【摘要】 microRNA是近年来发现的一类长度19～25个核苷酸的单链小分子RNA，它们参与调节细胞的生长发育、分化、增殖和凋亡等。microRNA主要通过与靶基因转录的mRNA部分或者完全互补配对结合，在转录后水平对靶基因的表达进行调节。其中的microRNA-21在调节糖尿病及其并发症中发挥着重要的作用，本文就将microRNA-21在糖尿病及其相关并发症中的调节作用进行综述。
【关键词】 microRNA-21； 糖尿病； 并发症
中图分类号 R587.2 文献标识码 A 文章编号 1674-6805（2013）35-0154-03
微小RNA（microRNA，miRNA）是一组大小19～25 bp，在生物进化过程具有高度保守性的非编码RNA分子，它可以利用碱基配对原则识别靶基因3’非编码区的靶位点，进而抑制目标mRNA和/或降解目标mRNA，在转录后水平调控基因的表达。1993年，Lee等[1]在线虫发育过程的研究中发现了第一个miRNA，并将其命名为lin-4。现今，超过800个人类基因被克隆排序[2]，预计miRNA基因数量可超过1000个，并调控着超过30%的人类基因。而microRNA-21（miRNA-21，miR-21）是近几年研究最为深入的miRNA之一，其高表达于哺乳动物器官组织。目前miRNA-21在糖尿病慢性并发症如心血管并发症及其微血管并发症包括糖尿病肾病肾病和糖尿病视网膜病变中的作用已逐渐引起关注，本文将这方面进行综述如下。
1 microRNA-21概述
人类microRNA-21（miRNA-21）定位在染色体17q23.2，与编码跨膜蛋白的基因VMP1（或TMEM49）、人乳头状瘤病毒16（HVP16）以及编码RNA U6的基因整合位点的位置重叠[3]。miRNA-21在细胞核内由RNA聚合酶Ⅱ及Ⅲ转录生成，再由核酸酶Drosha加工成发夹状的前体pre-miR-21，最后被转运到细胞质经Dicer酶剪切为成熟的miRNA-21，但是miRNA-21的表达调控又有其独特的方面[4]。miRNA-21主要从两个水平进行生物调节功能，一是在转录水平，miRNA-21基因有着自己独立的启动子，而这些启动子受到多个转录因子的调控。研究证明，activation protein 1（AP-1）、P53、RELA、Ets/PU.1、DeltaEF1/ZEB1和Stat3均可诱导miRNA-21的转录；而C/EBPα、NFI、Gfil以及雌激素受体途径则对miRNA-21的转录起着抑制作用[3，5-9]。在转录后水平，转化生长因子β（Transforming growth factor-β，TGFβ）和骨形成蛋白（Bone morphogenic proteins，BMPs）通过激活Drosha复合体加速miRNA-21的生成；而BMPRla途径则抑制miRNA-21生成，但这不改变pri-miR-21水平[10-11]。
microRNA-21广泛表达于哺乳动物的许多器官组织上，包括心脏、脑、胰腺、脑、小肠、结肠和乳腺。miR-21在许多肿瘤组织中存在过度表达，其生物作用已被很好的证明[12-13]。因此一直以来它都被认为具有致癌活性并且将它划分为致癌的microRNA[14]。它可通过抑制人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因（PTEN）、程序性死亡因子4（PDCD4）、肌球蛋白1（TPM1）等来抑癌基因来促进肿瘤的发生发展[15]。但后来的研究逐渐发现发现，microRNA-21在许多主要的心血管细胞类型包括血管平滑肌细胞，血管内皮细胞、心肌细胞、和心脏成纤维细胞上呈现高度表达，并在许多心血管疾病上呈差异性表达，提示其可能参与其病理生理过程。
2 microRNA-21与糖尿病心血管并发症
众所周知，糖尿病慢性血管并发症主要分为大血管病变和微血管病变，大血管病变包括冠心病、出血性或缺血性脑血管病、肾动脉硬化、肢体动脉硬化等，其中发病率最高的是冠心病，这也是导致糖尿病患者最主要的死亡原因之一。而冠心病病理变化是动脉粥样硬，在这一过程中血管内皮细胞起着关键性作用。
血管内皮细胞具有屏障、信息的传递和内分泌、参与血管形成等多种生理功能，而血管内皮细胞凋亡增加导致内皮细胞屏障破坏是引起动脉粥样硬化病变发生发展的重要环节[16]。血管内膜病变是血管疾病如动脉粥样硬化、冠心病、血管重建、血管移植常见病理现象。内皮细胞损伤是糖尿病血管病变的基础。另外Ji[17]通过建立大鼠颈动脉血管内膜损伤模型利用微阵列芯片分析，首先证实了miRNA-21在血管壁球囊损伤后表达显著升高，并且在体外，miRNA-21去分化的血管平滑肌细胞中的表达水平显著高于在新鲜分离的分化的细胞。而在球囊损伤的颈动脉血管使用miRNA-21抑制剂后，血管损伤程度明显减轻，且抑制了血管平滑肌的增值水平。利用Western blot分析表明，PTEN和Bcl-2参与的miRNA-21介导的细胞效果。