白或GAPDH)相近，甚至高于许多蛋白质编码基因。在基因组中，由RNA酶 P和RNA酶 Z加工合成长度为6.7 kb的MALAT1转录物，存在于核散斑体和与MALAT1相关的小胞质RNA中。在MALAT13′末端形成的独特三螺旋结构，可保护其3′末端免受3′-5′核酸外切酶的切割。Brown等[11]确定了该三螺旋的晶体结构，详细解释了每个核苷酸在维持这种三螺旋结构中的作用，并且发现核内丰富的核蛋白甲基转移酶样蛋白16在体外和体内均可与三螺旋发生相互作用[12]，这种三螺旋结构有助于维持MALAT1的稳定。

最初研究认为MALAT1是癌症的重要生物标志物之一[13-15]，最近有研究发现其与糖尿病及其相关并发症有关[16-17]，它通过调节基因转录在调控组织炎症、肿瘤进展、血管生成、血管重塑、肝纤维化和糖尿病发生发展中发挥重要作用[18]。

2 MALAT1与糖尿病

胰岛素抵抗是指胰岛素促进葡萄糖摄取和利用率下降，血糖环境无法维持稳态，2型糖尿病的重要标志是组织或细胞中出现胰岛素敏感性或反应性降低[19]。Yan等[20]发现，在ob/ob小鼠肝脏中，MALAT1的水平增加，且通过增加胆固醇调节元件结合转录因子1c的稳定性，促进肝脏胰岛素抵抗。Liu等[21]通过胰岛素抵抗小鼠观察到运动可降低MALAT1的表达，从而下调抵抗素水平，导致稳态模型评估胰岛素抵抗水平降低；体外实验发现运动可下调MALAT1、上调miR-382-3p和降低抵抗素的水平，从而缓解肾小球内皮细胞中的胰岛素抵抗，即运动可通过调节MALAT1/miR-382-3p/抵抗素通路，改善2型糖尿病患者的胰岛素抵抗。氧化应激参与糖尿病的发生发展，活性氧的产生是其标志物，而核因子E2 相关因子2(nuclear factor erythroid-2-related factor 2，NRF2)是调控氧化应激的关键因子。Chen等[22]通过搜索数据库发现MALAT1与NFR2/抗氧化反应元件驱动基因及NRF2本身存在相互作用，且证实NRF2受MALAT1负向调控。他们同时发现活性氧通过激活c-Jun N末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)引起胰岛素抵抗，并抑制胰岛素受体底物-1(insulin receptor substrate-1，IRS-1)的表达及丝氨酸/苏氨酸激酶(protein kinase B，PKB)的磷酸化水平；而抑制MALAT1表达，可导致JNK活性下降，并活化IRS-1及PKB的磷酸化。因此他们认为MALAT1一方面通过负向调控NRF2从而影响氧化应激水平进而缓解胰岛素抵抗，另一方面通过JNK、IRS-1及PKB改善胰岛素信号传导。然而，Carter等[23]通过体外及体内模型发现，尽管抑制了MALAT1表达，胰岛素的产生和通过胰岛素相关受体的转导通路并未受到影响，他们认为MALAT1的缺失对于脂肪组织再生和人体糖耐量水平的影响在生理水平上与衰老和肥胖无关，也不排除可能存在未阐明的机制。因此，MALAT1调控胰岛素抵抗的机制有待于进一步研究阐明。

3 MALAT1与糖尿病微血管并发症

3.1 MALAT1与糖尿病肾病

糖尿病肾病是由糖尿病慢性微血管病变所引起的肾脏结构及功能的异常，最终导致肾功能衰竭，出现终末期肾病。其基本病理特征表现为肾小球系膜基质增多、基底膜增厚和肾小球硬化。近年来多项研究证实，LncRNA与糖尿病肾病之间的信号通路对于糖尿病肾病的发生发展至关重要[24-26]。其中，MALAT1通过多种途径参与调节糖尿病肾病的发生发展。

