LncRNA与糖尿病并发症发生的研究现状

LncRNA与糖尿病并发症发生的研究现状

陆梦昕张园镔李先辉

1.吉首大学医学院湖南吉首416000；2．南方医科大学深圳医院518101

【摘要】长链非编码RNA（longnon-codingRNA，LncRNA）被证实是参与调控基因一项重要因素。现有研究发现，通过多层面调节基因的表达，在诸如肿瘤、糖尿病、心脏病及神经性疾病等多种生理病理过程中都发挥着至关重要的作用。本文就目前对LncRNA和糖尿病相关并发症的研究进展作一综述。

【关键词】LncRNA；糖尿病；糖尿病并发症

随着近些年基因研究的不断发展，越来越多在过去认为是无生物功能的“垃圾基因”被证实对机体的生理病理的发展有重要影响，而由此类基因所转录的非编码RNA在健康和疾病的转化中扮演着重要的角色。非编码RNA从长度上可分为小非编码RNA（smallnocodingRNA）和长链非编码RNA[1]，其中小非编码RNA包括siRNA、miRNA等[2]。lncRNA是一类转录本长度超过200nt的RNA分子，近些年研究发现，通过多种机制的影响，lncRNA除调节正常细胞增殖分化、物质能量代谢等过程外，与肿瘤、糖尿病、心脏病等疾病的发生发展过程均有关联，被认为是多种疾病预测和治疗的潜在靶点。随着经济的高速发展和工业化进程的加速，非传染性疾病对人类健康的威胁与日俱增，糖尿病患者数量急剧上升，糖尿病及其并发症给人类健康和社会发展带来沉重负担[3]。糖尿病是一种慢性代谢性疾病，具有发病率高、致残率高、并发症多等特点[4]，全面了解糖尿病及其并发症的发生发展规律，有利于我们更好地采取相应的防治措施，降低危害。本文将对现阶段LncRNA和糖尿病及其并发症的最新研究进展进行概述，探讨LncRNA在糖尿病及并发症的临床防治中的应用前景。

一、LncRNA简介

LncRNA的概述及功能lncRNA是一类转录本长度超过200bp的RNA分子，因其没有开放阅读框而没有编码蛋白的功能，最初被认为是基因组转录的“噪音”[5]。近年的研究表明，lncRNA多由RNA聚合酶Ⅱ转录，且以RNA的形式在多种层面上（表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等）调控基因的表达水平（图1）。目前研究显示，LncRNA通过表观遗传学调控、转录调控和转录后调控的方式实现对基因表达的调控[6]，在X染色体失活、细胞周期等生理病理阶段[7]和疾病的发生发展及转归中发挥着巨大作用。

二、LncRNA与糖尿病及其并发症

1、LncRNA影响胰岛细胞的状态及功能

糖尿病是一组复杂的代谢性疾病，可因胰岛细胞受损和胰岛功能障碍所致的胰岛素分泌不足导致的糖代谢异常引起。通过对印迹基因组位点研究的深入，越来越多证据指向有重要调控作用的LncRNA，如DLK1–MEG3、KCNQ1等基因[8]，以各种方式影响糖尿病的发病进程。LArnes[9]发现β细胞LINC1的缺失将导致成年小鼠胰岛发育缺陷和葡萄糖体内平衡的破坏，而正常状态下是由βlinc1通过编码LncRNA对胰岛β细胞的形成和功能进行调节。AnnaMotterle[10]在肥胖小鼠模型中鉴定出1500个新的LncRNA，发现βlinc2和βlinc3在胰岛β细胞中高度富集，且富集程度与体重和血糖成明显相关性，通过构建的基因敲除鼠与对照组比较，研究者还发现通过调节MIN6来调控βlinc2和βlinc3，不会影响胰岛素分泌，但会增加胰岛β细胞的凋亡，结果表明LcnRNA可通过改变相关基因的表达，诱导胰岛β细胞的失活，从而引发肥胖，加速糖尿病的发生进程。

