微小RNA和长链非编码RNA与胰岛素抵抗关系的研究进展

微小RNA和长链非编码RNA与胰岛素抵抗关系的研究进展叶仁群;许帅;张越;郑献敏;郭叙喜;颜艳君
【摘要】胰岛素抵抗(IR)是2型糖尿病发病的始发因素,并可贯穿于肥胖、多囊卵巢综合征、非酒精性肝炎等多种疾病的发生发展过程,是影响临床治疗效果的重要因素.随着高通量技术的发展,关于IR机制的研究已深入到基因组学,其中非编码RNA,包括微小RNA(miRNA)和长链非编码RNA,在细胞增殖、分化、凋亡中发挥着重要作用,还参与到各种疾病的病理生理过程,能够作为新的生物学标记和药物靶点应用于临床,在疾病的预防、诊断、治疗中具有重要意义.本文就miRNA和长链非编码RNA与IR关系的研究进展进行综述.
【期刊名称】《广西医学》
【年(卷),期】2018(040)023
【总页数】4页(P2832-2835)
【关键词】微小RNA;长链非编码RNA;胰岛素抵抗;综述
【作者】叶仁群;许帅;张越;郑献敏;郭叙喜;颜艳君
【作者单位】广东省深圳市宝安区中医院内分泌科,深圳市 518101;广东省深圳市宝安区中医院内分泌科,深圳市 518101;广东省深圳市宝安区中医院内分泌科,深圳市 518101;广东省深圳市宝安区中医院内分泌科,深圳市 518101;广东省深圳市宝安区中医院内分泌科,深圳市 518101;广东省深圳市宝安区中医院内分泌科,深圳市518101
【正文语种】中文
【中图分类】R587
胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)被认为是2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)发病的始发因素[1]，并可贯穿于肥胖、多囊卵巢综合征、非酒
精性肝炎等多种疾病的发生发展过程，其与肝脏、胰岛素受体、脂代谢、表观遗传等形成一个复杂的调控网络，严重影响T2DM患者的治疗效果。

改善IR一直是
T2DM降糖和预防并发症的重要手段，目前人们对IR的机制已有一定了解，但对其分子机制尚未完全清楚，临床中常用于治疗IR的药物如噻唑烷二酮类、二甲双
胍等，虽有一定疗效，但可引起水钠潴留、心血管不良事件、肝损害等副作用。

随着高通量技术的发展与成熟，目前对IR发病机制的研究已深入到基因组学层面，
寻找IR更精准的分子生物机制，探索潜在的药物靶点，发掘新型药物用于IR预防、诊断、治疗是未来的研究方向。

非编码RNA是近年来基因组学的研究热点，包括微小RNA(microRNA，miRNA)和长链非编码RNA。

本文就IR的发病机制及miRNA和长链非编码RNA与IR的关系进行综述。

1 miRNA与长链非编码RNA概述
研究显示，人类基因组约有30亿个核苷酸碱基对，其中除去3万个编码蛋白基因后，剩下的DNA中存在大量的非编码基因(非编码RNA)[2]。

关于非编码RNA的研究已成为后基因组时代的研究热点。

非编码RNA不同于蛋白质编码基因，其能够揭示由RNA主导的基因表达调控网络，从基因调控水平阐明细胞凋亡、分化的原理，这对于进一步明确生物遗传、进化以及疾病发生的本质具有重要意义。

1.1 miRNA miRNA是常见的内源性非编码RNA，长度约为19～23nt，在进化
上具有高度保守性，自最初的两个miRNA(lin-4和let-7)先后在线虫中被发现以来，目前数据库中关于miRNA与各种人类疾病相关的记录已有数百条。

miRNA
可以在转录水平或转录后水平调节基因的表达，以不完全方式与信使RNA的3’
端非翻译区和非编码区进行配对，从而抑制或降解信使RNA的裂解、翻译，发挥转录后效应，影响基因和蛋白质的表达[3]。

