微小RNA-143在脂类代谢中的调控作用,人体生理学论文

微小RNA-143在脂类代谢中的调控作用,人体生理学论文微小RNA(microRNA)由19-25个核苷酸组成,是一类高度保守的内源性非编码小分子RNA,其主要功能是通过种子序列与特殊mRNA靶基因非编码区的反向互补结合,构成miRISC络合物,导致翻译抑制或mRNA降解,介入转录后基因的表示出调控[1].mRNA在细胞的分化、发育、增殖、迁移、凋亡、形态构成及癌症构成、脂肪代谢等很多生理经过中发挥了重要作用,而哺乳动物基因组中,30%以上基因的mRNA表示出遭到microRNA的调节[2].因而,microRNA通过mRNA介导调控细胞分化、增殖、脂类代谢等生物学经过.miR-143作为动物体内广泛表示出的一类micro-RNA,通过调控靶基因的表示出介入脂肪细胞分化、脂类代谢等经过.本文综述了miR-143的合成与表示出、脂类代谢靶基因预测以及其靶基因的调控机制,阐述了miR-143在脂类代谢中的调控作用,为相关疾病的诊断、治疗提供新思路.1miR-143的合成与表示出人类miR-143(又称为hsa-mir-143)位于第5号染色体5q32上,其序列是5-UGAGAUGAAGCAC-UGUAGCUC-3.详细位置在5:148808481-148808-586.has-mir-143在构造上与其他microRNA一样,不编码蛋白,不含开放阅读框,具有高度的保守性.miR-143的合成包含3个部分:首先,miR-143在RNA聚合酶Ⅱ的作用下构成pri-microRNA(包含单一的microRNA或microRNA集群);随后,在与Drosha酶有关的DGCR8蛋白作用下构成更小的具有(70nt)双链发夹构造的pre-microRNA;最后,在Exportin5和GTP依靠蛋白的作用下,由细胞核转运到细胞质,经过Dicer酶的加工,构成21个核苷酸的成熟microRNA,它是含有反义链的双链RNA分子.茎环构造的miR-143前体根据剪切位点的不同可生成miR-143-3p(21nt)和miR-143-5p(22nt).miR-143是一类在动物体内广泛性表达的microRNA,在很多组织器官中都能检测到它的表示出,但不同组织器官miR-143的表示出丰度存在较大差异.miR-143组织表示出谱的研究显示,其在人类心脏、肾脏、胸腺、白色脂肪组织和主动脉中表示出水平比拟高,而在脾脏、脑及肝脏中表示出水平比拟低[6].2miR-143调控靶基因的预测以人类基因组为背景对miR-143靶基因进行预测,生物信息学预测包括:miRanda,Targetscan和PicTar3种计算机辅助算法.由于miRanda是比拟早的算法,假阳性率比拟高,为了减小计算机辅助算法可能产生的大量误差,将后两种方式方法结合,能够更准确地评估microRNA的靶基因.张晓东等根据以上两种算法预测出miR-143潜在调控靶基因279和216个,取两者53个交集基因进行基因功能注释(GeneOntology,GO)富集分析[7,8].miR-143与脂类代谢相关的靶基因,见表1.3miR-143对脂肪细胞分化和脂类代谢的调控作用3.1miR-143促进脂肪细胞分化Esau等[1]在前脂肪细胞中转染miR-143反义寡核苷酸(ASOs),抑制了miR-143的表示出,阻止脂肪细胞的分化,是第一个被试验证实的对脂肪细胞分化有调控作用的microRNA.miR-143可能通过3种方式介入脂肪细胞分化,分别为:(1)miR-143能够直接与靶基因细胞外信号调节激酶5(Extracel-lular-regulatedkinase5,ERK5)的3UTR(3非编码区)结合;(2)间接的通过其他靶基因之间的互相作用调控脂肪细胞分化;(3)通过微效(或精细)调节酪氨酸激酶(MAP)信号通路来维持分化状态.miR-143能够直接与靶基因ERK5的3UTR结合,影响脂肪细胞分化.确切地讲,miR-143通过下调ERK5基因表示出,抑制前脂肪细胞的分化.而有的研究以为[5],在高脂饮食饲喂小鼠的脂肪组织中,ERK5基因表示出水平仅稍稍降低(约20%),讲明其表示出水平和miR-143的表示出水平没有显着相关性.