MALAT1在糖尿病及其微血管并發(fā)癥中的作用新進展

左熠， 何笑云， 周素嫻

(1. 桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科， 廣西 桂林 541001； 2. 中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院內(nèi)分泌科， 湖南 長沙 410013)

糖尿病是當今社會發(fā)病率日益增長的多發(fā)病之一，以高血糖為主要特征，主要原因為胰島素分泌障礙或作用受損，其導(dǎo)致的各種并發(fā)癥影響了絕大多數(shù)糖尿病患者的生活質(zhì)量。長期高血糖嚴重增加了微血管疾病的風(fēng)險，包括神經(jīng)病變、視網(wǎng)膜病變和腎臟病變等常見并發(fā)癥[1]。隨著基因組學(xué)研究的不斷深入，長鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs，LncRNA)被證實參與調(diào)控許多疾病的發(fā)病機制[2-4]，其在各種疾病中的調(diào)控機制已成為新的研究熱點。本文就LncRNA轉(zhuǎn)移相關(guān)的肺腺癌轉(zhuǎn)錄本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1)在糖尿病及其相關(guān)微血管并發(fā)癥中的作用研究做一綜述。

1 MALAT1概述

LncRNA是一類轉(zhuǎn)錄本長度≥200個核苷酸的功能RNA，大多數(shù)LncRNA都有自己的啟動子，由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄、5′端加帽、聚腺苷酸化并進行剪接而成[5]，它們在調(diào)節(jié)細胞增殖、分化、侵襲和凋亡方面發(fā)揮至關(guān)重要的作用[6-8]。因此，其在一些人類疾病中已成為新的生物標志物和治療靶點[9]。

MALAT1又稱核富含豐富的轉(zhuǎn)錄本2，屬于基因間LncRNA。MALAT1的長度約在8 000 bp以上，在33種哺乳動物中表現(xiàn)出高度的保守性，其在人體幾乎所有組織中普遍表達，以胰腺和肺中的表達最高。MALAT1基因位于人染色體11q13和小鼠染色體19qA中[10]，其表達水平與許多蛋白質(zhì)編碼基因(包括β-肌動蛋白或GAPDH)相近，甚至高于許多蛋白質(zhì)編碼基因。在基因組中，由RNA酶 P和RNA酶 Z加工合成長度為6.7 kb的MALAT1轉(zhuǎn)錄物，存在于核散斑體和與MALAT1相關(guān)的小胞質(zhì)RNA中。在MALAT13′末端形成的獨特三螺旋結(jié)構(gòu)，可保護其3′末端免受3′-5′核酸外切酶的切割。Brown等[11]確定了該三螺旋的晶體結(jié)構(gòu)，詳細解釋了每個核苷酸在維持這種三螺旋結(jié)構(gòu)中的作用，并且發(fā)現(xiàn)核內(nèi)豐富的核蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶樣蛋白16在體外和體內(nèi)均可與三螺旋發(fā)生相互作用[12]，這種三螺旋結(jié)構(gòu)有助于維持MALAT1的穩(wěn)定。

最初研究認為MALAT1是癌癥的重要生物標志物之一[13-15]，最近有研究發(fā)現(xiàn)其與糖尿病及其相關(guān)并發(fā)癥有關(guān)[16-17]，它通過調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄在調(diào)控組織炎癥、腫瘤進展、血管生成、血管重塑、肝纖維化和糖尿病發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用[18]。

