李 婷,張 策,趙乃倩*

(1山西醫(yī)科大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院內(nèi)分泌科,太原 030001;2山西醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院;*通訊作者,E-mail:407288101@qq.com;#共同通訊作者,E-mail:1951584811@qq.com)

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計數(shù)據(jù),目前全世界約有4.22億人患有糖尿病,預(yù)計到2035年,患病人數(shù)將增加至5.92億[1],其中約90%-95%為2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)[2]。T2DM是一種以胰島素抵抗和胰島β細(xì)胞功能缺陷為特征的慢性代謝性疾病,其慢性并發(fā)癥包括糖尿病缺血性心臟病、糖尿病缺血性腦血管病和糖尿病缺血性下肢血管病等大血管病變,以及糖尿病腎病、糖尿病視網(wǎng)膜病變和糖尿病神經(jīng)病變等微血管病變,是T2DM患者致殘和致死的主要原因[2]。二甲雙胍是T2DM治療中使用最廣泛的一種雙胍類降糖藥,主要通過減少肝臟葡萄糖生成和增加外周胰島素敏感性降低血糖[3]。二甲雙胍還可通過降低低密度脂蛋白膽固醇和甘油三酯水平、減少炎癥介質(zhì)釋放、改善血液高凝狀態(tài)和拮抗氧化應(yīng)激保護血管內(nèi)皮功能[3]。但二甲雙胍降低血糖和保護血管內(nèi)皮功能的分子機制尚未完全闡明。微小RNA(microRNA,miRNA)是一類由內(nèi)源基因編碼的長度約為19-25個核苷酸的非編碼單鏈RNA分子,在細(xì)胞中調(diào)節(jié)大多數(shù)基因的轉(zhuǎn)錄后表達,在細(xì)胞分化、細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡、新陳代謝等生物學(xué)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用[[4-7]。研究顯示,二甲雙胍可改變多種miRNA的表達,而這些miRNA與T2DM患者胰島素抵抗、血管平滑肌細(xì)胞增殖和肝臟異位脂質(zhì)沉積等病理改變密切相關(guān),說明調(diào)節(jié)miRNA表達可能是二甲雙胍降低血糖、改善糖尿病轉(zhuǎn)歸的重要機制[6]。本文對目前二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達治療T2DM及其并發(fā)癥的研究進展做一評述,旨在為進一步了解miRNA的功能和調(diào)節(jié)、進一步明確T2DM的發(fā)病機制和改善T2DM及其并發(fā)癥的防治提供參考。

1 miRNA的生成、調(diào)節(jié)和功能

1.1 miRNA的生成

目前,關(guān)于miRNA的生成機制是較為明確的。miRNA的生物合成始于初級miRNA(primary miRNA,pri-miRNA)轉(zhuǎn)錄本的轉(zhuǎn)錄后加工。在細(xì)胞核中,基因組中相應(yīng)的基因序列在RNA聚合酶Ⅱ的作用下轉(zhuǎn)錄為pri-miRNA，單鏈pri-miRNA分子形成莖環(huán)結(jié)構(gòu),隨后被Drosha酶剪切成前體miRNA(precursor-miRNA,pre-miRNA)。這一過程在微處理器復(fù)合體Drosha/DGCR8(DiGeorge syndrome chromosome region 8,DGCR8)上進行,DGCR8為RNA結(jié)合蛋白(RNA-binding protein,RBP)DiGeorge綜合征染色體8區(qū)。pre-miRNA在輸出蛋白5的作用下轉(zhuǎn)運至細(xì)胞質(zhì),被Dicer酶剪切成成熟雙鏈miRNA。這一過程在Dicer與反式激活反應(yīng)RBP(trans-activation-responsive RNA-binding protein,TRBP)相結(jié)合形成的蛋白復(fù)合體Dicer/TRBP上進行。雙鏈miRNA隨即與Argonaute(Ago)蛋白結(jié)合,形成RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合物(RNA-induced silencing complex,RISC)。RISC中的雙鏈miRNA被解旋為兩條單鏈,其中的成熟miRNA鏈仍與RISC結(jié)合,過客鏈經(jīng)降解而失活。與Ago蛋白結(jié)合的成熟miRNA被組裝成含miRNA的RISC(miRNA-containing RISC,miRISC)。miRISC中成熟miRNA 5′端的第2-8位核苷酸與靶mRNA的3′非翻譯區(qū)(untranslated regions,UTR)或5′-UTR或開放閱讀框完全或不完全配對結(jié)合,進而影響靶基因的表達[8](見圖1)。

