孫 迎，徐曉麗 綜述 向光大 審校

據(jù)國際糖尿病聯(lián)合會的數(shù)據(jù)顯示，至2030年全球糖尿病患者將達到3.42億[1]。糖尿病易導致糖尿病性心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)、糖尿病性視網(wǎng)膜病變和周圍神經(jīng)病變等并發(fā)癥[2，3]。其中，由于DCM引發(fā)的并發(fā)癥占糖尿病死亡的80%以上[4]。但目前關于DCM的發(fā)病機制尚不明確。外泌體(exosome，EXO)是一種由雙層脂質(zhì)膜包裹的納米級囊泡。有研究證實，外泌體可通過細胞間信息傳遞參與心血管系統(tǒng)的生理及病理過程[5]。近年來，外泌體包含的miRNA在DCM的研究中取得了突破性進展。筆者就外泌體miRNA在DCM中的變化和下游調(diào)控靶點進行綜述，旨在為DCM的治療提供依據(jù)。

1 外泌體miRNA與DCM關系

1.1 簡介 外泌體是細胞外囊泡(extracellular vesicle，EV)家族的成員之一，直徑 30～150 nm，從所有細胞類型中釋放[6]。外泌體具有載體功能，通過將內(nèi)容物運送到受體細胞來介導局部和全身細胞與細胞的交流，以誘導生理和穩(wěn)態(tài)變化[7]。在心血管系統(tǒng)中，不同類型的外泌體可以促進各種生理病理過程，如胚胎發(fā)育、血管發(fā)育及炎性反應、缺血再灌注損傷、細胞凋亡和心臟重塑/纖維化等，這依賴于其內(nèi)含豐富的遺傳學信息，包括信使RNA、miRNA和轉運RNA等，其中，最為重要的是miRNA[8]。

1.2 發(fā)病機制 miRNA是由16～22個核苷酸組成的內(nèi)源性單鏈非編碼RNA，自1993年第1個miRNA(miRNAlin-4)發(fā)現(xiàn)以來，miRNA作為基因表達的轉錄后調(diào)節(jié)因子備受關注[9]。研究發(fā)現(xiàn)，心肌細胞中存在多種miRNA表達，異常表達的miRNA可通過降解或抑制mRNA轉錄后翻譯調(diào)控基因表達，有影響心功能的作用[10, 11]。這些miRNA在不同心血管疾病的各種分子通路上有不同的調(diào)節(jié)作用(如心肌梗死、DCM、心律失常、動脈粥樣硬化等)，有些通過促進其表達起到正向保護作用，也可通過抑制其表達而起到正向保護作用。文獻[12]報道，在大量糖尿病動物模型中，過表達下調(diào)的miRNA或抑制上調(diào)的miRNA可緩解DCM的進展，但存在一定的局限性。因此，明確DCM的發(fā)病機制和有效調(diào)控靶點十分重要。

2 外泌體miRNA參與DCM的研究進展

2.1 miRNA與線粒體功能障礙 線粒體活性氧(reactive oxygen species, ROS)是電子傳遞鏈中復合物Ⅰ和Ⅲ氧代謝的天然副產(chǎn)物。當出現(xiàn)高血糖和胰島素抵抗時，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸和黃素腺嘌呤二核苷酸向線粒體呼吸鏈轉移，線粒體內(nèi)膜超極化，抑制了復合物Ⅲ中的電子傳遞，進而導致過量的ROS產(chǎn)生[13]。有報道發(fā)現(xiàn)，在飲食誘導的肥胖和胰島素抵抗患者中心肌細胞的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶活性升高[14]，說明氧化應激與胰島素抵抗相關，氧化應激激活可促進心肌纖維化的病理過程，最終導致心力衰竭。正常情況下，心肌細胞中90%的ATP在胞內(nèi)產(chǎn)生，但在2型糖尿病中，線粒體產(chǎn)生ATP的方式是葡萄糖轉變?yōu)橛坞x脂肪酸(free fatty acid，F(xiàn)FA)的氧化過程，這與線粒體氧化應激激活和氧化磷酸化受損有關[13]。

