miR-126在调控糖尿病视网膜病变中的研究进展

Research Progress of miR-126 in Regulating Diabetes Retinopathy

摘要: 糖尿病视网膜病变(DR)是常见的糖尿病并发症，而目前对于DR的治疗中，微小RNA作为在糖尿病视网膜病变的近年热点，microRNA在调控和表达细胞因子上起重要作用，有望成为治疗DR的突破口。MicroRNA-126 (miR-126)在癌症发展，心脏、肾脏及眼中表达均有重要意义。miR-126在眼科中的表达，尤其在视网膜上皮中特异表达，通过多种细胞因子调控内皮细胞增殖，并维持血视网膜屏障，对于糖尿病视网膜病变的过程中的分化、增殖和代谢方面有密切关系。本文通过对miR-126研究现状的实验方法、作用机制展开讨论和总结，旨在思考miR-126是否可为治疗DR提供新思路。

Abstract: Diabetic retinopathy (DR) is a common complication of diabetes, where microRNA is a hotspot for the treatment in recent years, which plays a significant role in the regulation and expression of cy-tokines, with expectation to become a breakthrough in the treatment of DR. The expression of mi-croRNA-126 (miR-126) is crucial in the development of cancer, heart, kidney and eyes. In Ophthal-mology, especially in retinal epithelium, the expression of miR-126 is regulated by a variety of cyto-kines, manipulating endothelial cell proliferation and maintain blood retinal barrier that is closely related to the diabetic retinopathy process of differentiation, proliferation and metabolism in. In this paper, the experimental methods as well as mechanism of miR-126 research are summarized and discussed, aiming to determine whether miR-126 can provide new approaches for the treat-ment of DR.

1. 引言

DR是糖尿病最严重的微血管并发症之一 [1] ，由于视网膜毛细血管病变和内皮功能障碍，可发展为增殖型糖尿病视网膜病变(PDR) [2] 。DR与低度炎症、氧化应激、蛋白激酶C、胰岛素信号途径等有关 [3] ，通过血管内皮细胞生长因子(VEGF)、基质金属蛋白酶(MMP)促进内皮细胞的增殖 [4] 。当前研究发现，microRNA对于DR在分化、增殖和代谢方面有密切关系。microRNA是内源性非编码RNA小分子，microRNAs介导的基因沉默是指与靶mRNA的3端非编码区碱基对结合，使靶RNA降解，影响表达 [5] 。李瑞 [6] 研究发现，通过PDR组患者视网膜增殖膜中组miR-126VEGF及其蛋白表达显著提高，并得出miR-126在缺氧高糖下的视网膜中的含量减少，并且随着PDR程度越重，miR-126的表达越少，这与内皮细胞的损伤有关 [6] [7] 。miR-126在视网膜内皮上的特异性表达，通过多种细胞因子及信号转导途径调控视网膜新生血管并维持血视网膜屏障 [8] 。通过对现有文献总结，本综述对于miR-126的现有文献进行总结探讨。

