曾霖，黄倩，王高祥，卢赵琦，陈美艳，刘德亮，楚淑芳，李惠林

(1.广州中医药大学第四临床医学院，广东 深圳 518033； 2.南京中医药大学，南京 210000；3.深圳市中医院内分泌科，广东 深圳 518033)

流行病学调查显示我国18岁以上人群的糖尿病患病率为11.2%[1]，给社会带来巨大的医疗负担。糖代谢紊乱是导致糖尿病等代谢性疾病的主要病因，探讨调控糖代谢的因素有助于理解糖代谢紊乱的原因，进而有效地防治糖尿病等代谢性疾病。自2007年发现微RNA(microRNA,miRNA/miR)以来，目前通过miRNA测序技术已在人类基因组中发现约2 654种miRNA[2]，在不影响信使RNA(messenger RNA，mRNA)稳定性的前提下，miRNA与mRNA的3′端或5′端非翻译区结合，通过抑制下游基因表达行使其生物学功能，广泛调控细胞增殖、分化、凋亡以及各种信号转导，可作为疾病发生发展的生物标志物。miRNA与糖代谢密切相关，miRNA影响糖代谢的机制主要体现在对胰岛β细胞功能、胰岛素的合成与分泌、胰岛素的信号转导的调控。现就miRNA调控糖代谢的研究进展予以综述。

1 miRNA概述

1.1动物miRNA的生物合成 miRNA的合成经历初级转录产物miRNA→miRNA前体→成熟miRNA的过程，此过程需要多种酶和辅助蛋白的协同作用，第一步，由RNA聚合酶合成长达数千核苷酸碱基的初始微RNA；第二步，在核酸内切酶Drosha和RNA结合蛋白迪格奥尔格综合征临界区域8共同作用，将初始微RNA的茎环结构切割下来，生成miRNA前体，随后细胞核输出蛋白5将miRNA前体从细胞核转运至细胞质中，位于细胞质中的miRNA前体随即被Dicer(一种核糖核酸内切酶)切割，此过程细胞和辅助蛋白反式激活反应元件RNA结合蛋白、双链RNA依赖性蛋白激酶蛋白激活因子协同作用，最终形成一条长度约为22 nt的双链RNA；第三步，第二步生成的双链RNA被装载至Argonaute(一种保守核酸导引蛋白)蛋白上，最终形成RNA诱导沉默复合物(RNA-induced silencing complex,RISC)，5′端相对不稳定的一条单链被降解，另一条单链保留于RISC中，最终形成成熟的miRNA。

1.2miRNA的作用机制 miRNA通过靶向mRNA 3′非翻译区上的结合位点，携带RISC发挥以下3种作用：转录抑制、mRNA切割、mRNA降解，其中转录抑制作用最主要。RISC包括Ago蛋白和甘氨酸-色氨酸(glycine-tryptophan，GW)182两个核心组件，GW182通过N端与Ago蛋白结合，其C端可招募其他辅助蛋白，在上述结合蛋白的协同作用下，从以下两方面抑制mRNA翻译：抑制80S核糖体形成，阻止翻译起始；阻碍核糖体前进，中止翻译。

2 miRNA调控糖代谢的机制

2.1miRNA与胰岛β细胞功能 作为唯一合成胰岛素的内分泌细胞，胰岛β细胞功能失调可直接导致糖代谢异常。miRNA可影响胰腺发育，调控胰岛β细胞增殖、分化、凋亡。

2.1.1miRNA与胰腺发育 胰腺胚胎发育主要受配对框6、胰十二指肠同源框1、神经原素3等转录因子的调控，miR-7、miR-15a、miR-15b、miR-16、miR-106b、miR-124a、miR-195、miR-218、miR-375、miR-495均参与调控胰腺发育。配对框6促进α细胞和β细胞分化，调控早期胰岛形成，但配对框6过表达则可引起胰腺组织细胞凋亡，因此配对框6对胰腺发育起平衡调控作用，miR-7为人类胰腺组织中表达最丰富的miRNA，Kredo-Russo等[3]研究发现miR-7可靶向配对框6，通过抑制miR-7的表达阻碍胰腺发育。神经原素3可促进胰岛祖细胞转化为内分泌细胞，miR-15a、miR-15b、miR-16、miR-106b、miR-124a、miR-195在小鼠胰腺发育过程中过表达，上述miRNA可下调神经原素3的表达水平影响内分泌祖细胞形成[4]。胰十二指肠同源框1参与调控胰腺发育以及胰腺前体细胞分化为胰岛β细胞，而其自身亦受肝细胞核因子1β、肝细胞核因子6的调控。miR-375可调控胰腺胚胎发育，抑制miR-375的表达可导致胰腺发育异常，杨进等[5]成功诱导人胚胎肝细胞定向分化为胰岛素分泌细胞，在此过程中发现miR-375呈现先升高后降低的动态表达，过表达的miR-375可抑制肝细胞核因子1β表达，上调胰十二指肠同源框1的表达，阻碍胰腺发育。Simion等[6]研究发现，miR-218和miR-495可调控肝细胞核因子6的表达，影响胰腺早期发育。

