长链非编码RNA与糖尿病心肌病的研究进展及其中医药研究

刘施吟，牟淑敏，王　瑞

(1.山东中医药大学第一临床医学院，山东 济南　250014;2.山东中医药大学附属医院内分泌科，山东 济南　250011)

长链非编码RNA与糖尿病心肌病的研究进展及其中医药研究

刘施吟1，牟淑敏2，王瑞1

(1.山东中医药大学第一临床医学院，山东 济南250014;2.山东中医药大学附属医院内分泌科，山东 济南250011)

摘要：长链非编码RNA(longnoncodingRNA,LncRNA)是一类转录本长度超过200个核苷酸且具有不编码蛋白质的功能性RNA分子，由于不参与编码蛋白质，过去被称为基因转录的“噪声”。随着基因组测定的不断发展，研究者发现LncRNA可以通过表观遗传学、转录和转录后水平调控基因和蛋白质的表达。近年研究表明LncRNAs 与心脏发育及心血管系统相关疾病密切相关。本文主要从LncRNA的生物学作用阐述与糖尿病心肌病的关系及其中医药研究进展。

关键词：糖尿病心肌病；长链非编码RNA；医学,中国传统；综述

糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)是指特发于糖尿病的特异性心肌病变，该病不同于冠心病的大血管病变，而是微小血管的器质性改变，并且在代谢紊乱及微血管病变的基础上引发广泛的心肌坏死，最终进展为心力衰竭、心律失常，重症患者甚至猝死。

DCM的发病进展主要分为两个阶段，第一阶段表现为在短期内对糖尿病代谢紊乱的生理适应；第二阶段表现为心肌不可逆的病理重构，进而引发心力衰竭。近十年来，国内外学者对其机制进行了大量的探索，其机制主要包括心脏肥大细胞的激活[1]，心肌细胞纤维化[2]，线粒体功能障碍[3]，致炎细胞因子激活，代谢障碍，氧化应激，内皮素，转化生长因子β[4-5]，肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)的激活[6]，交感神经系统激活[7-8]等。同时越来越多的研究发现证明LncRNA在糖尿病心肌病发展过程中发挥着重要的作用。

1LncRNA的结构

长链非编码RNA(long noncodingRNA,LncRNA)是一类转录本长度超过200个核苷酸且不编码蛋白质的功能性RNA分子，存在于细胞核或细胞浆中[9]。根据其基因组的定位和背景可分为基因内LncRNA、基因间LncRNA双向LncRNA、正义LncRNA和反义LncRNA[10]。与传统蛋白质编码的RNA相比，LncRNA具有较差的保守性，但在其分子内部却含有较为保守的二级结构[11]。与其他RNA编码蛋白质一样，lncRNA的转录受到细胞内运输、细胞间运输、与RNA相关联的结合蛋白等因素的影响[12]。这些特征都证明LncRNA具有重要的生理生化功能。

2LncRNA的作用机制

在近十年的研究中，LncRNA分子作用机制大致包括以下四个方面：(1)信令lncRNA：lncRNA和转录因子的结合可能影响基因调控；(2)诱饵lncRNA：lncRNA可以从染色质置换转录因子，从而导致附近基因的沉默；(3)引导lncRNA：lncRNA可以引导在其顺势或反式作用位点上的染色质修饰酶，从而改变其生物学效应；(4)支架lncRNA：lncRNA可诱发多种蛋白质的组装，进而影响组蛋白的修饰。在大多数情况下，LncRNA通过不同的作用机制参与表观遗传学调控、转录调控、转录后调控以及基因翻译的调控。

2.1表观遗传调控在表观遗传学中，RNA分子参与调控有使相同的基因型产生不同的表现型的作用，而LncRNA作为一种新的表观遗传调控分子，主要影响染色质重构、DNA甲基化、组蛋白修饰等表观遗传调控。因此，LncRNA在表观遗传学调控中扮演着至关重要的角色。

2.2转录调控和转录后调控LncRNA具有通过与DNA和RNA碱基互补配对、掩盖剪接点或掩盖miRNA结合位点和启动子，并以此来改变基因表达或蛋白质功能。转录后调控主要包括RNA的剪切、RNA的拼接、RNA的成熟及RNA的稳定性调节等。实质是指基因转录后的产物经过加工、修饰及其调节的过程，它在基因的表达中占有极其重要的作用。LncRNA在转录后基因调节的多个水平发挥广泛的调控功能，如调控细胞增殖、调控细胞凋亡和调控细胞侵袭等[13-14]。此外，LncRNA可通过与mRNA形成双链复合物等形式，进而从转录后水平调控基因的表达。