圖1 普遍miRNA的生成和功能

1.2 miRNA的調(diào)節(jié)

機體對miRNA的調(diào)節(jié)分轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)。在轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)方面,miRNA的調(diào)節(jié)機制與其他RNA的調(diào)節(jié)機制相似。miRNA的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)在兩個不同的層次上進行。其一為調(diào)節(jié)pri-miRNA轉(zhuǎn)錄后加工過程中共用的微處理器復(fù)合體等重要結(jié)構(gòu)組分的表達水平和活性。比如Drosha酶和Dicer酶在miRNA的生成過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用,這兩種酶表達水平和活性的變化對miRNA的表達具有直接影響。其二為不同pri-miRNA獨特的核苷酸序列和結(jié)構(gòu)特征影響其與pri-miRNA轉(zhuǎn)錄后加工過程中涉及的一些復(fù)合體結(jié)構(gòu)的相互作用,這些復(fù)合體結(jié)構(gòu)中不同的RBP促進了這種相互作用[5]。比如不同pri-miRNA發(fā)卡環(huán)和二級結(jié)構(gòu)的差異可改變在微處理器復(fù)合體Drosha/DGCR8上和蛋白復(fù)合體Dicer/TRBP上進行的剪切加工過程。值得注意的是,miRNA與特定mRNA的相互作用可引起miRNA與Ago蛋白的解離和miRNA3′端的修飾,并最終影響miRNA的降解,這也是一種轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)[9]。miRNA被核糖核酸酶降解而失活?；蛉笔?、基因重排、缺氧以及疾病等內(nèi)外環(huán)境因素均可通過以上機制影響miRNA的表達。

1.3 miRNA的功能

miRNA調(diào)節(jié)靶mRNA表達有mRNA翻譯抑制、mRNA切割和mRNA降解3種作用方式。mRNA翻譯抑制發(fā)生于miRNA和靶mRNA部分配對的情況下,由miRISC中的Ago蛋白和Ago結(jié)合蛋白GW182介導(dǎo)。mRNA切割發(fā)生于miRNA和靶mRNA完全配對的情況下,由miRISC中具有切割活性的Ago蛋白2執(zhí)行。而mRNA降解可能是miRNA降低mRNA水平的主要方式,當(dāng)mRNA翻譯受到抑制時,引發(fā)mRNA的脫帽、脫尾反應(yīng),隨后mRNA從5′端或3′端開始降解,而mRNA受到切割時也可觸發(fā)降解機制而開始降解[9](見圖1)。目前研究證實,miRNA在細(xì)胞分化、細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡、新陳代謝和能量平衡等眾多生物學(xué)過程中起關(guān)鍵作用,提示miRNA功能失調(diào)可能會對多種疾病進程產(chǎn)生重大影響,包括代謝性疾病、心血管疾病、自身免疫性疾病和惡性腫瘤等。

2 二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達治療T2DM及其并發(fā)癥

2.1 二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達治療T2DM

T2DM始于與肥胖相關(guān)的胰島素抵抗,其分子機制為胰島素靶組織胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路活性的抑制。隨著胰島素抵抗的持續(xù)發(fā)展,胰島素分泌失代償,血糖水平逐漸升高,最終進展為T2DM[2]。miRNA可調(diào)節(jié)胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及脂肪組織的發(fā)育、分化和代謝等過程,miRNA功能失調(diào)是T2DM胰島素抵抗的重要發(fā)病機制,而逆轉(zhuǎn)T2DM患者的miRNA功能失調(diào)是二甲雙胍降糖作用分子機制的重要組成部分[6]。二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達治療T2DM的機制引起研究者的關(guān)注。