2 MALAT1與糖尿病

胰島素抵抗是指胰島素促進葡萄糖攝取和利用率下降，血糖環(huán)境無法維持穩(wěn)態(tài)，2型糖尿病的重要標志是組織或細胞中出現(xiàn)胰島素敏感性或反應(yīng)性降低[19]。Yan等[20]發(fā)現(xiàn)，在ob/ob小鼠肝臟中，MALAT1的水平增加，且通過增加膽固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子1c的穩(wěn)定性，促進肝臟胰島素抵抗。Liu等[21]通過胰島素抵抗小鼠觀察到運動可降低MALAT1的表達，從而下調(diào)抵抗素水平，導(dǎo)致穩(wěn)態(tài)模型評估胰島素抵抗水平降低；體外實驗發(fā)現(xiàn)運動可下調(diào)MALAT1、上調(diào)miR-382-3p和降低抵抗素的水平，從而緩解腎小球內(nèi)皮細胞中的胰島素抵抗，即運動可通過調(diào)節(jié)MALAT1/miR-382-3p/抵抗素通路，改善2型糖尿病患者的胰島素抵抗。氧化應(yīng)激參與糖尿病的發(fā)生發(fā)展，活性氧的產(chǎn)生是其標志物，而核因子E2 相關(guān)因子2(nuclear factor erythroid-2-related factor 2，NRF2)是調(diào)控氧化應(yīng)激的關(guān)鍵因子。Chen等[22]通過搜索數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)MALAT1與NFR2/抗氧化反應(yīng)元件驅(qū)動基因及NRF2本身存在相互作用，且證實NRF2受MALAT1負向調(diào)控。他們同時發(fā)現(xiàn)活性氧通過激活c-Jun N末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)引起胰島素抵抗，并抑制胰島素受體底物-1(insulin receptor substrate-1，IRS-1)的表達及絲氨酸/蘇氨酸激酶(protein kinase B，PKB)的磷酸化水平；而抑制MALAT1表達，可導(dǎo)致JNK活性下降，并活化IRS-1及PKB的磷酸化。因此他們認為MALAT1一方面通過負向調(diào)控NRF2從而影響氧化應(yīng)激水平進而緩解胰島素抵抗，另一方面通過JNK、IRS-1及PKB改善胰島素信號傳導(dǎo)。然而，Carter等[23]通過體外及體內(nèi)模型發(fā)現(xiàn)，盡管抑制了MALAT1表達，胰島素的產(chǎn)生和通過胰島素相關(guān)受體的轉(zhuǎn)導(dǎo)通路并未受到影響，他們認為MALAT1的缺失對于脂肪組織再生和人體糖耐量水平的影響在生理水平上與衰老和肥胖無關(guān)，也不排除可能存在未闡明的機制。因此，MALAT1調(diào)控胰島素抵抗的機制有待于進一步研究闡明。

3 MALAT1與糖尿病微血管并發(fā)癥

3.1 MALAT1與糖尿病腎病

糖尿病腎病是由糖尿病慢性微血管病變所引起的腎臟結(jié)構(gòu)及功能的異常，最終導(dǎo)致腎功能衰竭，出現(xiàn)終末期腎病。其基本病理特征表現(xiàn)為腎小球系膜基質(zhì)增多、基底膜增厚和腎小球硬化。近年來多項研究證實，LncRNA與糖尿病腎病之間的信號通路對于糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展至關(guān)重要[24-26]。其中，MALAT1通過多種途徑參與調(diào)節(jié)糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展。

3.1.1MALAT1調(diào)控腎小管上皮細胞 Zhou等[27]發(fā)現(xiàn)MALAT1可以通過調(diào)控叉頭轉(zhuǎn)錄因子-1基因抑制組蛋白去乙酰化酶1轉(zhuǎn)錄，并促進高糖誘導(dǎo)下腎小管上皮細胞HK-2細胞損傷。細胞焦亡是一種不同于凋亡及壞死、伴隨大量炎癥反應(yīng)的細胞程序性死亡方式，目前有關(guān)細胞焦亡的相關(guān)研究越來越多。Li 等[28]發(fā)現(xiàn)在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠和高糖培養(yǎng)下的HK-2細胞系中，MALAT1表達水平增加，且MALAT1水平的增加與細胞焦亡水平的升高及miR-23c表達下降有關(guān)，下調(diào)MALAT1后重組ELAV樣蛋白1、含NLR家族PYRIN域蛋白3、半胱氨酸蛋白酶-1和白細胞介素-1β的表達降低，miR-23c表達增加、細胞焦亡水平下降。這些結(jié)果證實MALAT1通過調(diào)節(jié)miR-23c及其下游靶點重組ELAV樣蛋白1促進腎小管細胞焦亡和糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展。Liu等[29]通過體外實驗發(fā)現(xiàn)抑制MALAT1表達可致E盒結(jié)合鋅指蛋白2(zinc finger E-box binding homeobox 2，ZEB2)水平下調(diào)，ZEB2的下調(diào)可抑制高糖誘導(dǎo)的HK-2細胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-to-mesenchymal transition，EMT)和纖維化，且證實高糖可致MALAT1表達升高、miR-145水平下調(diào)，他們證明MALAT1充當海綿體吸附miR-145，上調(diào)靶基因ZEB2的表達，從而在糖尿病腎病中誘導(dǎo)EMT和腎纖維化，因此MALAT1/ miR-145/ZEB2有可能成為糖尿病腎病治療的靶點。

