中国病理生理杂志
叶小林 李涛 吴柱国
【摘要】 糖尿病是一种严重影响人民身体健康的慢性代谢性疾病，其诸多慢性并发症中以糖尿病性心肌病对患者危害为甚，患者无特定病因，如冠心病、高血压、心脏结构病变等，却可出现心力衰竭症状和体征，严重影响患者的生命质量。该并发症患者血中部分miRNA水平表达增加或减少，参与心肌纤维化、心肌细胞线粒体功能障碍、心肌细胞凋亡等众多糖尿病性心肌病病理过程，对糖尿病性心肌病患者既有积极影响也有消极影响。本文即对部分miRNA在糖尿病性心肌病病理生理过程中的作用进行综述。
【关键词】 miRNA； 糖尿病性心肌病； 心力衰竭； 病理生理过程
Roles of Some miRNAs in the Pathophysiology of Diabetic Myocardiopathy/YE Xiaolin，LI Tao，WU Zhuguo.//Medical Innovation of China，2018，15（08）：140-144
【Abstract】 Diebetic mellitus is a kind of chronic metabolic disorder impacting peoples health，among the various chronic complications of which，the diabetic cardiomyopathy is more prominent.The patients with DCM can present the symptoms of cardiac failure without the special etiologies，such as coronary heart disease，hypertension，changes in heart structure and so on，exerting a strong impact on the quality of the patients.And some of miRNAs in the patients serum may show increased or decreased expression，contributing to a series of pathology，such as myocardiac fibrosis，cardiac mitochondrial dysfunction，myocardium cell apotosis，which has both positive and passive effects on the patients.The essay aims to summarize how some of miRNAs act as in the pathophysiology process of DCM.
【Key words】 miRNA； Dibetic myocardiopathy； Cardiac failure； Pathological process
First-authors address：Guangdong Medical University，Zhanjiang 524003，China
doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2018.08.035
社会经济水平的不断提高和老龄人口、肥胖人口的增加及人們常坐不动的生活方式等，促成如今糖尿病发病率呈不断攀升的趋势。众所周知，糖尿病是一种慢性代谢障碍性疾病，可严重影响人民群众的身体健康；随着病程的延长，心脏、肾脏、神经、眼等诸多器官可逐渐出现病变、功能减退甚至衰竭，引起相应系统的并发症，其中糖尿病性心肌病是糖尿病患者的主要死因，因其可造成患者生命质量下降而备受人们瞩目，而在其病理生理过程中的作用miRNA发挥何种角色，在临床实践中，以miRNA作为干预糖尿病性心肌病病程的治疗靶点或作为该病潜在生物标志物，成为当今心血管疾病研究领域中一大热点。