研究显示，人类基因组中有1/3的基因受miRNA调节，一种miRNA可以调节多种信使RNA，反过来一种信使RNA 也可以受多种miRNA调节[4]，这表明miRNA以复杂网络方式参与生物体细胞的病理和生理过程，在细胞生长、分化、增殖、调亡、代谢中发挥着极其重要的调控作用。

基于此，miRNA已成为疾病诊断的新型标志物，同时在临床上可作为药物靶点用于疾病治疗。

1.2 长链非编码RNA 目前，长链非编码RNA越来越受关注，甚至可能超过了miRNA。

基于转录本长度的不同，非编码RNA分为小非编码RNA(少于200个核苷酸)和长链非编码RNA(超过200个核苷酸)。

长链非编码RNA是在真核细胞中首先被发现的一个RNA子集，其位于细胞核或细胞质中，缺乏完整的功能性开放阅读框架，极少具有蛋白编码功能，通常分为正义、反义、双向、基因内及基因间长链非编码RNA共5类[5]。

研究显示，长链非编码RNA不仅能够在组织和细胞中特异性表达，还可以通过改变染色质的结构来调节基因的表达，通过顺式或反式的方式激活或沉默单个基因或一个基因家族，甚至整条染色体[6]。

长链非编码RNA可通过其多样性的分子机制，如 X 染色体失活、维持失活、印记和反式调控等，发挥不同的生物学功能。

最新研究指出，75%～90%的人类基因被转录形成长链非编码RNA，迄今为止已发现与人类疾病相关的功能性长链非编码RNA有184个，但是生物信息学软件分析的结果显示，这个数目仍然只是冰山一角[7]。

随着下一代测序技术RNA-seq 的使用，越来越多的长链非编码RNA会被发现，这将对疾病的预防、诊断、治疗具有重要作用。

2 miRNA与IR
miRNA积极参与IR的形成。

Ortega等[8]发现，T2DM患者血浆miRNA-222
的升高与FPG、糖化血红蛋白、体重、IR的升高密切相关。

Esguerra等[9]发现，高血糖能够调控miRNA在糖尿病患者和健康人群中的表达，而在T2DM大鼠胰岛细胞中，miRNA-132的表达较正常大鼠显著增加，其机制可能与miRNA-132参与环磷酸腺苷反应的调控元素结合蛋白的表达有关。

调控元素结合蛋白转录因子在葡萄糖代谢中发挥着关键作用[10]。

miRNA-320在肥胖型IR发病机制中发挥着重要作用。

Ling等[11]发现miRNA-320在IR脂肪细胞中显著增加，同时发现其能够通过降低磷脂酰肌醇3-激酶酶亚单位p85的表达，阻止该激素的信号传导。

Tang等[12]报告了miRNA-320可能通过减少糖酵解限速酶-磷酸果糖激酶的表达，发挥调节糖代谢的作用；同时证实了在氧化应激下，Ets-1蛋白能够抑制miRNA-320的表达，增加糖酵解限速酶的活性。

另一方面，Feng等[13]发现高血糖能够下调miRNA-320在糖尿病大鼠肾皮质和内皮细胞的表达，进而通过丝裂原活化蛋白激酶途径抑制血管活性内皮素-1、葡萄糖诱导血管内皮生长因子的表达。

miRNA-29a、miRNA-29b、miRNA-29c在胰岛素信号通路中同样发挥着重要作用。

He等[14]证实该类miRNAs能够通过控制胰岛素受体底物-1、蛋白激酶B以及丝苏氨酸蛋白激酶的磷酸化，阻碍胰岛素刺激葡萄糖的生成，其机制与降低胰岛素生成基因-1和窝蛋白2的表达有关。

此外，该研究还显示miRNA-29在糖尿病大鼠肝脏、脂肪和肌肉骨骼组织中的表达增加，证实了高血糖和高胰岛素血症是诱导其同源旁系miRNA-29a、miRNA-29b升高的决定因素[14]。

