miR-7調控胰島β細胞功能的研究進展

賀璟，蔡丙嚴，王平平

(1.泰州市第二人民醫院檢驗科，江蘇 泰州 225500； 2.江蘇農牧科技職業學院動物醫學院，江蘇 泰州 225300)

糖尿病是全球常見的代謝性疾病之一，我國18歲及以上人群糖尿病患病率已高達11.2%，其中，2型糖尿病患者占糖尿病患者總數的90%以上[1]。2型糖尿病是一種多因素導致的異質性疾病，其主要特征是胰島素信號通路受到干擾導致胰島素抵抗和胰島β細胞功能衰竭[2]。近年來，我國2型糖尿病發病率不斷升高且呈年輕化趨勢，嚴重影響人民健康水平及生命質量。研究表明，2型糖尿病除了受肥胖、不健康生活方式、高血壓、高膽固醇等危險因素的影響外，還與糖代謝、脂代謝、胰島素信號通路相關基因的遺傳性變異相關。近年來，有證據表明非編碼RNA在胰島素分泌和胰島素抵抗等方面具有重要的調控作用[3]。

微RNA(microRNA,miRNA/miR)是一種長度約為22個核苷酸的非編碼RNA，能夠結合靶基因的3′非翻譯區，降解信使RNA轉錄本、阻礙信使RNA翻譯或調控靶基因甲基化狀態，進而實現轉錄后基因網絡調控[4]。miRNA不僅參與正常的細胞生長、增殖和功能發揮，還參與疾病的病理發生發展，是人類疾病診斷和預后的重要靶點。繼2004年第一個調控胰島素分泌的miRNA——miR-375被發現后，越來越多的證據表明miRNA參與胰島細胞發育分化、胰島素合成及分泌、糖尿病發生發展以及并發癥等過程[5-7]。糖尿病相關miRNA具有重要的研究價值，其中包括miR-7家族。研究表明，miR-7在內分泌器官胰臟的生理病理過程中發揮重要作用[8]。miR-7有望成為內分泌疾病診斷、治療和預后靶點?，F對miR-7在胰島中的表達及功能進行綜述。

1 miR-7在胰臟中的表達

miR-7家族是進化上高度保守的miRNA。人類miR-7家族具有3個基因位點，分別位于第9號染色體HNRNPK基因內含子、第15號染色體基因間隔區和第19號染色體PGSF1α基因內含子[9]，每種基因轉錄成初始轉錄物，再被加工成miRNA前體，最終形成成熟序列。與人類相似，小鼠miR-7同樣存在3個基因，miR-7a1和miR-7a2均形成miR-7a成熟序列，成熟序列miR-7a和miR-7b僅在非種子區相差一個核苷酸。miR-7家族基因冗余的現象反映了miR-7在調控生理過程中的重要性。

miR-7特異性高表達于神經內分泌系統，在內分泌系統中尤其高表達于垂體和胰臟[10]。在人、嚙齒動物和斑馬魚中，基因芯片和基因定量檢測結果顯示，miR-7高表達于內分泌器官胰臟且特異性表達于胰島，胰島miR-7表達量超過了胰腺腺泡miR-7的150倍，且miR-7是胰島中含量最豐富的miRNA[11-12]。胰島中miR-7家族成員的表達水平有所差異，在成年小鼠胰島中，miR-7a含量較miR-7b更為豐富[13]。miR-7特異性表達于胰島內分泌前體細胞和成熟內分泌細胞。在發育過程中，miR-7始終在內分泌細胞表達，直至發育成熟。在胚胎發育10.5～11.5 d，miR-7表達水平降低。胚胎發育13.5～14.5 d時miR-7表達水平上升，直至胚胎發育18 d表達水平再次下降[14]。在發育過程中，miR-7定量和激素檢測結果顯示，miR-7表達水平變化與胰島激素合成變化具有時空一致性[15]，提示miR-7對胰島激素可能具有重要的調控作用。

