?

miRNA-375與糖尿病關(guān)系的研究進展

覃寧玲盛德喬

(腫瘤微環(huán)境與免疫治療湖北省重點實驗室三峽大學醫(yī)學院,湖北宜昌443002)

〔關(guān)鍵詞〕miRNA-375；基因表達調(diào)控；糖尿病；β細胞

第一作者：覃寧玲(1990-)，女，在讀碩士，主要從事1型糖尿病發(fā)生分子機制研究。

糖尿病(DM)是一組以高血糖為特征的代謝性疾病，由胰島素分泌和(或)作用缺陷所引起，其發(fā)病機制至今未完全闡明。1型DM(T1DM)和2型DM(T2DM)都伴隨著進行性β細胞死亡。T1DM是由自身反應(yīng)性T淋巴細胞免疫攻擊β細胞引起β細胞進行性死亡，多基因遺傳因素和環(huán)境因素共同參與其發(fā)病過程。T2DM發(fā)病機制比較復(fù)雜，包括不同程度的胰島素抵抗性的β細胞衰竭〔1〕，胰島素抵抗及胰島素分泌缺陷是其發(fā)病機制的兩個要素。MicroRNA(miRNA)是在真核生物中發(fā)現(xiàn)的一類由內(nèi)源基因編碼的長度約為22個核苷酸的非編碼小RNA 分子，它們通過轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達，在胰島素分泌、胰島發(fā)育、β細胞分化中發(fā)揮直接作用，并間接地控制葡萄糖和脂質(zhì)代謝，參與DM及其并發(fā)癥的發(fā)生。最近的研究發(fā)現(xiàn)，miR-375是一種重要的，在胰島細胞中特異性表達的miRNA，是正常胰腺的發(fā)生必需，并且在維持正常的α細胞和β細胞數(shù)量發(fā)揮重要作用〔2〕；miR-375還能調(diào)節(jié)胰腺發(fā)育，細胞生長和增殖。最近的研究發(fā)現(xiàn)，miR-375可能作為研究DM發(fā)病機制或治療DM新的靶點。

1miRNA-375在胰腺的功能

miR-375是從轉(zhuǎn)基因小鼠胰島素瘤的β細胞系MIN6中克隆的miRNA，在進化過程中高度保守，miR-375也是在胰腺中檢測的第一個miRNA〔3〕。miR-375在胰腺的作用包括調(diào)節(jié)胰腺發(fā)育，胰腺細胞的生長和增殖，胰島素分泌。miR-375調(diào)控β細胞分化過程中的基因表達〔4〕，并在轉(zhuǎn)錄水平特異性的調(diào)節(jié)胰島表達。成熟的miR-375作用于它的靶基因以發(fā)揮其功能，miR-375的靶基因可依據(jù)其作用分為：胰腺發(fā)育的相關(guān)靶基因，比如Sox17，Sox9，GATA6，Hnf1β和Pax6〔5〕；Cav1，Id3，Aifm1，Eef1e1，HuD，Cadm1等是胰腺細胞的生長和增殖的相關(guān)靶基因〔6〕；miR-375通過調(diào)控Mtpn(myotrophin)和PDPK1(phosphoinositide-dependent protein kinase-1)基因表達調(diào)節(jié)胰島素的分泌在胰腺發(fā)育的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中起重要作用〔2，7〕。miR-375直接作用于Mtpn的3′端非編碼區(qū)，下調(diào)Mtpn的表達以抑制葡萄糖介導(dǎo)的β細胞胰島素分泌〔2〕。PDK1作為PI3K/PKB信號級聯(lián)的中介分子，可能是miR-375的潛在靶標〔7〕。研究發(fā)現(xiàn)，過表達的miR-375下調(diào)PDPK1-AKT信號通路，其中PDPK1水平顯著下降〔8〕。miR-375通過直接影響PDK1的mRNA，降低其蛋白質(zhì)水平，調(diào)控合成胰島素基因在β細胞中表達〔7〕。

miR-375的選擇性表達由多個轉(zhuǎn)錄因子控制，而這些轉(zhuǎn)錄因子參與胰腺發(fā)育〔9〕。Wienholds等〔10〕的實驗證明，miR-375在β細胞的形成過程中必不可少。在人類和小鼠的胰島中，miR-375比其他miRNA表達水平高，并且胰島素的轉(zhuǎn)錄表達水平增加和(或)β細胞增殖時，miRNA-375表達增加〔11〕。Poy等〔6〕發(fā)現(xiàn)，miR-375在胰島β細胞和非β細胞均可表達，且非β細胞含miR-375的水平較高?；蚯贸齧iR-375的小鼠，β細胞及α細胞的生長和增殖受到影響，并且miR-375在α細胞和β細胞中作用相反。miR-375已經(jīng)被證明在胰島的發(fā)展中很重要，但其在α細胞和其他胰腺細胞作用仍需要進一步研究。

