谭忠月 孙悦航 焦磊

[摘要] 糖尿病心肌病（DCM）是糖尿病患者死亡的重要原因之一，其被定义为独立于冠状动脉疾病和高血压之外的心室功能障碍性疾病，能够诱发心力衰竭、恶性心律失常等心脏疾病，并且具有导致心源性猝死的风险。DCM患者的心脏组织在细胞水平上常常伴随着多种形态上的改变，例如心肌细胞肥大、间质纤维化和心肌内微血管病变等。在这一过程中非编码RNA（ncRNAs）扮演着重要角色，本文总结了目前关于ncRNAs在DCM研究中的一些文献，探讨利用长链非编码RNA（lncRNAs）和微小RNA（miRNAs）作为DCM的治疗靶点及生物标志物，为寻求DCM特异性及针对治疗提供新思路与新视野。

[关键词] 糖尿病心肌病;非编码RNA;长链非编码RNA;微小RNA

[中图分类号] R587.1          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2019）12（c）-0033-04

Research progress of non-coding RNA in diabetic cardiomyopathy

TAN Zhongyue   SUN Yuehang   JIAO Lei   ZHANG Ying   WANG Zhiguo

Department of Pharmacology， College of Pharmacy， Harbin Medical University， Heilongjiang Province， Harbin   150081， China

[Abstract] Diabetic cardiomyopathy （DCM） is one of the important causes of death in diabetic patients. It is defined as a ventricular dysfunction disease independent of coronary artery disease and hypertension. It is defined as ventricular dysfunction independent of coronary artery disease and hypertension， it can induce heart failure， malignant arrhythmia and other heart disease， there is also a risk of sudden cardiac death. Cardiac tissue in DCM patients often undergoes multiple morphological changes at the cellular level， such as cardiomyocyte hypertrophy， interstitial fibrosis， and intramyocardial microvascular disease. Non-coding RNAs （ncRNAs） play an important role in this process. This paper summarizes some of the current literature on ncRNAs in DCM studies. To explore the use of long non-coding RNAs （lncRNAs） and microRNAs （miRNAs） as therapeutic targets and biomarkers for DCM， and provide new ideas and new horizons for the specific treatment of DCM.

[Key words] Diabetic cardiomyopathy; Non-coding RNAs; Long non-coding RNAs; MicroRNAs

糖尿病是一種严重威胁并影响全世界人类健康的代谢综合征，是由多种因素导致的胰岛素水平降低或胰岛素不敏感而引发的以高血糖为主要特征的全身代谢性疾病。目前糖尿病已影响全球超过3.71亿人口。国际糖尿病联合会（IDF）预计，到2030年糖尿病的总患病人数将增加到5.52亿[1]。糖尿病的并发症特别多，其中对心肌的影响尤其严重，可诱发患者心力衰竭甚至猝死。糖尿病心肌病（DCM）的特征在于细胞外基质和心肌细胞重塑，这两者都有助于诱发心输出量受损[2]并导致舒张和/或收缩功能受损。2013年，Statsenko等[3]研究发现糖尿病患者存在左心室肥大、舒张功能合并或不合并收缩功能不全，这些改变是导致其发生心力衰竭的重要原因。目前，没有针对DCM的特定生物标志物以及可以阻止和预防疾病进展的治疗方案。因此，迫切需要深入研究DCM的发病机制，探索特定的生物标志物来诊断，检测和捕获疾病发展的早期序列。近年来，非编码RNA广泛参与调控DCM疾病进展，现对非编码RNA调控DCM机制进行综述。

1 非编码RNA（ncRNAs）的分类与功能

非编码RNA（ncRNAs）在生物体中广泛存在，是一类无蛋白编码功能的RNA分子。随着基因组测序等科学技术的不断发展与进步，越来越多的ncRNAs被发现与认知，并广泛参与到各种生命活动中。根据RNA的长度分类，ncRNAs可分为相对分子量较小的RNA和相对分子量较大的RNA以及特殊的环状RNA。通常将长度小于200个核苷酸的RNA定义为短链非编码RNA，一般为20～30 nt;长链非编码RNA是长于200个核苷酸的RNA转录物，不具有直接编码蛋白质的功能[4]。环状RNA（circRNA）是真核生物中环状闭合的内源生物分子，对外切核酸酶的消化具有一定的抗性，相比线性RNA更稳定。其中，分子量较小的RNA主要包括小分子干扰RNA（siRNAs）、微小RNA（miRNAs）和与Piwi蛋白质相作用的RNA（piRNAs）[5-6]。siRNA最早被发现于果蝇，全长约为21 bp，来源于大分子的双链RNA分子（包括RNA病毒复制子、转座子或转基因靶点等）。piRNAs是一种与Piwi蛋白的密切相关的短链非编码RNA，长度一般为24～31 nt[7]。环状RNA（circRNA）可以源自外显子、内含子。在功能上，circRNA与糖尿病、神经障碍、心血管疾病和癌症等疾病有关[8]。