2.1.1 T2DM狀態(tài)下胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路活性減低 胰島素與胰島素受體結(jié)合并使其活化,進而識別與結(jié)合胰島素受體底物1(insulin receptor substrate 1,IRS1),使IRS1的關(guān)鍵酪氨酸殘基磷酸化,進而募集細(xì)胞內(nèi)的銜接蛋白,激活磷脂酰肌醇3-激酶(phosphoinositide 3-kinase,PI3K)。PI3K激活絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(serine-threonine kinase,AKT)信號級聯(lián),通過磷酸化多種酶、激酶和轉(zhuǎn)錄因子等下游效應(yīng)物,抑制糖異生,促進糖原、脂肪和蛋白質(zhì)合成,使血糖降低[10-12](見圖2)。肥胖和T2DM狀態(tài)下升高的游離脂肪酸可抑制IRS1的活化,損傷下游的PI3K/AKT信號轉(zhuǎn)導(dǎo)活性,引起血糖升高[10]。改善肥胖和T2DM狀態(tài)下胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路活性是降糖作用的關(guān)鍵所在。

圖2 胰島素促進合成代謝的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

2.1.2 二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達改善胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo) miR-221是與肥胖、T2DM和胰島素抵抗密切相關(guān)的一種miRNA。在肥胖人群的脂肪組織中miR-221表達水平顯著升高,且與體質(zhì)指數(shù)的增加顯著正相關(guān)[13]。T2DM患者血清miR-221水平顯著高于健康對照者,且與體質(zhì)指數(shù)、胰島素抵抗指數(shù)、糖化血紅蛋白A1c和甘油三酯水平顯著正相關(guān)[14]。在3T3-L1脂肪細(xì)胞中,過表達miR-221可誘導(dǎo)胰島素抵抗,抑制miR-221表達可減輕胰島素抵抗,改善胰島素敏感性[15]。熒光素酶分析顯示,miR-221可直接與IRS1和PI3K mRNA的3′UTR結(jié)合,抑制IRS1和PI3K的表達[16,17]。研究證實,miR-221是IRS1/PI3K/AKT胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的重要調(diào)節(jié)因子。與對照組相比,使用二甲雙胍的T2DM患者內(nèi)乳動脈中miR-221表達顯著減少,且miR-221表達與二甲雙胍劑量顯著負(fù)相關(guān)。二甲雙胍還可劑量依賴地抑制人胰腺癌PANC-1細(xì)胞、血管內(nèi)皮祖細(xì)胞以及RAW264.7巨噬細(xì)胞的miR-221表達。上述研究表明,二甲雙胍可能通過抑制miR-221表達改善T2DM患者的胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo),從而達到治療T2DM的作用,這也為研究如何改善T2DM患者的胰島素抵抗提供了新思路。

2.1.3 二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達改善脂肪組織功能 肥胖是胰島素抵抗和T2DM發(fā)生發(fā)展的重要原因。機體持續(xù)攝入高熱量飲食的情況下,前脂肪細(xì)胞過度增殖、分化致使成熟脂肪細(xì)胞數(shù)量增加,成熟脂肪細(xì)胞又因細(xì)胞內(nèi)甘油三酯蓄積而體積增大,導(dǎo)致白色脂肪組織過度膨脹而形成肥胖[18]。人體白色脂肪組織的過度膨脹促成了T2DM及其并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展[19]。miRNA是脂肪細(xì)胞分化、脂肪代謝和胰島素作用等與肥胖有關(guān)的生物學(xué)過程的重要調(diào)節(jié)因子,可加速或抑制脂肪細(xì)胞的分化,從而調(diào)節(jié)脂肪組織功能。miRNA在肥胖脂肪組織中的表達水平與正常脂肪組織相比存在著明顯的差異,表明miRNA功能失調(diào)參與了肥胖的發(fā)病過程。在細(xì)胞培養(yǎng)研究中,二甲雙胍可抑制前脂肪細(xì)胞的分化,而且二甲雙胍處理前脂肪細(xì)胞的miRNA表達譜與對照細(xì)胞相比存在著明顯差異。其中miR-1246和miR-3687表達水平在二甲雙胍處理后顯著增加,而miR-378家族成員表達水平則顯著降低。增加miR-1246和miR-3687表達和降低miR-378家族成員表達可抑制前脂肪細(xì)胞的分化[20]。動物實驗顯示,miR-378家族成員基因缺陷小鼠進食高脂飲食后并不出現(xiàn)肥胖。因此,二甲雙胍可能通過調(diào)節(jié)miRNA表達改善脂肪組織功能,進而防止肥胖、胰島素抵抗和T2DM的發(fā)生發(fā)展。這提示在二甲雙胍治療T2DM的過程中,其對脂肪組織功能的改善作用不容忽視。