因而,有人以为小鼠ERK5可能不是miR-143的直接靶基因,可以能miR-143对人类和小鼠脂肪代谢的调控作用存在着差异,但这可以能是由于miR-143在肥胖小鼠的脂肪组织中表示出水平过高造成的[5].利用体外过表示出或基因敲除技术[10]研究发现,miR-143在不同哺乳动物分化的脂肪细胞中均表示出上调,可能是一个保守的调节器,调控脂肪细胞的分化进程[11,12].所以miR-143对靶基因的调控作用还有待进一步的研究.miR-143能够通过靶向作用于多种基因,对脂肪细胞的数量产生影响,所以进一步分析miR-143在肥胖发展中的作用是特别必要的.通过在脂肪细胞中转染反义核苷酸(ASO),抑制miR-143的表示出,观察miR-143的表示出水平与脂肪细胞分化相关标志物间的关系,如过氧化物酶体增殖物激活受体(Peroxisomeproliferators-activatedreceptorsgamma,PPAR-)、增强子结合蛋白-(CCAATelement-bindingprotein-beta,C/EBPA)、葡萄糖转运蛋白4(Glucosetransporter4,GLUT4)、脂肪酸结合蛋白(Fattyacidbindingprotein,aP2)和成纤维细胞生长因子7(Fibroblastgrowthfactor7,FGF7)等,发现miR-143的过表示出能够促进脂肪细胞分化标志物基因的表示出,而沉默miR-143抑制脂肪细胞分化标志物基因的表示出[5].Esau等[1]发现,miR-143的反义寡核苷酸(ASO)转染诱导分化的人前脂肪细胞,10d后检测脂肪细胞标志基因GLUT4和FABP-4的表示出,miR-143的ASO抑制脂肪细胞标志基因的表示出,且与对照组相比抑制程度高达40%.进一步研究显示,脂肪细胞分化标志基因的表示出水平与miR-143的ASO抑制剂的浓度成正相关,浓度300nmol/L时效果最显着;同时,Northern印迹试验表示清楚,miR-143在脂肪细胞中的表示出明显高于前脂肪细胞.李慧霞等[13]对荷斯坦公牛的大理石纹肌肉组织中成纤维前体脂肪细胞进行体外培养时发现,成纤维前体脂肪细胞向成熟的脂肪细胞分化时,miR-143表示出水平上调.用miR-143的ASO处理该成纤维前体脂肪细胞,脂肪细胞的分化进程遭到明显的抑制,而脂滴存储逐步减少,重要的脂肪细胞调节基因CCAAT/加强子结合蛋白-(C/EBPA,CCAATelement-bindingprotein-beta)和FABP4基因的表示出水平显着下调.同时,转染miR-143的ASO4d后,肌内脂肪细胞(包括前体脂肪细胞)的数目到达最高水平,且细胞的增殖随着miR-143的ASO抑制剂转染浓度的增加而增加.此研究在某种程度上证实了内源性miR-143刺激牛肌内脂肪细胞的分化调节基因,促进肌内脂肪细胞的分化.综上所述,miR-143能够促进脂肪细胞分化标志物基因表示出,促进脂肪细胞分化.miR-143通过微效(或精细)调节酪氨酸激酶(MAP)信号通路来维持脂肪细胞分化的状态.MAP激酶属于一种Ser/Thr蛋白激酶,在多种不同的信号转导途径中充当信号转导成份,在生长因子、激素、紫外线等刺激下,诱导相关基因的表示出,介入细胞的反响、分裂、生长和分化经过.miR-143对脂肪细胞分化的调节可通过MAP信号通路来促进细胞生长和增殖,调节脂肪细胞增殖和分化间的平衡[1].He等[17]通过双荧光素酶报告和定量RT-PCR法,确定成纤维细胞生长因子7、成纤维细胞生长因子2是miR-143的靶基因,它们是成纤维细胞生长因子家族的成员,这个家族的大部分成员都能通过激活受体酪氨酸激酶(MAP)信号通路来促进人前脂肪细胞的增殖和分化.成纤维细胞生长因子7可作为一个微调分子,平衡脂肪细胞增殖与分化间的关系,但是它在脂肪细胞分化中确实切作用还不清楚.成纤维细胞生长因子2在人前脂肪细胞中表示出水平较高,分化诱导后明显降低,这与细胞内可见脂滴的第一外观一致.成纤维细胞生长因子7与成纤维细胞生长因子2的作用类似,只是前者可能更偏向于促进前脂肪细胞的分化而不是生成.以前的研究中[1],人们在体外培养脂肪细胞,诱导分化后转染miR-143的抑制剂和模拟物,使其低表示出或过表示出,测定miR-143对脂肪细胞分化的影响.