李素芬 韓穎 石節(jié)麗 田秀標 徐福娟 高鵬飛 劉艷

MicroRNAs對胰島β細胞功能的影響

李素芬 韓穎 石節(jié)麗 田秀標 徐福娟 高鵬飛 劉艷

近年已有大量研究證實，在β細胞功能調(diào)節(jié)中，microRNA起重要作用。MicroRNA是基因表達的負調(diào)控因子，在β細胞的增殖、生存方面起關鍵作用。特定microRNA水平的改變與β細胞代償功能相關，促進β細胞存活和發(fā)揮作用的激素或生物活性肽可調(diào)節(jié)microRNA水平。相反，細胞因子、高脂血癥、高血糖和氧化型低密度脂蛋白引起的microRNA的表達修飾，可以促進β細胞功能衰竭和凋亡。

糖尿病；胰島β細胞；microRNA

改善β細胞功能和數(shù)量的可塑性是近年來開創(chuàng)糖尿病新療法的熱點。β細胞數(shù)量和功能的自適應能力依賴于轉(zhuǎn)錄和翻譯的調(diào)節(jié)過程。非編碼小RNA（miRNA）是基因表達過程中轉(zhuǎn)錄和翻譯的重要調(diào)控因子，可及時調(diào)節(jié)基因表達以使β細胞適應環(huán)境的變化[1-2]。大量研究證實，miRNAs在胰島素合成與分泌、胰島β細胞發(fā)育和存活、糖、脂代謝過程中發(fā)揮重要作用[2]。本文闡述了在糖尿病患者β細胞代償和功能衰竭中miRNAs所起的關鍵性作用。

1 MiRNAs與β細胞發(fā)育

成人β細胞數(shù)量在增殖、發(fā)育、凋亡之間存在動態(tài)平衡[3]。胰腺起源于內(nèi)胚層細胞，在初始階段，生長因子和周圍間充質(zhì)細胞產(chǎn)生的信號分子可刺激祖細胞增殖。該過程由一個包括神經(jīng)生長因子3（Neurog3）的級聯(lián)反應控制。表達Neurog3的細胞在胚胎時期明顯增加并達到高峰，之后該轉(zhuǎn)錄因子水平逐漸下降[4]。Neurog3的短暫表達對內(nèi)分泌祖細胞分化至關重要，將引起胰島內(nèi)分泌細胞亞型的出現(xiàn)。在小鼠，敲除Neurog3基因?qū)⒆柚顾幸认賰?nèi)分泌細胞的生成。在50%～70%胰腺切除的個體中，β細胞再生與祖細胞中Neurog3蛋白的誘導表達無關。因此，學者們提出miRNA可能參與Neurog3的翻譯后調(diào)控[5]。胰腺部分切除后再生胰腺的miRNA表達譜研究顯示，4 個 miRNAs表達上調(diào)：miRNA-15a、miRNA-15b、miRNA-16及miRNA-195。推測這4個miRNA對Neurog3mRNA的調(diào)節(jié)有靶向性，可能有助于翻譯后轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)控[5]。這些miRNA是否分別有助于胰腺發(fā)育，尚不明確。

2 MiRNA與祖細胞增殖和β細胞成熟

研究顯示，當祖細胞開始表達胰島素時，即停止分化。而β細胞數(shù)量在胎兒期或出生后繼續(xù)增加[6]。在敲除胰島β細胞Dicer1基因（RNaseⅢ的一個結(jié)構(gòu)域）的鼠模型中證實miRNA發(fā)揮重要作用。在人和小鼠β細胞中富含miRNA-375，其在胰腺發(fā)育過程中起主要作用[7]。MiRNA-375不僅影響β細胞數(shù)量，而且影響α細胞數(shù)量[8]。MiRNA-375通過調(diào)節(jié)重組胰島素樣生長因子和磷脂酰肌醇依賴激酶1基因表達,影響葡萄糖依賴的胰島素分泌[8]。MiRNA-375基因敲除小鼠的胰島β細胞數(shù)量下降30%～40%，α細胞增加1.7倍，胰高血糖素升高和胰島素降低，從而導致糖尿病的發(fā)生，表明miRNA-375在β細胞增殖及葡萄糖依賴的胰島素分泌過程中具有重要作用[7]。另外，miRNA-7a在胰腺發(fā)育期間可增加β細胞數(shù)量。MiRNA-7a屬于保守的miRNA-7a/b家族，在嚙齒類動物和人胰島β細胞中表達豐富[9]。MiRNA-7a缺失可導致其下游控制目標mTORC1、p70S6K的表達上調(diào)，從而促進β細胞的增殖。研究顯示，miRNA-7a水平下降后人β細胞增殖可增加近 30 倍[10]。