2miRNA-375與DM的關(guān)系

胰島素抵抗和胰島素分泌缺陷是T2D發(fā)病機制的兩個要素。miR-375在轉(zhuǎn)錄水平特異性的調(diào)節(jié)胰島表達，是維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)所必需。miR-375過表達抑制胰島素分泌，Poy等證明用RNA拮抗劑抑制內(nèi)源性miR-375的功能可增強胰島素分泌〔2〕。El Ouaamari等〔7〕的實驗證明葡萄糖能夠抑制miR-375的產(chǎn)生，其機制可能是葡萄糖通過調(diào)節(jié)啟動子活性調(diào)控調(diào)節(jié)miR-375表達。 miR-375在胰島的表達下調(diào)在DM發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用〔12〕，miR-375如何精確調(diào)控DM的機制尚不明確。

Wang等〔13〕的實驗發(fā)現(xiàn)，miR-375敲除小鼠表現(xiàn)高血糖并發(fā)β細胞數(shù)量減少；ob/ob小鼠miR-375基因敲除后，血糖顯著改變，導(dǎo)致了嚴重的糖尿病表型〔6〕。T2DM與正常糖耐量(NGT)相比，miR-375啟動子低甲基化，可進展為糖耐量受損(IGT)〔14〕。分析不同種族T2DM患者血漿中miR-375的表達水平與啟動子CpG甲基化水平之間的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化水平和血漿miR-375水平呈負相關(guān)〔15〕。DNA低甲基化可能在調(diào)節(jié)miR-375的表達中起重要作用，并可能與T2DM的發(fā)病機制有關(guān)〔13〕。

3血循環(huán)miRNA-375與DM

循環(huán)miRNA由于其獨特的表達譜成為當前各種疾病研究焦點。miRNA-375是第一個胰島特異性的miRNA〔2〕，并且是在胰島細胞檢測到的最豐富的miRNA〔16〕，miR-375可用作胰島特異性標記。甲基化PCR用于檢測體內(nèi)β細胞死亡，Erener等〔17〕的實驗證明，循環(huán)的miR-375可以作為生物標志物用于檢測β細胞死亡和預(yù)測小鼠DM。在小鼠體內(nèi)注射β細胞毒素鏈脲佐菌素(STZ)后，循環(huán)的miR-375水平迅速增加，這表明β細胞死亡后miR-375立即釋放。循環(huán)的miR-375增加先于DM，提示可以在DM發(fā)生之前檢測到β細胞死亡進行預(yù)測。

血清miR-375的表達水平在T2DM患者顯著升高。實驗發(fā)現(xiàn)T2DM易感NGT個體(s-NGT)和新診斷T2DM患者(n-T2DM)血清比較有顯著性差異。DM前驅(qū)個體和n-T2DM個體，血清miR-375的水平也有顯著性差異〔18〕。

