代謝相關(guān)新microRNA——miR-378a

   代謝性疾病，如2型糖尿病或肥胖癥，是機(jī)體代謝途徑中斷的結(jié)果。小非編碼RNA——microRNAs（MiRNAs）——作為轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)節(jié)因子的發(fā)現(xiàn)，為開發(fā)新的策略來(lái)對(duì)抗上述疾病打開了新的大門。miR-378a，miR-378a-3p和miR-378a-5p的兩條鏈在Ppargc1b基因中編碼，在如線粒體代謝和自噬等幾種代謝途徑的調(diào)節(jié)中起著積極的作用。最近的研究確認(rèn)miR-378a是能量和葡萄糖穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)因子，并強(qiáng)調(diào)它是改善代謝失調(diào)的潛在靶點(diǎn)。在綜述“miR?378a: a new emerging microRNA in metabolism”中，討論了miR-378a的已有知識(shí)，并特別強(qiáng)調(diào)其在新陳代謝、線粒體和自噬中的生物學(xué)功能和作用機(jī)制。

一、miR-37a對(duì)代謝的調(diào)節(jié)
1.miR-378a的起源和結(jié)構(gòu)
   過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體-γ（PPARγ）協(xié)同激活因子-1β（PGC-1β）由基因Ppargc1b編碼并在其第一內(nèi)含子中嵌入miR-378家族的兩個(gè)成員(圖1)。

圖一：miR-378a在Ppargc1b中的基因組定位。MIR-378a位于Ppargc1b的第一內(nèi)含子中，其preRNA的加工產(chǎn)生了兩條鏈，miR-378a-5p和miR-378a-3p。miR-378a-3p：通常被識(shí)別為miR-378，曾被命名為miR-422b。miR-378a-5p：通常識(shí)別為miR-378*。miR-378a-3p和miR-378a-5p在線粒體豐富的組織中表達(dá)，如骨骼肌、心臟、肝臟和棕色脂肪組織(BAT)，且可能參與PGC-1β調(diào)控的代謝途徑，如葡萄糖和系統(tǒng)能量穩(wěn)態(tài)、脂肪酸氧化和線粒體代謝。此外，這些miRNAs還與癌癥代謝和組織分化有關(guān)，例如，miR-378a通過(guò)抑制肌源性抑制因子MyoR誘導(dǎo)成肌細(xì)胞分化，對(duì)牛前脂肪細(xì)胞誘導(dǎo)分化，通過(guò)下調(diào)MAPK1誘導(dǎo)3T3-L1細(xì)胞分化，在棕色脂肪細(xì)胞分化過(guò)程中觀察到miR-378a-3p水平升高，與先前觀察到的PGC-1βmRNA水平在BAT分化和C2C12成肌細(xì)胞分化過(guò)程中升高的情況一致。

2. miR-378a在腫瘤發(fā)展中的作用
   瓦爾堡效應(yīng)是指在有氧條件下，癌細(xì)胞優(yōu)先選擇糖酵解而不是氧化磷酸化作為其主要的能量代謝途徑，其主要目的是通過(guò)將糖酵解中間體引導(dǎo)到生物合成途徑中來(lái)促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖和生長(zhǎng)。但癌細(xì)胞的新陳代謝是收多種因素調(diào)節(jié)的，如miRNAs。
   已有報(bào)道m(xù)iR-378a參與腫瘤代謝、腫瘤生長(zhǎng)和血管生成。miR-378a-5p的過(guò)度表達(dá)導(dǎo)致雌激素相關(guān)受體γ(ERRγ)和轉(zhuǎn)錄因子GA結(jié)合蛋白α(GABA PA)的mRNA水平降低，揭示了內(nèi)含子miRNA直接參與其宿主基因伙伴的調(diào)節(jié)。MIR-378a-5p也被發(fā)現(xiàn)是乳腺癌細(xì)胞中瓦爾吧效應(yīng)的主要參與者。它的過(guò)度表達(dá)有利于糖酵解途徑，通過(guò)下調(diào)編碼三羧酸(TCA)循環(huán)的代謝物的代謝基因，ERRγ靶向，同時(shí)減少有氧呼吸。

3. miR-378a在代謝失調(diào)中的作用
   miR-378a-3p和miR-378a-5p參與了代謝紊亂的調(diào)控，被發(fā)現(xiàn)可干擾大量的細(xì)胞過(guò)程(表1)。
                                         表一 miR-378a的代謝和自噬相關(guān)靶點(diǎn)