3 MiRNA與胰島素的合成和分泌

β細胞在腸促胰素如胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）及其類似物的刺激下釋放胰島素[11]。其他營養(yǎng)物質(zhì)如游離脂肪酸、氨基酸等也可增加葡萄糖誘導的胰島素分泌[12]。GLP-1通過與GLP-1受體結(jié)合，升高cAMP水平，反過來又通過蛋白激酶A依賴和非依賴的機制促進胰島素分泌[11]。MiRNA-375表達降低可增加MIN6細胞對胰島素的分泌，而其過度表達可抑制葡萄糖依賴的胰島素分泌能力[13]。

另外，miRNA-9在人胚胎干細胞分化及神經(jīng)細胞、胰腺細胞系形成過程中表達[14]。其適當表達是成熟β細胞發(fā)揮作用所必需的。MiRNA-9過表達或不足對β細胞的分泌能力都有不利影響，其水平可影響轉(zhuǎn)錄因子Onecut2的表達，反過來又阻礙了內(nèi)分泌因子Slp4的表達。Slp4水平升高，將使β細胞的胰島素分泌能力受損[15]。

MiRNA-96也在β細胞中表達，可以控制Slp4、Noc2的表達[16]。其過表達可使Slp4水平升高，而使Noc2水平下降。

4 MiRNA與妊娠和肥胖人群β細胞代償增加

妊娠作為最強的生理刺激，可誘發(fā)β細胞數(shù)量增加。嚙齒類動物在分娩后10d內(nèi)，β細胞數(shù)量和活性可恢復到妊娠前水平[17]。在妊娠大鼠中觀察到4種miRNAs，包括 miRNA-144、miRNA-218、miRNA-338-3p、miRNA-451水平升高，分娩后這些miRNA的表達恢復到基礎水平。妊娠期間，miRNA-338-3p水平下降，而miRNA-451水平增加[18]。妊娠時，嚙齒類動物和人β細胞的增加可能是細胞增殖加強而凋亡減少綜合作用的結(jié)果[17]。MiRNA-451的表達并不增加細胞的增殖率，但可以抵抗細胞因子所引起的細胞凋亡。MiRNA-338-3p的表達下降可促進移植胰島細胞的增殖[18]。此外，miRNA-338-3p表達下降可以保護β細胞免于一些細胞因子誘發(fā)的凋亡。表明在妊娠期間β細胞增加過程中，miRNA-338-3p的下降起關鍵作用。β細胞的量不僅在妊娠期間增加而且在胰島素抵抗和肥胖人群中也會增加[19]。近年研究證實，miRNA在肥胖中起關鍵的調(diào)控作用[20]。肥胖可加重胰島素抵抗，β細胞數(shù)量的增加可以代償外周組織對胰島素需求的增加，從而維持正常的血糖水平[19]。在孕鼠中可觀察到的miRNA-451增加和miRNA-338-3p下降，在高脂飲食所致的肥胖小鼠的胰島細胞中也同樣能觀察到。此外，在年輕、血糖正常但已經(jīng)肥胖的小鼠中miRNA-338-3p水平降低，表明在胰島生理性適應方面，其發(fā)揮重要作用[18]。