2. miR-126与DR概述

miR-126是EGF样结构域基因的内含子7 (EGFL7)内的miRNA，在血管内皮中特异性表达 [9] ，由内皮细胞所分泌，并高度富含在内皮细胞中，起保护内皮稳态和维持血管完整的作用 [6] 。miR-126最早在2002年由Lagos-Quintana等在小鼠心脏和小脑中发现 [10] 。在大量实验中证明，miR-126在CD34⁺祖细胞中有表达 [11] ，且miR-126在乳腺癌 [12] 、大肠癌 [13] 、胶质瘤细胞 [14] 中，起抑癌作用，并对糖尿病肾病 [15] 的早期诊断有意义。不同的细胞表达中，miR-126的作用机制也不尽相同。首先，miR-126在硬皮病中诱导血管生成、维持血管完整性，miR-126表达降低，spred-1作用增强，可能通过调节Ras-丝裂原活化蛋白激酶途径，下调VEGF表达，传导减弱和血管生成障碍 [9] 。其次，目前已经证明乳腺癌 [12] 细胞中的miR-126是表达下调的miRNA，miR-126在癌症细胞周期中起抑制作用，但不影响细胞凋亡，只抑制G1/G0向S期转变 [14] 。以上调控途径均在miR-126的糖尿病视网膜病变(DR)中的视网膜内皮细胞调节中被证实。miR-126调控视网膜血管VEGF信号通路，抑制出芽相关蛋白(SPRED-1)、磷酸肌醇3激酶调节亚基2 (PIK3R2)靶点，通过RAF1-MAP和PI3激酶在VEGF信号中调控视网膜新生血管生成；此外，miR-126还通过胰岛素受体底物(IRS)、炎症因子及金属蛋白酶-9调节视网膜内皮细胞增殖，以及抑制视网膜内皮细胞周期的转变 [8] 。以上途径共同维持血视网膜屏障的完整性。此外，视网膜新生血管生成过程中，miR-126的两条成熟体对视网膜内皮细胞的作用有特异性的特点 [16] 。本文将分点阐述以上内容。

3. miR-126在DR进程中调控视网膜内皮细胞的增殖来保持血–视网膜屏障(BRB)的 完整性

3.1. miR-126通过VEGF来调控内皮增殖

VEGF是在PDR进程中促进视网膜新生血管生成和高通透性的重要因子，在内皮增殖、迁移以及血管形成起促进作用，并参与破坏血视网膜屏障。通过PKCβ/HUR途径在转录水平和转录后调节。DR中，VEGF在视网膜色素上皮细胞、星形胶质细胞、穆勒细胞和内皮细胞中等表达水平均有升高 [17] 。在氧化应激、炎症条件下，VEGF的表达上调，正性调控内皮细胞中一氧化氮和前列环素。VEGF通过尿激酶受体(uPAR)表达上调，增加视网膜局部细胞间粘附分子-1 (ICAM-1)的表达。此外，VEGF增强MMP来灭活神经营养因子(PEDF)，也可以增加ICAM-1、MMP、PG和PI3K/AKT的表达 [7] 。VEGF的表达通过miR-126负性调节。miR-126参与VEGF信号通路的调节，调控血管生成过程 [18] 。在视网膜中，miR-126调控VEGF信号通路，通过与靶点SPRED-1和PI3KR2结合，抑制VGEF通路来调控血管生成 [19] 。视网膜缺血缺氧下，miR-126的表达减弱，不仅通过p38、细胞外信号调节激酶(ERK)通路的调节，使VEGF表达过度，促进新生血管生成 [17] ，还诱导内皮的损伤，促进新生毛细血管 [20] 。此外，视网膜组织中的miR-126还在细胞周期起阻滞作用，并抑制VEGF，抑制新生血管形成和维持血视网膜屏障的完整性。

3.2. miR-126靶向作用于胰岛素受体底物(IRS)来调节内皮细胞

胰岛素受体底物(IRS)家族中胰岛素受体底物1 (IRS-1)是最有代表性的成员。IRS可作为接头蛋白，结合跨膜受体，并在信号通路中向细胞内传递信息，在糖代谢、细胞生长、代谢和凋亡方面起作用。PH结构域和磷酸酪氨酸结合结构域是IRS家族的共有结构 [19] 。胰岛素信号传导中，IRS-1通过与胰岛素受体、磷酸肌醇3-激酶(PI3K)结合，将胰岛素信号传递给下游，激活磷酸肌醇3-激酶/蛋白激酶B (PI3K/Akt) 信号通路直接作用在VEGF启动子，并上调VEGF的表达。内皮细胞和视网膜周细胞中的miR-126抑制IRS-1和PI3K/Akt通路蛋白的表达，抑制内皮细胞和视网膜周细胞的侵袭力，进而抑制新生血管生成。过表达的miR-126靶向作用于IRS，通过磷酸化IRS-1和IRS-2使其激活，与PI3K的p85调节亚基结合，激活Akt，抑制内皮细胞和视网膜细胞过度侵袭。在DR背景下，miR-126下调，通过提高IRS-1表达而对PI3K/Akt通路起增强效应，内皮细胞和网膜细胞过度表达，侵袭力增强，促进新生血管 [20] 。