3.1.1MALAT1调控肾小管上皮细胞 Zhou等[27]发现MALAT1可以通过调控叉头转录因子-1基因抑制组蛋白去乙酰化酶1转录，并促进高糖诱导下肾小管上皮细胞HK-2细胞损伤。细胞焦亡是一种不同于凋亡及坏死、伴随大量炎症反应的细胞程序性死亡方式，目前有关细胞焦亡的相关研究越来越多。Li 等[28]发现在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠和高糖培养下的HK-2细胞系中，MALAT1表达水平增加，且MALAT1水平的增加与细胞焦亡水平的升高及miR-23c表达下降有关，下调MALAT1后重组ELAV样蛋白1、含NLR家族PYRIN域蛋白3、半胱氨酸蛋白酶-1和白细胞介素-1β的表达降低，miR-23c表达增加、细胞焦亡水平下降。这些结果证实MALAT1通过调节miR-23c及其下游靶点重组ELAV样蛋白1促进肾小管细胞焦亡和糖尿病肾病的发生发展。Liu等[29]通过体外实验发现抑制MALAT1表达可致E盒结合锌指蛋白2(zinc finger E-box binding homeobox 2，ZEB2)水平下调，ZEB2的下调可抑制高糖诱导的HK-2细胞上皮间质转化(epithelial-to-mesenchymal transition，EMT)和纤维化，且证实高糖可致MALAT1表达升高、miR-145水平下调，他们证明MALAT1充当海绵体吸附miR-145，上调靶基因ZEB2的表达，从而在糖尿病肾病中诱导EMT和肾纤维化，因此MALAT1/ miR-145/ZEB2有可能成为糖尿病肾病治疗的靶点。

3.1.2MALAT1调控肾小球内皮细胞MALAT1还与内皮细胞损伤密切相关。Puthanveetil等[30]研究发现，MALAT1通过激活炎症配体血清淀粉样蛋白启动子上调高糖诱导的炎症介质IL-6和肿瘤坏死因子α(TNF-α)的表达，从而引起炎症反应和上调氧化应激，这些反应可能影响肾小球血管内皮的稳定性。Klotho蛋白是一种跨膜蛋白，在肾脏中参与离子通道、转运体和1,25-二羟维生素D3的调节及慢性肾脏病的发生发展。最近的研究证实Klotho蛋白对于肾脏具有保护作用。G9a是组蛋白第9位赖氨酸(H3K9)甲基转移酶，主要参与组蛋白甲基化和DNA甲基化，研究发现G9a和H3K9表达呈正相关，G9a和Klotho表达呈负相关[31]。Li等[32]发现MALAT1表达与Klotho表达呈负相关，Klotho过表达不仅缓解了高糖诱导的人肾小球内皮细胞损伤，也逆转了MALAT1过表达导致的细胞损伤，这提示MALAT1可能通过抑制Klotho参与高糖导致的细胞损伤。他们证实MALAT1募集G9a在表观遗传方面沉默Klotho表达，这是MALAT1调控高糖诱导人肾小球内皮细胞损伤的机制之一。

3.1.3MALAT1调控肾脏足细胞 肾脏足细胞损伤是糖尿病肾病蛋白尿发生的重要机制，Hu等[25]通过体内外实验发现糖尿病小鼠肾足细胞中MALAT1呈现先升后降趋势。他们认为足细胞核中MALAT1和β-连环蛋白之间可能存在反馈调节：β-连环蛋白通过结合其启动子和调节启动子活性来调节MALAT1转录，而MALAT1改变了转录后β-连环蛋白的前mRNA加工模式。而高糖的影响打破了这一反馈调节的平衡，导致早期MALAT1的升高及后期β-连环蛋白的核积累。丝氨酸/精氨酸剪接因子1(serine/arginine splicing factor 1，SRSF1)是SR蛋白家族的成员，参与调节mRNA代谢。在高糖条件下，早期MALAT1水平升高后，SRSF1在足细胞中升高，并与随后下降的MALAT1趋势一致。在抑制SRSF1表达后MALAT1水平降低，足细胞损伤得到逆转。由此可见，MALAT1参与糖尿病肾病的发生发展过程。

