文摘
心脏糖尿病疾病的患病率增加世界各地,是糖尿病患者死亡和残疾的最常见原因。特别是,糖尿病心肌病的特点是舒张功能不全和心脏重塑没有高血压和冠状动脉疾病的迹象。在早期阶段,它是一种无症状的疾病;然而,临床研究表明,糖尿病心肌更容易受到损伤得到了急性心肌梗塞,最严重的预后康复。目前,生化和影像学诊断方法无法检测亚临床表现的疾病(舒张功能不全)。综述,我们精心讨论当前的科学证据提出循环小分子核糖核酸作为早期发现糖尿病心肌病有前途的生物标记物,然后,确定高危患者糖尿病心肌病的发展。此外,在这里,我们总结了研究策略来识别microrna是潜在的生物标记物,存在局限性,挑战,和未来的观点。
1。介绍
全球糖尿病患病率在2014年估计为3.87亿人,到2035年将增加到5.92亿。糖尿病是一种慢性疾病,导致多系统并发症如肾病、视网膜病变、神经病变,和心血管疾病。仅在2014年大约有490万人死于糖尿病引起的疾病,心血管疾病是最常见的糖尿病患者死亡和残疾的原因之一(1]。
糖尿病慢慢减少了心脏功能,(1)促进冠状动脉动脉粥样化的生成(动脉粥样硬化),减少氧气和养分供给心肌细胞(2),(2)影响自主神经纤维分布产生异常的血管和心脏控制心率(心律失常)和血管动力学(心脏自主神经病变)3),(3)减少肌肉细胞的收缩能力和减少心肌的毛细现象灌溉(糖尿病心肌病)4]。在动脉粥样硬化是众所周知的增加心脏衰竭的风险通过缺血的一集,削弱的糖尿病心肌病的心肌纤维的沉默的进展不是由于技术限制的亚临床检测。以人群为基础的群组研究报道从等人表明心力衰竭患者和糖尿病,但没有动脉粥样硬化有更高的死亡风险(5]。事实上,国王等人报道,糖尿病与心力衰竭住院治疗或死亡的风险更高,独立于左心室效率分数水平在心肌梗死后患者事件;也就是说,糖尿病患者心脏功能恢复正常水平的能力减少对非糖尿病的患者(6]。
糖尿病心肌病是1972年首先定义作为心力衰竭无冠状动脉疾病的迹象,高血压、瓣膜或先天性心脏病的卢布et al。7]。尽管病因和代谢的差异,许多病理生理的特性由1型糖尿病心肌病是共享的(DMT1)和糖尿病2型(DMT2) [8]。
考虑这些常见的病理生理机制,在前驱糖尿病的糖尿病状态,血浆游离脂肪酸(FFA)水平增加,生产一个增广的吸收、积累、和氧化FFA的心肌细胞。多余的FFA利用生成相应抑制葡萄糖氧化的间接抑制丙酮酸脱氢酶的葡萄糖转运蛋白1和4(差别和对这些GLUT1和GLUT4),建立一个代谢紊乱。缺少糖酵解中间产物减少线粒体ATP合成氧化磷酸化。来弥补这种局限性,并出席ATP心脏的要求高,β氧化FFA的突出作用,增加耗氧量和活性氧(ROS),移植解偶联蛋白的表达来平衡所需的质子跨膜梯度ATP合成(9]。过多的活性氧产量刺激凋亡信号通过神经酰胺生成和线粒体细胞色素c的释放(10]。除了能源生产的不足,兴奋收缩偶联,对于心脏收缩,改变了细胞内受损+ 2处理(9]。
线粒体氧化应激和“羧甲”组织状态产生内皮功能障碍和炎性微环境刺激巨噬细胞和白细胞的浸润加重心脏炎症和组织损伤(9]。细胞外基质重塑的特点是一个间质和血管周的纤维化和异常在微脉管系统(11]。潜在的亚临床期,代谢障碍和结构异常导致舒张功能不全,后来发展到左心室肥大,收缩储备障碍,,最终,收缩功能障碍(12]。
