MicroRNA-122在肥胖及2型糖尿病中的研究进展

Research Progress of MicroRNA-122 in Obesity and Type 2 Diabetes

摘要: 糖尿病的患病率呈现逐年上升的趋势，其中罹患2型糖尿病的人群占到总糖尿病患病人数的90%，而在糖尿病患者中超重人群占比约41%、肥胖人群占比约24.3%，早期诊断，早期干预肥胖与2型糖尿病对于人类的健康非常重要。miR-122在肥胖及2型糖尿病发生发展中具有重要的调控作用，且具有一定的诊断性能。本文主要针对miR-122在肥胖以及2型糖尿病相关方面的研究进展进行阐述。

Abstract: The prevalence of diabetes is on the rise year by year. The people suffering from type 2 diabetes account for 90% of the total diabetes patients. Among diabetes patients, overweight people account for about 41% and obese people account for about 24.3%. Early diagnosis and early intervention of obesity and type 2 diabetes are very important for human health. miR-122 plays an important reg-ulatory role in the occurrence and development of obesity and type 2 diabetes, and has certain di-agnostic performance. This article focuses on the research progress of miR-122 in obesity and type 2 diabetes.

1. 引言

随着社会的进步及人们生活水平的改善，糖尿病的患病率呈现逐年上升的趋势，其中罹患2型糖尿病的人群占到总糖尿病患病人数的90% [1]，而在糖尿病患者中超重人群占比约41%、肥胖人群占比约24.3%、腹型肥胖[腰围 ≥ 90 cm (男)或≥85 cm (女)]者高达45.4% [2]。肥胖增加了糖尿病患者罹患多种并发症的可能性，给人们生理及心理上造成了严重不良的影响，已成为全球不可忽视的公共卫生问题之一。多种研究证据表明，对患者进行体重管理，可以延缓疾病的进程，甚至降低糖尿病的发生率 [3] [4]。微小RNA因其具有高度保守的稳定性，在多种疾病的发生机制中具有重要的调控作用，在既往研究中显示出了良好的诊断性能。众多miRNAs中，研究证实miR-122与肥胖以及2型糖尿病的发生发展关系密切 [5] [6] [7]。本文就miR-122在肥胖及2型糖尿病相关方面的研究进展进行阐述，对疾病早期诊断，早期治疗指标的选择方面具有重要意义。

2. 肥胖

西方国家的成年人中约有1/3属于肥胖(Obesity)人群，而我们国家超重以及肥胖的群体占比较前也显著增加。肥胖的标准是通过体质指数(body mass index, BMI)来定义的，BMI ≥ 30 kg/m²是肥胖的国际化标准。肥胖易并发多种疾病，是很多代谢性疾病的起点 [8]。肥胖发生的具体机制尚未完全明确，可能与遗传、饮食习惯、内分泌紊乱以及精神因素等相关，脂肪组织的积累直接导致肥胖的产生，它的组成及功能的改变与肥胖有关并且有助于2型糖尿病的形成 [9]，而脂肪组织本身是一种内分泌组织，它对局部的微环境和邻近组织的代谢功能以及全身的生理调节都有特定的影响。

目前肥胖人群中2型糖尿病人群占比也越来越多，肥胖是2型糖尿病发生发展的驱动因素之一，此外还受脂肪因子、炎性细胞因子、生长激素、胰岛素敏感性等的影响。与这些因素相关的代谢异常可能通过不同的信号通路影响疾病的进程 [10]。肥胖2型糖尿病(T2DM)已成为严重影响人们健康的慢性疾病，有些专家称其为糖胖病 [11]。

3. 2型糖尿病

从20世纪以来，糖尿病(diabetes mellitus)一直呈上升趋势，预计2030年，全球DM患者将达7亿，其发病率、并发症发病率与日俱增 [12]。长期慢性的血糖高容易引起一系列并发症，导致靶器官的损害，也会出现酮症酸中毒等急性病症，严重的可危及生命。

在我国，2型糖尿病占比达95%以上，主要是胰岛素分泌不足以及胰岛素抵抗引起，它的发生与血脂代谢紊乱、炎症水平、环境因素以及遗传因素密切相关，很多报道也证实了肥胖与2型糖尿病发生明显相关。