各種miRNA參與了心肌能量的代謝調(diào)節(jié)。其中，miR-181c是參與心臟線粒體功能異常調(diào)節(jié)的miRNA，可能通過靶向心肌細胞中線粒體MT-COX1 mRNA來發(fā)揮作用。上調(diào)miR-181c的表達可抑制mt-COX1的表達而上調(diào)mt-COX2的表達水平，重塑線粒體呼吸復合物Ⅳ，導致線粒體功能障礙。在缺血性心力衰竭模型中，當miR-181c/d缺失時，心臟通過增強線粒體的氧化應激反應來維持心功能，這表明miR-181c干擾線粒體功能可能在心肌病理生理中起重要作用[15]。Elizabeth等[16]發(fā)現(xiàn)，在人類和小鼠心力衰竭模型中，miR-199a/miR-214簇的表達上調(diào)。miR-199a和miR-214協(xié)同調(diào)控過氧化物酶體增殖因子活化受體δ(peroxisome proliferator-activated receptors，PPARδ)，PPARδ是心臟能量代謝的關鍵調(diào)控因子，可調(diào)節(jié)心力衰竭時心臟代謝向糖酵解的轉化。而抑制miR-199a和miR-214的表達可恢復FFA的線粒體代謝，從而改善心功能。

2.2 miRNA與心肌肥大 包括DCM在內(nèi)的許多心血管疾病均可導致心肌病理性肥厚。近年來，研究人員對miRNA在心肌病理性肥大中的作用進行了廣泛研究。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，肥大性小鼠心臟中miRNA表達譜的病理變化，證明多種miRNA可抑制DCM心肌肥厚發(fā)生發(fā)展[17]。其中，miR-30c過表達可抑制糖尿病小鼠心肌中BECN1(抑癌基因抗體)的誘導和隨后的自噬，并改善心臟結構和功能[18]。IkedaRaut等[19]發(fā)現(xiàn)，miR-30c和miR-181a在糖尿病誘導的心肌肥厚中協(xié)同調(diào)控p53-p21通路。Feng等[20]認為，高糖條件下肥厚性心肌組織中miR-133a水平下調(diào)，而miR-133a過表達可改善心肌細胞肥厚性改變。另外，Ikeda等[21]表明miR-1通過負調(diào)控鈣離子信號成分鈣調(diào)蛋白、心肌轉錄調(diào)節(jié)因子(GATA4)以及心肌細胞增強因子2A(MEF2A)等，延緩了心肌細胞肥大進程。miR-1/線粒體鈣單載體軸可能參與了心肌細胞對肥大的動態(tài)適應過程。miR-150則通過靶向轉錄輔激活因子p300抑制了高糖誘導的心肌細胞肥大[22]。相反，也有部分miRNA對于心肌表現(xiàn)為負向傷害作用，如miR-208a，可通過抑制生肌抑制素和GATA4的表達，上調(diào)β-肌球蛋白重鏈，進而加重了心肌肥厚[23]。因此，miRNAs在心肌肥厚調(diào)控中具有多重作用，未來可為DCM的早期診斷、預防和治療提供新方案。

