周吉,周偉秀,祝然然,王子晨綜述 陰永輝,王海燕審校

糖尿病(diabetes mellitus,DM)是一種由環(huán)境與遺傳介導(dǎo)的,以高血糖為特征的慢性代謝性疾病,主要包括1型糖尿病、2型糖尿病(T2DM)、妊娠糖尿病及特殊類型糖尿病,其發(fā)病機制主要有胰島β細胞分泌功能下降、胰島素抵抗或缺乏等,糖尿病發(fā)病機制復(fù)雜,主要涉及炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激、細胞凋亡、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、線粒體損傷、DNA甲基化等。流行病學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,截至2021年我國糖尿病患病人數(shù)已達到1.4億[1],糖尿病并發(fā)癥主要包括微血管及大血管病變,嚴重威脅人類生命健康,已成為導(dǎo)致人類死亡的主要慢性病之一。近些年來,隨著基因組學(xué)的不斷發(fā)展,對長鏈非編碼RNA(LncRNA)研究越來越豐富與深入,越來越多不同種類的LncRNA被證實參與了糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展,文章就LncRNA參與糖尿病及其并發(fā)癥防治現(xiàn)狀和中醫(yī)藥干預(yù)進行綜述,指出不足并展望,以期為讀者提供臨床與科研思路。

1 LncRNA概述

非編碼RNA(ncRNA)是指沒有或有較低蛋白質(zhì)翻譯功能的一類RNA,包括微小RNA(miRNA)、環(huán)狀RNA(CircRNA)及LncRNA[2],ncRNA雖然沒有編碼蛋白質(zhì)的能力,但在生理和病理過程中ncRNA具有一定潛在作用,其中LncRNA發(fā)現(xiàn)較晚,雖然其生物學(xué)功能尚未完全探明,但隨著高通量基因測序技術(shù)不斷發(fā)展,LncRNA已成為目前研究疾病發(fā)生的熱點機制之一。

LncRNA指長度大于200的核苷酸序列,在RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄下,多在5′末端被7-甲基鳥苷加帽,3′末端形成多聚腺苷酸化,廣泛存在于細胞質(zhì)和細胞核,其不直接參與基因編碼和蛋白質(zhì)合成,但能從多個層面調(diào)控基因表達、調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能以及參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與機體代謝、免疫等過程[3-4],在人體起著關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用,LncRNA大體分為五類:包括正義、反義、雙向、基因內(nèi)及基因間LncRNA[5]。作為目前的熱點機制,LncRNA被證實與腫瘤、糖尿病、高血壓、心腦血管病發(fā)生密切相關(guān),尤其在糖尿病及并發(fā)癥方面均有涉及,這也為疾病發(fā)生機制提供了更多的標志物和靶點。

2 LncRNA參與介導(dǎo)糖尿病

隨著基因測序技術(shù)的不斷發(fā)展,lncRNA在糖尿病領(lǐng)域的研究越來越豐富,越來越多研究證實了兩者的相關(guān)性[6],LncRNA在調(diào)節(jié)T2DM胰島功能、外周葡萄糖穩(wěn)態(tài)及脂代謝等機制中發(fā)揮一定作用[7-8]。近年在lncRNA位點中鑒定出諸多T2DM相關(guān)的單核苷酸多態(tài)性位點,這些位點與β細胞功能具有相關(guān)性。LncRNA能調(diào)節(jié)β細胞特異性轉(zhuǎn)錄因子表達,LncRNA敲低或過表達會影響其他關(guān)鍵基因表達和翻譯途徑而影響生物活性,顯示出其高度的組織特異性。