2.2 二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達治療糖尿病大血管病變

糖尿病大血管病變的本質(zhì)是動脈粥樣硬化(atherosclerosis,AS),內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙是其始動因素[21]。在此基礎(chǔ)上,血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell,SMC)去分化、遷移至動脈內(nèi)膜并增殖,使內(nèi)膜增厚,而彌漫性內(nèi)膜增厚正是脂肪紋形成的部位。在脂肪紋的部位,受損的內(nèi)皮細(xì)胞持續(xù)募集單核/巨噬細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞等細(xì)胞至內(nèi)膜下間隙,引起慢性炎癥反應(yīng),使脂肪紋轉(zhuǎn)化為纖維帽和粥樣斑塊等更復(fù)雜的病變。無論從糖尿病動物還是從糖尿病個體分離的SMC,其遷移和增殖活性均顯著增加。在糖尿病患者的AS病變中,單核/巨噬細(xì)胞以及多種炎性因子的浸潤更為明顯[22,23]。因此,T2DM患者具有更嚴(yán)重的AS病變。

miRNA在血管穩(wěn)態(tài)、血管生成和修復(fù)中起重要作用。在T2DM患者中,與血管功能有關(guān)的miRNA表達譜發(fā)生了明顯改變,表明miRNA功能異常參與了AS病變的發(fā)生發(fā)展。miR-221和miR-222是與SMC遷移和增殖有關(guān)的miRNA,兩者可直接與抑制細(xì)胞生長的周期蛋白依賴性激酶抑制劑p27和p57 mRNA的3′UTR結(jié)合,降低p27和p57的蛋白表達水平,促進SMC的遷移和增殖[24]。在行冠狀動脈旁路移植術(shù)治療患者的內(nèi)乳動脈中,與非糖尿病患者以及使用二甲雙胍治療的糖尿病患者相比,未使用二甲雙胍治療糖尿病患者的miR-221和miR-222表達水平顯著增加。在使用二甲雙胍治療糖尿病患者的內(nèi)乳動脈中,miR-221和miR-222的表達水平與二甲雙胍劑量顯著負(fù)相關(guān)。從未使用二甲雙胍治療的糖尿病患者內(nèi)乳動脈中分離出的SMC增殖速度較其他兩組顯著增快[6,24]。表明二甲雙胍可通過下調(diào)miR-221和miR-222的表達水平,延緩糖尿病患者血管內(nèi)膜的增厚速度。

let-7家族成員在調(diào)節(jié)AS病變的炎癥反應(yīng)中起著關(guān)鍵作用,可抑制SMC的遷移和增殖、單核/巨噬細(xì)胞的黏附以及核因子κB炎癥信號通路的活化[23]。T2DM心血管疾病患者血循環(huán)let-7家族成員水平顯著降低,糖尿病患者頸動脈斑塊和糖尿病相關(guān)AS小鼠模型的AS斑塊中l(wèi)et-7家族成員表達水平顯著降低[12,23],表明let-7家族成員表達水平降低促成了T2DM大血管病變的發(fā)生發(fā)展。使用二甲雙胍治療的T2DM心血管疾病患者,血循環(huán)let-7水平可恢復(fù)至正常水平[25]。采用生活方式聯(lián)合二甲雙胍治療的T2DM患者,let-7a和let-7f表達水平顯著增加[6],表明二甲雙胍可能通過上調(diào)let-7家族成員的表達水平,延緩糖尿病患者AS病變的發(fā)生發(fā)展。