2 miR-7調控胰島β細胞功能

miR-7對胰島具有重要的調控作用，集中表現在對胰島β細胞的調控。在非糖尿病個體中，胰島β細胞具有顯著的代謝環境適應能力，機體能夠通過控制胰島素分泌和胰島β細胞數量來調控胰島素水平，從而維持正常血糖。然而在2型糖尿病患者中，遺傳、環境因素以及表觀遺傳學等綜合因素導致胰島β細胞功能衰竭，代償反應障礙。因此，探究胰島β細胞對代謝環境的適應機制，對于了解和治療2型糖尿病至關重要。miR-7對胰島β細胞的調控作用主要包括調控胰島β細胞分化生長、增殖、胞吐以及胰島素分泌。

2.1miR-7調控胰島β細胞分化發育 胰島β細胞分化與胰島β細胞功能的發揮密切相關[16]，miR-7參與調控胰島胚胎發育和器官分化，對胰島特異性分化和胰島功能發揮均具有重要作用。一方面，miR-7對胰島發育具有系統性調控作用，能夠間接調控胰島分化。體內研究表明，在胚胎發育10.5 d小鼠宮內胎心注射miR-7反義鏈寡聚核苷酸以特異性敲除miR-7可導致成年小鼠胰島素水平下調、胰島β細胞數目減少和葡萄糖耐受[14]。另一方面，miR-7具有胰島β細胞特異性調控作用。體外抑制miR-7會導致胰島β細胞凋亡和胰島素減少[14]。

目前有研究者嘗試利用分化或未分化的細胞來治療糖尿病，鑒于miRNA能夠通過調控基因表達和下游轉錄因子對細胞分化發育發揮重要的調控作用，因此向胰島β細胞轉染合適的miRNA是干細胞治療糖尿病的方案之一[17]。人類胚胎干細胞具有自我更新和多向分化的能力，相關研究模擬內胚層、腸管內胚層、胰腺前體和細胞以重塑胰島器官發生，發現其中miR-7表達動態變化過程與人類胚胎胰腺最為相似[18]，提示miR-7可能應用于糖尿病細胞替代治療以產生胰島細胞，特別是應用于2型糖尿病。加之miR-7具有系統性調控作用和胰島β細胞特異性作用，更加有利于miR-7應用于干細胞療法，但相關應用價值有待進一步探究。

分子機制研究結果顯示，胰腺內分泌細胞分化受轉錄因子網絡調控，miR-7在轉錄后水平通過靶基因對胰腺發育發揮調控作用[19-21]。在小鼠胰島素瘤胰島β細胞系中，miR-7的慢病毒抑制劑和保護劑實驗表明，小鼠配對盒基因6是miR-7的靶基因[19]。小鼠發育過程中，胰腺高表達miR-7會導致配對盒基因6下調和α細胞、β細胞分化抑制；敲除miR-7會導致配對盒基因6上調，促進α細胞和β細胞分化，抑制配對盒基因6下調能夠逆轉miR-7敲除對胰島素啟動子活性的影響[20]，表明miR-7能夠通過重要靶點配對盒基因6精確調控胰腺發育。除了配對盒基因6外，胰腺中還存在pre-miR-7a2和pre-miR-7b的上游保守區域[21]，miR-7可通過增加啟動子活性調控相關轉錄因子。miRNA基因調控涉及復雜的調控網絡，關于胰島中miR-7的轉錄因子調控網絡有待進一步研究完善，以為2型糖尿病開發新型治療藥物提供研究依據。

