幾十年來，糖尿病及其臨床并發癥（如糖尿病腎病和冠狀動脈疾病）的全球患病率和死亡率一直在上升。值得注意的是，內皮功能障礙、氧化應激和炎癥是糖尿病和心血管疾病發展中的相互關聯的因素。活性氧（ROS）的增加會加重血管炎癥，反之亦然。增強的氧化和炎癥負荷會導致內皮功能障礙。
 

miRNAs 是一類短的非編碼 RNAs（約 22 個核苷酸），負責不同細胞過程中的基因調控。在 miR-181 家族成員（miR-181a、miR-181b、miR-181c 和 miR-181d）中，發現 miR-181b 與 2 型糖尿病患者血漿中的血管炎癥和血栓形成呈負相關。然而，miR-181b 是否在糖尿病進展過程中在血管細胞中異常表達，以及 miR-181b 上調是否能改善糖尿病相關的內皮功能障礙仍不清楚。
 

AMP 活化蛋白激酶（AMPK）是真核生物中的關鍵參與者，負責調節能量代謝。此外，AMPK 激活被證明是內皮細胞中 miRNA 生物發生的上游事件，其中 AMPK 可以磷酸化細胞核中的核仁素以調節 miRNA 表達。研究 AMPK 激活是否通過靶向 miRNAs 來改善內皮功能將是有意義的。
 

某些 miRNAs 被認為是機械敏感的，因為它們在內皮細胞中的表達在暴露于不同的剪切模式時會發生改變。因此，剪切應力介導的 miRNA 表達改變部分有助于內皮穩態的調節。此外，暴露于剪切應力可調節內皮細胞中的 AMPK 激活。
 

在香港城市大學生物醫學科學系、香港中文大學生物醫學學院、北京大學醫學部中西醫結合學系等聯合團隊的一項項研究中，探討了（i）研究糖尿病患者動脈組織中 miR-181b 的水平；（ii）研究 miR-181b 上調是否對糖尿病相關的內皮功能障礙具有保護作用；（iii）確定 miR-181b 的潛在分子機制和上游誘導因子。

糖尿病患者中 miR-181b 表達降低
 

為了評估糖尿病條件下血管中 miR-181b 的表達，實驗首先測量并比較了非糖尿病患者和糖尿病患者腎動脈中的 miR-181b 水平。結果表明，與非糖尿病患者相比，糖尿病患者腎動脈中 miR-181b 的表達顯著降低（圖1 A）。接下來試圖確定哪種糖尿病風險因素會調節 miR-181b 的表達。在糖尿病期間，AGEs 水平升高，因為蛋白質或脂質在暴露于糖時被糖化。AGEs 的積累會導致內皮功能障礙和炎癥。因此，實驗假設 AGEs 下調動脈和內皮細胞中的 miR-181b。正如所料，AGEs（200 μg mL-1）的添加抑制非糖尿病患者腎動脈中 miR-181b 的表達（圖1 B），以及在 HUVECs（圖1 C）。

圖1   miR-181b在人腎動脈和內皮細胞中的表達。

（A）對非糖尿病和糖尿病患者腎動脈中的  miR-181b 水平進行 RT-PCR 檢測，（B）對接受 AGEs 200 μg mL-1 處理12小時的非糖尿病患者在腎動脈中的 miR-181b 水平進行 RT-PCR 檢測。（C）RT-PCR 檢測HUVECs 中用200 μg mL−1 AGEs處理12小時的miR-181b表達。

實驗接下來研究了 miR-181b 在糖尿病條件下血管系統中的作用，從正常食物喂養小鼠和糖尿病小鼠中解剖主動脈，對ACh進行功能測定，作為內皮功能的指征，結果表明，miR-181b 過表達改善糖尿病小鼠主動脈的內皮功能。
 

然后研究了 miR-181b 過表達如何改善糖尿病小鼠血管系統的內皮功能。由于 NO 和 ROS之間的不平衡會加重內皮功能障礙，實驗假設 miR-181b 可能會抑制 ROS 過度產生以改善糖尿病狀態下的內皮功能。因此，進行了光澤精增強化學發光法和 DHE 染色，以確定糖尿病小鼠主動脈中 ROS 的產生。實驗發現表明，miR-181b 過表達抑制糖尿病小鼠主動脈血管 ROS，而且miR-181b 可能部分介導 AMPK 在糖尿病條件下血管系統中的抗氧化作用。
 

實驗還假設 miR-181b 通過抑制血管炎癥來改善內皮功能，因為多種炎癥機制會觸發內皮激活和功能障礙，從而加劇心血管疾病的進展。因此，研究了糖尿病條件下小鼠主動脈（即 Icam1、Vcam1 和 Il-6）和培養的人內皮細胞（即 ICAM1、VCAM1 和 IL-6）中常見炎癥標志物的表達。結果表明，miR-181b 過表達抑制血管和內皮炎癥，這些發現還暗示 AMPK 的激活可部分通過 miR-181b 在血管系統和內皮細胞中引發抗炎作用。