2.3基因翻译调控LncRNA通过调节mRNA的稳定性及翻译来调控基因的活性。研究表明，在阿尔茨海默病(alzheimer disease，AD)的发生发展中，β淀粉样前体蛋白裂解酶1(BACE1)占据了重要地位[15]。LncRNA-BACE1AS通过与BACE1相互作用使其mRNA稳定性增加，进一步使BACE1蛋白表达量增加[16]，此外，部分研究表明LncRNA可能在体内起到内源miRNA“海绵”作用，即吸附体内的多个miRNA，使其丧失对mRNA的抑制作用，间接调控mRNA表达。LncRNApseudo-NOS与神经元性一氧化氮合酶(neuronalnitricoxidesynthase，nNOS)结合后， 通过影响核糖体与nNOS-pseudo-NOS复合物的结合抑制nNOS的翻译。因此，LncRNA可通过mRNA来干预基因翻译调控。

3LncRNA与糖尿病心肌病

LncRNA是胚胎干细胞特异性分化、多能性分化基因调控网络中不可或缺的组成部分。lncRNA不仅能和DNA、RNA或蛋白质相互作用调节基因的表达，还可以作为结构分子影响其他RNA的功能。毫无疑问，长链非编码RNA在心血管疾病中正在成为重要的调控元件。

3.1LncRNA与心脏发育研究表明，在心脏发育的过程中，如果某些特异性的lncRNA有缺失，胚胎干细胞在分化过程中搏动心肌细胞的数量就会因此减少[17]，不能激活基因特异的转录因子和肌原纤维装配成分。在小鼠胚胎干细胞分化过程中有174种lncRNA与多能性或特异分化相关[18]。2013年国外研究者在一项基础研究中发现一个新的基因间LncRNABraveheart[19]。LncRNABraveheart与其他lncRNA相似，具有种属特异性，仅在小鼠体内表达，并且能够显著抑制干细胞向心脏分化， 从而在小鼠体内高表达心脏发育中所需要的胚层相关蛋白1(mesodermposterior1,MesP1)，进而逆转由Braveheart缺失造成的心脏分化障碍。由此可知，LncRNA在心脏发育中起着不可或缺的作用。

3.2LncRNA与糖尿病心肌病心室重构DCM心室重构过程中会伴有心肌肥厚以及心脏收缩和(或)舒张功能障碍。现有研究发现，在人扩张性心肌病密切相关的染色体5q31.2～3 的600 kb 连锁不平衡模块中，存在着长链非编码RNA类固醇受体RNA 激活子(SRA)。通过基因组证实，在转录非编码RNASRAI基因区的变异是心肌病的一个易感位点[20]；现已证实在斑马鱼中，敲除RNASRAI可明显降低心室收缩能力[21]。此外，许多IncRNA能以天然反义RNA的形式通过顺式作用调控基因的表达，例如肥厚心肌病的患病风险与α和β肌球蛋白重链基因变异密切相关[22]，因此在病理因素或基因突变的条件下， 反义RNA的异常表达可能导致MYH6和MYH7两者的表达水平比例失衡甚至倒置，从而影响心肌的收缩性能，最终导致病理性心肌肥厚和心室重构。此外，国外研究者在小鼠体内发现Fendrr基因，研究表明，敲除此基因后，控制心脏中胚层分化的某些转录因子的表达会上调[23]，因此Fendrr是一个参与组织器官发育、调节表观遗传控制的lncRNA，并且可以影响靶基因的表观遗传调控。进一步证明了LncRNA在糖尿病心肌病心室重构中的重要作用。

4糖尿病心肌病的中医药研究进展

糖尿病心肌病隶属于祖国中医学“胸痹、消渴、心悸”等范畴。《灵枢·本脏》中记载到：“心脆，则善病消瘅、热中”；阐述了心气虚与消渴病相互转换影响的关系；朱丹溪在《丹溪心法》中论述到：“热气上腾，心虚受之，心火散漫，不能收敛。胸中烦躁，病属上焦，谓之消渴”，指出糖尿病病属阴虚为本，燥热偏盛，病变日久阴虚之火上扰于心，君相失衡、心火炽炎、散漫，耗伤心气导致此病的发生，阐述了消渴病阴虚燥热证型与糖尿病心肌病的关系；《伤寒论》中有“消渴，气上撞心，心中痛热”的记载，说明张仲景在临床实践中也注意到了消渴病与心肌病之间的关系。综上所述，历代医家都注意到了糖尿病与心肌病之间的关系，为后世糖尿病心肌病的中医研究奠定了基础。