3.3. miR-126通过白细胞介素-17A (IL-17A)对内皮细胞起作用

IL-17A是白细胞介素-17家族中的一种标志性因子，由Th17细胞所分泌。广泛参与炎症和自身免疫性疾病，对免疫细胞起募集和激活的作用。PDR进程中，血清与玻璃体组织中IL-17A水平升高，对Muller细胞起作用，使VEGF的分泌增加 [21] 。高糖可促进网膜中IL-17A的表达增加，加强了Act1信号通路，导致了白细胞黏附和聚集、加速血管渗漏，神经元细胞的凋亡和血-视网膜屏障的损伤。这些视网膜的病变可以IL-17A的阻断或抑制来减轻 [22] 。已证实，IL-17A是miR-126的作用的靶点。miR-126作用于PI3K/AKT信号通路，使PI3K和AKT磷酸化，靶向下调在IL-17A、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-3 (Caspase-3)和Bcl-2相关X蛋白(BAX)的表达 [23] 。

3.4. miR-126靶向作用于polo样激酶4 (PLK4)抑制内皮细胞的增殖

PLK4激酶在中心粒复制过程中起调控作用。在细胞分裂周期中，PLK4通过其数量的变化节调节纺锤体的移动过程和染色体的分离过程，最终在细胞周期中抑制G1/G0向S期转变。斑马鱼中缺失PLK4基因导致了斑马鱼的眼球变小、光感受器部分或全部丧失，视觉受损及暗适应均下降。这些与PLK4直接的作用-纤毛和基底的丢失有关。视锥、视杆细胞外节的纤毛的丢失导致了视功能的下降。PLK4基因的变异在眼部表现常为脉络膜视网膜病变，眼底通常发现视盘苍白和黄斑变性、萎缩。而注射PLK4，则可以挽救部分网膜，逆转部分视功能 [24] 。高糖情况下，PLK4在视网膜毛细血管内皮细胞中的表达上调，内皮细胞的迁移受到了促进。用miR-126模拟物实验得出，miR-126可以靶向与PLK4结合，抑制PLK4表达，减少内皮的迁移，在DR进程中起延缓的作用 [25] 。

3.5. miR-126通过调控基质金属蛋白酶-9 (MMP-9)的蛋白质水平抑制内皮细胞的增殖

基质金属蛋白酶(MMPs)是一类锌依赖的蛋白酶，降解细胞外基质，协助血管内皮细胞的迁移，并在细胞的增殖分化、凋亡过程中起作用。基质金属蛋白酶-9 (MMP-9)是MMPs家族中最重要的成员，也叫明胶酶，可以降解血管中的多种蛋白成分如胶原蛋白、层黏连蛋白等 [26] 。MMP-9在玻璃体中的表达随着DR的进程延长而上调。在DR的机制中有以下几个方面的影响，第一，MMP-9降解细胞外基质，促进了新生血管；其次，VEGF与其有密切关系，VEGF可能促进MMP-9的表达；还有，高糖下激活Ras/Raf/MEK/ERK信号通路，MMP-9水平上调，损伤视网膜线粒体，使细胞凋亡。最后，MMP-9通过激活IL-1。IL-I导致使网膜穆勒细胞功能障碍，丢失了部分视神经 [27] 。小胶质细胞分泌的基质金属蛋白酶，证实PDR眼中的过度炎症和血管生成 [28] 。缺氧条件下，miR-126模拟物抑制了MMP-9的表达，而miR-126下调则MMP-9的表达增加。常氧条件下，miR-126对MMP-9负调控则不明显 [29] 。