2.2miR-7調控胰島β細胞增殖 在人類和嚙齒動物中，胰島β細胞數量增加依賴于胰島β細胞的復制和增殖[22]，因此闡明胰島β細胞增殖機制對研究再生治療糖尿病具有重要意義。miR-7對于成熟胰島β細胞增殖具有“剎車”作用。在成熟胰島β細胞中，miR-7a能夠靶標哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路中的促分裂原活化的蛋白激酶相關蛋白1、p70核糖體蛋白S6激酶、促分裂原活化的蛋白激酶相互作用絲氨酸/蘇氨酸激酶1/2、真核啟動因子4E等組分[13]。在糖尿病小鼠中，miR-7依賴于哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路以發揮抑制胰島β細胞增殖的作用，抑制miR-7a能夠激活哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號，促進小鼠成熟胰島β細胞復制，而雷帕霉素能夠抑制胰島β細胞復制[13]。但干擾胰島β細胞中的miR-7a并不會完全影響增殖和代謝[23]，提示miR-7a對維持內分泌β細胞群并非不可或缺。miR-7對成熟胰島β細胞增殖的調控模式與胰島β細胞發育的調控模式存在明顯差異，加之miR-7-哺乳動物雷帕霉素靶蛋白增殖軸在人類胰島β細胞中是保守的[13]，因此miR-7是治療糖尿病的潛在分子靶點。

2.3miR-7調控胰島β細胞胞吐作用 胞吐作用對于胰島素分泌十分重要，胰島β細胞合成胰島素，將其儲存于分泌囊泡，胰島素囊泡通過胞吐作用將胰島素釋放到細胞外。研究表明，miR-7能夠調控胰島β細胞胰島素顆粒的胞吐作用；在細胞中超表達miR-7后，去極化誘導的胞吐作用導致膜電容增加量減少，miR-7抑制劑則導致相反的變化；胰島β細胞條件性敲除miR-7家族基因，能夠改變參與胞吐作用的突觸蛋白含量，增加胰島素胞吐作用[23]。但在其他組織器官中，miR-7是否同樣能夠高效率地調控胞吐作用，有待進一步探究。

除正常生理狀態外，miR-7在病理狀態下也參與調控胞吐作用。在2型糖尿病中，胰島miR-7a能夠通過調控α突觸核蛋白調控胞吐作用，進而參與維持胰島β細胞功能和血糖正常，影響肥胖和2型糖尿病中胰島β細胞的功能適應性[23]，這一作用提示可以通過miR-7改善胰島β細胞功能。有研究表明，8周有氧運動以及膳食干預能夠改善miR-7表達，進而影響胰腺十二指腸同源框因子-1表達以及下游葡萄糖轉運體和葡萄糖激酶信號通路，改善胰島β細胞胞吐功能，最終改善胰島β細胞功能[24]。

2.4miR-7調控胰島β細胞胰島素分泌 胰島素是調節血糖的重要激素。miR-7能夠負調控葡萄糖誘導的胰島β細胞胰島素分泌。在人類2型糖尿病患者和肥胖小鼠模型的胰島中，miR-7a水平明顯下調。動物體內實驗表明，在胰島β細胞特異性miR-7a敲除小鼠中，葡萄糖誘導的胰島素分泌量增加；在胰島β細胞超表達miR-7a的轉基因小鼠中，胰島素分泌和胰島β細胞分化受損、胰島素分泌量減少、血糖升高，易誘發糖尿病[23]。動物體外實驗顯示，小鼠胰島β細胞過表達miR-7a同樣能夠導致胰島素分泌障礙和胰島β細胞去分化受損，易誘發糖尿病進展；分子機制進一步研究顯示，在胰島β細胞miR-7a2缺陷小鼠中，miR-7a2能夠通過靶標α突觸核蛋白、冷激蛋白、蛋白激酶Cβ、前纖維蛋白2等基因進而調控胰島β細胞功能，調節敏感因子結合蛋白受體復合體(介導膜泡融合)的活性[23]，實現胰島素顆粒與脂質膜的晚期融合。

除了通過靶基因進行直接調控外，miR-7還能夠通過調節其他蛋白間接調控胰島素分泌，如胰島素樣肽對于調節營養狀態和生長代謝具有重要作用，果蠅miR-7能夠通過作用于靶點F-肌動蛋白帽狀蛋白α抑制胰島素樣肽的合成與分泌[25]，這種調控機制在哺乳動物中具有保守性，小鼠胰島β細胞中胰島素樣肽同源物同樣受到miR-7的靶標調控。