   有研究報(bào)道，絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(SRPK1)的減少和增加都會(huì)通過(guò)激活A(yù)KT導(dǎo)致相同的致瘤表型，miR-378a對(duì)新陳代謝的調(diào)節(jié)也可能存在類似的機(jī)制。此外， miR-378a-3p在小鼠中的過(guò)表達(dá)導(dǎo)致骨骼肌無(wú)用循環(huán)的激活，同時(shí)改善脂肪組織中的脂解作用。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Akt1是miR-378a-3p的主要靶標(biāo)，被發(fā)現(xiàn)通過(guò)AKT1/FOXO1/PEPCK途徑激活PEP-磷酸烯醇式PEP無(wú)效循環(huán)(圖2A)。PEP可以直接還原為乳酸，而不是用于為無(wú)效循環(huán)提供燃料； miR-378a-3p過(guò)表達(dá)不影響乳酸水平或乳酸脫氫酶A(LDHA)轉(zhuǎn)錄本水平。

圖二 miR-378a-3p對(duì)代謝和線粒體途徑的調(diào)節(jié)。a miR-378a-3p在調(diào)節(jié)氧化和線粒體代謝中起著至關(guān)重要的作用，被發(fā)現(xiàn)能抑制胰島素途徑的重要元件PI3K和AKT1。此外，抑制AKT1刺激了骨骼肌中的Pyruvic Acid-PEP無(wú)效循環(huán)。此外，miR-378a-3p抑制了氧化代謝的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，如NRF-1和CRAT。b miR-378a-3p轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體的模型，在其中干擾線粒體基因的轉(zhuǎn)錄，如ATP6。另一項(xiàng)研究報(bào)道m(xù)iR-378a-3p靶向并能夠抑制H9c2心肌細(xì)胞中的LDHA。miR-378a-3p導(dǎo)致葡萄糖代謝中斷，導(dǎo)致骨骼肌的能量缺乏狀態(tài)，這被證明是獨(dú)立于胰島素信號(hào)傳導(dǎo)的。

4. miR-378a在線粒體功能障礙中的新作用
   線粒體功能障礙是一些代謝性疾病的特征。miR-378a參與線粒體內(nèi)氧化代謝的調(diào)控，其抑制作用被證明改善線粒體的氧化能力并增加了耗氧量；miR-378a-3p針對(duì)核呼吸因子-1(NRF-1)；miR-378a-3p在HFD喂養(yǎng)的小鼠肝臟中上調(diào)，抑制NRF-1，導(dǎo)致肝臟骨質(zhì)疏松癥的惡化。miR-378a-3p的過(guò)度表達(dá)抑制Nrf1促進(jìn)脂質(zhì)積累和損害脂肪酸氧化，導(dǎo)致肝骨病的加重（圖2A）。此外，NRF-1和miR-378a-3p似乎參與了前饋環(huán)，其中NRF-1轉(zhuǎn)錄抑制miRNA。miR-378a-3p還被報(bào)道是一種在HFD處理的小鼠肝臟中通過(guò)靶向其編碼基因Prkag2的亞基AMPKγ2的抑制劑。miR-378a-3p似乎在纖維化中具有雙重作用，它有利于肥胖小鼠的肝纖維化，而當(dāng)在有肝纖維化的動(dòng)物身上使用時(shí)則具有治療作用。
1）線粒體基因組的調(diào)節(jié)因子mitomiR?378a?3p
   成熟的miRNAs高度集中在細(xì)胞質(zhì)中，但它們?cè)诩?xì)胞核或線粒體等細(xì)胞器中亦有存在。有報(bào)道稱功能性miRNAs位于線粒體內(nèi)，被命名為線粒體定位miRNAs(MitomiRs)，并被證明在線粒體基因表達(dá)調(diào)控中具有積極作用。事實(shí)上，線粒體可以由能夠干擾線粒體DNA轉(zhuǎn)錄的mRNA的有絲分裂因子進(jìn)行內(nèi)部調(diào)節(jié)。miR-378a-3p被鑒定為mitomiR(mitomiR-378a-3p)，并被發(fā)現(xiàn)干擾編碼ATP合成酶FO亞單位6的線粒體ATP6。
2）復(fù)合物I抑制劑調(diào)節(jié)miR - 378a的表達(dá)
   線粒體復(fù)合物I是組成電子傳遞鏈的主要復(fù)合物之一，使其成為干擾氧化磷酸化的合適靶標(biāo)。melbine是治療T2 DM的常用雙胍類藥物，可抑制肝臟糖異生，繼而導(dǎo)致肝臟葡萄糖生成減少。melbine通過(guò)特異性抑制呼吸鏈復(fù)合物I而發(fā)揮作用，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)AMP/ATP比值升高，從而觸發(fā)AMPK及其相關(guān)信號(hào)通路的激活。isoquinoline生物堿小檗堿也被報(bào)道分別通過(guò)抑制復(fù)合物I和通過(guò)激活骨骼肌和肝臟中的SIRT1和SIRT3激活A(yù)MPKor來(lái)改善T2 DM的狀況。這兩種抗糖尿病化合物被證明參與了miRNAs的調(diào)節(jié)。使用鎖定核酸(LNA)技術(shù)的miRNA圖譜顯示，在MIHA和HepG2細(xì)胞中，小檗堿處理似乎誘導(dǎo)了miR-378a的表達(dá)。此外，有報(bào)道m(xù)elbine能夠提高miR-378a-3p的表達(dá)水平。miR-378a-3p被證明是通過(guò)靶向細(xì)胞周期依賴性激酶1(CDK1)并下調(diào)這一重要的細(xì)胞分裂因子而抑制肝癌細(xì)胞增殖的重要角色，進(jìn)而導(dǎo)致抑制腫瘤生長(zhǎng)。這是一個(gè)值得注意的發(fā)現(xiàn)，因?yàn)閙iR-378a-3p刺激肝糖異生基因的表達(dá)，而melbine已知可以抑制肝糖異生。因此，這個(gè)問(wèn)題需要進(jìn)一步闡明，以了解melbine是如何上調(diào)miR-378a-3p的，以及它在多大程度上參與了melbine的作用機(jī)制。