4. MicroRNA及miR-122概述

微小RNA (miRNAs)属于一种内源性的非编码小RNA序列，在生物体内广泛存在。miRNAs一般有20个左右核苷酸组成，虽然序列短但是具有超强的稳定性能，在转录后水平上发挥他们的作用。主要机制是通过抑制翻译或降解mRNA来负调控基因的表达 [13] [14]。迄今为止已经发现了大约有3000多个miRNA，因为miRNAs是信使RNA (mRNA)表达的重要调节器，并且能够控制多个靶点，在细胞的分化、增殖、凋亡、糖脂代谢及癌症的发生等很多生物过程中发挥着调控作用。miRNAs的异常表达往往与多种代谢紊乱相关，肥胖、高脂血症、糖尿病及其相关的代谢疾病是其中比较常见的病因 [15]。研究发现，miRNA具有极好的生化稳定性能和表达丰度稳定性，这种稳定性使它具有了成为疾病诊断指标的良好潜能。

既往研究已表明，在肝脏中共有277个miRNA表达，其中miR-122被认为是最有标志性意义的一个 [16]。miRNA-122来自于18号染色体上的单个基因组位点，主要参与调控肝脏的胆固醇、血脂代谢以及肝脏中细胞的分化等，在脂质稳态中起着关键作用 [17]。人的miR-122有两个成熟体，其中之一ID为hsa-miR-122-5p，另一个为ID为hsa-miR-122-3p在体内通过相关的信号通路对机体发挥着调控作用。miR-122与肥胖的关系，重要的中间枢纽也在于肝脏。

5. miR-122与肥胖相关的研究

5.1. miR-122与肥胖

miR-122是一种非常保守的小RNA，在对一组埃及患者miR-33a和miR-122与肥胖指数和血糖参数的相关性的研究中，使用TaqMan测定法进行实时定量聚合酶链反应(RT-PCR)来估计100名被诊断患有代谢综合征的患者和50名健康对照者的血清样本中的miR-122。所有患者(100%)都患有2型糖尿病(根据病史和实验室评估)，70%为肥胖(BMI ≥ 30 kg/m)。结果：与对照组相比，患者血清中miR-33a和miR-122的表达水平显著升高。与健康对照组相比，miR-122在患者组中高度表达(表达上调)，变化为1.9倍。与健康组相比，身体质量指数(BMI)、腕围(Wc)、体重(Wt)和身高(Ht)等临床参数以及总胆固醇(TC)和甘油三酯(TG)，患者显著升高。均具有统计学意义(p < 0.001)。结论证实miR-122可能作为诊断代谢综合征的可靠生物标志物 [18]。

有文献研究了富含miR-122的外泌体对维生素D3受体(VDR)和甾醇调节元件结合转录因子1 (SREBF1)表达的影响及其在脂肪生成过程中的作用。通过双荧光素酶报告基因和染色质免疫沉淀测定评估VDR与miR-122或SREBF1之间的关系。发现了在高脂饮食诱导的肥胖雄性小鼠中过表达的miR-122促进脂肪的生成，抑制miR-122通过调节VDR、SREBF1、过氧化物酶体增殖物激活受体γ、脂蛋白脂肪酶和脂联素可以阻止脂肪生成。VDR是miR-122的直接靶标。敲除Srebf1或过表达VDR可抑制脂肪生成。它可以与SREBF1启动子的BS1区域结合并抑制SREBF1的表达。最终证实miR-122的脂肪组织来源的外泌体(Exo-AT)通过调节VDR/SREBF1轴促进脂肪生成从而可导致肥胖的发生 [5]。

5.2. miR-122与脂质代谢相关

miR-122与肥胖相关的机制，主要体现在通过转录后调控基因的表达，与甘油三酯、胆固醇、脂肪酸代谢相关。

5.2.1. miR-122调节甘油三酯代谢

甘油三酯(TG)是人体脂肪组织中最丰富的脂质，也是包括肥胖型T2DM在内的风险相关因素。有研究报道母体食用高脂肪饮食会通过调节肝脏β-氧化相关基因和miRNA的表达来影响后代的早期脂质代谢，这些基因和miRNA可导致后代成年生活中的血脂代谢紊乱 [19]。高血脂容易导致腹型肥胖，最易发展为脂肪肝，导致非酒精性肝硬化(NAFLD)的发生。microRNA已成为NAFLD的主要调节因子。有研究发现，健康大鼠餐后高血脂会引起肝脏中miR-33a和miR-122的表达水平明显升高，而并呈剂量依赖性 [20]。进一步研究证实，发挥作用的是miR-122-5p活性片段，随着NAFLD疾病进展，miR-122-5p表达增加 [21]。miR-122-5p通过作用于体内靶基因FOXO3，可减轻饮食诱导的NAFLD中的炎症反应和氧化应激损伤 [22]。