2.1 MALAT1 LncRNA轉(zhuǎn)移相關(guān)性肺腺癌轉(zhuǎn)錄本1(LncRNA MALAT1)是一種在腫瘤發(fā)生與轉(zhuǎn)移中研究較多的LncRNA,糖尿病患者額外增加的腫瘤罹患風(fēng)險與高糖誘導(dǎo)的MALAT1過表達相關(guān)。MALAT1單核苷酸多態(tài)性使國內(nèi)漢族人群T2DM風(fēng)險增加[9]。在DM患者中MALAT1表達水平明顯升高,并且MALAT1的高表達參與T2DM進展[10]。研究發(fā)現(xiàn)[11],在高糖條件下,巨噬細胞來源外泌體中MALAT1表達增加,從而抑制巨噬細胞抵抗素表達,巨噬細胞吞噬異常,導(dǎo)致異常的血管細胞凋亡,最終加速DM及血管病變進展。另外,在肝星狀細胞中,高糖促進人沉默調(diào)節(jié)蛋白1(SIRT1)表達激活轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β),肝星狀細胞向成纖維細胞轉(zhuǎn)變,促進肝纖維化[12],肝糖原合成與分解異常,加重DM。

2.2 Reg1cp 再生胰島衍生1cp(Reg1cp)能介導(dǎo)胰島功能損害,Reg1cp基因突變后,會導(dǎo)致胰島素分泌受損以及胰島素抵抗增加,介導(dǎo)T2DM發(fā)病。Guo等[13]將具有胰島β細胞特異性突變Reg1cp基因敲入到小鼠體內(nèi),β細胞功能障礙和胰島素抵抗加重,這與聚嘧啶束結(jié)合蛋白1(PTBP1)在β細胞中的磷酸化及脂聯(lián)素受體被抑制相關(guān),PTBP1及脂聯(lián)素途徑通過抑制胰島素分泌加重胰島素抵抗,介導(dǎo)T2DM發(fā)生。

2.3 Kcnq1ot1 lncRNA KCNQ1重疊轉(zhuǎn)錄物1(Kcnq1ot1)是一個位于KCNQ1位點上的長鏈非編碼RNA基因,參與細胞增殖、遷移、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、凋亡、自噬和炎性反應(yīng)過程,在胰腺中含量較高。多個研究發(fā)現(xiàn)[14],Kcnq1ot1在db/db模型小鼠和高糖(HG)培養(yǎng)的人腎小球系膜細胞及T2DM患者血清中均顯著過表達。通過敲低Kcnq1ot1可改善胰島素分泌,增加β細胞數(shù)目,并且能夠抑制細胞增殖、細胞外基質(zhì)積累、炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激。

3 LncRNA參與介導(dǎo)糖尿病并發(fā)癥

3.1 LncRNA參與介導(dǎo)糖尿病腎臟病 糖尿病腎臟病(DKD)是DM臨床常見且難治的慢性微血管并發(fā)癥,預(yù)估到2045年全球DKD患者達到7億人[15-16],嚴重威脅著DKD患者的生命健康。近年來,大量實驗證實,氧化應(yīng)激、炎性反應(yīng)、細胞自噬、線粒體功能障礙、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、表觀遺傳學(xué)等機制與DKD的發(fā)生密切相關(guān),但DKD的發(fā)病機制仍然難以明晰。多種LncRNA表達改變參與了DKD的發(fā)生發(fā)展,在調(diào)節(jié)染色質(zhì)功能、改變細胞質(zhì)mRNAs的穩(wěn)定性和翻譯,以及干擾相關(guān)信號通路等方面影響著DKD病理生理變化[17]。

3.1.1 H19:LncRNA H19是長鏈非編碼RNA家族的重要成員,作為最早被鑒定和表征的lncRNA之一,能夠調(diào)控相關(guān)蛋白介導(dǎo)DKD[18]。H19可以通過特定的miRNA的堿基配對和螯合而作為競爭性內(nèi)源RNA發(fā)揮作用。Shi等[19]發(fā)現(xiàn)在DKD腎纖維化小鼠血清中H19表達顯著上調(diào),提出H19或許間接導(dǎo)致腎臟纖維化的發(fā)生。另有學(xué)者發(fā)現(xiàn)[20],過表達的H19能夠抑制DKD足細胞凋亡,促進DKD足細胞增殖、侵襲、遷移等行為,H19過表達通過靶向調(diào)控細胞凋亡相關(guān)蛋白及細胞自噬相關(guān)蛋白而對DKD足細胞起到保護作用。