3.1.2MALAT1調(diào)控腎小球內(nèi)皮細胞MALAT1還與內(nèi)皮細胞損傷密切相關(guān)。Puthanveetil等[30]研究發(fā)現(xiàn)，MALAT1通過激活炎癥配體血清淀粉樣蛋白啟動子上調(diào)高糖誘導(dǎo)的炎癥介質(zhì)IL-6和腫瘤壞死因子α(TNF-α)的表達，從而引起炎癥反應(yīng)和上調(diào)氧化應(yīng)激，這些反應(yīng)可能影響腎小球血管內(nèi)皮的穩(wěn)定性。Klotho蛋白是一種跨膜蛋白，在腎臟中參與離子通道、轉(zhuǎn)運體和1,25-二羥維生素D3的調(diào)節(jié)及慢性腎臟病的發(fā)生發(fā)展。最近的研究證實Klotho蛋白對于腎臟具有保護作用。G9a是組蛋白第9位賴氨酸(H3K9)甲基轉(zhuǎn)移酶，主要參與組蛋白甲基化和DNA甲基化，研究發(fā)現(xiàn)G9a和H3K9表達呈正相關(guān)，G9a和Klotho表達呈負相關(guān)[31]。Li等[32]發(fā)現(xiàn)MALAT1表達與Klotho表達呈負相關(guān)，Klotho過表達不僅緩解了高糖誘導(dǎo)的人腎小球內(nèi)皮細胞損傷，也逆轉(zhuǎn)了MALAT1過表達導(dǎo)致的細胞損傷，這提示MALAT1可能通過抑制Klotho參與高糖導(dǎo)致的細胞損傷。他們證實MALAT1募集G9a在表觀遺傳方面沉默Klotho表達，這是MALAT1調(diào)控高糖誘導(dǎo)人腎小球內(nèi)皮細胞損傷的機制之一。

3.1.3MALAT1調(diào)控腎臟足細胞 腎臟足細胞損傷是糖尿病腎病蛋白尿發(fā)生的重要機制，Hu等[25]通過體內(nèi)外實驗發(fā)現(xiàn)糖尿病小鼠腎足細胞中MALAT1呈現(xiàn)先升后降趨勢。他們認為足細胞核中MALAT1和β-連環(huán)蛋白之間可能存在反饋調(diào)節(jié)：β-連環(huán)蛋白通過結(jié)合其啟動子和調(diào)節(jié)啟動子活性來調(diào)節(jié)MALAT1轉(zhuǎn)錄，而MALAT1改變了轉(zhuǎn)錄后β-連環(huán)蛋白的前mRNA加工模式。而高糖的影響打破了這一反饋調(diào)節(jié)的平衡，導(dǎo)致早期MALAT1的升高及后期β-連環(huán)蛋白的核積累。絲氨酸/精氨酸剪接因子1(serine/arginine splicing factor 1，SRSF1)是SR蛋白家族的成員，參與調(diào)節(jié)mRNA代謝。在高糖條件下，早期MALAT1水平升高后，SRSF1在足細胞中升高，并與隨后下降的MALAT1趨勢一致。在抑制SRSF1表達后MALAT1水平降低，足細胞損傷得到逆轉(zhuǎn)。由此可見，MALAT1參與糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展過程。

3.2 MALAT1與糖尿病視網(wǎng)膜病變

MALAT1在糖尿病誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜內(nèi)皮細胞功能障礙中起致病作用，其與p38 /分裂原激活的蛋白激酶(mitogen activated protein kinases，MAPK)之間的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)參與調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜內(nèi)皮細胞的功能。p38/MAPK途徑抑制劑或抑制p38表達可阻斷MALAT1誘導(dǎo)的細胞增殖，而抑制MALAT1減弱了p38/MAPK的磷酸化水平，且沉默MALAT1對糖尿病視網(wǎng)膜病變的治療具有潛在作用，因此MALAT1和p38/MAPK通路有望成為治療糖尿病視網(wǎng)膜病變的新策略[33]。Yan等[34]通過體外實驗、動物研究和臨床樣品分析證實MALAT1失調(diào)與糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)生有關(guān)。血管內(nèi)皮鈣黏蛋白(VE-cadherin)位于內(nèi)皮連接處，是一種Ⅱ型內(nèi)皮限制性鈣黏蛋白，是與血管生成活性有關(guān)的標志物。已有研究證實糖尿病視網(wǎng)膜病變中VE-cadherin的水平顯著增加[35]。Liu等[36]發(fā)現(xiàn)MALAT1通過其3′-UTR與VE-cadherin競爭性結(jié)合miR-125b導(dǎo)致VE-cadherin的活化，通過miR-125b靶向沉默MALAT1的表達，可抑制高糖環(huán)境下VE-cadherin /β-連環(huán)蛋白復(fù)合物的形成及血管內(nèi)皮生長因子和基質(zhì)金屬蛋白酶2、基質(zhì)金屬蛋白酶9的表達，進而改善人視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細胞的遷移、血管生成及通透性。Biswas等[37]在高糖培養(yǎng)的人視網(wǎng)膜內(nèi)皮細胞中發(fā)現(xiàn)MALAT1表達的峰值在第48小時，他們通過糖尿病患者的玻璃體液及各種體內(nèi)外實驗證實MALAT1在高糖下可通過與多梳抑制復(fù)合物2結(jié)合從而影響炎性轉(zhuǎn)錄物的表達，且糖尿病患者的玻璃體液中MALAT1、TNF-α和IL-6的表達增加。以上結(jié)果表明，MALAT1通過p38/MAPK通路、VE-cadherin/β-連環(huán)蛋白和MALAT1/多梳抑制復(fù)合物2途徑影響糖尿病視網(wǎng)膜病變。

