脂质代谢中的小分子RNA

脂质代谢中的小分子RNA

摘要：

综述的目的——虽然小RNA的作用在调节多种生理过程，包括细胞凋亡，细胞分化，肿瘤是公认的，这些小RNA在调节脂质代谢的重要性直到最近才被发现。本文综述了小RNA在调节脂质代谢的关键作用的证据。 最近的发现：

脂质代谢在细胞水平上受到严格监管的。除了经典的转录调节胆固醇代谢（如SREBP和LXR），一类非编码RNA称为小RNA，现在被证实是有效的转录后参与胆固醇的动态平衡和脂肪酸的氧化。最近的一些报告研究表明miR - 33调节胆固醇流出，高密度脂蛋白胆固醇生物合成下调的ABC转运蛋白的表达，ABCA1和ABCG1。此外，miR - 33还抑制了的几个参与脂肪酸β氧化编码蛋白的翻译,包括CPT1A，crot，和hadhb，从而减少脂肪酸降解。其他小RNA包括miR-122 ，miR-370，miR-335，和miR-378 / 378 *，MiR-27和miR-125a-5p有关联的参与调节胆固醇,脂肪酸代谢和脂肪合成。

总结：近年来对脂质代谢调控的认识的进步表明，小RNA在调节胆固醇和脂肪酸的代谢中起着重要的作用。这些新的研究结果可为血脂异常的治疗开辟新的途径。 关键词：胆固醇稳态；高密度脂蛋白；小RNA。

介绍：尽管在心血管疾病（CVD）的预防和管理的进步，这多因素的疾病仍然是死亡的首要原因世界各地。细胞内胆固醇的不足或过度会导致病过程，包括动脉粥样硬化和代谢综合征 。控制这种平衡的机制仍然不完全了解。小RNA （ miRNA）较短（? 22个核苷酸） ，编码的双链RNA结合在小RNA互补的靶标位点非翻译区（3 '非编码区) ，从而导致翻译抑制和/或mRNA的去稳定化。值得注意的是， 一个小RNA可以有多个目标，从而提供了一种机制，用于同时调节涉及在一个特定的途径或生理过程的基因的转录后表达。 miRNA在调节脂质代谢的具体作用是一个新兴研究领域。在这篇综述中，我们将总结参与调节脂质代谢的miRNA的现有知识。我们将特别关注miRNA中的miR- 33A和miR- 33b在胆固醇稳态和脂肪酸代谢的表观遗传调控。 胆固醇和脂肪酸的代谢调控：

在哺乳动物中的脂质平衡是由一个调控因素称为固醇调节元件转录结合蛋白家族（ SREBPs ）调节的 。 SREBPs直接激活合成和摄取胆固醇，脂肪酸，甘油三酯和磷脂中超过30个基因的表达，以及合成这些分子需要的NADPH的辅因子 。哺乳动物基因组编码3种类型SREBP，SREBP- 1a， SREBP- 1c和SREBP-2 。该SREBPs靶基因的选择性和激活其反式结构域的相对效应与它们的组织特异性表达不同，各个亚型的具体分析表明，SREBP- 1选择性地激活参与脂肪酸代谢和脂肪酸从头合成的基因，而SREBP-2是更具选择性的直接参与胆固醇在体内的平衡（图1） 。 SREBPs在小鼠中导致异常表达代谢综合征与生理作用类似于人类的具体脂质代谢病症 。

除了SREBP ，肝X受体（ LXRs ）也重要的参与胆固醇代谢的监管。 LXRα （ NR1H3 ）和LXRβ （ NR1H2 ）核受体异源二聚体的形式与类视黄醇X受体通过多种被激活固醇包括在胆固醇的生物合成形成氧固醇中间体。LXRs参与细胞胆固醇流出，包括转录ABCA1和

ABCG1基因的激活 。小鼠组织缺乏LXRs明显的加速其动脉粥样硬化 ，而合成的LXR激动剂促进反胆固醇的运输和保护小鼠对抗动脉粥样硬化 。LXRs还影响SREBP- 1的转录，从而介导这些途径来增加脂肪酸的合成的干扰[16] 。小鼠LXR缺陷的SREBP- 1c中被指出破坏脂肪酸合成酶（FAS）， SCD- 1 （硬脂酰CoA去饱和酶I）和ACC （酰基辅酶A羧化酶）靶向基因的表达 。相比之下，LXR触发诱导脂肪生成途径和升高血浆甘油三酯水平的药理激活，导致脂肪肝的小鼠 。总之这些重大途径有助于脂质稳态的转录调控。 小RNA:

小RNA（ miRNA）是较小的（? 22个核苷酸）单链非编码RNA ，其在线虫被首次发现。小RNA被大多数真核细胞的和某些病毒基因组编码.成熟的miRNA衍生来自前体的核苷酸称为初级miRNA由数百或数千单顺反子组成或者多顺反子转录单位构成 。值得注意的是，微RNA可位于蛋白编码基因的内含子或外显子内。初级转录或初级miRNA通常是由RNA聚合酶II转录，然后连同它的辅因子DGCR8的功能进行处理 ，以在细胞核中产生部分处理的发夹前体酶Drosha（前miRNA ）。该前miRNA随后通过输出出口到细胞质，其中，它经过由另一个RNA酶， Dicer酶介导的下一个处理步骤，以产生成熟的miRNA 。在切割后，该miRNA双链的一条链是优先掺入RISC复合物,在那里它与Argonaute蛋白相关联,RISC复合物中的蛋白质指导在mRNA的3'非编码区的结合部分位点的互补。 RISC复合物的关联到特定的mRNA介导其抑制，或者通过转录物不稳定，翻译抑制，或两者都有。 Watson-目标和微RNA的“种子”序列（核苷酸2-7） ，是功能性靶位点的重要决定因素。然而，不存在所述miRNA的序列和目标点之间完美的互补性变得可以鉴定复杂的miRNA靶基因。综述涉及这些话题，广泛提供关于生物发生和miRNA的作用机制更普遍的信息。 脂质代谢中的小分子RNA：

迄今为止已经描述调节脂质代谢几个miRNA中，包括miR- 122，miR- 370，miR- 378/378 *，miR- 335，miR- 125a- 5p，和miR- 33 。miR- 122时最初被发现在肝脏中高含量的miRNA，占总量的miRNA表达的70％。在已被报道许多脊椎动物物种中肝脏特异性同源基因似乎是保守的。miR- 122已被证明与肝脏代谢的调节以及丙型肝炎病毒感染有关，并在肝细胞癌（ HCC）被下调的。使用反义的miR- 122的下调关联在肝脏代谢的几个基因与数百个基因生成的增加,通常被肝细胞抑制表达，这表明了miR -122的功能是维持肝表型。 此外，处理小鼠的miR -122,参与脂肪酸合成和氧化的几个基因发生了改变，包括FAS， ACC1和 ACC2。此外，沉默高脂肪喂养的小鼠miR- 122,将其联系到一个脂肪酸氧化的还原和刺激胆固醇的合成,降低脂肪肝.

第二种miRNA，miR- 370 ，最近显示出的miR -370的目标肉碱棕榈酰转移酶（ CPT1A ）与miR- 122 对脂质代谢的效果类似，即通过它们结合的跨膜的长链脂肪酸肉碱介导线粒体酶的运输，从而减少脂肪酸氧化。值得注意的是，在人肝细胞系HepG2细胞用miR -370的转染，上调的miR -122导致生脂基因表达的增加，包括SREBP1c和DGAT2的表达，这表明mir - 370提供了一个额外的点监管的途径。

miR-378/378*，位于过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α的一个内含子miRNA

（ PGC1α ）的基因组序列，在调节脂质代谢中也起着重要的作用。miR -378 / 378 *的过度表达在脂肪生成过程中会增加甘油三酯积聚。转染ST2脂肪细胞的miR-378／378*，细

胞脂肪酸代谢的基因的表达增加,包括脂肪酸结合蛋白4（FABP4），FAS，硬脂酰脱氢酶辅酶A（SCD-1）。除了miR378/378*，miR- 143，miR- 27和miR- 335最近也发现与脂质代谢和脂肪细胞分化相关。反义寡核苷酸通过抑制ERK5对miR-143为前脂肪细胞分化的抑制，表明这种microRNA在脂肪细胞分化的作用。通过对比，miR- 27抑制PPARγ和C / EBPA的表达，并在脂肪细胞分化中被下调。miR- 335上调响应于脂质负荷和高表达于肥胖小鼠的肝脏和脂肪组织。然而，miR-335的在调节脂质代谢和脂肪细胞的作用仍未知的。 miR- 33 ，脂类代谢的关键调节：