5.2.2. MiR-122调节胆固醇的代谢

Erin等人使用了手术诱导的宫内生长受限(IUGR)的大鼠模型，并从受孕前到哺乳期给大鼠喂食常规饮食或高饱和脂肪饮食(HFD)。在断奶时，与暴露于相同HFD的非IUGR大鼠相比，暴露于母体HFD的IUGR雌性大鼠肝脏胆固醇增加，肝脏胆固醇7α羟化酶(Cyp7a1)蛋白和肝胆汁酸减少，肝脏miR-122增加。抑制miR-122会增加肝脏Cyp7a1蛋白并降低肝脏胆固醇。胆固醇7α羟化酶(Cyp7a1)启动胆固醇分解代谢为胆汁酸以从体内消除，并受microRNA-122 (miR-122)的调节。研究结果表明，IUGR与HFD母体部分是通过抑制miR-122的表达增加Cyp7a1蛋白从而降低了胆固醇水平 [23]。Cirera等人分析了饲喂高胆固醇或标准饮食11周的完整年轻雄性小型猪中microRNA-122 (miRNA-122)及其靶mRNA CAT1的表达水平。已知miRNA-122和CAT1是脂质代谢的重要调节剂。饲喂期间每周监测一次小猪仔的体重；在进食动物的4个时间点(8、14、16和19周龄)记录总胆固醇、甘油三酯、高密度脂蛋白和低密度脂蛋白。与标准饮食的动物相比，饲喂高胆固醇的猪的体重、总胆固醇和高密度脂蛋白更高。相比之下，高胆固醇饮食的猪的甘油三酯水平低于标准饮食的猪。饲喂高胆固醇的猪的miRNA-122水平也低于饲喂标准饮食的猪。这些结果与以上研究结论一致，都证实了抑制miR-122的表达可以降低体内的胆固醇水平，在改善机体的肥胖过程中发挥着调控作用 [24]。

5.2.3. miR-122调节脂肪酸代谢

2013年有文献研究证实抑制microRNA-122的表达可以减少脂肪酸的合成 [25]。随后2017年Wu等人进一步验证了microRNA-122通过与mRNA的3’-非翻译区(3’ UTR)结合对YY1进行调节。结果：miR-122在游离脂肪酸(FFA)诱导的脂肪变性肝细胞中下调，链脲佐菌素和高脂饮食(STZ-HFD)在小鼠中诱导非酒精性脂肪性肝炎(NASH)。在FFA诱导前用miR-122模拟物转染肝细胞可抑制体外脂滴形成和TG积累。这些结果通过在STZ-HFD诱导的NASH小鼠肝脏中过表达miR-122得到证实。荧光素酶报告基因分析和定量PCR分析证实miR-122直接与YY1 3'UTR结合以负调节HepG2和Huh7细胞中的YY1 mRNA。YY1下游的(FXR-SHP)信号轴可能在miR-122调节的脂质稳态机制中起关键作用。由FFA负调控的YY1-FXR-SHP信号通过miR-122过表达而增强。结论：目前的结果表明，miR-122通过降低YY1 mRNA稳定性来上调FXR-SHP信号传导，在肝脏中的脂质(尤其是TG)积累中起重要作用 [26]。

6. miR-122与2型糖尿病

研究表明，脂质稳态与肥胖以及2型糖尿病的发生机制联系紧密。在与T2DM相关的很多生化指标当中，TG是较有统计学意义的指标。将TG与T2DM联系起来的潜在机制可能是指游离脂肪代谢的途径。作为大量FFA，TNF-α、白细胞介素6等超大脂肪组织释放的化合物可以产生胰岛素抵抗。TG水平升高会产生的FFA水平相应增加进而会增加胰岛素的抵抗。已经证实，胰岛素抵抗的最终结果导致产生T2DM的几率较大。在原代培养的大鼠肝细胞中，高胰岛素血症会使miRNA-132和miR-122的表达增加。CYP2E1的表达随着胰岛素浓度的增加反而降低，并且已被证明受磷脂酰肌醇3-激酶(PI3-K)/蛋白激酶B (Akt)/哺乳动物雷帕霉素靶标(mTOR)信号通路的调节。使用PI3-K、Akt和mTOR抑制剂后，胰岛素介导的miR-132、miR-212和miR-122表达水平明显下降。这些数据表明，miR-132、miR-212和miR-122可以作为胰岛素信号传导的反应的标志物 [27]。这些数据全部表明，miR-122可能直接或者间接的与血脂、游离脂肪酸、胰岛素抵抗存在某种相关性。在妊娠期糖尿病患者血清与胎盘组织中研究发现miR-122表达增高，且也与胰岛素抵抗具有相关性 [28]。既往曾有研究表明，黄连素可以调控肝脏糖异生和脂代谢关键蛋白的表达水平，是通过抑制HNF4α的表达实现的，而HNF4α下游靶基因正是miR-122 [29]。

