外泌体microRNA与2型糖尿病慢性并发症的研究进展

崔晓艳 闫 爽

国际糖尿病联盟最新统计数据显示，我国成人糖尿病患者数量已达1.14亿，未明确诊断的糖尿病患者为6130万人，另有糖尿病前期患者4680万人[1]。由于长期高糖毒性的刺激导致了2型糖尿病慢性并发症的发生和发展，严重损害人类健康，但目前仍缺乏有效的早期分子检测指标和靶向诊疗方法。最新研究发现，外泌体microRNA(miRNA)可通过转录后机制抑制靶基因的表达，参与多种病理过程，包括肿瘤转移、动脉粥样硬化、慢性炎症和胰岛素抵抗等，在涉及器官间通讯的糖尿病病理过程中也发挥重要的调节作用[2]。本文结合国内外最新研究进展，对外泌体microRNAs在2型糖尿病各种慢性并发症中的调控机制做一综述，探寻防治2型糖尿病慢性并发症的新靶点。

一、外泌体概述

细胞可分泌包含蛋白质、脂质、核酸和膜受体的纳米级囊泡，这些囊泡具有介导信号转导、物质转运至邻近和远处的细胞的功能。外泌体是这类囊泡的一种，作为蛋白质和DNA/RNA负载的载体，参与调节靶细胞的多种生物学效应，携带诸多生物分子，能够介导自身和远距离细胞间的信息交流。

1.外泌体的发现和形成：外泌体(exosomes)于1987年首次在绵羊网织红细胞中发现并命名。其发生始于质膜的向内出芽，随后形成含有膜蛋白的早期内吞体，继而内吞体内陷以及特定蛋白质和RNA的封闭，产生了多泡体，最终与融合质膜形成外泌体[3]。多种细胞可以产生外泌体，如树突状细胞、B淋巴细胞、T淋巴细胞等[4]。此外，因外泌体具有脂质双层结构的保护作用，可稳定存在于各种体液(如血液和尿液等)而不被降解，其脂质和蛋白质组分可以影响药代动力学特性[3～5]。

2.外泌体的生物学功能:(1)外泌体介导miRNAs转移：外泌体miRNAs在囊泡结构的保护下稳定存在于循环中，然后转移到靶细胞中以调控某些基因的表达。Nazarenko等[6]在肥大细胞源性外泌体中首次发现miRNA，随后经深入研究，陆续发现多种miRNAs，目前为止已知人体中的miRNAs种类多达700余种。(2)外泌体介导的肿瘤微环境调节：外泌体miRNAs可以进入肿瘤微环境，从而加速肿瘤的血管生成和转移。Felicetti等[7]从人黑素瘤细胞分泌的外泌体中分离出miR-222，该miRNA通过抑制抑癌基因p27-Kip1来促进癌细胞的增殖和侵袭。采用脂肪细胞和纤维细胞来源的外泌体对卵巢癌细胞进行预处理时发现凋亡受抑制，表明外泌体可能参与肿瘤免疫逃逸的机制[8]。(3)外泌体作为细胞间通讯的递质：外泌体可以介导细胞间通讯，针对特定位置可以作为生物学过程的介质[9]。人脑微血管内皮细胞来源的外泌体可能促进抗病毒因子向巨噬细胞转移，从而可以预防人类免疫缺陷病毒的神经入侵[10]。

二、外泌体microRNA与糖尿病的发病机制

糖尿病(diabetes mellitus，DM)是一种慢性代谢紊乱性疾病，患者体内存在高葡萄糖水平，多器官功能障碍则是其发病和死亡的主要原因。外泌体是糖尿病发病机制的新研究领域之一，其在调节细胞间通讯中发挥重要作用，故受到了广泛关注。