5. miR - 378a可調(diào)節(jié)內(nèi)分泌
   一些細(xì)胞外miRNAs存在于血漿和血清中，甚至在健康和患病個(gè)體中表達(dá)不同。這表明miRNAs作為內(nèi)分泌分子能夠調(diào)節(jié)遠(yuǎn)距離靶細(xì)胞的基因表達(dá)，還可以作為疾病生物標(biāo)記物的潛在用途。一些研究已經(jīng)提供了證據(jù)支持細(xì)胞外miRNAs在癌癥、心血管疾病或代謝性疾病中的生物學(xué)功能。最近的研究報(bào)道，在生物體液中發(fā)現(xiàn)miR-378a和其他幾種miRNAs。例如，與1型糖尿病和中度DKD患者相比，miR-378a-5p在重度糖尿病腎病(DKD)患者的外周血液中上調(diào)。在未來(lái)，確定這些修飾是否是組織特異性的，或者它們是否是從循環(huán)中攝取miRNA并從組織中釋放的結(jié)果是至關(guān)重要的?，F(xiàn)有的研究主要集中在對(duì)某一疾病中大量的胞外miRNAs的評(píng)價(jià)，而沒有對(duì)胞外miR-378a的生理功能進(jìn)行詳細(xì)的探討。因此，有關(guān)miR-378a內(nèi)分泌功能的一些重要問(wèn)題仍需進(jìn)一步探討。

二、miR - 378a對(duì)程序性細(xì)胞死亡的調(diào)節(jié)作用
   細(xì)胞存在多種死亡機(jī)制：凋亡、自噬或壞死。近年來(lái)，已發(fā)現(xiàn)miRNAs與自噬相關(guān)，可干擾宏觀自噬途徑不同階段的組分。miR-378a可以調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡和自噬，有報(bào)道稱轉(zhuǎn)染miR-378a-3p的缺氧H9c2細(xì)胞通過(guò)降低CASP3蛋白水平而抑制凋亡并提高細(xì)胞存活率，而miR-378a-3p抑制則加劇了凋亡。胰島素樣生長(zhǎng)因子1受體(IGF1R)被鑒定為miR-378a-3p的直接靶標(biāo)，抑制AKT信號(hào)傳導(dǎo)，從而導(dǎo)致促凋亡蛋白的上調(diào)，促進(jìn)細(xì)胞死亡。
   miR-378a在宏觀自噬中的作用亦已被驗(yàn)證。miR-378a-3p對(duì)于維持骨骼肌細(xì)胞凋亡和自噬等細(xì)胞死亡程序是重要的。miR-378a在禁食或饑餓應(yīng)激下上調(diào)，并被炎癥抑制。miR-378a-3p通過(guò)抑制CASP9抑制凋亡，并通過(guò)靶向和抑制正常激活A(yù)KT的磷酸肌醇依賴性激酶-1(PDK1)來(lái)增強(qiáng)宏觀自噬。宏觀自噬可由三個(gè)與AKT相互作用的不同因子調(diào)節(jié)：FOXO1，F(xiàn)OXO3和哺乳動(dòng)物靶標(biāo)雷帕霉素復(fù)合物1(MTORC1)。一方面，miR-378a-3p導(dǎo)致FOXO1和FOXO3的激活，正向調(diào)節(jié)宏觀自噬。另一方面，mTORC1因此被miRNA抑制，導(dǎo)致自噬誘導(dǎo)劑ULK1復(fù)合物的激活。此外，缺乏miR-378a-3p/miR-378a-5p的小鼠在腓腸肌中發(fā)現(xiàn)異常腫脹的線粒體堆積。評(píng)估線粒體功能以進(jìn)一步證實(shí)線粒體氧化代謝受到miR-378a缺失的負(fù)面影響是很有意義的。