AMPK 激活增加人動脈和內皮細胞中 miR-181b 的表達
 

實驗已經證明 miR-181b 抑制劑的存在消除了 AMPK 激活劑 AICAR 的血管松弛、抗氧化和抗炎作用。為了進一步驗證實驗的假設，即 AMPK 激活上調 miR-181b 在動脈和內皮細胞中的表達，用 AICAR 處理了人腎動脈和 HUVECs。AICAR（2 mmol L-1）的存在上調了非糖尿病患者腎動脈中 miR-181b 的水平（圖2 A），以及在 HUVECs中（圖2 B）。此外，AMPK 抑制劑 ara-A（1 mmol L-1）的存在逆轉了 HUVECs 中 AICAR 對 miR-181b 的上調作用（圖2 C）。這些結果表明，內皮細胞中存在 AMPK/miR-181b 軸。

圖2   AMPK活化對人動脈和內皮細胞miR-181b水平的影響。

（A）RT-PCR檢測miR-181b在AICAR治療的非糖尿病患者腎動脈中的表達。（B）RT-PCR檢測 AICAR 對 HUVECs 中 miR-181b 表達的時間依賴性影響。（C） RT-PCR檢測1 mmol L−1 ara-A 處理 HUVECs 12 h后miR-181b水平。

長期運動激活糖尿病小鼠的 AMPK/miR-181b 軸
 

實驗接下來試圖確定在糖尿病條件下可以激活血管系統中 AMPK/miR-181b 軸的潛在方法。運動通常被認為對糖尿病患者的心血管健康有益，而長期運動先前已被證明可激活糖尿病小鼠動脈中的 AMPK。因此，假設長期運動可以通過 AMPK 激活增加動脈中 miR-181b 的表達。因此，讓非糖尿病 db/m小鼠和糖尿病 db/db 小鼠在電動跑步機上進行運動（圖 3 A），使用另一種 2 型糖尿病小鼠模型來確認運動時 AMPK/miR-181b 軸的存在。與久坐組相比，長期運動在 db/m 和 db/db 小鼠的主動脈中誘導 AMPK 活化和 miR-181b 上調（圖3 B-D）。注射 AMPK 抑制劑化合物C（20 mg kg-1）可消除運動訓練的 db/db 小鼠主動脈中的 AMPK 活化和 miR-181b 上調（圖3 B-D）。這些發現表明，長期運動通過 AMPK 激活上調 miR-181b。

圖3   長期運動對糖尿病小鼠主動脈 AMPK/miR-181b 軸的影響。

（A）糖尿病小鼠長期運動訓練的示意圖概述。（B）具有代表性的蛋白質印跡，以及（C）在久坐不動或經過運動訓練的糖尿病小鼠的主動脈中在Thr172處表達AMPK和p-AMPK的蛋白質印跡的定量。（D）RT-PCR檢測在久坐不動或運動訓練的糖尿病小鼠的主動脈中的miR-181b表達。

LSS 激活內皮細胞中的 AMPK/miR-181b 軸
 

運動的好處是由身體中一系列生理、分子和細胞過程介導的。在運動過程中，全身血流量增加，導致血管系統內皮細胞產生更高的剪切應力。因此，推測增加的剪切應力可能部分導致了運動期間內皮細胞中 AMPK/miR-181b 軸的激活。為了驗證，進行了體外血流動力學研究來模擬人內皮細胞上增加的剪切應力（即 LSS）（圖4 A）。暴露于 LSS（12 dyn/ cm2）12 小時可誘導 HUVECs 中的 AMPK 活化和 miR-181b 上調（圖4 B-D）。同時，AMPK 抑制劑 ara-A（1 mmol L-1）的存在抑制了 HUVECs 中 AMPK 的激活和 miR-181b 的上調（圖4 B-D），暗示內皮細胞中存在 LSS/AMPK/miR-181b 信號轉導軸。

圖4   LSS對內皮細胞中 AMPK/miR-181b 軸的影響。

（A）流動系統示意圖。（B）AMPK and p-AMPK 具有代表性的蛋白質印跡，以及（C）在暴露于LSS 12 h的HUVECs中在THr172位點下表達的蛋白質印跡的定量。（D）RT-PCR檢測 miR-181b在LSS暴露 的HUVECs中的表達。

總之，該研究發現糖尿病患者的動脈中 miR-181b 水平降低。miR-181b 可減輕糖尿病小鼠的內皮功能障礙、血管炎癥和氧化應激。AMPK 激活上調內皮細胞中的 miR-181b 水平。此外，長期運動可能通過增加血流量來激活內皮細胞中的 AMPK/miR-181b 軸。這些發現表明，AMPK/miR-181b 軸對糖尿病相關的內皮功能障礙具有有益作用。

參考文獻：Cheng CK, Shang W, Liu J, Cheang WS, Wang Y, Xiang L, Lau CW, Luo JY, Ng CF, Huang Y, Wang L. Activation of AMPK/miR-181b Axis Alleviates Endothelial Dysfunction and Vascular Inflammation in Diabetic Mice. Antioxidants (Basel). 2022 Jun 9;11(6):1137. doi: 10.3390/antiox11061137. PMID: 35740034; PMCID: PMC9220246.

原文鏈接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35740034/

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