miRNA是一类小型的非编码RNA分子，包含大约22个核苷酸[11]。miRNAs(如miR-223和miR-29)可通过各种途径发挥调节脂质或葡萄糖代谢、肝糖异生、胰岛素分泌等作用。携带miRNA的外泌体具有更有效地作用于远处组织的优势，故某些外泌体miRNAs可通过靶向蛋白充当胰岛素敏感度调节剂，成为引发糖尿病的病理因素[12]。Katayama等[13]通过研究血清来源的外泌体miRNAs表达谱发现，外泌体miR-20b-5p高浓度释放于DM患者体内，靶向作用于AKT相关蛋白(AKTIP)，该蛋白与AKT直接相互作用，从而增强AKT调节位点的磷酸化，减少人骨骼肌中原始糖原的积累来增强AKT活性，最终导致胰岛素抵抗。胰腺癌衍生的外泌体miRNAs(miR-450b-3p和miR-151-3p)进入C2C12肌管后抑制胰岛素信号和PI3K/Akt信号转导，保留胰岛素诱导的FoxO1核排斥，以及损害葡萄糖转运子GLUT4的功能[14]。由此可知，外泌体miRNAs参与了糖尿病的发病机制。

三、外泌体microRNA与2型糖尿病慢性并发症

2型糖尿病是糖尿病最常见的类型之一。2型糖尿病慢性并发症主要归因于以下促成因素，如高血糖、高血脂、晚期糖基化终产物、生长因子和炎性细胞因子等，不仅严重损害患者的身心健康，更是全球人类健康的一大危机。外泌体miRNA与2型糖尿病慢性并发症的发病机制密切相关。

1.外泌体microRNA与2型糖尿病微血管并发症：(1)糖尿病肾病：糖尿病肾病(diabetic nephropathy,DN)是2型糖尿病(T2DM)的常见慢性并发症之一，若未及时控制则引起肾功能渐进性恶化。尿微量白蛋白是目前最常用于诊断糖尿病肾病的指标，但蛋白尿在早期被检测的能力有限，且肾功能的恶化通常先于蛋白尿，非大量白蛋白尿型肾脏疾病的诊断更为复杂[15]。近期研究发现，外泌体miRNAs在DN病理生理学中参与信号级联发挥作用，表明外泌体miRNAs可能是治疗DN有前景的靶点之一。外泌体miR-16-5p(来源于人尿源性干细胞)的过表达可以保护高血糖诱导的人足细胞，抑制血管内皮生长因子A的表达并促进足细胞增殖从而抑制足细胞凋亡及保护足细胞免受损伤从而改善DN，为DN的治疗提供了新视角[16]。此外，尿源性外泌体miR-877-3p在DN患者体内的含量明显高于普通糖尿病患者，其与肾脏纤维化有关[17]。提示尿源性外泌体miRNAs(miR-16-5p、miR-877-3p)可能成为一种预测及诊断DN的分子标志物和颇有前景的治疗方法，但其确切调控机制有待进一步研究。(2)糖尿病视网膜病变：糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy，DR)是T2DM严重的微血管并发症，是成人失明的主要原因之一。 DR的发病涉及多种复杂机制，如炎症、氧化应激、视神经变性和自噬等。已有研究证实，外泌体miRNAs在DR的发病机制中发挥关键作用，可作为筛查和治疗DR的手段之一[18]。活性氧(reactive oxygen species，ROS)是参与DR发展的主要致病因素，T2DM显著增加外泌体miR-15a(来源于胰腺β细胞)的释放，过表达的外泌体miR-15a通过靶向介导Akt3和抑制PI3K激酶通路导致氧化应激，诱导活性氧积累的途径，导致细胞死亡。随着病情进展，增加的miR-15a以外泌体形式进入血液后被转运到视网膜，以致视网膜损伤[19,20]。由此可见，外泌体miR-15a不仅与糖尿病的严重程度相关，还参与DR的发生和发展。循环外泌体miRNAs在糖尿病患者和健康者之间存在差异表达，DR患者血浆外泌体miRNAs不仅诱导周细胞脱离和周细胞/内皮细胞迁移，而且增加周细胞/内皮细胞的通透性和新生血管形成，此外，从DR患者血浆中提取的外泌体miRNAs(miR-150-5p、miR-21-3p和miR-30b-5p)在视网膜微血管的体外模型中能够诱导视网膜病变[21]。由此可见，外泌体miRNAs可能是评价DR发病的潜在生物学标志物，更可能是DR治疗的新靶点。