PTEN是一种肿瘤抑制基因，在维持细胞增殖、分化、凋亡中起着重要作用，其广泛表达于心肌细胞，血管内皮细胞和血管平滑肌细胞中，通过调节其靶点PI3k/Akt信号通路进而发挥作用，在心血管疾病发生发展中起着重要作用[18]。另外刘显庆等[19]通过观察在不同葡萄糖浓度中培养的血管内皮细胞其miRNA-21和PDCD4的表达情况发现高浓度葡萄糖可下调血管内皮细胞中miRNA-21表达，并呈浓度依赖性下降，同时PDCD4蛋白表达增加。因而推测miRNA-21通过对其重要凋亡相关靶基因PDCD4的表达的调控可能是miRNA-21在心肌或血管平滑肌细胞中对抗氧化应激损伤和减少细胞凋亡的重要机制，使得miRNA-21及其靶基因PDCD4的表达变化在多种心血管系统相关的病理变化过程中具有重要的调控作用。在其后续试验中发现miRNA-21在血管内皮细胞中的表达变化可影响Bax及Bcl-2系统在细胞内的平衡，这与国外报告相同[20]。抑制miRNA-21在血管平滑肌细胞和部分肿瘤细胞表达，可以降低细胞Bcl-2的表达[21]，Bcl-2表达降低和Bax/Bcl-2比值升高，这似乎表明内皮细胞中Bcl-2和Bax的表达调节与miRNA-21的表达变化也存在某种关联，而这一关联有待进一步研究来证实。
3 microRNA-21与糖尿病肾病
糖尿病肾病（diabeticnephropathy，DN）作为糖尿病最常见的并发症之一，是导致终末期肾病（end stage renal disease，ESRD）的常见病因，也是导致糖尿病患者死亡的主要原因，严重威胁人们的健康。糖尿病肾病的病理改变是肾小球增大、细胞外基质增加、基底膜增厚随着病情进展出现肾小球透明变、硬化致肾单位失去其功能，而肾单位的不断破坏最终导致肾功能不全。一直以来，国内外对其进行了大量的研究，但究其分子机制仍不是很清楚。Dey等[22]最近一项研究表明，在OVE26 1型糖尿病小鼠肾皮质中miR-21水平显着升高而PTEN蛋白表达降低、纤维连接蛋白含量增加，考虑miRNA-21可通过调节靶基因PTEN水平和Akt/TORC1的活性，介导糖尿病肾脏疾病病理特征。在OVEN26 1型糖尿病小鼠肾系膜细胞中，高糖致miRNA-21的表达增加，进而直接抑制PTEN mRNA的3？-UTR最终来达到抑制PTEN蛋白的表达的目的。另外高糖状态下miRNA-21的过度表达在抑制PTEN蛋白表达的同时，随之增强Akt的磷酸化。AKt磷酸化的增强可导致PRAS40的失活，并由此增加TORC1的活性，导致肾细胞肥大。然而通过重组PTEN腺病毒转染肾小球系膜细胞使其过度表达PTEN，可抑制高糖诱导的系膜细胞肥大[23]。进而考虑高血糖可引起广泛信号转导通路，导致肾脏肥大和肾基质扩张，从而最终导致肾功能衰竭。然而张政等[24]在使用db/db小鼠做早期糖尿病肾病实验中发现，小鼠肾脏miRNA-21表达下调且差异显著（P<0.01），同时PTEN表达增加。在对小鼠进行连续尾静脉注射pGenesil-miRNA-21质粒处理4周后，其miRNA-21表达明显增加，同时PTEN蛋白显著降低，光镜下观察肾小球较未注射质粒组显著减小，因此考虑在早期糖尿病肾病miRNA-21的高表达可抑制肾小球肥大。出现这一差异的原因可能是糖尿病肾病在不同时期的分子表达本身存在差异，或者实验所用材料的不同、测量手段的不同等。但是，miRNA-21通过调节PTEN水平介导糖尿病肾脏疾病的重要病理特征却是不争的。事实上，国内外研究都发现，miRNA-21在细胞的增殖、分化、凋亡等过程中都表现活跃，先前已有大量报道，miR-21在心肌细胞肥大中起着积极的作用[25-27]，在HeLa细胞中抑制miRNA-21时，细胞增长明显[28]。但这一结果是多个miRNA调控一个靶基因的协同效应，或是一个miRNA靶向多个基因的网络调控还需要进一步的研究。
4 microRNA-21与糖尿病视网膜病变
糖尿病视网膜病变（Diabetic retinopathy，DR）是导致成年人失明的首位原因[29]。DR是糖尿病最常见和最严重的微血管并发症之一，其主要的特征是视网膜微血管功能障碍，最严重后果是导致失明，严重影响人们的生活质量。DR的发病机制目前仍未完全清楚。就当前的研究而言，DR的形成与视网膜胶质的改变、血液流变学的异常、代谢改变、炎症、细胞周期等密切相关，最终导致新生血管的形成，是一多基因、多阶段的疾病[30]。近年来，伴随着miRNA在视网膜疾病中研究的不断深入，越来越多的证据表明miRNA与视网膜疾病相关。Kovacs等[31]采用链脲佐菌素诱导建立糖尿病大鼠模型，在视网膜和RECs（视网膜内皮细胞）中，分别检出350和220种miRNA，通过对照组对比发现视网膜中有86种miRNA差异表达，而RECs则有120种miRNA 差异表达。差异表达的miRNA最突出的特点之一是糖尿病大鼠与对照组相比，多个与NF-κB信号通路的miRNA上调。