2.1.2miRNA与β细胞增殖或分化 β细胞增殖或分化主要受转录调控的影响。Menin蛋白在调控细胞周期与细胞增殖方面起重要作用，let-7a、miR-24可上调Menin蛋白表达，抑制β细胞增殖[7-8]。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白参与控制细胞生长和增殖，可抑制β细胞增殖，Wang等[9]发现抑制miR-7表达可激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路，促进β细胞增殖。

miRNA亦可通过调控转录因子影响β细胞命运，如miR-15、miR-16、miR-195可通过靶向神经原素3基因诱导β细胞再生[10]，而过表达的miR-7可下调配对框6的表达，抑制β细胞分化[11]。DNA甲基化对β细胞发育具有重要作用，10-11易位酶和胸腺嘧啶DNA糖苷酶可调控DNA去甲基化，在早期胚胎和生殖细胞发育中起关键作用，miR-26a可通过下调10-11易位酶、胸腺嘧啶DNA糖苷酶的表达增加小鼠胰岛β细胞数量[12]。

转录因子v-maf肌腱膜纤维肉瘤癌基因同源物A对维持出生后小鼠的β细胞功能起关键作用，v-maf肌腱膜纤维肉瘤癌基因同源物A在2型糖尿病个体及糖尿病小鼠的胰腺组织中的表达水平下调，Nesca等[13]研究发现，miR-132可上调v-maf肌腱膜纤维肉瘤癌基因同源物A的表达，维持正常的β细胞功能。Ago蛋白参与miRNA对其靶基因的调控过程，前期研究表明Ago2与β细胞增殖相关[14]。miR-184在胰岛素抵抗模型小鼠和2型糖尿病个体的胰腺组织中处于沉默状态，miR-184的沉默可促进 Ago2的表达，进而促进β细胞增殖，而在瘦素缺乏的ob/ob小鼠中，miR-184过表达可降低Ago2蛋白水平，从而阻止β细胞代偿性增殖[15]。

miR-30家族在胚胎期胰腺组织中过表达，其中miR-30d可靶向调节因子X6，促进人多功能干细胞分化为胰岛素分泌细胞，miR-200a也具有类似作用，其机制可能为靶向转录因子锌指E盒结合蛋白1和锌指E盒结合蛋白2，抑制上皮-间充质转化。敲除miR-375的小鼠会出现β细胞数量下降以及α细胞数量上升，此外通过DNA微矩阵技术和生物信息学技术筛选的miR-375作用靶点均负调控细胞增殖。Morpholinos(一种吗啉核酸)可通过阻断蛋白质翻译过程抑制目标基因功能，Kloosterman等[10]运用Morpholinos技术发现，敲除miR-375可导致胰腺形态学异常。

2.1.3miRNA与β细胞凋亡 miR-21在1型糖尿病β细胞凋亡过程中发挥重要作用，miR-21可通过上调程序性细胞死亡因子4表达水平，激活Bax家族，引起β细胞凋亡。髓细胞白血病1基因为抗凋亡蛋白家族B细胞淋巴瘤2家族的重要成员，在细胞凋亡过程中发挥重要作用[16]。Roggli等[17]研究发现，miR-29a/b/c可下调髓细胞淋巴瘤1基因的表达，促进非肥胖糖尿病小鼠β细胞凋亡。炎症介质在β细胞凋亡中起重要作用，研究表明白细胞介素-1β、肿瘤坏死因子-α等可上调miR-34a、miR-146a的表达，体外细胞实验表明下调miR-34a、miR-146a的表达可抑制促炎性细胞因子介导的β细胞凋亡[18]。

