崔曉艷 閆 爽

國(guó)際糖尿病聯(lián)盟最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)成人糖尿病患者數(shù)量已達(dá)1.14億，未明確診斷的糖尿病患者為6130萬(wàn)人，另有糖尿病前期患者4680萬(wàn)人[1]。由于長(zhǎng)期高糖毒性的刺激導(dǎo)致了2型糖尿病慢性并發(fā)癥的發(fā)生和發(fā)展，嚴(yán)重?fù)p害人類(lèi)健康，但目前仍缺乏有效的早期分子檢測(cè)指標(biāo)和靶向診療方法。最新研究發(fā)現(xiàn)，外泌體microRNA(miRNA)可通過(guò)轉(zhuǎn)錄后機(jī)制抑制靶基因的表達(dá)，參與多種病理過(guò)程，包括腫瘤轉(zhuǎn)移、動(dòng)脈粥樣硬化、慢性炎癥和胰島素抵抗等，在涉及器官間通訊的糖尿病病理過(guò)程中也發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用[2]。本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展，對(duì)外泌體microRNAs在2型糖尿病各種慢性并發(fā)癥中的調(diào)控機(jī)制做一綜述，探尋防治2型糖尿病慢性并發(fā)癥的新靶點(diǎn)。

一、外泌體概述

細(xì)胞可分泌包含蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、核酸和膜受體的納米級(jí)囊泡，這些囊泡具有介導(dǎo)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至鄰近和遠(yuǎn)處的細(xì)胞的功能。外泌體是這類(lèi)囊泡的一種，作為蛋白質(zhì)和DNA/RNA負(fù)載的載體，參與調(diào)節(jié)靶細(xì)胞的多種生物學(xué)效應(yīng)，攜帶諸多生物分子，能夠介導(dǎo)自身和遠(yuǎn)距離細(xì)胞間的信息交流。

1.外泌體的發(fā)現(xiàn)和形成：外泌體(exosomes)于1987年首次在綿羊網(wǎng)織紅細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)并命名。其發(fā)生始于質(zhì)膜的向內(nèi)出芽，隨后形成含有膜蛋白的早期內(nèi)吞體，繼而內(nèi)吞體內(nèi)陷以及特定蛋白質(zhì)和RNA的封閉，產(chǎn)生了多泡體，最終與融合質(zhì)膜形成外泌體[3]。多種細(xì)胞可以產(chǎn)生外泌體，如樹(shù)突狀細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞等[4]。此外，因外泌體具有脂質(zhì)雙層結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用，可穩(wěn)定存在于各種體液(如血液和尿液等)而不被降解，其脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組分可以影響藥代動(dòng)力學(xué)特性[3～5]。

2.外泌體的生物學(xué)功能:(1)外泌體介導(dǎo)miRNAs轉(zhuǎn)移：外泌體miRNAs在囊泡結(jié)構(gòu)的保護(hù)下穩(wěn)定存在于循環(huán)中，然后轉(zhuǎn)移到靶細(xì)胞中以調(diào)控某些基因的表達(dá)。Nazarenko等[6]在肥大細(xì)胞源性外泌體中首次發(fā)現(xiàn)miRNA，隨后經(jīng)深入研究，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多種miRNAs，目前為止已知人體中的miRNAs種類(lèi)多達(dá)700余種。(2)外泌體介導(dǎo)的腫瘤微環(huán)境調(diào)節(jié)：外泌體miRNAs可以進(jìn)入腫瘤微環(huán)境，從而加速腫瘤的血管生成和轉(zhuǎn)移。Felicetti等[7]從人黑素瘤細(xì)胞分泌的外泌體中分離出miR-222，該miRNA通過(guò)抑制抑癌基因p27-Kip1來(lái)促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖和侵襲。采用脂肪細(xì)胞和纖維細(xì)胞來(lái)源的外泌體對(duì)卵巢癌細(xì)胞進(jìn)行預(yù)處理時(shí)發(fā)現(xiàn)凋亡受抑制，表明外泌體可能參與腫瘤免疫逃逸的機(jī)制[8]。(3)外泌體作為細(xì)胞間通訊的遞質(zhì)：外泌體可以介導(dǎo)細(xì)胞間通訊，針對(duì)特定位置可以作為生物學(xué)過(guò)程的介質(zhì)[9]。人腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞來(lái)源的外泌體可能促進(jìn)抗病毒因子向巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)移，從而可以預(yù)防人類(lèi)免疫缺陷病毒的神經(jīng)入侵[10]。