心肌細(xì)胞凋亡在糖尿病心血管疾病方面的作用也不容忽視。miR-1a-3p具有誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡的作用[26]。miR-1a-3p可與葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白94(glucose-regulated protein 94,GRP94)mRNA的3′UTR結(jié)合,抑制GRP94的表達。GRP94是一種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmic reticulum,ER)分子伴侶,參與ER蛋白的折疊、轉(zhuǎn)運和分泌等過程,可避免ER應(yīng)激的發(fā)生。ER應(yīng)激可誘導(dǎo)C/EBP同源蛋白(C/EBP homologous protein,CHOP)表達,進而通過啟動下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路促進細(xì)胞凋亡[27]。miR-1a-3p過表達可使GRP94表達降低,使未折疊或錯誤折疊的蛋白質(zhì)分子顯著增加,引起ER應(yīng)激,誘導(dǎo)CHOP表達,導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。將大鼠心肌細(xì)胞分為兩組,實驗組用H2O2處理誘導(dǎo)心肌細(xì)胞損傷,對照組在二甲雙胍孵育一段時間后再使用H2O2處理。結(jié)果顯示,實驗組miR-1a-3p表達水平較對照組顯著增加,心肌細(xì)胞活力則顯著降低[26],表明二甲雙胍可通過抑制miR-1a-3p表達,抑制心肌細(xì)胞凋亡,延緩糖尿病患者心肌損傷的發(fā)生發(fā)展。這些研究提示,二甲雙胍通過調(diào)節(jié)相關(guān)miRNA的表達延緩T2DM患者AS和心肌損傷的發(fā)生發(fā)展,進而對改善T2DM的預(yù)后起到有益作用。

2.3 二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達治療糖尿病微血管病變

二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達治療糖尿病微血管病變的研究主要見于糖尿病視網(wǎng)膜病變和糖尿病腎病。

糖尿病視網(wǎng)膜病變以視網(wǎng)膜是否出現(xiàn)新生血管為標(biāo)志,分為背景型視網(wǎng)膜病變和增殖性視網(wǎng)膜病變兩大類。血管內(nèi)皮生長因子A(vascular endothelial growth factor-A,VEGF-A)是糖尿病視網(wǎng)膜病變發(fā)展過程中最重要的調(diào)節(jié)因子,可增加血管通透性并促進新生血管的形成。生物信息學(xué)分析顯示,miR-497a-5p可與VEGF-A mRNA的3′UTR結(jié)合,抑制其翻譯為蛋白質(zhì)。糖尿病視網(wǎng)膜病變小鼠使用二甲雙胍治療后,其視網(wǎng)膜病變程度明顯減輕,同時眼部的miR-497a-5p表達水平顯著增加,VEGF-A蛋白水平顯著降低[28],提示二甲雙胍可通過上調(diào)miR-497a-5p抑制VEGF-A蛋白表達,延緩糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)生發(fā)展。

糖尿病腎病主要指糖尿病性腎小球硬化癥,其主要特征是腎小球系膜區(qū)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白Ⅰ型膠原α2鏈(collagen type 1-α2,Col1a2)和Ⅳ型膠原α1鏈(Col4a1)沉積,而腎小管間質(zhì)纖維化是進展為晚期糖尿病腎病,導(dǎo)致腎功能衰竭的關(guān)鍵性因素。在腎小球系膜區(qū)細(xì)胞外基質(zhì)的沉積中,轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)起重要作用,而let-7家族成員表達異常介導(dǎo)了TGF-β的作用。在TGF-β處理的小鼠系膜細(xì)胞(mouse mesangial cell,MMC)中,let-7家族成員的表達水平顯著減低,而Col1a2和Col4a1的表達水平顯著增加,其機制與let-7b與Col1a2和Col4a1 mRNA的3′UTR結(jié)合,抑制兩者的表達有關(guān)。與對照小鼠相比,糖尿病小鼠腎小球中l(wèi)et-7b水平顯著降低,Col1a2和Col4a1水平顯著升高,進一步證實了let-7b抑制腎小球纖維化的作用。二甲雙胍可顯著升高T2DM患者血漿let-7水平[22],表明二甲雙胍可能通過上調(diào)let-7延緩糖尿病腎病腎小球纖維化的發(fā)生發(fā)展。腎小管間質(zhì)纖維化是近端腎小管上皮細(xì)胞(proximal tubule epithelial cell,PTC)在TGF-β的驅(qū)動下發(fā)生上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)分化(epithelial-to-mesenchymal transition,EMT)所致。E-鈣黏蛋白(E-cadherin)在腎小管間質(zhì)纖維化的形成和發(fā)展中具有重要作用。在PTC中,鋅指E-盒結(jié)合同源異形盒ZEB1(zinc-finger E-box-binding homeobox1,ZEB1)和ZEB2可與E-cadherin基因啟動子中的E-盒結(jié)合,進而抑制E-cadherin基因轉(zhuǎn)錄。E-cadherin表達減少是發(fā)生EMT的主要機制,多種miRNA參與E-cadherin表達的調(diào)節(jié),以miR-192最為重要。miR-192高表達于腎皮質(zhì),過表達miR-192可通過抑制ZEB1和ZEB2表達誘導(dǎo)E-cadherin表達。糖尿病腎病患者的腎組織活檢顯示,miR-192表達顯著減低,且與腎小管間質(zhì)纖維化顯著負(fù)相關(guān),提示miR-192表達減低可能是糖尿病腎病腎小管間質(zhì)纖維化的重要原因[29]。T2DM患者在二甲雙胍治療3個月后,約50%患者血漿miR-192水平顯著增加,提示二甲雙胍可能通過上調(diào)miR-192表達誘導(dǎo)E-cadherin表達,抑制腎小管間質(zhì)纖維化,延緩糖尿病腎病的進展[30]。二甲雙胍通過調(diào)節(jié)miRNA表達改善糖尿病微血管病變的治療作用值得深入研究。