3.1.2 TUG1:LncRNA ?；撬嵘险{(diào)基因1(TUG1)位于人類22q12.2染色體,與腫瘤發(fā)生及細胞代謝相關(guān),在健康者、T2DM及早期DKD患者中血清TUG1水平依次升高,與糖化血紅蛋白、腎小球濾過率、血肌酐、血尿素氮、血脂及尿白蛋白排泄率等指標呈正相關(guān)[21]。研究指出[22],高表達的TUG1可改善內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激,緩解高糖誘導(dǎo)的腎上皮細胞損傷。高糖下調(diào)TUG1,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激- C/EBP同源蛋白(CHOP)升高,誘導(dǎo)DKD足細胞凋亡[23]。Wang等[24]發(fā)現(xiàn),DKD小鼠腎組織及DM大鼠腎小管導(dǎo)管上皮(NRK-52E)細胞中TUG1水平降低,TUG1過表達通過靶向促進組織金屬蛋白酶抑制因子3的表達,從而抑制高糖刺激NRK-52E細胞的纖維化和DKD小鼠的腎纖維化。

3.2 LncRNA參與介導(dǎo)糖尿病周圍神經(jīng)病變 糖尿病周圍神經(jīng)病變(DPN)是DM常見的慢性并發(fā)癥之一,主要表現(xiàn)為肢體的對稱性感覺障礙、麻木、發(fā)涼、疼痛等,給患者帶來較大痛苦。LncRNA通過參與調(diào)節(jié)表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平的基因表達而影響著DPN進程[25]。研究發(fā)現(xiàn)[26],DPN患者外周血單核細胞中LncRNA顯著上調(diào),可見LncRNA與DPN發(fā)生發(fā)展關(guān)系密切。

3.2.1 NEAT1:NEAT1是在哺乳動物細胞核中高度豐富表達的LncRNA,參與介導(dǎo)DPN,Hassani等[27]發(fā)現(xiàn),DPN患者的外周血單個細胞核中NEAT1和重鏈結(jié)合蛋白基因表達水平顯著升高,是調(diào)控DNP的途徑之一。

3.2.2 UC.25+:p38絲裂原活化蛋白激酶(p38 MAPK)磷酸化介導(dǎo)DPN發(fā)生。Wu等[28]發(fā)現(xiàn)通過上調(diào)DPN大鼠脊髓UC.25+,可以激活轉(zhuǎn)錄激活因子1(STAT1),降低脊髓小膠質(zhì)細胞P2Y14受體的表達,減少炎性反應(yīng)因子的釋放,降低p38 MAPK的磷酸化,達到改善DPN的目的。

3.3 LncRNA參與介導(dǎo)糖尿病視網(wǎng)膜病變 糖尿病視網(wǎng)膜病變(DR)是DM高發(fā)病率的嚴重微血管并發(fā)癥,可產(chǎn)生不可逆的視力損害,是導(dǎo)致失明的主要原因之一。其發(fā)生機制包括炎性反應(yīng)、細胞凋亡、血管功能障礙和神經(jīng)血管單元功能障礙等。LncRNA高甲基化會影響DR進程,作為生物標志物或治療靶點,LncRNA非常具有潛力。大量的研究證實[29],LncRNA如H19、HIF1A-AS1、ZNRD1-AS1、XIST等作為DR標志物的可行性。

3.3.1 TUG1:TUG1對DR發(fā)揮促進作用。成纖維細胞生長因子受體2(FGFR2)激活導(dǎo)致血管纖維化是引起DR重要機制之一,研究發(fā)現(xiàn)[30],高表達 TUG1損傷人視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細胞,抑制TUG1可降低HG誘導(dǎo)的人視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細胞的增殖、遷移和血管生成。這與抑制FGFR2過度活化相關(guān)。

3.3.2 FLG-AS1:絲聚蛋白反義RNA 1(FLG-AS1)是近年被發(fā)現(xiàn)的LncRNA,參與肥胖、T2DM、口腔癌、宮頸癌的發(fā)生。Luo等[31]發(fā)現(xiàn)在DR中FLG-AS1水平下降,FLG-AS1過表達慢病毒載體干預(yù)DR視網(wǎng)膜上皮細胞,可降低丙二醛(MDA)和超氧化物歧化酶(SOD)、IL-1β、IL-6和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)水平,改善炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激和凋亡,減輕DR損傷。

