激活 AMPK/miR-181b 轴可减轻糖尿病小鼠的内皮功能障碍和血管炎症

几十年来，糖尿病及其临床并发症（如糖尿病肾病和冠状动脉疾病）的全球患病率和死亡率一直在上升。值得注意的是，内皮功能障碍、氧化应激和炎症是糖尿病和心血管疾病发展中的相互关联的因素。活性氧（ROS）的增加会加重血管炎症，反之亦然。增强的氧化和炎症负荷会导致内皮功能障碍。

miRNAs 是一类短的非编码 RNAs（约 22 个核苷酸），负责不同细胞过程中的基因调控。在 miR-181 家族成员（miR-181a、miR-181b、miR-181c 和 miR-181d）中，发现 miR-181b 与 2 型糖尿病患者血浆中的血管炎症和血栓形成呈负相关。然而，miR-181b 是否在糖尿病进展过程中在血管细胞中异常表达，以及 miR-181b 上调是否能改善糖尿病相关的内皮功能障碍仍不清楚。

AMP 活化蛋白激酶（AMPK）是真核生物中的关键参与者，负责调节能量代谢。此外，AMPK 激活被证明是内皮细胞中 miRNA 生物发生的上游事件，其中 AMPK 可以磷酸化细胞核中的核仁素以调节 miRNA 表达。研究 AMPK 激活是否通过靶向 miRNAs 来改善内皮功能将是有意义的。

某些 miRNAs 被认为是机械敏感的，因为它们在内皮细胞中的表达在暴露于不同的剪切模式时会发生改变。因此，剪切应力介导的 miRNA 表达改变部分有助于内皮稳态的调节。此外，暴露于剪切应力可调节内皮细胞中的 AMPK 激活。

在香港城市大学生物医学科学系、香港中文大学生物医学学院、北京大学医学部中西医结合学系等联合团队的一项项研究中，探讨了（i）研究糖尿病患者动脉组织中 miR-181b 的水平；（ii）研究 miR-181b 上调是否对糖尿病相关的内皮功能障碍具有保护作用；（iii）确定 miR-181b 的潜在分子机制和上游诱导因子。

糖尿病患者中 miR-181b 表达降低

为了评估糖尿病条件下血管中 miR-181b 的表达，实验首先测量并比较了非糖尿病患者和糖尿病患者肾动脉中的 miR-181b 水平。结果表明，与非糖尿病患者相比，糖尿病患者肾动脉中 miR-181b 的表达显著降低（图1 A）。接下来试图确定哪种糖尿病风险因素会调节 miR-181b 的表达。在糖尿病期间，AGEs 水平升高，因为蛋白质或脂质在暴露于糖时被糖化。AGEs 的积累会导致内皮功能障碍和炎症。因此，实验假设 AGEs 下调动脉和内皮细胞中的 miR-181b。正如所料，AGEs（200 μg mL-1）的添加抑制非糖尿病患者肾动脉中 miR-181b 的表达（图1 B），以及在 HUVECs（图1 C）。

图1 miR-181b在人肾动脉和内皮细胞中的表达。

（A）对非糖尿病和糖尿病患者肾动脉中的 miR-181b 水平进行 RT-PCR 检测，（B）对接受 AGEs 200 μg mL-1 处理12小时的非糖尿病患者在肾动脉中的 miR-181b 水平进行 RT-PCR 检测。（C）RT-PCR 检测HUVECs 中用200 μg mL−1 AGEs处理12小时的miR-181b表达。

实验接下来研究了 miR-181b 在糖尿病条件下血管系统中的作用，从正常食物喂养小鼠和糖尿病小鼠中解剖主动脉，对ACh进行功能测定，作为内皮功能的指征，结果表明，miR-181b 过表达改善糖尿病小鼠主动脉的内皮功能。

然后研究了 miR-181b 过表达如何改善糖尿病小鼠血管系统的内皮功能。由于 NO 和 ROS之间的不平衡会加重内皮功能障碍，实验假设 miR-181b 可能会抑制 ROS 过度产生以改善糖尿病状态下的内皮功能。因此，进行了光泽精增强化学发光法和 DHE 染色，以确定糖尿病小鼠主动脉中 ROS 的产生。实验发现表明，miR-181b 过表达抑制糖尿病小鼠主动脉血管 ROS，而且miR-181b 可能部分介导 AMPK 在糖尿病条件下血管系统中的抗氧化作用。

实验还假设 miR-181b 通过抑制血管炎症来改善内皮功能，因为多种炎症机制会触发内皮激活和功能障碍，从而加剧心血管疾病的进展。因此，研究了糖尿病条件下小鼠主动脉（即 Icam1、Vcam1 和 Il-6）和培养的人内皮细胞（即 ICAM1、VCAM1 和 IL-6）中常见炎症标志物的表达。结果表明，miR-181b 过表达抑制血管和内皮炎症，这些发现还暗示 AMPK 的激活可部分通过 miR-181b 在血管系统和内皮细胞中引发抗炎作用。