二、外泌體microRNA與糖尿病的發(fā)病機(jī)制

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是一種慢性代謝紊亂性疾病，患者體內(nèi)存在高葡萄糖水平，多器官功能障礙則是其發(fā)病和死亡的主要原因。外泌體是糖尿病發(fā)病機(jī)制的新研究領(lǐng)域之一，其在調(diào)節(jié)細(xì)胞間通訊中發(fā)揮重要作用，故受到了廣泛關(guān)注。

miRNA是一類(lèi)小型的非編碼RNA分子，包含大約22個(gè)核苷酸[11]。miRNAs(如miR-223和miR-29)可通過(guò)各種途徑發(fā)揮調(diào)節(jié)脂質(zhì)或葡萄糖代謝、肝糖異生、胰島素分泌等作用。攜帶miRNA的外泌體具有更有效地作用于遠(yuǎn)處組織的優(yōu)勢(shì)，故某些外泌體miRNAs可通過(guò)靶向蛋白充當(dāng)胰島素敏感度調(diào)節(jié)劑，成為引發(fā)糖尿病的病理因素[12]。Katayama等[13]通過(guò)研究血清來(lái)源的外泌體miRNAs表達(dá)譜發(fā)現(xiàn)，外泌體miR-20b-5p高濃度釋放于DM患者體內(nèi)，靶向作用于AKT相關(guān)蛋白(AKTIP)，該蛋白與AKT直接相互作用，從而增強(qiáng)AKT調(diào)節(jié)位點(diǎn)的磷酸化，減少人骨骼肌中原始糖原的積累來(lái)增強(qiáng)AKT活性，最終導(dǎo)致胰島素抵抗。胰腺癌衍生的外泌體miRNAs(miR-450b-3p和miR-151-3p)進(jìn)入C2C12肌管后抑制胰島素信號(hào)和PI3K/Akt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，保留胰島素誘導(dǎo)的FoxO1核排斥，以及損害葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)子GLUT4的功能[14]。由此可知，外泌體miRNAs參與了糖尿病的發(fā)病機(jī)制。

三、外泌體microRNA與2型糖尿病慢性并發(fā)癥

2型糖尿病是糖尿病最常見(jiàn)的類(lèi)型之一。2型糖尿病慢性并發(fā)癥主要?dú)w因于以下促成因素，如高血糖、高血脂、晚期糖基化終產(chǎn)物、生長(zhǎng)因子和炎性細(xì)胞因子等，不僅嚴(yán)重?fù)p害患者的身心健康，更是全球人類(lèi)健康的一大危機(jī)。外泌體miRNA與2型糖尿病慢性并發(fā)癥的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。