3.4 LncRNA參與介導(dǎo)糖尿病心肌病 糖尿病心肌病(DCM)是指長期高血糖導(dǎo)致心室肥厚、纖維化、細胞壞死甚至舒張功能障礙的特異性心肌病,是DM嚴重并發(fā)癥之一。DCM與糖脂代謝紊亂、心臟胰島素信號受損、晚期糖基化終末產(chǎn)物積累、炎性反應(yīng)、自噬、氧化應(yīng)激等機制相關(guān),具體分子機制仍不清楚。大量證據(jù)表明[32],lncRNA在DCM發(fā)病機制中起著關(guān)鍵作用,LncRNA參與DCM可能與調(diào)節(jié)心肌纖維化、細胞凋亡、心肌肥大、炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激、糖脂代謝和胰島素抵抗相關(guān)。

3.4.1 MALAT1:MALAT1參與DM多個并發(fā)癥,心肌細胞焦亡是DCM重要機制之一,Shi等[33]在HG誘導(dǎo)的H9C2心肌細胞和原代心肌細胞中發(fā)現(xiàn)兩者MALAT1表達活躍,且NOD樣受體熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3(NLRP3)水平升高,心肌細胞焦亡加重,可見抑制MALAT1可以緩解細胞焦亡狀態(tài)。

3.4.2 GAS5:生長停滯特異性轉(zhuǎn)錄本5(GAS5)是調(diào)控哺乳動物細胞凋亡和生長的一種lncRNA,在人類各種組織和器官中廣泛表達,研究指出[34],GAS5與T2DM患者心血管病的發(fā)生有關(guān)。Zhu等[35]發(fā)現(xiàn),GAS5在體外和體內(nèi)DCM中均顯著上調(diào),而GAS5的敲低有效減輕了心肌纖維化,抑制了高糖誘導(dǎo)的心肌細胞損傷,抑制GAS5或許是緩解DCM的重要途徑之一。

3.5 LncRNA參與介導(dǎo)糖尿病腦血管病 糖尿病腦血管病(DCD)是指以高血糖為發(fā)病基礎(chǔ)的一系列腦血管病變,包括腦動脈粥樣硬化、急性腦血管病和無癥狀卒中等,是臨床DM較為嚴重的并發(fā)癥之一,具有病死率、致殘率、復(fù)發(fā)率均較高的特征。DCD發(fā)病機制復(fù)雜,至今仍闡述不清,近年,由lncRNA介導(dǎo)的DCD機制研究成為熱點。

3.5.1 Meg3:Meg3作為一種抑癌基因被廣泛研究,被認為是調(diào)節(jié)缺血性腦卒中的重要介質(zhì)。Chen等[36]發(fā)現(xiàn),在大鼠腦微血管內(nèi)皮細胞(RBMVECs)建立的體外DM腦缺血性損傷模型中,Meg3水平增加,p53激活,磷脂過氧化氫谷胱甘肽過氧化物酶(GPX4)水平降低,過氧化促進了RBMVEC由高糖再灌注誘導(dǎo)的細胞鐵死亡進程,從而誘發(fā)腦血管病。

3.5.2 FENDRR:FENDRR是一類新發(fā)現(xiàn)的抑癌LncRNA,在構(gòu)建的DM腦缺血再灌注模型中,FENDRR水平顯著升高,Wang等[37]發(fā)現(xiàn)在DCD中FENDRR促進NLR家族卡蛋白4(NLRC4)炎性反應(yīng)復(fù)合物和焦亡介導(dǎo)的炎性反應(yīng)因子增加,E3泛素連接酶受到抑制,NLRC4蛋白的泛素化和降解減少,影響細胞焦亡,抑制FENDRR或?qū)⒊蔀榫徑釪CD的重要機制。