1 糖尿病对心肌的影响
糖尿病性心肌病是糖尿病的远期并发症之一。糖尿病信号通路被激活后，心脏形态结构将逐步发生改变，心室向心性重构导致心室肥厚、心肌间质纤维化导致心肌顺应性下降及舒张功能障碍，此为糖尿病性心肌病的病理特征。糖尿病患者在无冠状动脉病变、高血压病、心脏瓣膜病等及其他影响心脏前、后负荷因素的情况下，由于心肌代谢障碍可出现心力衰竭，表现为心悸、全身乏力、呼吸困难等。在临床实际中，以糖尿病性心肌病为基础疾病而发生心力衰竭的案例并不罕见，患者行冠状动脉造影检查，各主要血管未见狭窄或阻塞性病变，而心脏彩超却可见室壁运动异常，射血分数下降；在世界范围内，糖尿病性心肌病发病率、死亡率日益升高。该病早期可出现细胞代谢改变而无收缩功能障碍；随着病情进展，心肌细胞凋亡增加，左心室体积稍增大，出现舒张功能障碍，射血分数（EF）可降至50%以下；在终末阶段，心脏微小血管顺应性发生改变，左心室体积增大，出现心功能障碍乃至衰竭。毋庸置疑，高血糖在糖尿病性心肌病的病情进展中具有推波助澜的作用，然而UKPDS33、ACCORD、ADVANCE、VADT等临床研究则指出，严格控制血糖水平无益于糖尿病性心肌病死亡率的下降[1]。换言之，糖尿病性心肌病患者并不因为血糖控制良好而获益。
1.1 高糖作用下心肌顺应下降 糖尿病可引起心肌细胞脂质中间产物累积。在线粒体外膜，由16碳、18碳脂肪酸转化而来的酯酰基辅酶A可促进细胞膜上K+-ATP通道的开放，导致动作电位时程缩短，进而跨心肌膜的Ca2+流减少，心肌收缩力随即减弱。胰岛素依赖的糖尿病亦可以损害心肌肌质网离子泵活性，使得Ca2+从心肌细胞质向肌质网迁移减少，导致心肌僵硬度增加，顺应性下降，在2型糖尿病患者中，其心肌质量不成比例的增加[2]。
1.2 高糖可引起活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）合成增加 在糖尿病患者中，胰岛素缺乏，脂肪、肌肉组织对血中的葡萄糖不能充分摄取、利用，加之肝糖原不合时宜的分解和葡萄糖异生作用，导致血糖水平升高。高糖可促进心肌细胞ROS合成增加，其机制包括：线粒体电子传递链中断，还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶、黄嘌呤氧化酶、脂肪氧合酶等活性增加，一氧化氮合成酶（NOS）解偶联、蛋白激酶C（PKC）激活[3]。上述机制相互作用，促使ROS过量生成和氧化应激发生，导致糖尿病性心肌病。NK-κB是一种可促进诱导型一氧化氮合成酶（iNOS）表达的转录因子，氧化应激和PKC激活可使其表达增加，因而一氧化氮生成增加；一氧化氮可与氧自由基反应生成过氧亚硝酸盐，后者可使线粒体通透性转换孔形成，进一步促进ROS生成、细胞色素C释放和心肌细胞凋亡[4]。由此可见，氧化应激参与了心肌糖尿病性心肌病炎症和纤维化。
1.3 晚期糖基化终末产物（advanced glycation end products，AGE）生成 因机体靶器官、靶细胞不能有效摄取、利用而过剩的葡萄糖可与体内蛋白质、脂质共价结合生成AGE，后者可与机体组织细胞表面的AGE受体结合，引起瀑布样级联反应，其中包括ROS生成、NK-κB激活，导致促炎症细胞因子生成。在AGE信号中，NK-κB上调AGE受体表达，进一步导致ROS和细胞因子合成增加[5]。上述过程破坏机体的组织细胞，加速机体衰老。随着糖尿病病程的进展，AGE在心肌累积，心肌细胞外基质成分将发生改变，引起血管管壁弹性丧失及心功能受损。
2 miRNA在糖尿病心肌损害过程中的角色