1.外泌體microRNA與2型糖尿病微血管并發(fā)癥：(1)糖尿病腎?。禾悄虿∧I病(diabetic nephropathy,DN)是2型糖尿病(T2DM)的常見(jiàn)慢性并發(fā)癥之一，若未及時(shí)控制則引起腎功能漸進(jìn)性惡化。尿微量白蛋白是目前最常用于診斷糖尿病腎病的指標(biāo)，但蛋白尿在早期被檢測(cè)的能力有限，且腎功能的惡化通常先于蛋白尿，非大量白蛋白尿型腎臟疾病的診斷更為復(fù)雜[15]。近期研究發(fā)現(xiàn)，外泌體miRNAs在DN病理生理學(xué)中參與信號(hào)級(jí)聯(lián)發(fā)揮作用，表明外泌體miRNAs可能是治療DN有前景的靶點(diǎn)之一。外泌體miR-16-5p(來(lái)源于人尿源性干細(xì)胞)的過(guò)表達(dá)可以保護(hù)高血糖誘導(dǎo)的人足細(xì)胞，抑制血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子A的表達(dá)并促進(jìn)足細(xì)胞增殖從而抑制足細(xì)胞凋亡及保護(hù)足細(xì)胞免受損傷從而改善DN，為DN的治療提供了新視角[16]。此外，尿源性外泌體miR-877-3p在DN患者體內(nèi)的含量明顯高于普通糖尿病患者，其與腎臟纖維化有關(guān)[17]。提示尿源性外泌體miRNAs(miR-16-5p、miR-877-3p)可能成為一種預(yù)測(cè)及診斷DN的分子標(biāo)志物和頗有前景的治療方法，但其確切調(diào)控機(jī)制有待進(jìn)一步研究。(2)糖尿病視網(wǎng)膜病變：糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)是T2DM嚴(yán)重的微血管并發(fā)癥，是成人失明的主要原因之一。 DR的發(fā)病涉及多種復(fù)雜機(jī)制，如炎癥、氧化應(yīng)激、視神經(jīng)變性和自噬等。已有研究證實(shí)，外泌體miRNAs在DR的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮關(guān)鍵作用，可作為篩查和治療DR的手段之一[18]。活性氧(reactive oxygen species，ROS)是參與DR發(fā)展的主要致病因素，T2DM顯著增加外泌體miR-15a(來(lái)源于胰腺β細(xì)胞)的釋放，過(guò)表達(dá)的外泌體miR-15a通過(guò)靶向介導(dǎo)Akt3和抑制PI3K激酶通路導(dǎo)致氧化應(yīng)激，誘導(dǎo)活性氧積累的途徑，導(dǎo)致細(xì)胞死亡。隨著病情進(jìn)展，增加的miR-15a以外泌體形式進(jìn)入血液后被轉(zhuǎn)運(yùn)到視網(wǎng)膜，以致視網(wǎng)膜損傷[19,20]。由此可見(jiàn)，外泌體miR-15a不僅與糖尿病的嚴(yán)重程度相關(guān)，還參與DR的發(fā)生和發(fā)展。循環(huán)外泌體miRNAs在糖尿病患者和健康者之間存在差異表達(dá)，DR患者血漿外泌體miRNAs不僅誘導(dǎo)周細(xì)胞脫離和周細(xì)胞/內(nèi)皮細(xì)胞遷移，而且增加周細(xì)胞/內(nèi)皮細(xì)胞的通透性和新生血管形成，此外，從DR患者血漿中提取的外泌體miRNAs(miR-150-5p、miR-21-3p和miR-30b-5p)在視網(wǎng)膜微血管的體外模型中能夠誘導(dǎo)視網(wǎng)膜病變[21]。由此可見(jiàn)，外泌體miRNAs可能是評(píng)價(jià)DR發(fā)病的潛在生物學(xué)標(biāo)志物，更可能是DR治療的新靶點(diǎn)。

2.外泌體microRNA與動(dòng)脈粥樣硬化：2型糖尿病患者出現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化目前已成為常見(jiàn)病、多發(fā)病,動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生與炎性反應(yīng)及免疫功能異常密切相關(guān)[22]。因此控制炎性反應(yīng)、保護(hù)患者的血管內(nèi)皮功能是治療動(dòng)脈粥樣硬化的重要途徑[23]。研究表明，外泌體miRNAs在炎性反應(yīng)、內(nèi)皮細(xì)胞功能、平滑肌細(xì)胞功能、膽固醇的穩(wěn)態(tài)及血管新生等方面起重要作用[24]。在哺乳動(dòng)物體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的第1個(gè)miRNA是腺癌細(xì)胞來(lái)源的外泌體miR-21，其中內(nèi)皮細(xì)胞的miR-21在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中顯著增加，通過(guò)直接靶向抑癌基因PTEN而發(fā)揮藥理作用，miR-21/PTEN通路在調(diào)節(jié)動(dòng)脈粥樣硬化的內(nèi)皮細(xì)胞功能、凋亡和炎性反應(yīng)過(guò)程中承擔(dān)重要功能[25]。血流動(dòng)力學(xué)改變是影響動(dòng)脈血管內(nèi)皮細(xì)胞功能的因素之一，其與血管斑塊的形成及發(fā)展密切相關(guān)，血管分叉處常產(chǎn)生湍流，其相應(yīng)的剪切力則可以誘導(dǎo)外泌體miR-21、miR-92a、miR-663等miRNAs的表達(dá)[26]。外泌體miRNAs的表達(dá)具有抗動(dòng)脈粥樣硬化的作用[27]?？梢?jiàn)，外泌體miRNAs參與了T2DM動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病機(jī)制。對(duì)外泌體miRNAs分子機(jī)制的深入研究，有利于為防治T2DM患者發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化提供新的臨床佐證。