ERBB3是表皮生长因子受体（EGFR）家族的成员，有受损的酪氨酸激酶活性，而ERBB3基因组相关lncRNA（NON-HSAG011351）在人胰岛中表达。作者怀疑ERBB3（rs2292239）的变异会对Ⅰ型糖尿病的剩余胰岛β细胞产生影响，于是作者先对ERBB3在人胰岛中的表达状况进行检测，接着敲低ERBB3的表达及改变位置观察这些变化对产生胰岛素的INS-1E细胞凋亡造成的影响。研究表明rs2292239与患儿的残余胰岛β细胞功能和代谢控制密切相关。且人胰岛和INS-1E细胞中通过调控促炎细胞因子来影响ERBB3的表达，而敲低INS-1E细胞中ERBB3则降低了细胞因子诱导的细胞凋亡。这一结果表明ERBB3及其潜在的调节因子（可能与促炎因子有关）在β细胞中有重要的作用，有可能成为预防胰岛β细胞破坏的新靶点[11]。LcnRNA可在不同阶段通过多种途径对胰岛细胞的状态和功能产生影响，有助于我们更好地防治糖尿病的发生发展。

2、LncRNA与糖尿病性神经障碍

糖尿病神经病变是一种常见的潜在威胁生命的糖尿病慢性并发症，高葡萄糖和增高的游离脂肪酸被认为是糖尿病神经系统受损的主要原因。LncRNA包含在糖尿病性神经系统疾病的病理过程中。在高葡萄糖和高游离脂肪酸的状态下，NONRATT021972在P12细胞中含量明显增加，而其抑制其表达将显著降低由HTHF诱导的PC12细胞肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的释放。同时，在糖尿病鼠的颈上交感神经节中也发现NONRATT021972表达增多的现象，作者猜测，NONRATT021972在因高血糖导致的心率异常及心功能障碍方面存在潜在的作用机制，于是构建糖尿病小鼠模型，利用NONRATT021972siRNA进行干扰，结果显示NONRATT021972siRNA治疗糖尿病鼠可减少TNF-α的高表达，阻断了胰岛素底物受体1的丝氨酸磷酸化，增强了胰岛素底物受体1在颈上交感神经中的下调。PengH[12]等人发现，NONRATT021972在背根神经节的表达水平是增加的。NONRATT021972在2型糖尿病患者血中浓度也高于健康受试者，Ⅱ型糖尿病大鼠的机械缩足反射阈值和潜伏期低于对照鼠，经NONRATT021972siRNA治疗过的Ⅱ型糖尿病鼠中机械缩足反射阈值和潜伏期高于其Ⅱ型糖尿病鼠对照组。肿瘤坏死因子α的水平在NONRATT021972siRNA治疗过的2型糖尿病鼠血清中与未治疗的2型糖尿病鼠相比显著减少，该方法可抑制Ⅱ型糖尿病背根神经节中细胞外信号调节激酶的磷酸化和激活，通过抑制P2X3受体的调节表达和激活，降低促炎细胞因子、TNF-α的作用，降低痛觉敏感。

Z.Li的研究发现，3-甲基腺嘌呤（3-MA）的自噬抑制加重了链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠的认知障碍，在分析了LncRNAPVT1（浆细胞瘤变异易位1）的表达后，数据显示糖尿病病程中3-MA是引起PVT1显著下降的主要原因，而PVT1介导的自噬可以保护海马神经元免受突触可塑性和细胞凋亡的损害，进而改善糖尿病的认知障碍。

3、LncRNA与糖尿病性视网膜病

糖尿病视网膜病变（DR）是导致失明的主要原因之一。Yan.B[13]等人应用基因芯片技术对STZ诱导的糖尿病小鼠视网膜进行lncRNA表达谱分析发现，早期DR视网膜中大约有303个lncRNA异常表达，包括214个下调以及89个上调的lncRNA。LNCRNs通过调节多种致病途径参与DR的发病机制。MALAT1是一种保守的lncRNA，在人脐静脉内皮细胞上表达，体外实验和血管形成模型中发现缺氧可增加MALAT1的表达、介导促血管生成反应，其可能成为DR的预后、诊断和治疗的潜在靶点。视网膜神经细胞损害被认为是糖尿病诱发的视网膜神经退行性变的重要病理因素，LiCP[14]等发现由STZ诱导的糖尿病小鼠视网膜中的Sox2OT因高糖和氧化应激反应损伤，其在视网膜神经细胞中的表达显著下调。体外实验证实，Sox2OT可保护视网膜神经细胞免受高葡萄糖引起的损害，敲除Sox2OT的实验发现，在糖尿病相关视网膜神经退行性变中Sox2OT可能是通过调节NRF2/HO-1信号活动来对神经进行保护，这或可成为将来防治糖尿病诱发的视网膜神经退行性变的重要手段。微血管功能紊乱是糖尿病性视网膜病变的重要特征，QiuGZ[15]等试图研究糖尿病性视网膜病中微血管的相关病理变化。研究发现在STZ诱导的糖尿病小鼠和高葡萄糖和氧化应激下的内皮细胞的视网膜中MEG3表达水平显著下调，敲低其表达，增加了炎症和毛细血管病变的严重程度，上调lncRNA-MEG3是否能成为一项新的糖尿病相关微血管并发症的治疗策略，还需进一步检验。