2.2miRNA与胰岛素合成 胰岛素合成受血糖水平调控，葡萄糖在葡萄糖转运体作用下进入β细胞，经糖酵解和三羧酸循环产生腺苷三磷酸，致使胞内腺苷三磷酸/腺苷二磷酸比值增高，通过作用于胞外信号调节激酶，使胰岛素基因转录调控元件v-maf肌腱膜纤维肉瘤癌基因同源物A、配对框6、叉头框转录因子O1与胰岛素基因启动子结合，调控胰岛素合成。

miRNA主要通过以下两种方式调控胰岛素合成[19]。首先，miRNA阻碍β细胞糖代谢和腺苷三磷酸生成过程。miR-130a、miR-130b、miR-152在糖耐量异常和2型糖尿病患者胰岛中过表达，上述过表达的miRNA可负调控葡萄糖激酶和丙酮酸脱氢酶E1α亚单元，抑制糖酵解，同时阻碍丙酮酸转化为乙酰辅酶A，进而导致细胞内腺苷三磷酸/腺苷二磷酸比值下降，降低胰岛素的合成[20]。线粒体解偶联蛋白2为线粒体内膜的跨膜蛋白，在不产生腺苷三磷酸的情况下，可介导质子从内外膜间隙转运至线粒体内膜，在维持线粒体功能方面起着关键作用，线粒体解偶联蛋白2过表达可降低腺苷三磷酸生成，阻碍胰岛素合成，miR-15a可通过抑制线粒体解偶联蛋白2表达而增加胰岛素合成[21]。单羧酸转运蛋白1转运乳酸和丙酮酸入线粒体，参与β细胞中腺苷三磷酸生成，miR-29直接抑制单羧酸转运蛋白1的表达，降低腺苷三磷酸生成，减少胰岛素合成[22]。

其次，miRNA可直接调控胰岛素基因的表达。miR-7在分泌胰岛素样肽的细胞和β细胞中过表达，在小鼠中，miR-7通过抑制配对框6的表达抑制胰岛素基因转录[3]；在果蝇中，miR-7抑制胰岛素样肽基因Ilp2的转录，但具体机制不明[23]。β-制动蛋白1可调控G蛋白偶联受体的信号转导，在胰高血糖素样肽-1受体脱敏中起到重要作用[24-25]，miR-7可通过靶向β-制动蛋白1(可进入细胞核内调节核因子κB等转录因子，进而调控基因表达)调控胰高血糖素样肽-1介导的胰岛素合成[26]。miR-19b、miR-124a、miR-802可抑制胰岛素基因转录，miR-124a可靶向叉头框A1、神经元分化因子1，干扰胰岛素基因转录[27]，表皮生长因子可通过诱导表达序列标签2的激活以抑制miR-124a的表达，从而维持正常的β细胞功能[28]。过表达的miR-19b可通过靶向神经元分化因子1，干扰胰岛素基因转录[29]，miR-30d、miR-24、miR-26a、miR-148、miR-186通过下调胰岛素基因转录抑制因子性别决定区Y框蛋白6的表达，促进胰岛素基因的表达[30]。

2.3miRNA与胰岛素分泌 miRNA主要从以下两方面调控胰岛素的分泌。首先，miRNA可干扰电化学信号传递，β细胞内腺苷三磷酸/腺苷二磷酸比值增高可同时引起β细胞膜上腺苷三磷酸敏感的钾通道关闭，细胞膜极化，激活电压门控L型Ca2+通道开放，Ca2+内流增加，刺激胰岛素分泌颗粒与细胞膜融合，将合成的胰岛素分泌至细胞外。miR-26a通过抑制电压门控Ca2+通道α-1C亚通道阻碍胰岛素颗粒与细胞膜融合[31]。miR-802可抑制Ca2+/钙调蛋白依赖激酶Ⅱ介导的信号转导，抑制Ca2+内流，减少胰岛素分泌[32]。胰高血糖素样肽-1通过多条途径增加β细胞内Ca2+含量，进而促进胰岛素分泌，miR-204在β细胞过表达，可通过抑制胰高血糖素样肽-1受体的表达减少胰岛素分泌[33]。

其次，miRNA干扰β细胞的胞吐过程，miR-7通过抑制α-突触核蛋白的表达，减少对可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子结合蛋白受体复合物的募集，抑制β细胞分泌囊泡与细胞膜融合[34]。戴帽蛋白可调控肌动蛋白骨架的重塑，miR-375通过靶点肌营养蛋白基因调控戴帽蛋白的α1亚基的功能，进而干扰β细胞胞吐[35]。突触融合蛋白结合蛋白1(syntaxin-binding protein 1,Stxbp1)为可溶性N-乙基马来酰亚胺敏感因子结合蛋白受体复合物蛋白成员，可介导胰岛素颗粒与细胞膜融合过程，2型糖尿病患者胰岛中Stxbp1表达下调，而miR-9、miR-218、miR-322可直接抑制Stxbp1基因表达，下调Stxbp1的表达[36]。