Liang等[15]通过评估miRNA-29在糖尿病大鼠肝葡萄糖生成中的作用，发现肝脏miRNA-29的表达增加能够下调葡萄糖-6-磷酸酶基因及过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅助激活因子-1α的表达，抑制肝葡萄糖生成，从而改善大鼠的高血糖状态。

miRNA-9、miRNA-451、miRNA-696在肝葡萄糖生成和葡萄糖稳态中起到重要作用。

Yan等[16]发现肥胖大鼠肝脏中miRNA-9的表达下调，这可能与DNA甲
基化上调FoxO1基因表达、促进糖异生有关。

Zhuo等[17]报道了miRNA-451在糖尿病饮食小鼠肝脏中表达增强，其在肝脏中的高表达能够降低肝糖异生，缓解高血糖，提高糖耐量。

该研究同时证实甘油激酶是miRNA-451的直接靶点[17]，这可能是未来药物治疗糖尿病的潜在靶点。

Fang等[18]发现miRNA-696与过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅助激活因子-1α蛋白在体外、体内均存在反向调节关系，并验证了miRNA-696能够直接识别3’-UTR区在过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅助激活因子-1α转录中的特定位置，抑制过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅助激活因子-1α在肝脏中的翻译。

通过激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅助激活因子-1α，miRNA-696的高表达能够减少磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶以及糖异生限速酶的激活，减少肝糖异生，从而改善IR。

此外，miRNA-20a-5p作为miRNA-17家族成员，能够调节肝细胞糖原的生成。

p63蛋白被认为是miRNA-20a-5p的靶点。

有学者认为miRNA-20a-5p可通过与p63蛋白结合，调节p53与磷酸酶和张力蛋白同源物的表达，从而影响肝糖原合成[19]。

miRNA-152能够调节肝糖原的生成。

研究显示，在糖尿病大鼠或高脂饲养大鼠肝脏中miRNA-152的表达下调，肝糖原生成受损，其机制可能与miRNA-152调节张力蛋白同源物靶点有关[20]。

Latouche等[21]发现miRNA-194在糖尿病前期患者以及小鼠中表达下调，通过抑制骨骼肌中miRNA-194的表达，能够增加葡萄糖的摄取、糖原合成和糖酵解。

这提示miRNA-194的表达下调可能是糖尿病前期患者IR的适应性反应。

说明miRNA-194在糖代谢中发挥重要作用。

Zhou等[22]发现miRNA-106b、miRNA-27a、miRNA-30d在调节糖代谢中起到重要作用，这些miRNA在IR相关细胞的过度表达能够降低葡萄糖消耗与葡萄糖摄取，从而减少葡萄糖转运蛋白4、丝裂原活化蛋白激酶14、磷脂酰肌醇3-激酶的表达。

Yeh等[23]发现miRNA-125a-3p参与了肥胖症患者IR的病理和生理过程，该miRNA在脂肪组织中的表达与促炎症反应酶-c-Jun氨基末
端激酶的表达呈正相关，与胰岛素受体、磷脂酰肌醇3-激酶的表达呈负相关，从
而证实了miRNA-125a-3p在调节胰岛素信号通路中的重要性。

Sun等[24]发现miRNA-181b在肥胖大鼠脂肪组织内皮细胞中的表达减少，提高该miRNA的表
达能够改善葡萄糖稳态以及胰岛素敏感性。

该学者还发现了在脂肪内皮细胞中系统输注miRNA-181b能够增强胰岛素介导的丝苏氨酸蛋白激酶在473位点的磷酸化，从而提高内皮细胞功能[24]。

Karolina等[25]检测到miRNA-144的表达增加能够通过阻断胰岛素受体底物-1
的合成来抑制胰岛素信号通路。

Trajkovski等[26]证实了肥胖大鼠中miRNA-103和miRNA-107的表达升高能够下调重要的胰岛素受体调节因子caveolin 1的表达。

赵晓云等[27]发现，相较于正常小鼠，高脂诱导IR小鼠内脏脂肪组织中miRNA-152表达下调，丝苏氨酸蛋白激酶和胰岛素受体底物-1基因表达亦明显
下调，提示miRNA-152表达下调可能仅与丝苏氨酸蛋白激酶基因表达呈正相关，miRNA-152可能直接通过调节丝苏氨酸蛋白激酶信号转导途径，参与高脂诱导
IR的发病。

