794 生命的化学 2014 年 34 卷 6 期综述醇和脂质代谢中具有重要作用 mir-122 可促进脂肪细胞分化, 在饮食诱导的肥胖小鼠模型中抑制 mir-122 会导致多种脂肪酸和胆固醇合成相关基因的 mrna 表达显著下降, 包括乙酰辅酶 A 羧化酶 α (acetyl coenzyme

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銎殊邰
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1 生命的化学, 2014, 34(6): 杨婕, 等. microrna 在非酒精性脂肪性肝病中的作用 doi: /j.smhx microrna 在非酒精性脂肪性肝病中的作用杨婕, 刘朝奇 * ( 三峡大学分子生物学研究所, 宜昌 ) 摘要 :microrna(mirna) 是一类长度约为 22 个核苷酸的内源性非编码小分子 RNA, 通过影响靶 mrna 的稳定性或抑制其翻译, 从而对基因进行转录后水平的调控研究发现, 一些 mirna 在非酒精性脂肪性肝病患者中出现差异性表达, 这些差异性表达有多种功能, 包括调节脂质和糖代谢, 参与折叠蛋白反应内质网应激氧化应激细胞分化炎性反应及细胞凋亡此文就 mirna 在非酒精性脂肪性肝病病程中的潜在重要作用进行概述关键词 :microrna; 非酒精性脂肪性肝病 ; 差异性表达 ; 表达谱 Research progress on the role of mirnas in the regulation for NAFLD YANG Jie, LIU Chaoqi* (Institute of Molecular Biology, Three Gorges University, Yi Chang , China) Abstract: MicroRNAs (mirnas) are endogenous, ~22 nucleotide, small non-coding RNAs which typically regulate gene expression after transcription by affecting the stability or translation of targeted mrna. Studies have found that some of mirnas are expressed abnormaly in patients with nonalcoholic fatty liver disease (NAFLD). The differential expression profiles of mirna have a variety of biological activities and are involved in the regulation of lipid and glucose metabolism, protein folding reaction, endoplasmic reticulum stress, oxidative stress, cell differentiation, inflammation and apoptosis. This review describes the potential functions of mirnas during NAFLD development. Key Words: microrna; nonalcoholic fatty liver disease; differential expression; expression profile 非酒精性脂肪性肝病 (nonalcoholic fatty liver disease, NAFLD) 是遗传 - 环境 - 代谢应激相关性疾病, 患者无过量饮酒史, 病理特征为肝实质细胞脂肪变性, 病理类型包括单纯性非酒精性脂肪肝非酒精性脂肪性肝炎 (nonalcoholic steatohepatitis, NASH) 肝纤维化肝硬化, 肝硬化可发展为肝癌 NAFLD 发病机制尚不明确, 可能与胰岛素抵抗 (insulin resistance, IR) 肥胖氧化应激脂质过氧化促炎症因子线粒体功能障碍等因素相关而内源性非编码小分子 RNA 即 mirna 参与其调控作用 [1,2] mirna 在肝脏代谢胰岛素抵抗食欲调节免疫病毒性肝炎癌变等生理和病理方面具有重要作用越来越多的研究发现 mirna 在 NAFLD 发生发展中具有重要作用, 可作为 NAFLD 潜在的诊断和预后指标 [3-5] 1 mirna 参与 NAFLD 的发生发展有研究发现 NAFLD 动物模型及临床患者中某些 mirna 的表达与 NAFLD 的病理改变和疾病阶段呈现一定的相关性 NAFLD 病人的血清 mir- 122 mir-34 mir-143 和 mir-33 水平与肝酶水平纤维化程度炎症活动度血脂水平都呈明确相关 mir-122 约占肝脏所有 mirna 的 70%, 在胆固收稿日期 : * 通信作者 : @qq.com

