MicroRNAs对胰岛β细胞功能的影响

李素芬 韩颖 石节丽 田秀标 徐福娟 高鹏飞 刘艳

MicroRNAs对胰岛β细胞功能的影响

李素芬 韩颖 石节丽 田秀标 徐福娟 高鹏飞 刘艳

近年已有大量研究证实，在β细胞功能调节中，microRNA起重要作用。MicroRNA是基因表达的负调控因子，在β细胞的增殖、生存方面起关键作用。特定microRNA水平的改变与β细胞代偿功能相关，促进β细胞存活和发挥作用的激素或生物活性肽可调节microRNA水平。相反，细胞因子、高脂血症、高血糖和氧化型低密度脂蛋白引起的microRNA的表达修饰，可以促进β细胞功能衰竭和凋亡。

糖尿病；胰岛β细胞；microRNA

改善β细胞功能和数量的可塑性是近年来开创糖尿病新疗法的热点。β细胞数量和功能的自适应能力依赖于转录和翻译的调节过程。非编码小RNA（miRNA）是基因表达过程中转录和翻译的重要调控因子，可及时调节基因表达以使β细胞适应环境的变化[1-2]。大量研究证实，miRNAs在胰岛素合成与分泌、胰岛β细胞发育和存活、糖、脂代谢过程中发挥重要作用[2]。本文阐述了在糖尿病患者β细胞代偿和功能衰竭中miRNAs所起的关键性作用。

1 MiRNAs与β细胞发育

成人β细胞数量在增殖、发育、凋亡之间存在动态平衡[3]。胰腺起源于内胚层细胞，在初始阶段，生长因子和周围间充质细胞产生的信号分子可刺激祖细胞增殖。该过程由一个包括神经生长因子3（Neurog3）的级联反应控制。表达Neurog3的细胞在胚胎时期明显增加并达到高峰，之后该转录因子水平逐渐下降[4]。Neurog3的短暂表达对内分泌祖细胞分化至关重要，将引起胰岛内分泌细胞亚型的出现。在小鼠，敲除Neurog3基因将阻止所有胰腺内分泌细胞的生成。在50%～70%胰腺切除的个体中，β细胞再生与祖细胞中Neurog3蛋白的诱导表达无关。因此，学者们提出miRNA可能参与Neurog3的翻译后调控[5]。胰腺部分切除后再生胰腺的miRNA表达谱研究显示，4 个 miRNAs表达上调：miRNA-15a、miRNA-15b、miRNA-16及miRNA-195。推测这4个miRNA对Neurog3mRNA的调节有靶向性，可能有助于翻译后转录因子的调控[5]。这些miRNA是否分别有助于胰腺发育，尚不明确。

2 MiRNA与祖细胞增殖和β细胞成熟

研究显示，当祖细胞开始表达胰岛素时，即停止分化。而β细胞数量在胎儿期或出生后继续增加[6]。在敲除胰岛β细胞Dicer1基因（RNaseⅢ的一个结构域）的鼠模型中证实miRNA发挥重要作用。在人和小鼠β细胞中富含miRNA-375，其在胰腺发育过程中起主要作用[7]。MiRNA-375不仅影响β细胞数量，而且影响α细胞数量[8]。MiRNA-375通过调节重组胰岛素样生长因子和磷脂酰肌醇依赖激酶1基因表达,影响葡萄糖依赖的胰岛素分泌[8]。MiRNA-375基因敲除小鼠的胰岛β细胞数量下降30%～40%，α细胞增加1.7倍，胰高血糖素升高和胰岛素降低，从而导致糖尿病的发生，表明miRNA-375在β细胞增殖及葡萄糖依赖的胰岛素分泌过程中具有重要作用[7]。另外，miRNA-7a在胰腺发育期间可增加β细胞数量。MiRNA-7a属于保守的miRNA-7a/b家族，在啮齿类动物和人胰岛β细胞中表达丰富[9]。MiRNA-7a缺失可导致其下游控制目标mTORC1、p70S6K的表达上调，从而促进β细胞的增殖。研究显示，miRNA-7a水平下降后人β细胞增殖可增加近 30 倍[10]。

3 MiRNA与胰岛素的合成和分泌

β细胞在肠促胰素如胰高血糖素样肽-1（GLP-1）及其类似物的刺激下释放胰岛素[11]。其他营养物质如游离脂肪酸、氨基酸等也可增加葡萄糖诱导的胰岛素分泌[12]。GLP-1通过与GLP-1受体结合，升高cAMP水平，反过来又通过蛋白激酶A依赖和非依赖的机制促进胰岛素分泌[11]。MiRNA-375表达降低可增加MIN6细胞对胰岛素的分泌，而其过度表达可抑制葡萄糖依赖的胰岛素分泌能力[13]。

另外，miRNA-9在人胚胎干细胞分化及神经细胞、胰腺细胞系形成过程中表达[14]。其适当表达是成熟β细胞发挥作用所必需的。MiRNA-9过表达或不足对β细胞的分泌能力都有不利影响，其水平可影响转录因子Onecut2的表达，反过来又阻碍了内分泌因子Slp4的表达。Slp4水平升高，将使β细胞的胰岛素分泌能力受损[15]。