3 长链非编码RNA与IR
相对于miRNA，目前关于长链非编码RNA与IR直接关系的研究较少，但长链非编码RNA仍被认为是介导胰岛素信号通路与IR的关键环节，其作用机制与关键
基因表达的控制和胰岛素靶组织(尤其是肝脏)的调控有关[28]。

Zhu等[29]证实了
受长链非编码RNA调控的MEG3基因在高糖高脂喂养的ob小鼠肝脏中表达下调，从而增加了FoxO1的表达。

FoxO1主要通过调控葡萄糖-6-磷酸酶催化亚基-2和磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶在糖异生中的表达，发挥调节肝脏糖脂代谢的作用，其在肝脏的高表达是肝源性IR的重要原因[30]。

Yan等[31]报告了在ob小鼠中肝的相关肺腺癌转录本1的表达升高，进而增强了核固醇调节元件结合转录因子1C的稳定性，促进了肝源性IR的产生。

Li等[32]发现在富含长链非编码肝特异性甘油三
酯调节RNA的肝脏中，该长链非编码RNA能够通过调节TDP-43/FXR/apoC2
信号通路，降低血浆TG的浓度，从而减少IR。

Cui等[33]发现在肝癌细胞中长链非编码肝癌高表达转录本RNA不正常地过度表达，可激活肝细胞中过氧化物酶体增殖物激活受体α和长链脂酰辅酶A合成酶1受体，升高肝细胞中TG及TC的
浓度，进而产生IR。

此外，增加的TC又能通过类维生素A受体反向上调长链非
编码肝癌高表达转录本RNA的表达，造成恶性循环。

Ruan等[34]发现在小鼠肝
脏中，长链非编码肝葡萄激酶抑制RNA能够与核内不均一核糖核蛋白L产生相互作用，阻止肝糖原合成，从而抑制葡糖激酶的活动。

Li等[35]通过转基因小鼠动物模型及人肝癌细胞模型进行实验证实，新型长链非编码RNA—HR1可以通过负调控肝脏固醇调节元件结合蛋白-1c的表达，影响细胞中的脂代谢，发挥调控IR的
作用。

Goyal等[36]报道了在db小鼠肝脏中，长链非编码RNA-H19基因的表达减少能够影响糖异生。

Pope等[37]进一步研究发现，长链非编码RNA-H19基因与肝脏疾病(包括肝纤维化、肝硬化、肝脂肪变性、肝癌)密切相关。

在人类肝癌细胞及初始肝细胞中抑制长链非编码RNA-H19的表达，可以增加糖异生基因的表
达以及肝糖原的输出而产生IR。

4 展望
综上所述，miRNA、长链非编码RNA可通过广泛参与细胞生长、分化、增殖和
凋亡等重要过程，调节相关基因的转录和转录后水平，从而影响IR的发生发展。

由于在组织中发挥作用的机制与疾病的病理、生理过程非常相似，并且能够在调控信号通路方面发挥重要的作用，长链非编码RNA被认为是临床上更好的治疗靶点，更合适作为生物标志物[38]。

长链非编码RNA在IR的预防、诊断、治疗中具有良好的前景。

然而，对于长链非编码RNA的研究仍然面临着挑战。

一方面，需要对从人类组织或细胞中提取出来的长链非编码RNA进行功能性验证，目前绝大多数的长链非编码RNA的功能还未明确；另一方面，需要从体内和体外探索功能性长
链非编码RNA在疾病中的作用机制。

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