4. miR-126-3p和miR-126-5p特异性调节视网膜内皮细胞的增殖和迁移

miR-126-3p和miR-126-5p是miR-126产生的两个miRNA成熟体，作用方面有所不同。在缺血缺氧背景下，miR-126-3p的过表达抑制视网膜新生血管的增殖；miR-126-5p抑制DLK1，促进了视网膜毛细血管内皮的迁移，增加视网膜毛细血管密度 [16] 。

miR-126-3p目前研究更多，通过作用于Spred-1和PIK3R2靶点在VEGF信号中调控视网膜毛细血管内皮的增殖。miR-126-5p在心肌中发现通过调控内皮和白细胞，在心肌梗死的过程中起作用，并随着心肌梗死严重程度的上升而表达增多 [30] 。miR-126-5p在早期的内皮细胞和神经节细胞表达，并对内皮细胞起保护作用，促进内皮细胞的迁移。miR-126-5p在视网膜血管系统的形成中不影响血管覆盖面积。只影响血管分布的密度。经研究，抑制miR-126-5p的表达，视网膜血管总覆盖面积不变，而血管密度则降低 [31] 。

5. miR-126通过调节血管细胞粘附分子-1 (VCAM-1)和BCL-2样蛋白11 (BCL2L11) 在缺血性视网膜病变中减少血液–视网膜屏障破坏

BRB的损伤主要机制主要是由于内皮细胞凋亡及内皮细胞间紧密连接连接的破坏 [32] 。VCAM-1是由内皮细胞表达的炎症因子，能增强白细胞粘附、迁移，导致血管闭塞，对炎症反应的过程其中用。在急性心肌梗死中发现，VCAM-1表达增加，对其预后有预测作用，并诱导心室重塑 [33] 。PDR中可溶性血管细胞粘附分子-1 (sVCAM-1)增加。循环黏附分子不仅反映了内皮细胞损伤或激活的增加，还诱导血管生成。VCAM-1表达于内皮细胞及淋巴细胞等，高糖缺氧下损伤内皮细胞，VCAM-1表达增加，引起白细胞的粘附合聚集阻塞毛细血管并促进VEGF的表达 [34] 。BCL-2样蛋白11 (BCL2L11)是BCL-2促凋亡家族中最重要的成员，调控细胞生长凋亡。BCL2L11在内皮细胞等多种细胞中调控凋亡过程 [35] 。miR-126可以在转录后水平对VCAM-1进行调控，通过抑制内皮细胞表达VCAM-1的表达来保护血管内皮并维持BRB的完整性。高糖下，内皮细胞损伤，miR-126表达下降，内皮细胞中VCAM-1的表达增加，炎症因子产生，白细胞等炎细胞被招募，诱导炎症反应，毛细血管血管闭塞和血管炎症反应进一步加重，内皮细胞凋亡增加，BRB破坏 [36] 。miR-126通过调节内皮细胞中BCL2L11的水平来减少内皮细胞的凋亡，这也有助于维持BRB的完整性。

6. 展望

miR-126对BRB完整性的维持，主要通过靶向作用于VEGF等血管生长因子、IRS-1、IL-17A、PLK4和MMP-9等因子来减少毛细血管内皮细胞的增殖，和VCAM-1和BCL-2对BRB的保护，以上途径起协同作用，对DR起保护作用；而在相同中又存在差异，如miR-126-3p抑制视网膜新生血管的增殖，而miR-126-5p抑制视网膜毛细血管内皮的迁移，增加视网膜毛细血管密度。miR-126可以作为视网膜内皮细胞损伤和PDR的诊断的生物预测标志物，为DR的治疗提供新的方向。miR-126通过PLK4挽救部分网膜功能对黄斑变性及视神经疾病的治疗也有重要启示。目前已有研究发现miRNAs通过脂肪因子来影响糖脂代谢和胰岛素抵抗 [37] ，提供了miR-126与脂肪因子的未来研究思路。