4、LncRNA与糖尿病性相关血管病变

糖尿病引起不同器官和组织中大血管和微血管的广泛损害，并破坏内源性血管修复机制，从而引起弥漫性和严重并发症[16]。高血糖相关的内皮功能障碍被认为是糖尿病相关的微血管及大血管并发症的关键，微血管功能紊乱则被认为是诱发糖尿病性视网膜病变和糖尿病肾病的重要因素。Singh，KK[17]等人发现经高糖处理后，经DNA芯片筛选的30586个lncRNAs中，100个显著上调，186个轻微被抑制（P<0.05）。同样，人脐静脉内皮细胞样本中，筛选后的26109个mRNA中有133个上调，166个受抑制。那299个表达不同的mRNAs中，26个与长基因间的非编码RNA（P<0.05）有密切联系。经信号通路预测和GO等方法完成生物信息学分析后发现，上调主要是在轴突导向信号通路，受抑制的mRNA则主要是参与以血管平滑肌收缩、多巴胺能的信号、泛素介导蛋白酶解、肾上腺素的信号。

5、LncRNA与糖尿病肾病

糖尿病肾病是一个重要的糖尿病微血管并发症，MWang[18]等人首先利用芯片检测并筛选糖尿病肾病的db/m，db/db小鼠肾组织中存在表达差异的LncRNA（>2倍），他们发现无论体内外实验，早期糖尿病肾病中CYP4B1-PS1-001出现明显下调，CYP4B1-PS1-001的过表达会抑制肾小球膜细胞的纤维化，CYP4B1-PS1-001的改变或可成为判断小鼠模型糖尿病肾病早期变化的基本特征。MLAlvarez[19]及其成员研究发现经高糖处理的人系膜细胞，PVT1表达显著上调，PAI-1、TGF-β1等因子也出现了表达增加的现象，二者是发生诱发的ECM在系膜细胞过度积聚，是糖尿病肾病的主要特征，且这种变化会导致肾脏血液过滤能力下降，最终引起肾功能衰竭。降低PVT1的表达，或是未来糖尿病肾病防治需要攻克的重要一环。

三、讨论与展望

糖尿病是一类多因素、多影响的复杂代谢性疾病，并伴有多种并发症，严重影响着人类健康与生活质量。如今LncRNA与糖尿病的研究尚处于初步阶段，对它们之间发展的因果关系，LcnRNA对糖尿病性神经性疾病、视网膜病、血管相关性疾病等并发症的影响仍不明确，但近来的研究表明，LncRNA对胰岛细胞的成熟与凋亡，以及功能都发挥着重要作用，LncRNA表达的异常将造成机体对糖类、脂肪代谢失常，而沉默下调某些LncRNA能有效改善糖尿病的神经性病变，这些c都预示着LncRNA在未来或可成为一种新型诊断标志物，临床治疗方案也会因此更为精准高效。

LncRNA具有广泛的病理生理功能，各种生命活动的运转都离不开LncRNA的调控。随着技术的进步，越来越多新的LncRNA将被鉴定，对LncRNA在机体内的功能也将进一步揭示。LncRNA在多种生物进程中扮演关键角色，其表达的异常，被认为是肿瘤、糖尿病、神经退行性病变等疾病发生发展过程的重要因素，加深对LncRNA在疾病进程中所扮角色的认识，挖掘LncRNA功能及表达调控网络，势必丰富对生命活动各项机制、健康—疾病转化内在联系的相关认识，有助于发现新的检测、治疗生物新靶标，为更多疾病的防治提供新的思路。

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基金项目：湖南省研究生科研创新项目资助课题（CX2017B723）

课题：糖尿病大鼠海马神经元lncRNA表达差异性分析研究。