4.1糖尿病心肌病中医病因病机在中医学中，消渴病的发生与禀赋不足、情志失调、过食肥甘、五脏虚弱、精神刺激、形体肥胖等因素有密切关系。中医认为糖尿病心肌病主要病位在肺脾肾，病机为肺脾肾阴虚燥热，耗气伤阴，进而涉及于心致心气不足、心阳不足、心血不足、心阴不足，寒凝、气滞、痰浊、血瘀等痹阻心脉而引发本病，病变总属本虚标实。

4.2糖尿病心肌病中药单药治疗在一项柚皮苷的药理研究中，通过实验得出柚皮苷可通过多种机制改善胰岛素抵抗、调节血脂血糖代谢、抗氧化应激[24]， 对DCM大鼠的心肌起保护作用。在造模成功的糖尿病大鼠应用姜黄素治疗后，其体质量下降和空腹血糖升高的现象可得到明显改善[25]，实验研究证明姜黄素能够抑制心肌中丙二醛(Malondialdehyde，MDA)的产生，显著提高谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase，GSH-Px)的活性，减少血清中心肌肌钙蛋白1(cardiac troponin1，cTn1)的释放，下调心肌组织蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)的表达。由此得出姜黄素对糖尿病心肌病具有保护作用。

目前对糖尿病有明确作用的中药主要有葛根、猫抓草、翻白草、荔枝核、黄芪、麦冬、五味子、丹参、银杏叶等，此类中药主要有降糖、抗氧化、提高免疫力，改善心肌细胞纤维化等作用。在一项针对银杏叶的药理实验中[26]， 研究者发现银杏叶提取物能够改善糖尿病心肌病大鼠的心肌肥大， 在此改善心肌肥大的过程中不否认LncRNA在其中参与了重要作用。在对川芎的药理实验研究中，川芎提取物川芎嗪可抑制血管紧张素Ⅱ(Angiotensin II，AngⅡ)对心肌细胞心房钠尿肽和肌动蛋白-β基因表达的增加[27]， 具有防止心肌细胞肥大的作用，从而改善心功能。中药丹参具有活血调经、祛瘀止痛等功效，其主要成分脂溶性丹参酮和水溶性成分丹参素能够扩张冠脉、提高心肌细胞耐氧能力。实验研究显示，丹参可逆转由AngⅡ引起的心肌成纤维细胞的增生[28]， 通过LncRNA的调控作用降低成纤维细胞胶原基因的转录，抑制心肌肥厚甚至心室重塑[29]，从而达到在分子生物学领域上对糖尿病心肌病心室重构的逆转。

4.3糖尿病心肌病中医药复方治疗益气养阴法：全国著名中医内分泌专家程益春教授根据多年临床实践，认为DCM的主要病机是“气阴两虚，瘀血阻络”；并提出益气养阴、活血化瘀的治疗方法，并创制了临床疗效显著的糖心舒合剂。研究结果证明益气养阴法能明显改善糖尿病心肌病大鼠的左室功能，改善心室重构。药理研究表明糖心舒合剂中的许多中药具有降糖、降脂、抗氧化、抗凋亡、抗纤维化的作用，能从通过LncRNA的调控抑制心室重构。人参提取物可促进葡萄糖利用，保护β细胞功能；增强心肌抗氧化能力，抑制肾素—血管紧张素系统活性，发挥其延缓心室重构的作用[30]。麦冬总皂苷可以通过稳定线粒体膜电位、抗氧化的作用来减少心肌细胞凋亡，对心血管系统具有保护作用[31]，并且可以显著降低高血糖小鼠的血糖。丹参能明显改善心肌供血，并且能抑制血管紧张素诱导的心肌肥大。葛根具有明显的降糖作用，并能改善心脏收缩舒张功能[32]。因此在中医药复方治疗中，益气养阴法能够明显改善糖尿病心肌病的临床症状。