3.6 LncRNA參與介導(dǎo)糖尿病胃腸病變 糖尿病胃腸病變(DGID)是DM常見的慢性并發(fā)癥之一,長期高糖狀態(tài)導(dǎo)致胃腸道系統(tǒng)的動力和功能異常,常出現(xiàn)便秘、腹脹、腹瀉、嘔吐等表現(xiàn)。DGID包括食管病變、糖尿病胃輕癱(DGP)、腸道病變,病理機制主要有自主神經(jīng)功能紊亂、高血糖、胃腸道激素分泌失常、胃腸道生物力學(xué)重構(gòu)等,目前,LncRNA在DGID中的作用機制研究較少,但仍有涉獵。

MALAT1能加速DGP進展,DGP中MALAT1的表達上調(diào)[38]。DGP病理機制主要涉及胃平滑肌細胞增殖、凋亡等過程。DGP胃平滑肌細胞中的MALAT1過表達可以增加α平滑肌肌動蛋白和骨骼肌慢肌纖維肌球蛋白重鏈的表達,降低細胞活力,抑制人胃平滑肌細胞中細胞遷移的潛力并誘導(dǎo)細胞凋亡。研究發(fā)現(xiàn)[39],DGP模型小鼠的胃組織及HG條件下培養(yǎng)的人胃平滑肌細胞中MALAT1上升,而體外敲除MALAT1影響了人胃平滑肌細胞的活力、增殖和遷移,并促進了人胃平滑肌細胞在HG條件下的表型轉(zhuǎn)換。

4 中醫(yī)藥干預(yù)LncRNA防治糖尿病及其并發(fā)癥

糖尿病屬祖國醫(yī)學(xué)“消渴、脾癉”等范疇,飲食、環(huán)境、情志、體質(zhì)因素等是導(dǎo)致消渴發(fā)生的基本因素,陰虛為本、燥熱為標是消渴基本病理機制,治療上多益氣養(yǎng)陰,兼顧健脾、補腎、祛痰、活血、清熱等。中醫(yī)藥在糖尿病及并發(fā)癥防治方面具有獨特的優(yōu)勢,隨著LncRNA在糖尿病領(lǐng)域研究逐漸豐富,由中醫(yī)藥干預(yù)LncRNA介導(dǎo)的糖尿病及其并發(fā)癥研究不斷深入。

4.1 單味中藥

4.1.1 藏紅花:藏紅花具有活血化瘀、散郁開結(jié)的功效,有效成分有抗炎、抗氧化、抗腫瘤、神經(jīng)保護等多種作用,NEAT1能調(diào)控細胞增殖介導(dǎo)DNP發(fā)生,Chen等[40]發(fā)現(xiàn),藏紅花素能夠靶向抑制NEAT1,緩解高糖誘導(dǎo)的人視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細胞增殖、遷移和血管生成,對DR起到保護作用。

4.1.2 黃芪:黃芪被《神農(nóng)本草經(jīng)》列為上品,有補氣健脾,升陽舉陷,固表止汗,利水消腫,生津養(yǎng)血,行滯通痹,托毒排膿,斂瘡生肌等多個功效,現(xiàn)代藥理研究指出,黃芪有效成分通過調(diào)節(jié)糖脂代謝、改善氧化應(yīng)激、抗炎、抑制凋亡、改善循環(huán)、抗纖維化等起到疾病防治的作用[41]。Lei等[42]研究發(fā)現(xiàn),黃芪甲苷通過抑制DKD大鼠TUG1表達,從而使DKD蛋白尿水平下降。TUG1過表達會促進TRAF5蛋白降解從而引起足細胞凋亡,損傷腎臟,導(dǎo)致大量蛋白尿,黃芪甲苷通過抑制TUG1起保護腎臟的作用。

4.2 中藥方劑

4.2.1 益腎顆粒:益腎顆粒主要由黃芪、太子參、生地、山萸肉、茯苓、澤瀉、當歸等藥物組成,具有益氣養(yǎng)陰活血之效,臨床應(yīng)用廣泛,杜華等[43]發(fā)現(xiàn),益腎顆粒上調(diào)DKD小鼠MALAT1表達,從而增加了其介導(dǎo)的自噬反應(yīng),細胞凋亡減少,腎足細胞得到保護,慢性腎臟病進展得到緩解。