2 794 生命的化学 2014 年 34 卷 6 期综述醇和脂质代谢中具有重要作用 mir-122 可促进脂肪细胞分化, 在饮食诱导的肥胖小鼠模型中抑制 mir-122 会导致多种脂肪酸和胆固醇合成相关基因的 mrna 表达显著下降, 包括乙酰辅酶 A 羧化酶 α (acetyl coenzyme A carboxylase α, ACACA) 乙酰辅酶 A 羧化酶 β(acetyl coenzyme a carboxylase β, ACACB) ATP- 柠檬酸裂解酶 (ATP citrate lyase, ACLY) 脂肪酸合成酶(fatty acid synthase, FASN) 肝脏甘油三酯激酶 (hepatictriglyceride lipase, LIPC) 硬脂酰辅酶 A 去饱和酶 (stearoyl-coa desaturase, SCD-1) 基因等, 从而引起血浆和肝脏胆固醇含量的降低以及脂肪酸合成的减少更重要的是, 这些小鼠在 mir-122 沉默两周后, 组织学结果显示肝脏的脂肪变性大幅度改善 [6] 并且在多种动物模型中都观察到抑制小鼠的 mir-122 表达, 可明显改善脂肪肝程度及降低血胆固醇水平 [7] 另外,Krützfeldt [8] 等还发现, 注射 mir-122 重组腺病毒会增加肝脏中合成胆固醇基因如 Mmgrcs1 Sqle Dhcr7 的表达在 HepG2 肝癌细胞株中, 过表达 mir-122 导致人类 NASH 的关键生脂基因明显下降 [9] mir-370 可调节 mir-122 的表达, 在体外研究中, 用反义 mir-370 转染 HepG2 细胞, 引起生脂基因如固醇调节元件结合蛋白 -1c(sterol regulatory element binding protein-1c, SREBP-1c) 表达增加 [10] 在动物模型中还观察到轻微的脂肪变性和肝脏炎症是 NASH 肝纤维化和肝癌发生的前兆 [11] 而且, 类似的研究在 mir-122a 功能长期缺失的突变小鼠中发现, 发展成 NASH 肝纤维化和肝癌是在成年阶段 [12] mir-34 家族是 p53 的直接转录靶点, 是肝组织 [13] 内特异性表达的 mirna 分子之一 Kemper 等发现 mir-34a 在肥胖小鼠和患有脂肪肝的患者体内表达水平高于正常,miR-34a 通过抑制 β-klotho 蛋白受体的表达, 从而阻碍葡萄糖的摄取糖原和蛋白质的合成及其他代谢活动对肝纤维化进程中差异性表达的 mirna 进行生物学信息分析发现, 上调的 mir-34 家族主要参与调控脂肪酸代谢脂代谢细胞凋亡等相关信号通路, 提示 mir-34 家族可能通过调控这些信号通路而参与肝纤维化进程, 可作为肝纤维化进程的一个重要生物标志物 [14] 而 mir-34b/c 的多态性可能与肝癌的患癌率风险增加显著相关最近, 在非酒精性脂肪肝患者中研究发现,miR-34a/SIRT1/p53 信号通路的激活可以引起脂肪变性发展成更为严重的 NASH [15] mir-34a 可以抑制 SIRT-1 的表达, 导致 p53 乙酰化作用的增强和转录, 引起凋亡基因的表达, 提示 mir-34a 可能在 NAFLD 中有调节肝细胞的凋亡的作用而且, 已被证明, 在大鼠肝脏和体外培养的原代肝细胞中, 熊去氧胆酸 (ursodeoxycholic acid, UDCA) 可以抑制 mir-34a/sirt1/p53 信号通路 [15] mir-143 在脂肪细胞分化过程中出现高表达, 是最早被发现的与 NAFLD 有关的 mirna mir- 143 的下调可明显降低脂肪特异性基因如葡萄糖转运蛋白 4(glucose transporter 4,GLUT4) 激素敏感性脂肪酶 (hormone-sensitive triglayceride lipase, HSL) 和过氧化物酶体增殖物活化受体 γ2(peroxisome proliferator-activated receptor γ2, PPARγ2) 的表达, 阻止人脂肪前体细胞向脂肪细胞分化, 使小脂肪细胞数量增加, 诱导胰岛素抵抗, 而胰岛素抵抗是脂肪性肝病发病的中心环节, 因此推测 mir-143 的下调与脂肪性肝病的发病关系密切通过抑制脂肪细胞中的 mir-143, 使其靶基因丝裂元激活蛋白激酶 7(mitogen-activated protein kinase 7, MAPK7) 的蛋白质水平升高, 从而有效抑制脂肪细胞的分化 mir-33 有 mir-33a 和 mir-33b 两个亚型, 生物信息学分析表明它们分别定位在 SREBP-2 和 SREBP-1 基因内含子上 SREBP-2 主要促进胆固醇的合成, 