MiRNA-96也在β细胞中表达，可以控制Slp4、Noc2的表达[16]。其过表达可使Slp4水平升高，而使Noc2水平下降。

4 MiRNA与妊娠和肥胖人群β细胞代偿增加

妊娠作为最强的生理刺激，可诱发β细胞数量增加。啮齿类动物在分娩后10d内，β细胞数量和活性可恢复到妊娠前水平[17]。在妊娠大鼠中观察到4种miRNAs，包括 miRNA-144、miRNA-218、miRNA-338-3p、miRNA-451水平升高，分娩后这些miRNA的表达恢复到基础水平。妊娠期间，miRNA-338-3p水平下降，而miRNA-451水平增加[18]。妊娠时，啮齿类动物和人β细胞的增加可能是细胞增殖加强而凋亡减少综合作用的结果[17]。MiRNA-451的表达并不增加细胞的增殖率，但可以抵抗细胞因子所引起的细胞凋亡。MiRNA-338-3p的表达下降可促进移植胰岛细胞的增殖[18]。此外，miRNA-338-3p表达下降可以保护β细胞免于一些细胞因子诱发的凋亡。表明在妊娠期间β细胞增加过程中，miRNA-338-3p的下降起关键作用。β细胞的量不仅在妊娠期间增加而且在胰岛素抵抗和肥胖人群中也会增加[19]。近年研究证实，miRNA在肥胖中起关键的调控作用[20]。肥胖可加重胰岛素抵抗，β细胞数量的增加可以代偿外周组织对胰岛素需求的增加，从而维持正常的血糖水平[19]。在孕鼠中可观察到的miRNA-451增加和miRNA-338-3p下降，在高脂饮食所致的肥胖小鼠的胰岛细胞中也同样能观察到。此外，在年轻、血糖正常但已经肥胖的小鼠中miRNA-338-3p水平降低，表明在胰岛生理性适应方面，其发挥重要作用[18]。

5 MiRNA与β细胞功能障碍

MiRNA水平异常不但可以促进肥胖糖尿病患者的慢性炎性反应过程，而且加速胰岛β细胞功能衰竭[21]。瘦素受体基因缺陷小鼠除miRNA-338-3p表达下降外，其他miRNA也发生变化，包括miRNA-132表达增加，miRNA-184、miRNA-203、miRNA-210 表达下降[18]。在体外，miRNA-203和miRNA-210表达下降可促进大鼠β细胞凋亡[22]。在从糖尿病小鼠分离的胰岛中，miRNA-210和miRNA-184的表达下降更加明显。表明这些miRNA水平的失衡可导致β细胞从适应到程序性死亡的转变。此外，在小鼠体外实验中，miRNA-199a-3p表达增加和mRNA-383表达下降也可促使β细胞凋亡。在糖尿病人群中，只有miRNA-187的增加与β细胞功能衰竭相关，miRNA-187表达增加可降低葡萄糖依赖的胰岛素分泌[1，22]。结果表明，在糖尿病患者和啮齿类动物中，不同的miRNA水平表明了β细胞的适应性改变和功能下降的程度。

循环中非酯化游离脂肪酸的缓慢升高与肥胖有关而且是糖尿病发生、发展的独立危险因素。大量研究表明，棕榈酸是血液中最多的游离脂肪酸，其作为一个不利的因素可促进胰岛素抵抗和β细胞功能衰竭。在糖尿病小鼠的实验中显示，血非酯化游离脂肪酸的浓度异常升高[23]。脂质所引起的β细胞破坏包括胰岛素合成减少和分泌能力下降，及细胞凋亡所致的β细胞数量减少[5]。在肥胖相关的糖尿病患者中，棕榈酸水平升高和慢性高血糖共同促进胰岛β细胞功能衰竭[23]。使糖尿病小鼠的胰岛β细胞暴露于高脂和高糖环境下，可导致miRNA-184、miRNA-203和miRNA-383水平下降[24]。在体外培养的胰岛细胞中，miRNA-34A和miRNA-146水平升高可导致β细胞功能衰竭和细胞凋亡增加[25]。在分离的人胰岛和胰岛素分泌细胞中，促炎细胞因子引起了miRNA-34a和miRNA-146水平升高，表明由棕榈酸和细胞因子引起的信号级联反应（其可导致β细胞功能衰竭）可使上述miRNA激活[26]。

6 结论与展望

MiRNA是β细胞功能的重要调控因子。多种miRNA分子在胰岛素分泌细胞中发挥重要的调控作用。MiRNA除了可在细胞内发挥作用，有些还可以稳定的状态被分泌到包括血液和尿液中发挥作用。血中不同种类的miRNA有望在一些疾病（包括糖尿病）中起到生物标志物的作用[27]。在糖尿病患者血液中，已经发现了包括miRNA-103和miRNA-224在内的一些miRNA[28]。在病理生理状态下，有功能缺陷的β细胞会释放miRNA到血液中。今后的研究应着重探究血循环中miRNA的生理意义，以及确定是否不同功能状态的β细胞会分泌不同的miRNA。通过检测血中miRNA的种类及数量，可判断β细胞是否处于代偿状态或功能衰竭状态。

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Effects of microRNAs on islet β cell function

Li Sufen，Han Ying，Shi Jieli，Tian Xiubiao，Xu Fujuan，Gao Pengfei，Liu Yan.Department of Endocrinology，The Seaside People's Hospital of Tianjin，Tianjin 300280，China

Recent studies have emphasized the instrumental role ofmicroRNAs in the control of β cell function.MicroRNAs are negative regulators of gene expression，and are pivotal for the control of β cell proliferation，function，and survival.Changes in specific microRNA levels，which have been associated with β cell compensation，are triggered by hormones or bioactive peptides that promote β cell survival and function.Conversely，modifications of other specific microRNAs contribute to β cell dysfunction and death elicited by diabetogenic factors including cytokines，chronic hyperlipidemia，hyperglycemia，and oxidized low density lipoprotein.

Diabetes mellitus；Islet β cell；MicroRNA

（Int J Endocrinol Metab，2015，35：193-195）

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2015.03.014

300280 天津海滨人民医院内分泌科

2014-01-20）