此外，其他物質也能夠通過調控miR-7影響胰島素作用。如在高脂飲食喂養的小鼠中，胰高血糖素樣肽1具有高糖依賴性促胰島素分泌作用[26]，其受體能夠通過激活包含miR-7在內的多種miRNAs及其靶基因來保護胰島β細胞[27]。

miR-7除了在生理狀態下對胰島β細胞發揮調控作用外，miR-7異常變化也會導致胰臟病理學改變。相關研究表明，miR-7參與調控胰島素分泌和胰島β細胞生長增殖，與2型糖尿病發生發展密切相關[28]。在轉基因小鼠胰島β細胞中超表達miR-7會誘發糖尿病。人類胰島中有數以千計的環狀RNAs，有497個環狀RNAs在小鼠胰島中存在基因同源物，其中小腦退化相關蛋白1反義轉錄物(antisense to the cerebellar degeneration-related protein 1 transcript,Cdr1as)是有效的miR-7抑制劑，糖尿病小鼠胰島中Cdr1as的基因轉錄本含量下降。超表達Cdr1as能夠抑制胰島細胞中miR-7的作用，促進胰島素分泌，而在野生小鼠胰島中下調Cdr1as會導致胰島素分泌受損、β細胞增殖受到抑制、β細胞數量減少[29]。檢測胰島細胞中Cdr1as的表達特征，結果顯示長期毛喉素和丙二醇甲醚醋酸酯刺激具有上調 Cdr1as的作用，但高葡萄糖無此作用，提示環腺苷酸和蛋白激酶C通路參與調控Cdr1as[29]。分子機制進一步研究表明，Cdr1as/miR-7通路可通過靶點配對盒基因6提高胰島素轉錄水平、通過靶點肌球蛋白Ⅶa和Rab相互作用蛋白調控胰島素分泌[30]。這些結果提示，Cdr1as/miR-7信號通路對胰島素分泌具有明顯調控作用，可能作為改善糖尿病胰島β細胞功能的分子靶點。

盡管miR-7是潛在的糖尿病診療分子靶點，但不同動物模型存在基因差異性，將動物模型結果應用于臨床仍須進一步驗證。如在小鼠模型中，胰腺再生蛋白1能夠促進病理生理狀態下的細胞增殖和細胞分化，抑制細胞凋亡，miR-7可通過靶標胰腺再生蛋白1來調控胰腺腺泡和胰島β細胞功能，但是miR-7不能直接抑制小鼠胰腺再生蛋白1的人類同源基因[31]，說明盡管大多數調控機制在哺乳動物中具有保守性，但部分基因存在物種差異性，這種差異性可能會限制miR-7在臨床的部分應用，因此在相關研究中探究作用基因及模式是否保守具有重要意義。

3 小 結

隨著糖尿病患者的日益增多，解決糖尿病難題給醫藥行業帶來巨大挑戰。miRNA在調節胰島素信號通路和胰島素抵抗方面具有重要作用，且與2型糖尿病的發生發展密切相關。其中，miR-7家族在胰臟含量豐富，是胰島含量最豐富的miRNA。諸多研究表明，miR-7能夠調控胰島β細胞分化生長以及功能發揮，參與調控胰臟相關疾病的發生發展，是2型糖尿病臨床治療的可能靶點。miRNA治療較傳統信使RNA治療具有穩定性更好的優勢，結合miR-7具有胰島系統性調控作用和胰島β細胞特異性，miRNA可能應用于胰島β細胞干細胞療法治療糖尿病，但仍須對miRNA治療的有效性和特異性進行驗證。血清miR-7變化早于靶基因變化，具有特異性和穩定性的特點，很可能作為無創生物標志物應用于2型糖尿病的診療過程，相關應用有待進一步的探索研究。