4miRNA-375與DM治療

在T1DM和T2DM患者中，由于產(chǎn)生胰島素的β細胞數(shù)量不足導(dǎo)致血糖失控，通過恢復(fù)胰島內(nèi)分泌腺修復(fù)損傷的β細胞，是一種治療DM的理想方法。自人類胚胎干細胞(hESCs)離體培養(yǎng)成功以來，許多糖尿病研究者從hESCs誘導(dǎo)β細胞作為DM治療的方法。誘導(dǎo)hESCs和多能性干細胞(iPS)分化為成熟產(chǎn)生胰島素的細胞為DM的治療帶來希望。miRNA被認為在干細胞分化過程中具有重要作用，hESCs分化成內(nèi)胚層，miR-375高表達，這表明miR-375可能在早期就有獨特的作用〔19〕。由于miR-375的特殊作用，它可以作為治療DM的潛在靶標。控制miR-375的表達可以幫助成熟的hESCs分化為β細胞。在hESC衍生的胰島素表達細胞類似于β細胞，這些細胞釋放的胰島素并對多種刺激應(yīng)答，分泌釋放C-肽。大多數(shù)胰島素陽性細胞共表達成熟β細胞特異性標記物如NKX6-1和PDX1，表明在表達模式上與體內(nèi)成年胰島β細胞的基因類似〔20〕。然而，許多體外分化方案產(chǎn)生的胰腺內(nèi)分泌細胞共表達胰高血糖素和胰島素，提示未成熟的細胞類型〔21〕。新的研究表明，只有很少一部分胰島素陽性細胞響應(yīng)于葡萄糖，這些細胞被稱為polyhormonal，代表了未成熟的內(nèi)分泌細胞〔22〕。如何控制polyhormonal是需要解決的新問題，也是目前通過miR-375使hESCs衍生的β細胞治療DM的主要障礙。

hESCs在體內(nèi)分化成產(chǎn)生胰島素的細胞及治療已存在的STZ誘導(dǎo)的DM的能力已經(jīng)被證明〔17〕。Alipio等〔23〕的研究表明在小鼠內(nèi)源細胞衍生β樣細胞分泌胰島素，可以有效控制高血糖癥狀，證明誘導(dǎo)多能干細胞(iPSCs)可臨床應(yīng)用治療DM，無論T1DM和T2DM。過表達miR-375是促進iPS分化成產(chǎn)生胰島素細胞的新方法〔4〕。此外，miR-375的表達也可以誘導(dǎo)骨髓干細胞(MSC)分化為產(chǎn)生胰島素的集群(IPCs)〔22〕。但是細胞分化非常復(fù)雜，并且miRNA作為 調(diào)控因子參與復(fù)雜的細胞調(diào)節(jié)。因此，闡明MSC分化為IPCs的機制，改善分化效率，有望為DM治療提供進一步的線索。

5展望

DM患者的胰島β細胞功能隨時間推移而進行性減退，在進展同時伴隨多種危險因素發(fā)生。若不進行積極防治，糖尿病患者的生活質(zhì)量將降低，壽命縮短，病死率增高。尋找早期準確的特異診斷DM，或探索高效的治療方法，對改善預(yù)后有重要的價值。由于miR-375在正常胰島形成及β細胞的葡萄糖調(diào)節(jié)胰島素分泌的重要作用，尋找miR-375在調(diào)控胰島表達中的作用，為發(fā)現(xiàn)DM的發(fā)病機制帶來新思路。DM病人循環(huán)miR-375表達上調(diào)〔17〕，或能成為早期特異的臨床診斷標志。鑒于 miR-375的特殊作用，它可以作為治療DM的潛在靶標，控制miR-375的表達可以幫助成熟的hESCs分化為β細胞，如何更有效地利用miR-375誘導(dǎo)干細胞(SC)向胰島樣細胞分化治療DM，對延緩病人病情進展，提高生存質(zhì)量具有重要臨床價值和社會意義。

6參考文獻

1Cnop M，Welsh N，Jonas JC，etal.Mechanisms of pancreatic β-cell death in type 1 and type 2 diabetes many differences:few similarities〔J〕.Diabetes,2005;54(2)：97-107.

2Poy MN，Eliasson L，Krutzfeldt J，etal.A pancreatic islet-specific microRNA regulates insulin secretion〔J〕.Nature,2004;432(7014)：226-30.

3Kloosterman WP，Lagendijk AK，Ketting RF，etal.Targeted inhibition of miRNA maturation with morpholinos reveals a role for miR-375 in pancreatic islet development〔J〕.PLoS Biol,2007;5(8)：203.

4Lahmy R，Soleimani M，Sanati MH，etal.miRNA-375 promotes beta pancreatic differentiation in human induced pluripotent stem(hiPS)cells〔J〕.Molecular Biol Rep,2014;41(4)：2055-66.

5Wei R，Yang J，Liu GQ，etal.Dynamic expression of microRNAs during the differentiation of human embryonic stem cells into insulin-producing cells〔J〕.Gene,2013;518(2)：246-55.