2 miRNAs与DCM

miRNAs是一类长约22 nt的短链非编码RNA。miRNAs通过诱导沉默复合物（miRISC）降解或抑制靶基因蛋白翻译的过程从而调节基因表达。有研究显示miRNAs控制哺乳动物约30%编码基因的功能[9-10]。miRNAs在各种生物体的调节机制中发挥着重要作用，包括发育时间和宿主病原体相互作用，并且在细胞分化，肿瘤发生，细胞凋亡和增殖中也起着重要作用[11]。许多研究显示[12-13]，miRNAs在调控DCM患者心肌重构和心力衰竭上发挥关键作用。其中，糖尿病差异表达miRNAs如下表1，此外，miRNA-21、miRNA-22和miRNA-30d分别通过不同的机制参与调控DCM。

2.1 miR-21与DCM

有研究者在以人群为基础的大样本统计中，发现糖尿病患者血浆miR-21水平降低[14-16]。Dai等[17]发现db/db小鼠（来源于C57BL/KsJ近交系的常染色体隐性遗传，属Ⅱ型糖尿病模型小鼠）心脏发生舒张功能障碍后，心脏中miR-21的表达显著降低;而miR-21的过表达可有效缓解db/db小鼠的心脏舒张功能障碍。Dai等[17]通过生物信息学分析和Ago2共免疫沉淀实验，发现miR-21靶向调控凝溶胶蛋白（gelsolin）。过表达miR-21可以通过抑制凝溶胶原蛋白，抑制活性氧（ROS）的产生，提高一氧化氮（NO）的生物利用度，从而改善db/db小鼠的心脏舒张功能障碍。以上研究显示miR-21在人类DCM中发挥关键调控作用。因此，过表达miR-21有很大希望成为DCM的新的治疗策略[17]。

2.2 miR-22与DCM

Huang等[18]研究发现miR-22具有心脏保护作用，并参与心脏疾病发生发展的病理生理学过程。miR-22可以对缺氧/复氧诱导的心肌细胞损伤发挥保护作用，可以调节应激反应导致的心肌肥厚和心室重塑。糖尿病小鼠的心脏组织中，miR-22的表达水平明显下调。miR-22的缺失可使小鼠易受压力超负荷引起的心脏代偿失调，其特点是左心室扩张和收缩功能丧失。Tang等[19]通过生物信息学分析预测miR-22可以直接与Sirt1结合并增强Sirt1表达。miR-22的过表达是通过Sirt1来减轻糖尿病小鼠的氧化应激损伤和细胞凋亡。也就是说miR-22具有作为DCM有效治疗靶点的巨大潜力[19]。

2.3 miR-30d与DCM

Li等[20]发现葡萄糖刺激的心肌細胞可发生细胞焦亡（Pyroptosis）。Pyroptosis是促炎程序性细胞死亡。它具有坏死和凋亡的生化和形态学特征，但与凋亡或坏死不同，焦亡可以导致细胞因子的释放，激活促炎性免疫细胞介质。Li等[20]研究发现，mir-30d在链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病大鼠中表达显著升高。离体水平上，高浓度葡萄糖处理的心肌细胞中，mir-30d呈高表达。mir-30d表达上调使糖尿病心肌病心肌细胞焦亡情况明显加重;相反，敲减mir-30d可明显降低心肌细胞焦亡率。Forkhead box O3（Foxo3a）是参与多种细胞活动的关键调节因子，如促进细胞周期停滞，氧化清除，细胞增殖，存活和死亡。mir-30d通过直接靶向Foxo3a促进心肌细胞焦亡，总之，mir-30d在DCM病诱发心肌细胞焦亡的过程中起关键作用，这提示mir-30d有望成为DCM的有效治疗靶点[20]。