2.3 miRNA與心肌細胞凋亡 DCM合并心力衰竭時，心肌細胞凋亡率增高。細胞凋亡的增加由多種因素決定，包括脂肪毒性、葡萄糖毒性和氧化應激的增加等。研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病患者、DCM大鼠模型體內(nèi)和高糖干預的心肌細胞中，miR-30c和miR-181a均呈低表達狀態(tài)。p53是miR-30c和miR-181a的有效靶點，miRNA水平的降低與p53通路激活導致心肌肥大和凋亡密切相關[24]。同樣，miR-30d的上調(diào)在心臟線粒體引起的細胞凋亡中也起著重要作用，已證實miR-30d可直接靶向抑制叉頭轉錄因子O3a的表達，導致其下游的凋亡抑制因子與細胞凋亡蛋白酶表達降低，并伴隨半胱氨酸蛋白酶表達上調(diào)[25, 26]。Zhao等[27]發(fā)現(xiàn)，高糖處理的大鼠心肌細胞H9c2中miR-34a表達上調(diào)，miR-34a靶向抗凋亡蛋白(Bcl-2)的表達下降，H9c2細胞凋亡率增高。另外，通過給糖尿病小鼠注射miR-195 mimic和miR-195抑制劑，他們發(fā)現(xiàn)miR-195的過表達可靶向下調(diào)Bcl-2，miR-195表達下調(diào)可減少ROS的產(chǎn)生起到抑制細胞凋亡作用。同時，Yu等[28]發(fā)現(xiàn)，高糖處理后，H9c2大鼠心肌細胞中miR-1表達增加，miR-1的靶蛋白胰島素樣生長因子1表達下調(diào)，導致細胞色素C釋放增加，進而導致細胞凋亡增加。為了進一步說明miR-1在高糖介導的心肌細胞凋亡中的重要性，我們翻閱文獻，發(fā)現(xiàn)體內(nèi)高濃度葡萄糖可增加miR-1/miR-206的表達，從而促進熱休克蛋白60(heat shock protein，HSP60)的翻譯后修飾，而HSP60可預防和保護DCM心肌損傷[29]。Katare等[30]發(fā)現(xiàn)，在鏈脲佐菌素(STZ)誘導的糖尿病小鼠心臟中miR-1上調(diào)，miR-1靶向原癌基因絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶和Bcl-2下調(diào)，并且促凋亡因子caspase-3活性增加。因此，miRNA對能量底物代謝、凋亡信號通路、細胞內(nèi)ROS產(chǎn)生和相互作用的影響均表明miRNA與線粒體、DCM的相互作用具有重要意義。

2.4 miRNA與心肌間質(zhì)纖維化 高血糖條件下，晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)在糖尿病心臟中沉集，導致膠原分子相互交聯(lián)，從而產(chǎn)生心肌間質(zhì)纖維化。有研究表明，心肌間質(zhì)纖維化受miR-21、miR-15a/b、miR-133a、miR-29和miR-200b的調(diào)控[31]。Liu等[32]發(fā)現(xiàn)，在高糖環(huán)境下，心肌成纖維細胞中miR-21表達上調(diào)，并通過c-Jun、N-末端激酶及p38信號通路加速了膠原合成。糖尿病患者心肌miR-15a/b下調(diào)，從而激活促纖維化轉化生長因子-β受體-1和結締組織生長因子。另外，有研究發(fā)現(xiàn)，miR-29家族可靶向調(diào)控多種編碼蛋白的mRNA，如多種膠原蛋白、纖維蛋白和彈性蛋白，這些均可參與心肌纖維化過程[33]。Feng等[31]證實，miR-200b介導了糖尿病小鼠內(nèi)皮細胞向間充質(zhì)轉化，促進了DCM心肌間質(zhì)纖維化的增加，表明高血糖誘導的氧化損傷在發(fā)病過程中起重要作用，其導致膠原沉積增加可能與TGF-β和結締組織生長因子的表達增加相關聯(lián)，也可能與氧化應激反應中多聚ADP-核糖聚合酶1激活增加有關[34]。此外，一些基質(zhì)金屬蛋白酶的表達降低，使細胞外基質(zhì)降解失調(diào)，心肌間質(zhì)纖維化程度增加[35]。心肌間質(zhì)纖維化在心肌重構、左室功能障礙和心肌缺血-再灌注損傷及其相關疾病的病理過程中扮演著重要角色。miRNA是DCM心肌細胞的重要調(diào)控因子，上調(diào)或下調(diào)的miRNA可調(diào)控下游相關靶基因表達，抑制心肌纖維化，有望成為改善心臟功能有效的治療方法。

綜上所述，多種外泌體miRNA與DCM的發(fā)生發(fā)展密切相關，且一些體循環(huán)miRNA有潛力作為生物標記物用于DCM的診斷和預后。但是，外泌體miRNA是否為改善DCM的關鍵靶向分子仍存疑。研究發(fā)現(xiàn)，不同來源的外泌體攜帶的不同的信號分子，既可以抑制疾病進展，也可表現(xiàn)為促進疾病進展。總之，外泌體miRNA的研究和開發(fā)尚處于早期階段，其在體內(nèi)的作用還有待更全面、深入地臨床研究來進行下一步評估。