因此,SREBP-2 基因表达活跃会导致胆固醇积累小鼠仅有一种 mir-33, 类似于人类的 mir- 33a [16-18] 多项研究确定,miR-33 是维持细胞内胆固醇动态平衡的关键转录后调节因子 [17-19] mir- 33a 或 mir-33 与 SREBP-2 共转录, 且两者的表达量呈正相关, 维持细胞内胆固醇的动态平衡 [17,20,21] [20] Horie 等研究 mir-33a 和 SREBP-2 的相关性, 当 SREBP-2 被激活时,miR-33a 也开始表达当巨噬细胞和肝细胞中胆固醇含量增高, 细胞内的 mir- 33a 表达也随之上调 [22] 另外 mir-33a 主要通过与 ATP 结合盒转运子 A1(ATP-binding cassette transporter G1, ABCA1) ABCG1 和介导细胞内胆固醇转运的 NPC1(Niemann-Pick disease, type C1) 等 3 个靶基因的结合, 实现对胆固醇转运的调控 [17-19] 将 pre-mir-33a/b 转染到细胞中, 这些细胞中 ABCA1

3 杨婕, 等. microrna 在非酒精性脂肪性肝病中的作用 795 蛋白的表达明显受到了抑制同时他们还将 mir- 33a/b 的反义核苷酸转染到细胞中, 发现 ABCA1 蛋白的含量明显增加研究发现, 当 mir-33a/b 过表达时, 发生脂肪酸氧化反应, 导致甘油三酯积累在人类肝细胞和转基因果蝇的脂肪体中 [23] 而且在非人类灵长类动物模型中, 抑制 mir-33 的表达可导致血浆高密度脂蛋白水平增加 [19], 从而证实 mir-33 的主要作用是调节脂类代谢 [24] 2 NAFLD 发生发展中 mirna 的表达谱变化在动物模型研究中发现 NAFLD 发生发展的不同阶段与多种 mirna 的表达模式有关在遗传的或饮食诱导的 NASH 小鼠模型和人类中都发现 mirna 的差异性表达 [25] ob/ob 小鼠是瘦素基因遗传缺陷的小鼠, 瘦素在摄食胰岛素敏感性和体重控制的调节中发挥关键性的作用因此,ob/ob 小鼠表现为自发性的肥胖胰岛素抵抗和脂肪肝, 是公认的非酒精性脂肪性肝病动物模型通过高通量的芯片分析发现, 与正常野生型小鼠相比较,ob/ob 小鼠肝组织中有 11 个 mirna 的表达水平发生了 2 倍以上的变化其中,8 个 mir- NA(miR-34a mir-31 mir-103 mir-107 mir- 194 mir-335-5p mir-221 mir-200a) 发生了上调,3 个 mirna(mir-29c mir-451 mir-21) 发生了下调 [26] 但由于 ob/ob 小鼠是瘦素基因缺陷的动物模型, 本研究尚不能排除是因为缺乏瘦素的直接作用而引起肝脏 mirna 表达改变的可能性 [27] Jin 等通过高脂肪饮食诱导建立 NAFLD 小鼠模型, 通过微阵列分析和 Real time PCR 评估肝脏 mirna 在不同病理阶段的表达模式, 发现在脂肪变性和脂肪肝炎组中有 58 种 mirna 表达上调,51 种 mirna 表达下调在另一项小鼠研究中表明, mirna 表达的改变与 NASH 的严重性紧密相关, NASH 动物模型即甲基对硫磷缺陷饮食喂养的 C57BL/6J 和 DBA/2J 小鼠, 显示出一个特定不同的 mirna 表达模式, 表现为 MiR-34a mir-155 mir-200b 和 mir-221 过表达, 而 mir-29c mir- 122 mir-192 和 mir-203 表达下调 [28] 研究证明在高脂肪和低碳水化合物饮食 (high fat diet, HFD) 高果糖饮食(high fructose diet, HF) 或者 HFD-HF 喂养诱导的 NAFLD 大鼠模型中, mir-27 mir-122 和 mir-451 表达下调,miR-200a mir-200b 和 mir-429 表达上调 [29] 而且,miRNA 表达的改变导致肝脏出现不同的组织学特征和代谢改变, 用于区分 NAFLD 的不同严重程度 [30] 人体研究表明,miRNA 的表达谱在非酒精性脂肪性肝炎 (nonalcoholic steatohepatitis, NASH) 中发生了改变,NASH 患者的 mirna 显著下调达 63% [29] 2008 [31] 年 Cheung 等首先报告 15 例活检证实的 NASH 和 15 例正常人对比结果, 有 46 个差异表达的 mirna, 其中 23 个上调 ( 如 mir-34a 和 mir-146b),23 个下调 ( 如 mir-122), 其结果很快被多个临床研究证实研究 NAFLD 每个阶段 mirna 的表达谱, 将是鉴定 NAFLD 及其发展程度的一个重要突破, 可以作为新的潜在的诊断和治疗工具 NASH 是 NAFLD 发展的转折点, 约有 15% 