2.4 二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達治療非酒精性脂肪肝

胰島素抵抗是非酒精性脂肪肝(nonalcoholic fatty liver disease,NAFLD)和T2DM的共同發(fā)病機制。T2DM患者的NAFLD患病率顯著升高,約為非糖尿病患者的5倍[31]。合并NAFLD的T2DM患者心血管疾病、慢性腎臟疾病和增殖性視網(wǎng)膜病變的發(fā)病風(fēng)險顯著高于未合并NAFLD的T2DM患者[32]。與對照小鼠相比,高脂飲食(high-fat diet,HFD)小鼠肝臟脂質(zhì)蓄積顯著增加,形成了NAFLD,并且兩組小鼠肝組織中的miRNA表達譜具有顯著差異[33],表明miRNA表達異常可能是NAFLD的原因。與對照小鼠相比,進食甲硫氨酸和膽堿缺乏飲食的小鼠肝臟脂質(zhì)蓄積顯著增加,形成了NAFLD,并且其肝組織中有71個miRNA表達水平顯著升高,60個miRNA表達水平顯著下降。而同時進食甲硫氨酸和膽堿缺乏飲食和服用二甲雙胍的小鼠,肝臟脂肪變性和肝纖維化顯著減輕,并且其肝組織中原來71個表達水平顯著升高的miRNA中,miRNA-376a、miRNA-127、miRNA-34a、miRNA-300和miRNA-342-3p表達水平顯著下降,原來60個表達水平顯著下降的miRNA中,miRNA-122、miRNA-194、miRNA-101b和miRNA-705表達水平顯著升高。其中,miRNA-122是一種肝臟特異性的miRNA,具有改善肝臟脂質(zhì)代謝和抑制肝細(xì)胞增殖的作用,miRNA-122a功能缺失可誘導(dǎo)肝脂肪變性、肝纖維化和肝癌形成。表明二甲雙胍可通過上調(diào)miRNA-122表達延緩NAFLD的發(fā)生發(fā)展[34]。miR-291b-3p是另一種調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)代謝的miRNA。與對照小鼠相比,瘦素受體基因缺陷T2DM(db/db)小鼠和HFD小鼠肝臟脂質(zhì)蓄積顯著增加,形成了NAFLD,同時其肝組織中miR-291b-3p表達水平顯著增加。抑制肝臟miR-291b-3p表達可減輕HFD小鼠的肝脂肪變性[35]。熒光素酶分析顯示,miR-291b-3p可與AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase,AMPK)α1 mRNA的3′UTR結(jié)合,抑制AMPKα1的表達[35]。二甲雙胍可減輕HFD小鼠的肝臟脂質(zhì)蓄積并降低其肝組織中miR-291-3p的表達水平,表明二甲雙胍可通過下調(diào)miR-291b-3p的表達,增加AMPKα1的表達和活性以延緩NAFLD的發(fā)生發(fā)展[35]。鑒于引起NAFLD miRNA表達譜的復(fù)雜性,二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達改善NAFLD的作用及其機制有待進一步闡明。