6Poy MN，Hausser J，Trajkovski M，etal.miR-375 maintains normal pancreatic alpha-and beta-cell mass〔J〕.Proc Natl Acad Sci U S A,2009;106(14)：5813-8.

7El Ouaamari A，Baroukh N，Martens GA，etal.miR-375 targets 3′-phosphoinositide-dependent protein kinase-1 and regulates glucose-induced biological responses in pancreatic beta-cells〔J〕.Diabetes,2008;57(10)：2708-17.

8Nathan G，Kredo-Russo S，Geiger T，etal.MiR-375 promotes redifferentiation of adult human β cells expanded in vitro〔J〕.PLoS One,2015;10(4):e0122108.

9Avnit-Sagi T，Kantorovich L，Kredo-Russo S，etal.The promoter of the pri-miR-375 gene directs expression selectively to the endocrine pancreas〔J〕.PLoS One,2009;4(4)：e5033.

10Wienholds E，Kloosterman WP，Miska E，etal.MicroRNA expression in zebrafish embryonic development〔J〕.Science,2005;309(5732)：310-11.

11Joglekar MV，Joglekar VM，Hardikar AA.Expression of islet-specific microRNAs during human pancreatic development〔J〕.Gene Exp Patterns,2009;9(2)：109-13.

12Zhao E，Keller MP，Rabaglia ME，etal.Obesity and genetics regulate microRNAs in islets，liver，and adipose of diabetic mice〔J〕.Mammalian Genome,2009;20(8)：476-85.

13Wang X，Chang X，Li J，etal.DNA methylation of microRNA 375 in impaired glucose tolerance〔J〕.Exp Ther Med,2014;8(3)：775-80.

14Sun K，Chang X，Yin L，etal.Expression and DNA methylation status of microRNA-375 in patients with type 2 diabetes mellitus〔J〕.Mol Med Rep,2014;9(3)：967-72.

15Chang X，Li S，Li J，etal.Ethnic differences in microRNA-375 expression level and DNA methylation status in type 2 diabetes of han and kazak populations〔J〕.J Diabetes Res,2014;2014:761938.

16Landgraf P，Rusu M，Sheridan R，etal.A mammalian microRNA expression atlas based on small RNA library sequencing〔J〕.Cell,2007;129(7)：1401-14.

17Erener S，Mojibian M，F(xiàn)ox JK，etal.Circulating miR-375 as a biomarker of β-cell death and diabetes in mice〔J〕.Endocrinology,2013;154(2)：603-8.

18Kong L，Zhu J，Han W，etal.Significance of serum microRNAs in pre-diabetes and newly diagnosed type 2 diabetes：a clinical study〔J〕.Acta Diabetol,2011;48(1)：61-9.

19Hinton A，Afrikanova I，Wilson M，etal.A distinct microRNA signature for definitive endoderm derived from human embryonic stem cells〔J〕.Stem Cells Dev,2009;19(6)：797-807.

20Zhang D，Jiang W，Liu M，etal.Highly efficient differentiation of human ES cells and iPS cells into mature pancreatic insulin-producing cells〔J〕.Cell Res,2009;19(4)：429-38.

21Rezania A，Riedel MJ，Wideman RD，etal.Production of functional glucagon-secreting oc-cells from human embryonic stem cells〔J〕.Diabetes,2011;60(1)：239-47.

22Shaer A，Azarpira N，Vahdati A，etal.miR-375 induces human decidua basalis-derived stromal cells to become insulin-producing cells〔J〕.Cell Mol Biol Lett,2014;19(3)：483-99.

23Alipio Z,Liao W,Roemer EJ,etal.Reversal of hyperglycemia in diabetic mouse models using induced-pluripotent stem(iPS)-derived pancreatice beta-like cells〔J〕.Proc Natl Acad Sci USA,2010;107(30):13426-31.

〔2015-06-01修回〕

(編輯袁左鳴)

通訊作者：盛德喬(1966-)，男，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事1型糖尿病發(fā)生分子機制研究。

基金項目：國家自然科學基金(No.81172788)；湖北省高等學校優(yōu)秀中青年科技創(chuàng)新團隊計劃(No.T201203)

〔中圖分類號〕R587.1

〔文獻標識碼〕A

〔文章編號〕1005-9202(2016)03-0716-03；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.03.092

·綜述·