2.4miRNA与胰岛素信号转导 外周靶组织通过胰岛素受体结合循环中的胰岛素，激活胰岛素受体底物，磷脂酰肌醇-3-激酶的p85调节亚基即被募集到邻近质膜，p110α催化亚基通过与p85调节亚基结合将底物4,5-二磷酸磷脂酰肌醇转化为3,4,5-三磷酸磷脂酰肌醇(phosphatidylinositol 3,4,5-trisphosphate,PIP3)，进而激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)信号通路，磷酸酯酶与人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因(phosphates and tensin homologue deleted on chromosome ten gene,PTEN)可将PIP3转化为磷酸化亚型。PIP3与Akt结合后通过靶向糖原合成酶激酶3促进糖原合成。

陷窝是一种参与胰岛素信号转导的细胞膜内陷结构，陷窝的标志蛋白陷窝蛋白为胰岛素受体的重要调控因子。Trajkovski等[37]发现miR-103和miR-107可抑制陷窝蛋白的表达，阻碍胰岛素信号转导。Let-7在小鼠肌肉组织中表达，可通过抑制胰岛素受体、胰岛素受体底物2、胰岛素样生长因子1受体的表达干扰胰岛素信号转导[38]。miR-15b、miR-33、miR-378则分别通过抑制胰岛素受体、胰岛素受体底物2、p110α的表达阻碍胰岛素信号转导[39-41]。过表达的细胞因子信号抑制剂(suppressor of cytokine signaling,SOCS)通过下调胰岛素受体底物1、胰岛素受体底物2表达阻断胰岛素信号转导，miR-185可下调SOCS3的表达，促进胰岛素信号转导[42]。过表达的miR-802可上调SOCS1、SOCS2的表达，抑制胰岛素信号转导[32]。氧化固醇结合蛋白相关蛋白8在Akt磷酸化过程中起着重要作用，过表达的miR-143可下调氧化固醇结合蛋白相关蛋白8的表达，减弱胰岛素对Akt的激活，阻碍胰岛素信号转导[43]。miR-155在肥胖个体呈现过表达，脂肪组织来源的miR-155可下调过氧化物酶体增殖物激活受体γ的表达，导致胰岛素抵抗[44-45]。

miRNA亦可调控胰岛素信号转导后的肝糖代谢。miR-19a可下调PTEN的表达，抑制PTEN对糖原合成酶激酶3的激活，刺激肝糖原合成[46]。肝细胞表达的miR-33可导致糖原磷酸化酶、磷酸葡糖变位酶水平下降，促进肝糖原生成[47]。肌肉组织表达的miR-27a可抑制糖原磷酸化酶、磷酸葡糖变位酶、α-葡萄糖苷酶，增加糖原的累积[48]。磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶、葡糖-6-磷酸酶是肝糖异生的主要调节因子，其激活过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α及叉头框转录因子O1的调控。miR-27、miR-29、miR-451、miR-33b、miR-446b可通过直接靶向糖异生相关酶以及转录因子调控糖异生。miR-446b可直接抑制磷酸烯醇丙酮酸羧化激酶的表达，降低糖异生水平[49]，miR-27通过靶向叉头框转录因子O1负调控肝糖异生[50]。miR-29在葡萄糖激酶糖尿病大鼠肝脏组织中过表达，过表达的miR-29通过下调过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子-1α、葡萄糖-6-磷酸酶的表达抑制肝葡萄糖生成[51]。在肝脏组织中，葡萄糖和胰岛素可通过抑制甘油激酶的表达上调miR-451的表达，miR-451可通过Akt-叉头框转录因子O1-磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶/葡萄糖-6-磷酸酶信号通路调控肝糖异生[52]。miR-33b可直接抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶和葡萄糖-6-磷酸酶的表达以降低糖异生，miR-33b和固醇调节元件结合蛋白1为同种基因的共同表达物，固醇调节元件结合蛋白1可促进肝糖原生成，同时抑制糖异生基因表达，而胰岛素可上调miR-33b和固醇调节元件结合蛋白1的表达，以有效地抑制肝糖异生[47]。

3 小 结

糖代谢紊乱为糖尿病等相关代谢性疾病的主要病理生理特征，miRNA具有组织特异性，在体液中含量稳定，可穿梭于细胞之间，因此miRNA可有效作为疾病早期诊断的标志物。miRNA通过干预β细胞功能、调节胰岛素的合成与分泌、调控胰岛素信号转导等调控糖代谢。近年发现miRNA可被远处细胞摄取，发挥类似“激素”的传递信号的作用，可在一定程度预测糖代谢紊乱，但目前研究处于起步阶段。随着研究不断深入，miRNA将有助于糖尿病等相关代谢性疾病的诊断和治疗。