miR- 33a是一个位于人类SREBF - 2的内含子16的miRNA，是控制参与胆固醇的吸收与合成基因的总开关。尽管2004的基因组位置的报告，很多年它会在这个位置的功能性后果的意义会变得明显。然而，在一系列平行但独立的研究中，miR- 33被鉴定为细胞胆固醇稳态的关键转录后调节器。在我们小组的研究报告，超过300小 RNA在人类巨噬细胞的胆固醇含量改变的的分析揭示了miR - 33a的表达上调回应固醇枯竭。由于Srebf - 2基因在其耐人寻味的内含子的位置，我们选择了这个miRNA的进一步研究。我们证明了在正常和高血脂老鼠中,膳食胆固醇改变miR-33在肝脏和腹膜巨噬细胞表达水平。Najafi-Shoushtari和Marquart， miR- 33通过非常不同的方式：他们有兴趣进一步了解如何转录因子，如SREBPs控制胆固醇的基因调控，而在硅片这些位点的生物信息学评估发现了一个高度保守的miRNA （MIR - 33 ）的Srebf - 2的内含子中存在。Najafi-Shoushtari还指出的miR- 33的第二异构体的存在：miR- 33b在Srebf - 1内被找到。从这些群体的研究表明，mir-33a随着肝细胞和巨噬细胞srebf-2共同转录，在胆固醇耗竭状态，miR - 33a和Srebf -2的表达在许多组织中可比。此外，Horie等人。最近，通过人的SREBP- 2的17号外显子的克隆外显子16，其中含有的miR- 33a的内含子，并显示了miR - 33a被确实表达时Srebf -2的表达被激活。此外，在哺乳动物，果蝇srebf-2存在的 mir-33a是高度保守的，这意味着此miRNA的可以执行已根据该进化压力保守的一个具体的和重要的功能。

参与胆固醇转运的miR-33靶向基因

由于其在体外和体内状态由细胞内胆固醇的调节，并不惊奇的是miR -33的顶部预测的靶基因是ABCA1 - 负责胆固醇的进出细胞的转运蛋白。miR- 33a和/或miR- 33b中ABCA1的3'端非编码区包含三个高度保守的结合位点。的确，miR- 33a的强烈抑制多种细胞类型的细胞中ABCA1， mRNA和蛋白质水平的表达。ABCA1的3'端非编码区的分析表明，miR -33的靶向目标是直接和具体的，在这些位点通过突变的miR- 33解除ABC1的抑制。在功能上，miR - 33在巨噬细胞中的过度表达导致胆固醇流向ApoA1减少–新生的高密度脂蛋白粒子的生成的第一步。然而更重要的是，在一个内源性miR - 33的抑制导致ABCA1蛋白表达增加，同时胆固醇流向ApoA1随之增加，这表明在生理水平miRNA的确是调节其靶基因的表达。总之，这些结果表明，ABCA1是在miR - 33转录后的控制之下，而这一途径在体内的抑制，导致增加ABCA1表达及胆固醇流出的影响。除了ABCA1,我们确定了细胞miR33中两个参与胆固醇动员其他靶向基因：ABCG1，动员细胞游离胆固醇流出更成熟的HDL颗粒，与NPC1，其从溶酶体隔室输送胆固醇向细胞的其它需要的部分。在小鼠基因组中，ABCG1的3'非编码区含有两个miR- 33结合位点。然而，这些位点在人类3'端非编码区并不保守。

这导致ABCG1在小鼠细胞中的表达受miR -33抑制，而不是在人类来源的细胞中。miR- 33在小鼠而不是人类细胞中过度表达后，miR -33靶向目标ABCG1的功能证明胆固醇降低流出到高密度脂蛋白。NPC1在人体中的3'端非编码区含有两个的miR- 33结合位点，从而导致NPC1蛋白的表达受miR -33的抑制，而在小鼠中只包含一个站点。NPC1与ABCA1的胆固醇流向ApoA1的行为，表明了miR - 33抑制细胞内胆固醇的出口通路的第二部分。这些结果表明，通过ABCA1 ， NPC1 ，和ABCG1的协调调节从而调节胆固醇的逆向转运途径外排的miR- 33控制胆固醇流出。

miR - 33调节在体内的高密度脂蛋白：

这个假说是在激活SREBP -2时，miR -33可以控制ABCA1和ABCG1的相互表达，导致了miR - 33可控制高密度脂蛋白在体内的水平。采用各种方法，从病毒递送反义寡核苷酸对锁核酸（ LNA）的抑制剂，结果表明，miR - 33抑制导致肝ABCA1蛋白表达增加，进而增加HDL循环。这些实验是在正常和高脂饲料喂养的小鼠中进行的，这表明即使当miR - 33是可预见的低水平，抑制miR - 33仍然可以导致增加HDL的功能。在这些研究中，Horie等人 发现基因缺失的miR -33的导致肝脏ABCA1表达增加了和HDL循环水平增加了25 ％，确认研究使用合成抑制剂。有趣的是,miR-33??/老鼠似乎增加较大高密度脂蛋白分数,没有观察到较小的高密度脂蛋白分数变化。这是类似于通过其它组分用miR- 33抑制剂进行观察，显示出FPLC增加高密度脂蛋白胆固醇较大的比率。这增加HDL颗粒的大小，可能是由于流出的胆固醇为高密度脂蛋白胆固醇从肝外组织逆向转运途径的结果，证实了miR -33的靶向目标ABCA1和ABCG1发挥重要的作用，不仅在肝，但在其它组织中也是如此。 参与脂肪酸代谢的miR -33靶向基因：