但是He等的研究发现,直接在体外敲除miR-143的小鼠,表型没有发生异常的变化[14],小鼠的体重、脂肪组织的形态和脂肪细胞的大小都没有发生改变.除此之外,将体外敲除miR-143小鼠和对照组小鼠脂肪细胞分化标志物mRNA的表示出水平进行比拟,发现体外和体内试验中得到的结果是有一定差异的,这讲明体外进行的测定试验相比照较简单,但有时候却不能真实地反映生物体内复杂的自我适应机制.microRNA的功能无论是在无脊椎动物还是脊椎动物中都是重要且高度保守[15],但是即便独立敲除最保守的microRNA,仍没有导致明显的缺陷[16],这可能是由于其他相关microRNA的调控功能,可以能是由于复杂调控网络的其他缓冲机制.miR-143可能只是充当微调分子,而不是小鼠脂肪生成调控的网络开关,所以它在脂肪组织发育中的作用可能是微乎其微的[17].3.2miR-143和脂类代谢的关系Takanabe等[5]发现,miR-143在人类和小鼠的心脏、肾脏及胸腺中均有表示出,在ob/ob小鼠的白色脂肪组织中表示出最强烈.培养人前脂肪细胞时,发如今诱导分化7-10dmiR-143的表示出水平不断增加[1].同样将诱导分化9d与5d小鼠3T3-L1细胞相比,前者miR-143的表示出水平明显高于后者.高脂饮食饲喂的小鼠肠系膜脂肪组织中miR-143的表示出水明显高于限饲小鼠,且其表示出水平与小鼠的体重和肠系膜脂肪重量成正相关.这些研究结果表示清楚miR-143的表示出主要发生在分化后期,所以它可能控制成熟脂肪细胞的功能,而不是影响细胞分化[9].miR-143在人类和啮齿类动物脂肪细胞脂质代谢中发挥着重要作用,简单地讲,就是miR-143能促进甘油三酯的合成[8].在小鼠前脂肪细胞中miR-143的过表示出能够加速脂滴聚集,抑制甘油及游离脂肪酸的合成,促进脂肪组织的构成[18,19].miR-143能够和其他microRNA共同作用于同一个靶基因,可以以单独作用于不同的靶基因,以构成复杂的调控网络,在某些信号通路的作用下,调控有机体的脂类代谢(图1).一般来讲,miR-143通过调控PPAR、FABP4、ERK5等脂肪代谢相关基因的表示出,介入甘油的合成和脂质代谢.PPAR是脂肪细胞分化的关键调控因子,调控脂肪酸合成与相关转运基因的启动表示出,影响脂肪酸的合成途径,可使脂肪细胞数量增加并促进脂肪细胞甘油三酯合成,也是脂质活化的转录因子,调节脂质代谢与糖代谢、脂肪细胞分化和能量之间的平衡;FABP4能够亲和不饱和与饱和长链脂肪酸,与脂类储存和脂类代谢密切相关;ERK5是丝裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activatedproteinkinases,MAPK)家族中一个独特的激酶,能够通过磷酸化作用和C端物理性结合使底物激活,活化下游因子,引起基因转录和表示出,介入调节细胞增殖、分化、转化、凋亡等一系列生命活动[20-22].同时三者之间也存在一定的联络,氧化物酶体增殖物激活受体是细胞外信号调节激酶5的下游基因,其转录需要细胞外信号调节激酶5的激活,所以只要当通路激活后,氧化物酶体增殖物激活受体才能发生磷酸化,降低转录活性,抑制脂肪细胞的分化.活化的氧化物酶体增殖物激活受体能够调节其下游基因脂肪酸结合蛋白,介入脂类存贮与代谢经过[23-25].4小结miR-143是一类广泛性表示出的microRNA,在脂肪细胞细胞分化和脂类代谢中起着重要的作用.其调控作用也是特别复杂的,不仅能够和其他microRNA共同作用,还能够作用于不同靶基因,且其靶基因的调控作用也是互相的,这样就构成了一个复杂的调控网络.深切进入探寻求索miR-143在脂肪细胞分化和脂类代谢中的作用和机制,为疾病临床诊断和预后判定的提供分子标志,具有广阔的应用前景.从如今的研究成果看还有很多问题亟待解决:(1)miR-143与其他microRNA之间的关联、靶基因间的互相调控作用需要明确.(2)miR-143在脂质代谢中的实际应用需要进一步扩展.(3)miR-143对靶基因复杂的网络调控需要明确.参考文献[1]EsauC,KangX,PeraltaE,etal.MicroRNA-143regulatesadipocytedifferentiation[J].BiolChem,2004,279