AMPK 激活增加人动脉和内皮细胞中 miR-181b 的表达

实验已经证明 miR-181b 抑制剂的存在消除了 AMPK 激活剂 AICAR 的血管松弛、抗氧化和抗炎作用。为了进一步验证实验的假设，即 AMPK 激活上调 miR-181b 在动脉和内皮细胞中的表达，用 AICAR 处理了人肾动脉和 HUVECs。AICAR（2 mmol L-1）的存在上调了非糖尿病患者肾动脉中 miR-181b 的水平（图2 A），以及在 HUVECs中（图2 B）。此外，AMPK 抑制剂 ara-A（1 mmol L-1）的存在逆转了 HUVECs 中 AICAR 对 miR-181b 的上调作用（图2 C）。这些结果表明，内皮细胞中存在 AMPK/miR-181b 轴。

图2 AMPK活化对人动脉和内皮细胞miR-181b水平的影响。

（A）RT-PCR检测miR-181b在AICAR治疗的非糖尿病患者肾动脉中的表达。（B）RT-PCR检测 AICAR 对 HUVECs 中 miR-181b 表达的时间依赖性影响。（C） RT-PCR检测1 mmol L−1 ara-A 处理 HUVECs 12 h后miR-181b水平。

长期运动激活糖尿病小鼠的 AMPK/miR-181b 轴

实验接下来试图确定在糖尿病条件下可以激活血管系统中 AMPK/miR-181b 轴的潜在方法。运动通常被认为对糖尿病患者的心血管健康有益，而长期运动先前已被证明可激活糖尿病小鼠动脉中的 AMPK。因此，假设长期运动可以通过 AMPK 激活增加动脉中 miR-181b 的表达。因此，让非糖尿病 db/m小鼠和糖尿病 db/db 小鼠在电动跑步机上进行运动（图 3 A），使用另一种 2 型糖尿病小鼠模型来确认运动时 AMPK/miR-181b 轴的存在。与久坐组相比，长期运动在 db/m 和 db/db 小鼠的主动脉中诱导 AMPK 活化和 miR-181b 上调（图3 B-D）。注射 AMPK 抑制剂化合物C（20 mg kg-1）可消除运动训练的 db/db 小鼠主动脉中的 AMPK 活化和 miR-181b 上调（图3 B-D）。这些发现表明，长期运动通过 AMPK 激活上调 miR-181b。

图3 长期运动对糖尿病小鼠主动脉 AMPK/miR-181b 轴的影响。

（A）糖尿病小鼠长期运动训练的示意图概述。（B）具有代表性的蛋白质印迹，以及（C）在久坐不动或经过运动训练的糖尿病小鼠的主动脉中在Thr172处表达AMPK和p-AMPK的蛋白质印迹的定量。（D）RT-PCR检测在久坐不动或运动训练的糖尿病小鼠的主动脉中的miR-181b表达。

LSS 激活内皮细胞中的 AMPK/miR-181b 轴

运动的好处是由身体中一系列生理、分子和细胞过程介导的。在运动过程中，全身血流量增加，导致血管系统内皮细胞产生更高的剪切应力。因此，推测增加的剪切应力可能部分导致了运动期间内皮细胞中 AMPK/miR-181b 轴的激活。为了验证，进行了体外血流动力学研究来模拟人内皮细胞上增加的剪切应力（即 LSS）（图4 A）。暴露于 LSS（12 dyn/ cm2）12 小时可诱导 HUVECs 中的 AMPK 活化和 miR-181b 上调（图4 B-D）。同时，AMPK 抑制剂 ara-A（1 mmol L-1）的存在抑制了 HUVECs 中 AMPK 的激活和 miR-181b 的上调（图4 B-D），暗示内皮细胞中存在 LSS/AMPK/miR-181b 信号转导轴。

图4 LSS对内皮细胞中 AMPK/miR-181b 轴的影响。

（A）流动系统示意图。（B）AMPK and p-AMPK 具有代表性的蛋白质印迹，以及（C）在暴露于LSS 12 h的HUVECs中在THr172位点下表达的蛋白质印迹的定量。（D）RT-PCR检测 miR-181b在LSS暴露 的HUVECs中的表达。

总之，该研究发现糖尿病患者的动脉中 miR-181b 水平降低。miR-181b 可减轻糖尿病小鼠的内皮功能障碍、血管炎症和氧化应激。AMPK 激活上调内皮细胞中的 miR-181b 水平。此外，长期运动可能通过增加血流量来激活内皮细胞中的 AMPK/miR-181b 轴。这些发现表明，AMPK/miR-181b 轴对糖尿病相关的内皮功能障碍具有有益作用。

参考文献：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.

原文链接：https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35740034/

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