3.外泌體microRNA與糖尿病周?chē)窠?jīng)病變：糖尿病周?chē)窠?jīng)病變(diabetic peripheral neuropathy，DPN)是T2DM的主要慢性并發(fā)癥之一，目前無(wú)明確有效的治療方法。Qing等[28]研究表明，來(lái)源于施萬(wàn)細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和間充質(zhì)干細(xì)胞的外泌體miRNA可以促進(jìn)周?chē)窠?jīng)再生，參與神經(jīng)和血管再生等許多關(guān)鍵過(guò)程。DPN炎癥的常見(jiàn)下游機(jī)制之一是激活NF-κB途徑，通過(guò)觸發(fā)產(chǎn)生的一系列促炎性細(xì)胞因子和趨化因子引起神經(jīng)元功能障礙。外泌體miRNAs(miR-17、miR-23a和miR-125b)能夠靶向參與TLR4/NF-κB信號(hào)通路和晚期糖基化終產(chǎn)物信號(hào)受體，隨之激活炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)和調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞表型。其中，間充質(zhì)基質(zhì)細(xì)胞源性外泌體miRNA不僅能下調(diào)TLR4/NF-κB信號(hào)通路的表達(dá)，顯著降低糖尿病小鼠坐骨神經(jīng)的促炎性細(xì)胞因子水平，還能將炎癥巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為M2表型來(lái)抑制炎性反應(yīng)，繼而促進(jìn)DPN的神經(jīng)血管重塑和功能恢復(fù)[29]。深入探究外泌體miRNAs對(duì)DPN的調(diào)控機(jī)制，可為DPN的診治提供新穎的視角。

四、展 望

2型糖尿病及其導(dǎo)致的多種慢性并發(fā)癥給人們的身心健康帶來(lái)了極大的危害，合理有效地對(duì)其進(jìn)行早期診斷和防治是全球性的公共衛(wèi)生問(wèn)題。綜上所述，外泌體microRNA作為細(xì)胞間通訊的介質(zhì)，可以在許多疾病的病理生理過(guò)程中發(fā)揮生物信息調(diào)控的作用。大量研究發(fā)現(xiàn)，多種外泌體miRNAs在2型糖尿病慢性并發(fā)癥的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要的生物學(xué)作用，有望為該組疾病的早期篩查、診治和預(yù)后評(píng)估等提供可靠的新型分子生物學(xué)指標(biāo)。

盡管這些研究的發(fā)現(xiàn)為2型糖尿病慢性并發(fā)癥的診治提供了令人興奮的靶向，但仍有許多難題需要進(jìn)一步攻克，由于目前對(duì)其確切調(diào)控機(jī)制的研究有限，如何從特定細(xì)胞中分離和提純外泌體，以及如何確定體液中外泌體的來(lái)源仍是亟待解決的難題；外泌體miRNAs作為疾病標(biāo)志物的可行性和可信性也有待于后續(xù)開(kāi)展大量的研究予以進(jìn)一步證實(shí)。隨著生物訊息的迅猛發(fā)展和更多高質(zhì)量、多中心、大樣本的的深入研究，外泌體miRNAs將來(lái)有望成為治療2型糖尿病慢性并發(fā)癥的新方法、新靶點(diǎn)，為臨床診療和科研發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。