活血化瘀法：消渴病患者发病日久多气阴两虚，进而导致瘀血内阻，瘀血阻滞于心则可引发本病。活血化瘀类中药性味多辛、苦、温，能够通过通利血脉、消散瘀血，改善微循环等作用抑制炎症反应。王旭等[33]善用养阴祛瘀之法， 运用清热化瘀方加减治疗糖尿病心肌病证属瘀热内结证型，临床研究表明可以降低血糖，改善左心室结构。在上述论述中，中药复方治疗能够通过各种途径干预心肌细胞心室重构，进而通过LncRNA的调控作用，达到治疗和缓解糖尿病心肌病的症状。因此，中药复方制剂在糖尿病心肌病的治疗中也发挥着重要作用。

4.4糖尿病心肌病中药注射液治疗在糖尿病心肌病的临床治疗中，“参芪扶正注射液”是临床上常用的中药复方注射液，其有效成分为党参及黄芪的提取物，二者具有补益气血，健脾温阳的功效。在一项临床观察中，研究人员针对“实验组”应用参芪扶正注射液，“对照组”以常规西药治疗，治疗结束后统计发现：“实验组”患者AngⅡ、内皮素-1( Human endothelin 1，ET-1)显著降低[34]， 而AngⅡ与ET-1均具有收缩血管、增加外周阻力的生理作用，能够加重心脏负担， 由此证明了参芪扶正注射液可逆转心室重构。黄芪注射液是单味药黄芪的提取物，研究者在一项基础实验中，“对照组”中心肌梗死的大鼠模型上常规西药治疗[35]，“实验组”加用黄芪注射液，连续用药4周后测定了凋亡基因caspase-3的表达并观察大鼠的心室结构变化， 实验结果证明“实验组”凋亡基因caspase-3的表达较“对照组”显著降低，且心室室壁增厚的程度明显减轻，充分证明了黄芪注射液能够有效逆转心室重构。参麦注射液具有益气生津、养阴固脱的功效，主要成分为红参和麦冬。 在对心力衰竭患者进行临床观察的过程中，研究者将“实验组”在“对照组”的基础上加用参麦注射液，通过对比患者治疗前后左室射血分数、心输出量、心脏指数的变化，证明了参麦注射液能够改善患者左心室舒张功能，延缓心室重构。

5结语

综上所述，糖尿病心肌病是糖尿病患者发生心力衰竭和死亡的重要原因。糖尿病患者中约80%死于心血管疾病，所以干预糖尿病心肌病的病理过程，阻止心力衰竭的发生，具有重要的意义。LncRNA作为基因调控中的主要参与者，不仅是心脏生长分化中的重要调控因子，而且与心肌病的发生发展密切相关。所以我们认为某些LncRNA可能参与糖尿病心肌病心室重构，在此基础上进行中药干预，有可能找到糖尿病心肌病治疗的新靶点、有效缓解糖尿病心肌病的并发症并且为研发新的药物提供新的思路。

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Research progress of LncRNA and diabetic cardiomyopathy and the study of traditional Chinese medicine

LIU Shi-yin1,MOU Shu-min2,WANG Rui1

(1.FirstClinicalMedicalSchool,ShandongTraditionalChineseMedicineUniversity,Jinan,Shandong250014,China;2.DepartmentofEndocrinology,AffiliatedHospitalofShandongUniversityofTraditionalChineseMedicine,Jinan,Shandong250011,China)

Abstract:Long noncoding RNA is functional RNA molecule with more than 200 nucleotides in length and has not encoding proteins.Due to not participating in the encoding of proteins,in the past it was known as “the noise of gene transcription”.With the continuous development of the genome,the researchers have found that LncRNA can regulate the expression of genes and proteins through the epigenetic,transcriptional and post transcriptional levels.Recent studies show that LncRNAs are closely related to the development of heart and cardiovascular system.This article elaborated the biological role of LncRNA in diabetic cardiomyopathy and the related research progress of traditional Chinese medicine.

Key words:iabetic Cardiomyopathies；Longnoncodin RNA；Medicine,Chinese Traditional；Review

doi:10.3969/j.issn.1009-6469.2016.05.003

通信作者：牟淑敏，女，副主任医师，硕士生导师，研究方向：中西医结合治疗内分泌及其代谢性疾病，E-mail：YaYa2009@126.com

(收稿日期：2015-11-16，修回日期：2016-03-01)