患者会发展到终末期肝硬化, 疾病进展的机制还不清楚为了探索 mirna 的表达与肝纤维化的关 [32] 系,Murakami 等在慢性肝炎小鼠模型和人类临床活检为肝纤维化患者中分析了 mirna 表达情况, 在小鼠研究中发现有 11 种 mirna 与肝纤维化进程有关, 其中有 4 种 mirna(mir-199a -199a* -200a -200b) 在小鼠和人体内有类似的表达模式在二甲基亚硝胺诱导的大鼠肝纤维化模型中,miRNA 芯片筛选结果表明, 肝纤维化进程中共有 23 个 mirna 差异性表达, 其中 mir-34 家族 mir-181a mir-29a 等 16 个 mirna 上调,miR- 378 mir-193 和 mir-878 等 7 个 mirna 下调 [21], 提示这些 mirna 可能参与肝纤维化的发生发展和相关病理生理过程, 可作为肝纤维化 mirna 水平研究的候选标记物 ( 表 1) 3 展望 mirna 对各种急性和慢性肝脏疾病的发生和发展有至关重要的作用,miRNA 的异常表达会影响代谢途径的各个方面, 例如糖脂代谢氧化应激炎症和细胞凋亡, 参与 NAFLD 的发生发展所以,miRNA 已成为潜在的治疗靶点, 将为 NAFLD 的临床治疗提供新的思路和手段在 mirna 表达降低的肝脏疾病中需应用 mirna 的拟似物, 而在 mirna 表达升高的肝脏疾病中则应用 mirna 的抑制剂, 从而达到治疗疾病的目的此外, 由于特定 mirna 的循环浓度或 mirna 的特定表达谱与 NAFLD 的不同阶段和肝脏损伤的严重程

4 796 生命的化学 2014 年 34 卷 6 期综述表 1 mirna 在 NAFLD 不同病理阶段的表达情况病理模型单纯性非酒精性脂肪性肝病 / 非酒精性脂肪性肝炎脂肪性肝纤维化上调下调上调下调人类 mirna-10b mirna-16 mirna-29c mirna-33 mirna-34a mirna-146b mirna-99b mirna-132 mirna-150 mirna-511a mirna-34c mirna-125-5p mirna-199a/b mirna-221 mirna-223 mirna-29a/b/c mirna-30b/c mirna-96 mirna-132 mirna-193 mirna-341 mirna-183 mirna-877 小鼠 mirna-34a mirna -29c mirna-mmu-let-7e mirna-29a/b/c mirna-31 mirna-103 mirna-107 mirna-194 mirna-155 mirna-335-5p mirna-214-5p mirna-221 mirna -451 mirna -21 mirna -122 mirna -192 mirna -203 mirna -467b mirna-216 mirna-302a mirna-31 mirna-34a mirna-125-5p mirna-199a-5p mirna -199b mirna-497 mirna-802 大鼠 mirna-16 mirna-10b mirna-29c mirna-27 mirna-29b mirna-34a/b/c mirna-181a mirna-29a mirna-193 mirna-378 mirna-878 mirna-33 mirna-34a mirna-429 mirna-203 mirna-451 mirna-214 mirna-221 mirna -146b mirna-199a-5p mirna-199a-3p mirna-223 mirna p 参考文献 [25]~[31] [21], [28]~[29], [32] 度密切相关, 就可以将肝脏某些特定的 mirna 血清水平或特定 mirna 表达谱作为诊断 NAFLD 及反映病理阶段的内源性生物标志物 mirna 作为一类非编码小分子 RNA, 是基因调控网络的重要参与者和调节者, 各种 mirna 的靶基因是哪些? 通过什么具体途经来与靶基因发生作用? 这些问题都还有待进一步研究对 mirna 的网络调控功能进行深入研究, 必然会对 NAFLD 的诊断治疗和预防起到重要的作用参考文献 [1] Rottiers V, Näär AM. MicroRNAs in metabolism and metabolic disorders. Nat Rev Mol Cell Biol, 2012, 13: [2] Lynn FC. Meta-regulation: MicroRNA regulation of glucose and lipid metabolism. Trends Endocrinol, Metab, 2009, 20:

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