这与Beatrix等[32]在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠早期糖尿病视网膜病变中的miRNA表达结果基本一致。但目前还缺乏关于miRNA-21与DR相关更深入的研究报道。关于的DR发病机制，更多的研究表明是多种miRNA通过调节多个致病途径参与DR的发生发展，而其分子机制及如何准确的分离在DR中miRNA与其靶基因的关系，或者miRNA-21在糖尿病视网膜微血管中扮演着如同糖尿病肾病中一样的角色等一系列问题，有待进一步科学实验验证。针对miRNA的研究可能成为未来研究DM病理机制和治疗的新靶点。
5 展望
综上所述，miRNA-21在糖尿病慢性并发症如心血管并发症及其微血管并发症包括糖尿病肾病和糖尿病视网膜病变中发挥重要的作用。然而对于miRNA-21的理解还只是冰山一角，认识miRNA-21靶基因将对全面理解miRNA-21的功能以及在血管疾病、细胞肥大等方面的潜在的治疗作用非常重要。miRNA-21在人类组织中广泛表达的，随着检测技术和研究方法的发展，调节miRNA-21的表达可能将成为糖尿病及其并发症诊疗的新靶点。
参考文献
[1]Lee R C，Feinbaum R L，Ambros V.The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14[J].Cell，1993，75（5）：834-854.
[2]Friedman J M，Jone P A.MicroRNAs： critical mediators of differenti -tation， development and diseasessa Me [J].Swidica Weekly，2008，139（33）：466-472.
[3]Du J，Yang S，An D，et al.BMP-6 inhibit microRNA-21 expression in breast cancer through repressing deltaEF1 and AP-1[J].Cell Res，2009，19（4）：487-496.
[4]李海松，赵刚.miR-21与胶质瘤的研究进展[J].中国实验诊断学，2012，16（3）：552-555.
[5]Fujita S，Ito T，Mizutani T，et al.miR-21 Gene expression triggered by AP-1 is sustained through a double-negative feedback mechanism[J].J Mol Biol，2008，378（3）：492-504.
[6]Choy M K，Movassagh M，Siggens L，et al.High-throughput sequencing identifies STAT3 as the DNA-associated factor for p53-NF-kappaB-complex-dependent gene expression in human heart failure[J].Genome Med，2010，2（6）：37.
[7]Loffler D，Brocke-Heidrich K，Pfcifer G，et al.Interleukin-6 dependent survival of multiple myeloma cells involves the Stat3-mediated induction of microRNA-21 through a highly conserved enhancer[J].Blood，2007，110（4）：1330-1333.
[8]Velu C S，Baktula A M，Grimes H L.Gfi1 regulates miR-21 and miR-196b to control myelopoiesis [J].Blood，2009，113（19）：4720-4728.
[9]Wickramasinghe N S，Manavalan T T，Dougherty S M，et al.Estradiol dowegulates miR-21 expression and increases miR-21 target gene expression in MCF-7 breast cancer cells[J].Nucleic Acids Res，2009，37（8）：2584-2595.
[10]Davis B N，Hilyard A C，Lagna G，et al.SMAD proteins control DROSHA-mediated microRNA maturation[J].Nature，2008，454（7200）：56-61.
