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国际检验医学杂志2013年7月第34卷第l4期I力t J LabIVied,July 2013,Vo1.34,No.14
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综 述・
microRNA在糖尿病及其并发症中的调节作用
李霞莲综述,苗晋华审校
(中国人民解放军264医院检验科,山西太原030001)
关键词:微RNAs; 糖尿病; 并发症
DOI:10.3969/j.issn.1673—4130.2013.14.032 文献标识码:A 文章编号:1673—4130(2013)14—1848—02
糖尿病患病率的增长迫切要求进一步阐明其发病机制,以
利于治疗方式的改进。miRNA转录后的调节功能与多种疾病
的病理生理过程有关,包括2型糖尿病。最近有报道microR—
NA在胰岛素释放、胰岛p细胞分化发育中的发挥了一定的调
节作用,与血糖平衡调节有关的miRNA陆续被报道。本文就
microRNA在糖尿病及其并发症中的调节作用作一综述。
1小RNA生源论
是miRNA的结合部位如miR一7可抑制GY—box,miR一4和
miR一79可抑制Brd—box而miR一2 and miR一11可抑制K—box。
然而,这些miRNA是否参与糖尿病。肾病中的Notch信号调节
尚不明确。另外有研究发现在肥胖小鼠的肝脏中生成了过量
的miRNA一143,这种RNA分子使激活AKT酶的基因沉默,从
而抑制了胰岛素对AKT的激活。AKT在细胞内葡萄糖运输
和抑制肝脏葡萄糖合成中起重要的作用。当AKT酶受到抑
制时,胰岛素无法发挥效应,从而导致血糖持续增高。经实验
证明MiR一143在调节脂肪细胞的分化中起着关键作用(包括
GI UT4,HSL,脂肪酸结合蛋白及PPAR一7),充分表明miRNA
在脂肪代谢中发挥重要的作用 。
miRNA是基因组中内源发夹结构转录过程中产生的单链
RNA,由】9~25个核苷酸组成_1]。最新的研究表明,miRNA
在许多基因调节通路中发挥关键作用,如发育过程中周期的控
制、造血细胞分化、细胞凋亡、细胞增殖及器官发育∞]。MiR
NA也是最大的基因家族之一,占全基因组的约2%I1]。在寻
找miRNA靶标的过程中发现miRNA可能参与调节人类
另外,miR一124a、miR一9和miR-96也可调节胰岛素的分
泌。正常糖浓度条件下,胰岛B细胞中的miR一124a过量表达
会使胰岛素分泌增加 ,而在高糖条件下,则使胰岛素分泌减
少。miR一9可以抑制转录因子Onecut2的表达,使Granuphilin
9O%以上的基因印迹l_3]。miRNA转录后的调节功能与多种疾
病的病理生理过程有关_4],包括2型糖尿病等。miRNAs起源
于细胞核内,miRNA的前体由基因组3,多(聚)腺苷酸(miR—
NA3,末端)以及5,帽子结构(miRNA5,末端)转录而来。miR—
NA前体(Pri-miRNA)被核糖核酸酶IIIDrosha及辅因子Pa—
sha加工成为miRNA前体Pre-miRNA[ 。然后在转运蛋白
exportin-5的作用下将miRNA前体由细胞核运输到细胞
质_6)。接着,细胞质中的RNaseIIl在邻近发夹环的区域对
miRNA前体进行第二次剪切,释放一段长约22个碱基对、开
放的双螺旋RNA,该RNA的特点是末端均带有3,突出部分,
增加,最后导致糖刺激下的胰岛素分泌减少 ”]。miR一96通过
上调Granuphilin的mRNA和蛋白水平,同时下调Noc2的表
达,从而减少胰岛素的分泌[2 。
Roggli等_2l_发现,在2型糖尿病GK大鼠的肌肉、脂肪和
肝脏组织中,miR一29a/b/c的表达水平相对于正常大鼠上调。
在脂肪细胞3T3一I 1中,过表达miR一29a/b/c则可抑制胰岛素
刺激下的葡萄糖摄取,导致胰岛索抵抗。在高糖高胰岛素条件
下,3T3一L1细胞中的miR一29a/b水平上调。
可与其他蛋白质一起组成沉默复合体miRISC,从而引起靶
mRNA的降解或翻译受抑1 。R1SC含有一种名为Argonaute
的蛋白质,它是RISC以及其他蛋白因子的催化元件口]。一旦
被miRNA激活,miRISC即可作为miRNA与mRNA相互作
用的效应器复合体。有研究表明miRNAs与靶tuRNA完全互
补时,通过与小干扰RNA(siRNAs)结合使mRNA降解;不完
全互补时,miRISC可通过其他机制阻碍蛋白质的翻译,包括抑
糖尿病并发症包括高血压、大血管病变、糖尿病眼病、糖尿
病肾病(DN)、糖尿病足、糖尿病骨关节病、神经病变等。研究
表明,microRNA与糖尿病并发症的发生、发展密切相关。在
糖尿病兔的心脏中发现,miR一133表达显著增加,miR-133的
反式作用因子SRF的表达量也明显增加 。miR一192是一个
在肾脏中高表达的microRNA,DN的相关基因SIP一1是它的
一
个靶点 。而最近由英国、意大利等国科学家发表在美国
制启动及延长,降解mRNA、成熟蛋白产物,或使mRNA失去
稳定性的mRNA脱腺苷化Ⅲ9 。这些机制无论是单一还是联
合发挥作用都会有效调节mRNA引起的蛋白质表达过程。
2与糖尿病及其并发症的关系
心脏协会期刊《循环》杂志上的论文称,他们研究发现,糖尿病
患者缺血性肌肉组织中,小核糖核酸miR一503表达非常高,血
浆中miR一503水平也高于正常水平 】。miR一503过度表达会
损害血管内壁内皮细胞功能,从而影响缺血后血管生成。而通