4.2.2 芪黃益腎顆粒:芪黃益腎顆粒具有益氣養(yǎng)陰、利濕活血之功,由黃芪、太子參、生地黃、山茱萸、茯苓、澤瀉、丹參等組成。足細胞損傷是導(dǎo)致DKD不可逆損傷的重要病理改變,Wnt1/β-catenin是導(dǎo)致足細胞發(fā)生上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化,保護足細胞的重要通路,宋錦華[44]發(fā)現(xiàn),芪黃益腎顆?？娠@著緩解DKD小鼠足細胞損傷,這與MALAT1表達水平下降,下調(diào)Wnt1/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路相關(guān)。

4.2.3 尿毒清顆粒:目前,尿毒清顆粒臨床廣泛應(yīng)用于DKD患者,由大黃、桑白皮、黃芪、白芍、茯苓、丹參等藥物組成,全方共奏“健脾利濕、活血化瘀、清熱解毒”功效,尿毒清顆?？娠@著提高DKD患者抗氧化能力,改善腎炎性反應(yīng),降低血肌酐及尿蛋白。俞華等[45]應(yīng)用尿毒清顆粒干預(yù)后測定KCNQ1OT1、Malat1的水平均下降,而DKD的抗氧化能力、炎性反應(yīng)、血糖水平和腎功能以及臨床癥狀均改善,這與KCNQ1OT1、Malat1表達下降相關(guān)。

4.2.4 黃芪三七合劑:黃芪三七合劑以黃芪、三七、當歸、昆布、懷牛膝組成,對于氣虛血瘀型DKD臨床效果顯著,可以明顯改善DKD患者腎功能。腎小球炎性反應(yīng)浸潤是DKD發(fā)生機制之一,林曉等[46]實驗發(fā)現(xiàn),黃芪三七合劑干預(yù)可降低DKD小鼠體內(nèi)TNF-α、IL-6、IL-1β、CRP、NF-κB的水平,黃芪三七合劑通過下調(diào)Arid2-IR抑制NF-κB從而抑制炎性反應(yīng)保護腎臟。

4.2.5 糖腎方:糖腎方有益氣養(yǎng)陰、活血通絡(luò)之效,由黃芪、生地黃、山茱萸、衛(wèi)矛、三七、熟大黃、枳殼共七味藥組成,氧化應(yīng)激是糖尿病腎損傷的重要病理機制[47],MEG3低表達可激活Nrf2提高機體抗氧化作用。實驗研究發(fā)現(xiàn)[48],MEG3過表達加重HK2細胞增殖并誘導(dǎo)細胞凋亡,糖腎方干預(yù)后,MEG3受到抑制,TGF-β1、Nrf2信號通路均得到改善。

5 小結(jié)與展望

LncRNA是低翻譯或沒有翻譯功能但參與疾病發(fā)生發(fā)展的一類RNA,在疾病發(fā)生發(fā)展過程中具有重要意義,是DM重要的治療靶點和生物標志物,中醫(yī)藥干預(yù)可以通過調(diào)控LncRNA影響下游靶蛋白,改善DM。目前對于LncRNA的研究只是基因生物學(xué)中的冰山一角,絕大多數(shù)LncRNA的功能尚未完全可知,從LncRNA角度探討防治DM的臨床及動物實驗較少,尤其在中醫(yī)中藥干預(yù)LncRNA機制研究尚未深入。接下來需要繼續(xù)深入以下兩方面的研究:一方面,通過基因技術(shù)開展LncRNA基因多態(tài)性研究,探索ncRNA之間的相互調(diào)節(jié)及串擾,從基因?qū)用嫣剿髋c蛋白、分子層面聯(lián)系,深入研究LncRNA作用機制;另一方面,通過開展中藥單藥、藥對及組方干預(yù)LncRNA防治DM及并發(fā)癥研究,探索DM防治新成分、新靶點、新機制。