[11]Sahni V，Mukhopadhyay A，Tysseling V，et al.BMPR1a and BMPR1b signaling exert opposing effects on gliosis after spinal cord injury[J].J Neurosci，2010，30（5）：1839-1855.
[12]Krichevsky A M，Gabriely G.miR -21：a small multifaccted RNA[J].Journal of Cellular and Molecular Medicine，2009，13（1）：39-53.
[13]Selcuklu S D，Donoghue M T，Spillane C.miR-21 as a key regulatorof oncogenic processes [J].Biochemical Society Transactoins，2009，37（4）：918-925.
[14]Krichevsky A M，Gabriely G.miR-21：a small multi-faceted RNA[J].J Cell Mol Med，2009，13（1）：39-53.
[15]闫雍容，周序珑，夏明汗，等.TGF-β1与乳腺癌中microRNA-21表达的关系[J].暨南大学学报，2011，32（2）：176-180.
[16]张国兵，杨蕾.MicroRNA和动脉粥样硬化的关系[J].中国动脉硬化杂志，2010，18（11）：916-918.
[17]Ji R，Cheng Y，Yue J，et al.MicroRNA expression signature and anti sense-mediated depletion reveal an essential role of MicroRNA invascular neointimal Iesion formation[J].Circulation Reseach，2007，100（11）：1579-1588.
[18]Qudit G Y，Sun H，Kerfant B G，et al.The role of phosphoinositide-3 kinase and PTEN in cardiovascular physiology and disease[J].Journal of Molecular and Cellular Cardiology，2004，37（2）：449-471.
[19]刘显庆，姜德谦，罗玉梅，等.葡萄糖和胰岛素对血管内皮细胞中microRNA-21的表达影响[J].中南大学心血管病学，2010，21（6）：1076-1079.
[20]Yunhui Cheng，Xiaojun Liu，Shuo Zhang，et al.MicroRNA-21 protects against the H2O2-induced injury on cardiac myocytes via itstarget gene PDCD4 [J].Mol Cell Cardiol，2009，47（7）：5-14.
[21]PaPagianakoPoulos T，ShaPiro A，Kosik K S.MicroRNA-21 targets a network of key tumor-suppressive pathways in giioblastoma cells[J].Cancer Res，2008，68（19）：8164-8172.
[22]Dey N，Das F，Mariappan M M，et al.MicroRNA-21 orchestrates high glucose-induced signals to TOR complex 1，resulting in renal cell pathology in diabetes[J].J Biol Chem，2011，286（29）：25586-25603.
[23]Mahimainathan L，Das F，Venkatesan B，et a1.Mesangial cel1 hypertrophy by high glucose is mediated by dowegulation of the tumor suppress or PTEN[J].Diabetes，2006，55（7）：21l5-2125.
[24]张政，彭惠民，陈涛，等.miR-21对早期糖尿病肾病db/db小鼠蛋白尿的影响[J].中华内分泌代谢杂志，2010，26（8）：690-695.
[25]Thum T，Gross C，Fischer T，et al.MicroRNA-21 contributes to myo -cardial disease by stimulating MAP kinase signalling in fibroblasts[J]. Nature，2008，456（7224）：980-984.
[26]Dong S，Cheng Y，Yang J，et al.MicroRNA expression signatureand the role of microRNA- 21 in the early phase of acute myocardialinfarction [J].Journal of Biological Chemistry，2009，284（43）：29514-29525.
[27]Sayed D，Rane S，Lypowy J，et al.MicroRNA-21 targets Sprouty2 and promotes cellular outgrowths[J].Molecular Biology of the Cell，2008，19（8）：3272-3283.
[28]Chang J，Chen J C.Separation of recombinant human vasoactive intestinal peptide-humanin fusion protein via three different approaches [J].Biochem Engi J，2008，41（2）：116-121.
[29]Karali M，Peluso I，Marigo V，et al.Identification and characterization of microRNAs expressed in the mouse eye[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2007，48（2）：509-515.
[30]Arora A，McKay G J，Simpson D A.Prediction and verification of miRNA expression in human and rat retinas [J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2007，48（9）：3962-3967.
[31]Kovacs B，Lumayag S，Cowan C，et al.MicroRNAs in early diabetic retinopathy in streptozotocin-induced diabetic rats[J].Investigatlve ophthalmology & visual science，2011，52（7）：4402-4409.
[32]Beatrix K，Stephen L，Colleen C，et al.MicroRNAs in early diabetic retinopathy in streptozotocin-induced diabetic rats[J].Invest Ophthalmol Vis Sci，2011，52（11）：4402-4409.
（编辑：韩珊珊）