3.3 MALAT1與糖尿病心肌病

Barbati等[38]發(fā)現(xiàn)高糖環(huán)境引起的一氧化氮信號紊亂可能通過激活環(huán)磷鳥苷酸改變心臟細胞的表觀遺傳環(huán)境，而Bacci等[39]通過體內(nèi)外實驗發(fā)現(xiàn)長期高糖引起的一氧化氮升高或環(huán)磷鳥苷酸生物利用度降低會影響MALAT1表達。有研究發(fā)現(xiàn)在糖尿病患者、糖尿病大鼠和高糖處理過的心肌細胞中miR-181a-5p水平顯著下降[40]，且其參與調(diào)控內(nèi)皮細胞的凋亡[41]。Cheng等[42]發(fā)現(xiàn)在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病心肌病小鼠的心肌中，半胱氨酸蛋白酶-3和促凋亡蛋白B細胞淋巴瘤-2相關(guān)蛋白的表達升高，抗凋亡蛋白B細胞淋巴瘤-2的水平下調(diào)，這提示糖尿病心肌病中存在線粒體凋亡途徑調(diào)控的細胞凋亡。他們進一步發(fā)現(xiàn)MALAT1在糖尿病心肌病小鼠和高糖誘導(dǎo)的心肌細胞中明顯上調(diào)，而干擾MALAT1表達后可顯著改善高糖誘導(dǎo)的細胞凋亡，并且抑制miR-181a-5p可部分逆轉(zhuǎn)干擾MALAT1的作用。這提示抑制MALAT1可以通過釋放miR-181a-5p來緩解高糖誘導(dǎo)的心肌細胞凋亡。因此MALAT1和miR-181a-5p有可能成為糖尿病心肌病臨床診療新的標志物。松果體產(chǎn)生的褪黑素對于多種組織和器官都有良性作用，已有研究證實其可通過抑制組蛋白去乙酰化酶1—過氧化物酶體增殖物激活受體γ輔激活因子1α途徑改善糖尿病引起的心臟功能障礙[43]，且通過增強哺乳動物不育20樣激酶1/組蛋白去乙?；?信號傳導(dǎo)改善糖尿病心肌病的進展[44]。Che等[45]發(fā)現(xiàn)褪黑素通過抑制MALAT1/miR-141介導(dǎo)的含NLR家族PYRIN域蛋白3炎性小體激活和轉(zhuǎn)化生長因子β1信號通路傳導(dǎo)產(chǎn)生抗纖維化作用，從而顯著改善心臟功能障礙，且其明顯降低糖尿病昆明小鼠及高糖培養(yǎng)的心臟成纖維細胞中MALAT1的水平。這對于糖尿病心肌病的預(yù)防及治療具有重要意義。以上表明，MALAT1通過MALAT1/miR-181a-5p及MALAT1/ miR-141途徑調(diào)控糖尿病心肌病變。

4 展望

隨著糖尿病發(fā)病率的提高，其相關(guān)并發(fā)癥逐漸引起重視，同時伴隨實驗技術(shù)的更新?lián)Q代、基因研究的日益深入，LncRNA對于探索疾病病理生理機制打開了一個新的突破口。通過研究LncRNA不僅揭示了發(fā)病機制，也為臨床用藥提供了新思路。MALAT1最初發(fā)現(xiàn)參與腫瘤的發(fā)生發(fā)展，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)其可參與糖尿病、心肌疾病、肝臟疾病、神經(jīng)病變等多種疾病的調(diào)控。MALAT1可從基因調(diào)控、表觀遺傳、炎癥、細胞死亡方式等角度對糖尿病常見并發(fā)癥進行調(diào)控。探究糖尿病微血管并發(fā)癥的發(fā)病機制及其臨床治療方向，可為今后的預(yù)防及臨床診療提供更完善的策略。