过抑制细胞周期蛋白E1和Cdc25信使核糖核酸(mRNA),则
可降低miR一503表达,从而改善血管内皮细胞功能,帮助微血
管网络形成。
3研究转录后过程的工具
与血糖平衡调节有关的miRNA见表1,然而大多数miR—
NA的功能尚未完全阐明。胰岛特异的miR一375通过抑制重
组胰岛素样生长因子的表达来抑制小鼠胰岛B细胞分泌胰岛
素|】 。另外有研究表明,miR一9升高会使转录因子0c2减少
从而引起葡萄糖刺激的胰岛素释放减少_1 。OC2抑制了
Rab27的活力及表达,Rab27是调节胰岛素释放的重要组
分‘Ⅲ。与非糖尿病小鼠比较STZ诱导的糖尿病小鼠及db/db
小鼠肾小球中miR-192水平明显增高 ]。推测miR-192在肾
由于miRNA在转录后水平进行干扰,要确定miRNA的
靶序列也是比较困难的,因为不同的miRNA会联合作用于同
一
种mRNA,相反的,一种miRNA也可能同时调控多种mR—
NAc 。因此,高通量技术弥补了这方面的不足,通过比较
miRNA介导的蛋白表达(如质谱法、蛋白印迹法)与miRNA
表达之间的关系来探究miRNA的调节作用。微阵列杂交技
脏疾病中发挥着重要的作用。Lai等的研究发现了一些miR—
NA特异性的负向调控靶序列如位于Notch靶基因3,非编码
区的GYbox,Brd box及K box[16=1。有研究表明这些调控序列 术检测miRNA是基于miRBase数据库(http://microrna.san一
作者简介:李霞莲,女,医师,主要从事糖尿病发病机制及临床方面的研究。
国际检验医学杂志2013年7月第34卷第14期Int J LabMed,July 2013,Vo1.34,No.14
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ger.ac.uk/),该数据库收集了已有的miRNA序列及出处。
[J].Nat Cell Biol,2005,7(6):719—723.
[12]Poy MN,Eliasson L,Krutzfeldt J,et a1.A pancreatic islet-specific
MiRBase数据库涵盖了58个物种的超过5 000种miRNA序
列,由脊椎动物、无脊椎动物到病毒、原核生物I2 。近来,新一
代测序技术能对数百万条DNA进行测序,一次能读取35-250
个碱基对(Roche(454)GS FLXsequencer;Illumina/Solexa Ge—
nome analyser;and the Applied Biosystems SOLiDsystem)。这
microRNA regulates insulin secretion[J].Nature,2004,432(2):
226—230.
[133 Plaisance V,Abderrahmani A,Perret—Menoud V,et a1.MicroR—
NA一9 controls the expression of GranuphiIin/Slp4 and the secre~
种新技术与基因表达微阵列平台相比更有优势,它不仅能发现
非编码的RNA序列而且能发现一些新的miRNAl_2 。
tory response of insulin-producing cells[J].J Biol Chem,2006,
281(25):26932-26942.
[143 Gomi H,Mizutani S,Kasai K et a1.Granuphilin molecularly docks
Tian【2 认为,最终在体外确认miRNA的靶标应与miRNA前
体结构或miRNA抑制剂相结合。近来有研究表明,人工合成
的成熟单链miRNA或发夹结构的miRNA前体不能取代内源
的miRNA形成RISCCZa3。这将影响通过外源模拟来寻找
insulin granules to the fusion machinery[J].J Cell Biol,2005,171
(1):99—109.
[15]Kato M,Zhang J,Wang M,et a1.MicroRNA-192 in diabetic kid—
ney glomeruli and its function in TGF--beta——induced collagen ex-
miRNA的靶标。利用DNA反义寡核苷酸(AS0s)、RNA反义
寡核苷酸(AMOs)来抑制miRNA的功能成为一种实用的药理
方法。通常可使用两种方法在体外或体内来研究miRNA的
功能。首先,针对核糖核酸酶降解细胞核内的miRNA前体来
设计DNA反义寡核苷酸『2 。成熟的miRNA与mRNA之间
碱基对的相互作用是抑制剂的另一个靶点。在细胞质中RNA
反义寡核苷酸作用于成熟的miRNA并阻碍miRISC发挥作
用[2 。通过转染与miRNA互补的AMOs导致miRNA-RISC
复合体无法形成,进而成功阻断了miRNA与mRNA之间的
相互作用 。 。
越来越多的研究表明,microRNA在糖尿病的发生发展中
扮演重要角色。microRNA参与了糖脂代谢等多个过程,对于
维持胰岛素靶组织的正常功能起到了重要作用。这些研究提
示,microRNA可以作为糖尿病的治疗靶点。然而,microRNA
的作用是很复杂的,一个microRNA通常可以调节多个不同的
靶mRNA,因此microRNA在各种组织中的靶点及功能仍有
待深入研究。
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