5 MiRNA與β細胞功能障礙

MiRNA水平異常不但可以促進肥胖糖尿病患者的慢性炎性反應過程，而且加速胰島β細胞功能衰竭[21]。瘦素受體基因缺陷小鼠除miRNA-338-3p表達下降外，其他miRNA也發(fā)生變化，包括miRNA-132表達增加，miRNA-184、miRNA-203、miRNA-210 表達下降[18]。在體外，miRNA-203和miRNA-210表達下降可促進大鼠β細胞凋亡[22]。在從糖尿病小鼠分離的胰島中，miRNA-210和miRNA-184的表達下降更加明顯。表明這些miRNA水平的失衡可導致β細胞從適應到程序性死亡的轉(zhuǎn)變。此外，在小鼠體外實驗中，miRNA-199a-3p表達增加和mRNA-383表達下降也可促使β細胞凋亡。在糖尿病人群中，只有miRNA-187的增加與β細胞功能衰竭相關，miRNA-187表達增加可降低葡萄糖依賴的胰島素分泌[1，22]。結(jié)果表明，在糖尿病患者和嚙齒類動物中，不同的miRNA水平表明了β細胞的適應性改變和功能下降的程度。

循環(huán)中非酯化游離脂肪酸的緩慢升高與肥胖有關而且是糖尿病發(fā)生、發(fā)展的獨立危險因素。大量研究表明，棕櫚酸是血液中最多的游離脂肪酸，其作為一個不利的因素可促進胰島素抵抗和β細胞功能衰竭。在糖尿病小鼠的實驗中顯示，血非酯化游離脂肪酸的濃度異常升高[23]。脂質(zhì)所引起的β細胞破壞包括胰島素合成減少和分泌能力下降，及細胞凋亡所致的β細胞數(shù)量減少[5]。在肥胖相關的糖尿病患者中，棕櫚酸水平升高和慢性高血糖共同促進胰島β細胞功能衰竭[23]。使糖尿病小鼠的胰島β細胞暴露于高脂和高糖環(huán)境下，可導致miRNA-184、miRNA-203和miRNA-383水平下降[24]。在體外培養(yǎng)的胰島細胞中，miRNA-34A和miRNA-146水平升高可導致β細胞功能衰竭和細胞凋亡增加[25]。在分離的人胰島和胰島素分泌細胞中，促炎細胞因子引起了miRNA-34a和miRNA-146水平升高，表明由棕櫚酸和細胞因子引起的信號級聯(lián)反應（其可導致β細胞功能衰竭）可使上述miRNA激活[26]。

6 結(jié)論與展望

MiRNA是β細胞功能的重要調(diào)控因子。多種miRNA分子在胰島素分泌細胞中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。MiRNA除了可在細胞內(nèi)發(fā)揮作用，有些還可以穩(wěn)定的狀態(tài)被分泌到包括血液和尿液中發(fā)揮作用。血中不同種類的miRNA有望在一些疾?。òㄌ悄虿。┲衅鸬缴飿酥疚锏淖饔肹27]。在糖尿病患者血液中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了包括miRNA-103和miRNA-224在內(nèi)的一些miRNA[28]。在病理生理狀態(tài)下，有功能缺陷的β細胞會釋放miRNA到血液中。今后的研究應著重探究血循環(huán)中miRNA的生理意義，以及確定是否不同功能狀態(tài)的β細胞會分泌不同的miRNA。通過檢測血中miRNA的種類及數(shù)量，可判斷β細胞是否處于代償狀態(tài)或功能衰竭狀態(tài)。

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Effects of microRNAs on islet β cell function

Li Sufen，Han Ying，Shi Jieli，Tian Xiubiao，Xu Fujuan，Gao Pengfei，Liu Yan.Department of Endocrinology，The Seaside People's Hospital of Tianjin，Tianjin 300280，China

Recent studies have emphasized the instrumental role ofmicroRNAs in the control of β cell function.MicroRNAs are negative regulators of gene expression，and are pivotal for the control of β cell proliferation，function，and survival.Changes in specific microRNA levels，which have been associated with β cell compensation，are triggered by hormones or bioactive peptides that promote β cell survival and function.Conversely，modifications of other specific microRNAs contribute to β cell dysfunction and death elicited by diabetogenic factors including cytokines，chronic hyperlipidemia，hyperglycemia，and oxidized low density lipoprotein.

Diabetes mellitus；Islet β cell；MicroRNA

（Int J Endocrinol Metab，2015，35：193-195）

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2015.03.014

300280 天津海濱人民醫(yī)院內(nèi)分泌科

2014-01-20）