长期慢性的代谢紊乱容易诱发各种糖尿病的并发症，慢性高糖高脂的刺激容易引起血管的动脉粥样硬化导致冠心病，既往研究发现在糖尿病组以及糖尿病合并冠心病组miRNA-122表达显著上调。ROC曲线分析显示miRNA-122对于冠心病以及冠心病合并DM患者中具有良好的诊断价值。最近研究报道了miRNA-122可以作为2型糖尿病患者冠状动脉硬化的预测标记物 [30]。

糖尿病视网膜病变(PDR)是糖尿病最严重的眼部并发症，严重的可能导致视力障碍甚至失明，属于微血管并发症之一。在流行病学研究中，1型糖尿病和2型糖尿病患者的PDR、心血管疾病和死亡率之间建立了关联。在PDR患者中发现miR-122表达是增加的，这可能与其预防血管生成和增殖的作用有关。同样在糖尿病肾病导致的肾脏纤维化研究中发现，可以通过调节miR-122-5p/PKM轴抑制肾脏纤维化的加重，来减轻高血糖带给肾脏的损伤 [31]，最新研究报道miR-122-5p通过作用于FIH-1/HIF-1α通路，可以减轻糖尿病肾病肾小管的细胞坏死 [32]。miR-122-5p还可以通过FOXP2轴促进该基因的转录来较少糖尿病肾病肾小管上皮细胞向间质细胞的转化 [33]。血清中的miRNA已被认为是糖尿病和血管并发症的潜在微创生物标志物之一 [34]。miR-122除调节代谢外，在机体炎症反应以及调节免疫方面也有巨大的潜力 [35]。

7. miR-122与肥胖伴糖尿病

随着体质量指数(BMI)的增加，肥胖人群的脂肪细胞会增生、肥大，最终导致白色脂肪组织的增加，白色脂肪组织储存在皮下及内脏等多个地方，其中内脏脂肪持续增加会引起全身低度炎症反应的产生，进而引起全身各个器官的功能障碍。肥胖还会增加胰岛素抵抗，降低胰岛素的敏感性，容易导致出现心血管损害、冠心病、糖尿病等的发生，给人的健康带来严重危害。肥胖人群对糖尿病的易感性还与堆积的部位及脂肪稳定性有关。研究证实腹型肥胖相比其他部位肥胖的人群，更具有糖尿病易感性 [36]。另外肥胖还具有遗传易感性，如果父母肥胖，孩子发生肥胖的几率明显增加。

miR-122与肥胖的关系，重要的中间枢纽在于肝脏。氧化应激以及感染的发生可能导致肝脏功能的异常，从而亦可以影响脂肪的代谢，从而导致体内代谢紊乱的发生。有研究表明抑制小鼠miR-122导致与脂质代谢有关的基因表达下调，如Acly、Mttp和Srebp-1这些基因的表达。所以我们推测miR-122很可能是通过机体内的相关信号通路通过影响基因的表达从而间接影响了生化指标水平的高低。但也只是推测而已，不过足以证明研究miR-122在血脂相关代谢性疾病中应该是具有较重要的临床应用价值。糖尿病合并肥胖的患者中血脂水平往往是较正常人偏高的，而miR-122又在血脂水平偏高的患者中表达显著升高。我们预测它在糖尿病合并肥胖的人群中表达很有可能也是上调的。

8. 结论

血糖、血脂代谢的紊乱，胰岛素信号传递的障碍以及胰岛素的抵抗等，可直接或者间接地增加心血管疾病、高脂血症、肥胖以及2型糖尿病的风险程度。目前的研究证实，miR-122与人体代谢方面有着千丝万缕的关系。miRNA-122参与调控肝脏胆固醇、血脂血糖代谢以及肝脏细胞的增殖、分化等过程，在机体的稳态中起着关键作用。在肥胖及糖尿病甚至肥胖伴糖尿病患者中具体的作用机制，相关的信号通路都尚未完全明确，值得进一步深入研究。

NOTES

^*通讯作者Email: [e-mail]