3.2 MALAT1与糖尿病视网膜病变

MALAT1在糖尿病诱导的视网膜内皮细胞功能障碍中起致病作用，其与p38 /分裂原激活的蛋白激酶(mitogen activated protein kinases，MAPK)之间的信号转导参与调节视网膜内皮细胞的功能。p38/MAPK途径抑制剂或抑制p38表达可阻断MALAT1诱导的细胞增殖，而抑制MALAT1减弱了p38/MAPK的磷酸化水平，且沉默MALAT1对糖尿病视网膜病变的治疗具有潜在作用，因此MALAT1和p38/MAPK通路有望成为治疗糖尿病视网膜病变的新策略[33]。Yan等[34]通过体外实验、动物研究和临床样品分析证实MALAT1失调与糖尿病视网膜病变的发生有关。血管内皮钙黏蛋白(VE-cadherin)位于内皮连接处，是一种Ⅱ型内皮限制性钙黏蛋白，是与血管生成活性有关的标志物。已有研究证实糖尿病视网膜病变中VE-cadherin的水平显著增加[35]。Liu等[36]发现MALAT1通过其3′-UTR与VE-cadherin竞争性结合miR-125b导致VE-cadherin的活化，通过miR-125b靶向沉默MALAT1的表达，可抑制高糖环境下VE-cadherin /β-连环蛋白复合物的形成及血管内皮生长因子和基质金属蛋白酶2、基质金属蛋白酶9的表达，进而改善人视网膜微血管内皮细胞的迁移、血管生成及通透性。Biswas等[37]在高糖培养的人视网膜内皮细胞中发现MALAT1表达的峰值在第48小时，他们通过糖尿病患者的玻璃体液及各种体内外实验证实MALAT1在高糖下可通过与多梳抑制复合物2结合从而影响炎性转录物的表达，且糖尿病患者的玻璃体液中MALAT1、TNF-α和IL-6的表达增加。以上结果表明，MALAT1通过p38/MAPK通路、VE-cadherin/β-连环蛋白和MALAT1/多梳抑制复合物2途径影响糖尿病视网膜病变。

3.3 MALAT1与糖尿病心肌病

Barbati等[38]发现高糖环境引起的一氧化氮信号紊乱可能通过激活环磷鸟苷酸改变心脏细胞的表观遗传环境，而Bacci等[39]通过体内外实验发现长期高糖引起的一氧化氮升高或环磷鸟苷酸生物利用度降低会影响MALAT1表达。有研究发现在糖尿病患者、糖尿病大鼠和高糖处理过的心肌细胞中miR-181a-5p水平显著下降[40]，且其参与调控内皮细胞的凋亡[41]。Cheng等[42]发现在链脲佐菌素诱导的糖尿病心肌病小鼠的心肌中，半胱氨酸蛋白酶-3和促凋亡蛋白B细胞淋巴瘤-2相关蛋白的表达升高，抗凋亡蛋白B细胞淋巴瘤-2的水平下调，这提示糖尿病心肌病中存在线粒体凋亡途径调控的细胞凋亡。他们进一步发现MALAT1在糖尿病心肌病小鼠和高糖诱导的心肌细胞中明显上调，而干扰MALAT1表达后可显著改善高糖诱导的细胞凋亡，并且抑制miR-181a-5p可部分逆转干扰MALAT1的作用。这提示抑制MALAT1可以通过释放miR-181a-5p来缓解高糖诱导的心肌细胞凋亡。因此MALAT1和miR-181a-5p有可能成为糖尿病心肌病临床诊疗新的标志物。松果体产生的褪黑素对于多种组织和器官都有良性作用，已有研究证实其可通过抑制组蛋白去乙酰化酶1—过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活因子1α途径改善糖尿病引起的心脏功能障碍[43]，且通过增强哺乳动物不育20样激酶1/组蛋白去乙酰化酶3信号传导改善糖尿病心肌病的进展[44]。Che等[45]发现褪黑素通过抑制MALAT1/miR-141介导的含NLR家族PYRIN域蛋白3炎性小体激活和转化生长因子β1信号通路传导产生抗纤维化作用，从而显著改善心脏功能障碍，且其明显降低糖尿病昆明小鼠及高糖培养的心脏成纤维细胞中MALAT1的水平。这对于糖尿病心肌病的预防及治疗具有重要意义。以上表明，MALAT1通过MALAT1/miR-181a-5p及MALAT1/ miR-141途径调控糖尿病心肌病变。

4 展望

随着糖尿病发病率的提高，其相关并发症逐渐引起重视，同时伴随实验技术的更新换代、基因研究的日益深入，LncRNA对于探索疾病病理生理机制打开了一个新的突破口。通过研究LncRNA不仅揭示了发病机制，也为临床用药提供了新思路。MALAT1最初发现参与肿瘤的发生发展，现已发现其可参与糖尿病、心肌疾病、肝脏疾病、神经病变等多种疾病的调控。MALAT1可从基因调控、表观遗传、炎症、细胞死亡方式等角度对糖尿病常见并发症进行调控。探究糖尿病微血管并发症的发病机制及其临床治疗方向，可为今后的预防及临床诊疗提供更完善的策略。