有研究报道，与正常人相比，糖尿病性心肌病患者血中部分miRNA水平可发生变化，如miRNA-1、miRNA-499、miRNA-133a、miRNA-133b等表达水平显著受抑，miRNA-21表达增加，而miRNA-16表达水平不变[1]；循环中的部分miRNA可作为糖尿病性心肌病的潜在生物标志物[6]，某些miRNA则可作为治疗糖尿病性心肌病的靶点以延缓其病情进展。因此，深入探究部分miRNA在糖尿病性心肌病病理生理过程中的作用具有一定临床实用价值。
miRNA是一种内源性、非编码的单链RNA，参与了血管生成、代谢、细胞生长、存活和死亡、增殖和分化等多个生理过程，可通过促进目标mRNA的降解和抑制其翻译，实现对基因表达进行负向调节。miRNA生物学机制调节障碍可引起多种疾病发生，其中包括糖尿病性心肌病。糖尿病性心肌病病理生理过程与部分miRNA密不可分。在病程早期，由于转化生长因子-β（TGF-β）信号通路激活、细胞外基质（ECM）蛋白[纤维连接蛋白1（FN1）]、Ⅳ型胶原α链（COLⅣα1）等积聚增多，心肌出现灶性纤维化[7]；因心肌收缩有效性下降，导致心力衰竭发生，最终导致心肌细胞凋亡[8-9]，患者心肌因而遭受不可逆的损伤。临床上迫切需要探寻一种从分子或药理学层面干预糖尿病性心肌病病理生理过程的措施，以减少心肌细胞凋亡[10]。
2.1 miRNA-1可促进心肌细胞凋亡 长期高糖可打破机体活性氧簇（ROS）的生成和清除两者之间的平衡，导致ROS累积；ROS水平升高，使得线粒体膜通透性转换孔扩大，促进细胞色素C释放到细胞浆中，导致心肌细胞凋亡。ROS对于糖尿病性心肌病病情进展、转归具有至关重要的作用[11]。另外，Bax可促进细胞凋亡，Bcl-2則相反、其表达增加可抑制心肌细胞凋亡[12]，两者在糖尿病性心肌病发病机制中具有重要作用，在高糖作用下，前者表达下调而后者表达增加，Bcl-2可与Bax相结合，降低Bax的活性，抑制线粒体外膜通透性转换孔扩大，从而阻止细胞色素C释放、恢复线粒体膜电位水平，阻断半胱天冬酶（caspase，又名细胞凋亡蛋白酶）瀑布样激活反应，抑制心肌细胞凋亡。在糖尿病患者心肌中miRNA-1表达丰富，可促进ROS生成及线粒体膜电位的下降，使Bax表达上调而抑制Bcl-2表达，促进心肌细胞凋亡[11]。因而，Zhai等[13]认为抑制miRNA-1表达对于糖尿病患者心肌具有保护作用。
2.2 miRNA-133a阻遏心肌纤维化 心肌灶性纤维化以细胞外基质表达为其典型特征，为糖尿病性心肌病多个信号通路发生障碍的结果。miRNA-133在心肌组织中表达丰富，可抑制细胞外基质蛋白表达增加，使得纤维化受阻[14-15]。血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）生成和血管紧张素受体的激活有赖于血管紧张素原（AGT）的表达。血管紧张素受体过度激活在心肌纤维化的病理生理过程中发挥关键作用。在糖尿病患者心肌中AGT mRNA表达增加，可被过表达的miRNA-133a逆转，由此可见，miRNA-133a可抑制局部肾素-血管紧张素系统的激活。miRNA-133因抑制促进心肌纤维化的血管活性介质表达，在保护糖尿病患者心肌免于纤维化具有积极意义。
另外，心肌细胞脂质摄取和细胞内代谢异常调节是糖尿病的发病机制之一，在无心肌缺血的晚期糖尿病性心肌病患者中，可观察到心肌细胞内中性脂类累积即心肌脂肪变性，而这与心脏收缩功能受损不无关联。心肌中性脂类含量与心脏收缩功能存在因果关系。心肌脂肪变性脏收缩和舒张功能紊乱。因而在临床实际工作中，心肌脂肪变性对于早期识别高危2型糖尿病患者将其分层管理非常具有实际应用价值。然而，临床上估量心肌中性脂类含量的金标准是质子磁共振波谱分析技术，其用于大规模人群筛查是不切实际的，该技术程序复杂，价格昂贵，并且可引起患者不适。而有研究则显示，外周血中的miRNA作为一种敏感、特异且非侵入性的生物标志物，可早期监测心肌细胞生存状态、结构和功能的改变，对于大规模人群筛查、早期发现心肌脂肪变性具有实用价值，使得早期诊断心功能障碍成为可能。来自糖尿病患者和在体、体外模型的数据均表明，血浆中的miRNA-1和miRNA-133a水平作为提示心肌脂肪变性的临床指标具有良好前景[16]。