3 lncRNAs与DCM

近年来，lncRNA被发现广泛分布于大多数生物体中，数量庞大，占全部ncRNAs数量的80%～90%。lncRNAs作为发育和疾病过程中基因表达的表观遗传，转录后和翻译协调的关键参与者，与临床上多种疾病尤其是糖尿病的调控密切相关，是当下的研究热点。lncRNA定位于细胞核或胞质内，保护性lncRNA的过表达和心脏中有害的lncRNA敲低对于特定的lncRNA在DCM中的作用和功能是至关重要的。然而，由于lncRNA自身的长度，短寿命性和位置特殊性，使它们在应用以及技术上具有挑战性。总之，目前的数据显示lncRNAs是DCM的重要调节因子，并且作为DCM有希望的诊断和治疗靶标[21]。

3.1 lncRNA Kcnq1ot1与DCM

KCNQ1重叠转录本1（lncRNA Kcnq1ot1）位于KCNQ1基因座11 p15.5。LncRNA-Kcnq1ot1可通过染色质和DNA修饰蛋白的募集调节Kcnq1结构域中的多个基因。LncRNA-Kcnq1ot1可以充当ceRNA，靶向miRNA来调节靶mRNA的表达，从而影响靶蛋白的功能。其中Yang等[22]通过生物信息学分析预测发现LncRNA-Kcnq1ot1与miR-214-3p具有结合位点，并且miR-214-3p与caspase-1的非编码区具有结合位点。实验研究显示lncRNA-Kcnq1ot1在DCM的心脏组织中显著上调，沉默LncRNA-Kcnq1ot1通过上调miR-214-3p进而抑制caspase-1，从而抑制心肌细胞凋亡。此外，沉默Kcnq1ot1还可以减少细胞骨架结构异常和细胞钙超载，并改善体内心脏功能和形态。因此，将LncRNA-Kcnq1ot1开发为DCM的治疗靶点看起来很有希望[22]。

3.2 lncRNA MALAT1与DCM

LncRNA-转移相关肺腺癌转录组1（lncRNA-MALAT1）是一个高度保守的lncRNA，与多种病理过程相关，包括多种恶性肿瘤以及糖尿病相关并发症。MALAT1编码基因位于人类染色体11q13.1的短臂上，其转录本约为8 kb。炎症是糖尿病早期显著的反应，并且积极参与DCM的发展和进展。有研究显示[23]，MALAT1在糖尿病大鼠的心脏组织中显著上调，而且肿瘤坏死因子-α（TNF-α），白细胞介素（IL）-1β以及IL-6在糖尿病心肌中的水平也明显升高;敲除MALAT1后，这些炎性细胞因子的表达显著降低。此外，敲除MALAT1还可以明显改善糖尿病诱发的心肌细胞凋亡[1]，以上研究提示，敲除MALAT1通过减轻糖尿病引起的心肌炎性反应而发挥心肌保护作用。因此，敲除或抑制MALAT1可能作为DCM的新型治疗策略[23]。

3.3 lncRNA HOTAIR与DCM

HOTAIR是一个2158 bp的lncRNA，位于12号染色体HOXC基因座的反义链上，侧翼为HOXC11和HOXC12[24]。生理上HOTAIR可以介导心肌细胞凋亡、炎癥和细胞增殖。Gao等[25]发现，HOTAIR的表达水平在腹膜内注射STZ诱导的1型糖尿病小鼠心脏中明显降低。心肌细胞特异性过表达HOTAIR后心脏功能明显改善，氧化应激和炎性反应减轻，糖尿病小鼠的死亡率大幅度降低。在体外，Gao等[25]在葡萄糖诱导的H9c2中敲除HOTAIR，结果发现敲除HOTAIR导致H9c2氧化损伤，炎性反应和细胞凋亡增加。接下来Gao等[25]进行荧光素酶报告基因测定和RNA免疫沉淀（RIP）发现HOTAIR在H9c2中作为miR-34a的分子海绵起作用，并且Sirtuin 1（SIRT1）为miR-34a的靶标。此外，在SIRT1缺陷小鼠中，HOTAIR对DCM的保护作用被消除。总之，目前的研究揭示了HOTAIR在DCM中的关键调节作用是通过海绵miR-34a作为ceRNA增加SIRT1表达，提示HOTAIR有很大希望成为DCM的治疗靶点[25]。

4 结语与展望

非编码RNA（ncRNAs）与DCM的发生发展密切相关。心脏miRNAs及lncRNAs在DCM时表达异常，通过作用于不同的靶基因，促进或抑制心肌细胞肥大、心肌细胞凋亡或焦亡、间质纤维化以及心肌内微血管病变等过程，影响DCM的病情进展。因此，ncRNAs，尤其是LncRNAs和miRNAs很可能成为DCM发展过程中的一个标志物及新型的治疗靶点，起到诊断和治疗作用。

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（收稿日期：2019-10-18  本文編辑：封   华）