除了胆固醇的转运基因ABCA1 ， ABCG1和NPC1 ，我们和达瓦洛斯等，（未发表数据）认为从人类到鸡的miR -33在CPT1A ， CROT和HADHB的3'非编码区结合位点是高度保守的。这些基因每个都在脂肪酸氧化途径起着不同的作用：CPT1A所需的乙酰辅酶A的偶联到肉碱上，允许的中链和长链脂肪酸转运到线粒体进行β氧化。CPT1A是用于该过程中的限速，并且是β氧化途径的最高度调节的成员之一。同样，crot是一种过氧化物酶需与短链脂肪酸偶联到肉碱上，并运送到线粒体。最后，hadhb是β氧化在线粒体最后一个途径。通过分析CPT1A，crot，和hadhb的3′非编码区活动，我们证明了miR - 33确实是脂肪酸氧化途径的这些目标成员。过度表达的miR – 33导致CPT1A和hadhb表达减少，并降低细胞脂肪酸β氧化。有趣的是，日兰等。专注miR- 33a的研究，并没有研究的miR- 33b的影响，日兰等人推测SREBP -2被激活时，miR- 33a的也可以靶向的涉及脂肪酸β-氧化，在胆固醇的状态下发生这是众所周知的。然而，miR-33b编码在SREBP-1中，当细胞脂肪酸β-氧化会减少，可预见上调胰岛素过量的状态。事实上，我们看到，激活SREBP -1与LXR激动剂导致miR- 33b的表达增加。然而，考虑到的miR- 33a和的miR- 33b中由仅2个核苷酸不同，很可能在miR- 33b中能够降低脂肪酸氧化机械的表达，与miR- 33a减少β氧化相似。的确，我们最近发现miR - 33a和的miR- 33b在ABCA1 ， CROT ， CPT1A ， HADHB和AMPKα的3'端非编码区有相似的目标。不幸的是，mir-33b的体内分析将具有挑战性，由于在较低的哺乳动物如老鼠缺乏这种miRNA的保护。

结论：

miRNA代表简单层次以上的转录调控和极大地改变细胞的信号传导活动和产出。此外，小RNA可作为信号通路，通过整合转录输入或由不同的途径及其功能调节输出之间的串联点。本文总结研究结果表明为使用抗miR33疗法来治疗许多代谢紊乱。使用抗miR33的疗法提升ABCA1水平，增加HDL水平将保持治疗和/或预防冠状动脉病的巨大潜力，其中一个潜在的危险因素是高密度脂蛋白水平低。此外，抑制miR- 33会导致增加的脂肪酸氧化并减少脂肪在肝脏蓄积。鉴于通过在临床前研究抗miRs的结果，使miR- 33在未来可能成为一个可行的靶向治疗。

图1. 调控脂质平衡的基因网络

在胆固醇匮乏的条件下， SREBP-2被激活，增强专用于合成和胆固醇吸收的表达基因，以及合成这些分子需要的NADPH辅因子。同样， SREBP- 1a的调节胆固醇的代谢，但其在体内的表达是较低的。SREBP- 1c中由肝X受体（LXR）激动剂（氧固醇）和胰岛素活化，并调节合成所需的脂肪酸中基因的表达。在胆固醇饱和的条件下，氧化型胆固醇衍生物激活LXRα导致ABCA1和ABCG1表达增加和细胞胆固醇流出。

图2 miR- 33抑制涉及胆固醇流出和脂肪酸氧化基因的表达

Srebf -1或Srebf -2的激活分别有限的转录了miR- 33b和miR- 33a，这些miRNA同时抑制参与脂肪酸代谢（ CROT ， CPT1A ， HADHB ）和胆固醇转运（ ABCA1 ， ABCG1 ， NPC1 ）基因的表达。miR- 33a/b启动程序的结果是降低脂肪酸代谢和胆固醇移动到高密度脂蛋白的通路。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/18lv.html