2.外泌体microRNA与动脉粥样硬化：2型糖尿病患者出现动脉粥样硬化目前已成为常见病、多发病,动脉粥样硬化的发生与炎性反应及免疫功能异常密切相关[22]。因此控制炎性反应、保护患者的血管内皮功能是治疗动脉粥样硬化的重要途径[23]。研究表明，外泌体miRNAs在炎性反应、内皮细胞功能、平滑肌细胞功能、胆固醇的稳态及血管新生等方面起重要作用[24]。在哺乳动物体内发现的第1个miRNA是腺癌细胞来源的外泌体miR-21，其中内皮细胞的miR-21在动脉粥样硬化斑块中显著增加，通过直接靶向抑癌基因PTEN而发挥药理作用，miR-21/PTEN通路在调节动脉粥样硬化的内皮细胞功能、凋亡和炎性反应过程中承担重要功能[25]。血流动力学改变是影响动脉血管内皮细胞功能的因素之一，其与血管斑块的形成及发展密切相关，血管分叉处常产生湍流，其相应的剪切力则可以诱导外泌体miR-21、miR-92a、miR-663等miRNAs的表达[26]。外泌体miRNAs的表达具有抗动脉粥样硬化的作用[27]。可见，外泌体miRNAs参与了T2DM动脉粥样硬化的发病机制。对外泌体miRNAs分子机制的深入研究，有利于为防治T2DM患者发生动脉粥样硬化提供新的临床佐证。

3.外泌体microRNA与糖尿病周围神经病变：糖尿病周围神经病变(diabetic peripheral neuropathy，DPN)是T2DM的主要慢性并发症之一，目前无明确有效的治疗方法。Qing等[28]研究表明，来源于施万细胞、巨噬细胞和间充质干细胞的外泌体miRNA可以促进周围神经再生，参与神经和血管再生等许多关键过程。DPN炎症的常见下游机制之一是激活NF-κB途径，通过触发产生的一系列促炎性细胞因子和趋化因子引起神经元功能障碍。外泌体miRNAs(miR-17、miR-23a和miR-125b)能够靶向参与TLR4/NF-κB信号通路和晚期糖基化终产物信号受体，随之激活炎症级联反应和调节巨噬细胞表型。其中，间充质基质细胞源性外泌体miRNA不仅能下调TLR4/NF-κB信号通路的表达，显著降低糖尿病小鼠坐骨神经的促炎性细胞因子水平，还能将炎症巨噬细胞转化为M2表型来抑制炎性反应，继而促进DPN的神经血管重塑和功能恢复[29]。深入探究外泌体miRNAs对DPN的调控机制，可为DPN的诊治提供新颖的视角。

四、展 望

2型糖尿病及其导致的多种慢性并发症给人们的身心健康带来了极大的危害，合理有效地对其进行早期诊断和防治是全球性的公共卫生问题。综上所述，外泌体microRNA作为细胞间通讯的介质，可以在许多疾病的病理生理过程中发挥生物信息调控的作用。大量研究发现，多种外泌体miRNAs在2型糖尿病慢性并发症的发生、发展过程中发挥重要的生物学作用，有望为该组疾病的早期筛查、诊治和预后评估等提供可靠的新型分子生物学指标。

尽管这些研究的发现为2型糖尿病慢性并发症的诊治提供了令人兴奋的靶向，但仍有许多难题需要进一步攻克，由于目前对其确切调控机制的研究有限，如何从特定细胞中分离和提纯外泌体，以及如何确定体液中外泌体的来源仍是亟待解决的难题；外泌体miRNAs作为疾病标志物的可行性和可信性也有待于后续开展大量的研究予以进一步证实。随着生物讯息的迅猛发展和更多高质量、多中心、大样本的的深入研究，外泌体miRNAs将来有望成为治疗2型糖尿病慢性并发症的新方法、新靶点，为临床诊疗和科研发展提供坚实的理论基础。