众所周知，心律失常以心脏活动起源、心脏搏动频率和或节律及传导等异常为特征，而心肌细胞膜离子通道障碍为重要的结构基础。Li等[17]研究报道，在高糖状态下，心肌祖细胞电生理发生改变，这对于心血管组织的再生和修复具有重要意义；KCNE1和KCNQ1均编码整流钾离子慢通道（IKs），在糖尿病机体中因KCNE1和KCNQ1被抑制表达，IKs减少。高糖可诱导心肌祖细胞miRNA-1/miRNA-133表达增多，进而抑制KCNE1和KCNQ1，这有助于恢复有功能的IKs。由此可见，miRNA-1/miRNA-133一定程度上参与了糖尿病性心肌病的病理生理过程。
2.3 miRNA-233参与心肌细胞葡萄糖摄取 miRNA-233由血细胞分泌，内化于血管壁细胞中，对于血管平滑肌细胞生理特性起关键作用，如增殖、迁移及凋亡等[18]。有研究人员用微阵列芯片方法反映出与正常对照组相比，miRNA-233在糖尿病患者心肌组织中其被调控的方式不同。miRNA-233腺病毒载体被生产出来后用于培养新生大家鼠心室肌细胞，通过观察发现，在胰岛素未被激活的情况下，心室肌细胞摄取葡萄糖增加。在胰岛素活化后，在有miRNA腺病毒载体表达的细胞中，蛋白激酶磷酸化显著衰减。在不影响葡萄糖转运体-4（Glut4）mRNA的情况下，miRNA-233过表达可使得细胞总Glut4水平升高[19]。由此可见，miRNA-233参与了心肌Glut4水平的调节及葡萄糖的摄取。
2.4 其他miRNA在糖尿病性心肌病病生过程中的角色 糖尿病性心肌病患者可有心肌细胞肥大及纤维化，在分子水平上，则发生氧化应激反应、线粒体功能障碍及心肌细胞凋亡[20]。其中氧化应激与miRNA功能失调互为因果[21]。Saito等[22]研究指出，血糖水平波动可导致心肌miRNA-200c和miRNA-141水平增高，并伴随有ROS生成增加。miRNA-499、miRNA-1、miRNA-133a和miRNA-133b等表达下调与ROS生成过多不无关联；心肌细胞钙调节的关键成分接头蛋白表达增加且miRNA-1以其为直接靶点，可损害心脏舒张功能，诱导心肌肥大及心律失常[23]。在多种因素包括脂毒性、葡萄糖毒性、氧化应激增加等的作用下，糖尿病患者心肌细胞凋亡增加。miRNA-34b作为p53介导的细胞信号转导途径下游的重要组分之一，在糖尿病合并心力衰竭患者中表现为促凋亡作用，其表达增加[24]。有研究报道，p53为miRNA-30c和miRNA-181a的作用靶点；糖尿病性心肌病患者的miRNA-30c和miRNA-181a表达下调，这与心肌细胞凋亡的p53途径激活密切相关[25]。
3 展望
在糖尿病病程中，部分miRNA参与调节心肌细胞的凋亡、纤维化、肥大、线粒体功能障碍及表观遗传修饰等糖尿病性心肌病的诸多发病机制，在糖尿病性心肌病病理生理过程中具有举足轻重的作用。有学者指出，既然糖尿病性心肌病患者中，有部分miRNA表达异常，那么在临床工作中将相关miRNA作为糖尿病性心肌病的生物标志物，并对其血浆水平进行监测，有利于糖尿病性心肌病的诊断[26]；对相关的miRNA表达进行调控、干预，对于改善糖尿病性心肌病预后具有重要意义[27]。总而言之，深入研究miRNA，可为糖尿病性心肌病的预防、治疗提供新视野，开展miRNA与糖尿病性心肌病关系的研究具有深远的临床意义，探明两者之间的关系对于提高糖尿病性心肌病患者生命质量具有重要的社会价值。期待在不久的將来，miRNA在糖尿病性心肌病病理生理过程中的作用将被进一步阐明，并应用于临床实际中，造福于广大的糖尿病性心肌病患者。
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（收稿日期：2017-12-13） （本文編辑：程旭然）