3 二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達的分子機制

二甲雙胍是一種AMPK激動劑,其對于T2DM的治療作用主要是通過激活A(yù)MPK途徑實現(xiàn)的。二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達也始于AMPK的激活,由此根據(jù)所調(diào)節(jié)miRNA的不同而分別進入轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)兩條不同的通路。在miRNA的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)方面,二甲雙胍可抑制肌肉組織特異性miR-1a-3p的表達,其分子機制是二甲雙胍通過激活A(yù)MPK顯著降低CCAAT/增強子結(jié)合蛋白(CCTTA/enhancer binding proteins,C/EBP)β的表達水平[22]。C/EBPβ是一種重要的轉(zhuǎn)錄因子,參與靶基因轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié),可通過與下游靶基因啟動子結(jié)合而誘導(dǎo)靶基因表達[33]。C/EBPβ表達水平降低,其與miR-1a-3p基因啟動子的結(jié)合減少,進而抑制miR-1a-3p的表達[22]。這可能是二甲雙胍調(diào)節(jié)特異性miRNA表達的一種普遍而重要的分子機制。在miRNA的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)方面,二甲雙胍可同時調(diào)節(jié)多種miRNA的表達,其分子機制是二甲雙胍通過激活A(yù)MPK使AU堿基富集區(qū)RNA結(jié)合因子1(AU-rich element binding factor,AUF1)磷酸化。AUF1是調(diào)節(jié)Dicer1(人和小鼠中負(fù)責(zé)miRNA生成的唯一Dicer酶)表達的關(guān)鍵因子。AUF1可通過與Dicer1mRNA的3′UTR和編碼區(qū)相互作用,降低Dicer1mRNA的穩(wěn)定性,進而抑制Dicer1的表達[36]。如前所述,轉(zhuǎn)運至細(xì)胞質(zhì)的pre-miRNA在Dicer的作用下形成成熟雙鏈miRNA,這是miRNA生成過程中不可缺少的一個環(huán)節(jié)。AUF1的磷酸化增強了AUF1與熱休克蛋白70的結(jié)合,使得AUF1得以從細(xì)胞質(zhì)穿梭至細(xì)胞核中,從而改變了AUF1的亞細(xì)胞定位。細(xì)胞質(zhì)中AUF1與Dicer1 mRNA的相互作用因而減弱,致使Dicer1的表達水平增加,并最終使得一系列miRNA的表達水平發(fā)生改變[37]。這可能是二甲雙胍同時調(diào)節(jié)多種miRNA表達的一種普遍而重要的分子機制。

4 結(jié)論與展望

綜上所述,調(diào)節(jié)miRNA表達是二甲雙胍治療T2DM及其并發(fā)癥的一種重要機制。從二甲雙胍調(diào)節(jié)的miRNA可以看到,一些miRNA具有多種調(diào)節(jié)功能,比如miR-221既可損傷胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路又可誘導(dǎo)血管內(nèi)皮損傷后的動脈內(nèi)膜增厚;同一種功能又由多種miRNA調(diào)節(jié),比如miR-1246、miR-3687和miR-378都可調(diào)節(jié)前脂肪細(xì)胞的分化。從二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達的分子機制可以看到,既有特異性miRNA特有的調(diào)節(jié)機制,比如二甲雙胍通過激活A(yù)MPK/C/EBPβ/miR-1a-3p信號通路抑制miR-1a-3p表達,又有多種miRNA共有的調(diào)節(jié)機制,比如二甲雙胍通過激活A(yù)MPK使AUF1磷酸化,AUF1從細(xì)胞質(zhì)進入細(xì)胞核,AUF1對Dicer1的抑制作用減弱,致使Dicer1表達增強。充分證明了miRNA功能和調(diào)節(jié)miRNA表達的復(fù)雜性。

有關(guān)二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達治療T2DM的研究,還有一些問題需要引起我們關(guān)注。首先,目前的大多數(shù)研究是在動物體內(nèi)和細(xì)胞培養(yǎng)條件下進行的,其研究結(jié)論有待更多的人體研究予以確立。其次,有些臨床研究并未對所研究的miRNA家族的家族成員進行分別檢測,致使研究結(jié)論的不確定性有所增加。再次,目前尚無二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達治療糖尿病神經(jīng)病變方面的研究。最后,關(guān)于二甲雙胍調(diào)節(jié)miRNA表達分子機制的研究極其有限,更多miRNA特有的調(diào)節(jié)機制和更多的共有調(diào)節(jié)機制有待闡明。深入研究這些問題,有助于進一步揭示T2DM及其并發(fā)癥的發(fā)病機制,為藥物研發(fā)提供新思路,從而有助于T2DM及其并發(fā)癥的防治。