目前,治疗糖尿病性心肌病是基于glycaemia控制和那些潜在的药物管理和生活方式的变化(DMT2),延迟发展为心力衰竭,但没有回复;然而,可以提高治疗效果与早期检测(13]。在本文我们讨论当前的实用性和局限性的方法应用于临床诊断糖尿病心肌病。我们总结了科学证据提出microrna作为新一代的生物标志物在这种疾病的亚临床阶段的反射biofluids心肌代谢紊乱在心脏功能障碍。
2。糖尿病心肌病的诊断
糖尿病心肌病检测是一个挑战在临床实践中由于缺乏任何具体的特殊的组织学变化或成像特点。然而,舒张功能不全和心脏肥大(通过组织多普勒超声心动图测定)没有冠状动脉疾病和高血压被认为是两个主要特点提出糖尿病心肌病的诊断无症状糖尿病患者(14,15]。
成像诊断技术也被用于检测糖尿病患者心肌的代谢变化。McGavock等人能够检测心肌中脂类的过度存储舞台的前驱糖尿病的患者使用质子核磁共振光谱,提出这一发现作为心力衰竭的风险指标。然而,他们并未证明心肌脂质含量之间的相关性和心脏功能16]。此外,正电子发射断层扫描是用来建立一个协会之间的心肌代谢紊乱和舒张功能障碍的早期表现负面结果(17]。
关于血清学标志物,利钠肽和脑利钠肽(BNP)特别是提出了合适的生物标志物在糖尿病患者舒张功能不全(18]。然而,这个分子的效用是有争议的,因为血浆BNP升高与心肌细胞的过度伸展有关,与一些心脏疾病相关的一个条件(19]。肌钙蛋白血浆浓度与心肌细胞死亡的大小有关,导致心脏损伤的生物标志物没有任何心脏疾病病因的特异性。此外,肌钙蛋白血浆半衰期较短,通常用来预测,建立心脏衰竭(20.]。
目前,实验室测试和成像技术似乎是有用的在诊断糖尿病心肌病除了舒张功能不全和预测心力衰竭的风险,不包括冠状动脉疾病,高血压,或先天性心脏衰竭(13]。因此,对于亚临床检测糖尿病心肌病,监管者的代谢变化的心,正如上面提到的,也存在于biofluids,可以作为生物标志物是合适的候选人。在过去的6年里,大量的出版物已报告有前景的结果的相关性疾病表现和microrna(显示潜在的新类生物标志物)(21]。
3所示。microrna在糖尿病心肌病中的作用
正如我们先前描述的那样,改变基因表达的关键分子参与糖尿病心肌病的发病机制可以受到环境因素的影响,例如,高脂肪饮食,吸烟,或表观遗传因素22]。目前,表观遗传研究描述三个链接机制与细胞基因表达反应暴露的类型:DNA甲基化、组蛋白修饰,microrna的表达(23]。
小分子核糖核酸或microrna是小非编码RNA分子(≈22个核苷酸),表达下调基因表达的转录后的机制控制大约30%的所有哺乳动物基因组蛋白质编码基因(24,25]。在过去的7年,研究人员已经确定了几个microrna及其在糖尿病心肌病使用特定的信使rna目标改变实验模型在preclinic层面,展示microrna的重要作用的发展糖尿病心脏并发症(表1)。人类糖尿病心脏的活检显示upregulation mir - 223抑制GLUT4基因表达,减少葡萄糖的吸收。这miRNA-mRNA交互确认使用新生大鼠心肌细胞(26]。El Azzouzi等人报道,mir - 199 a / mir - 214集群下调过氧物酶体proliferator-activated受体δ基因的表达,这是能量代谢的关键调节器之间切换脂肪酸氧化和糖酵解,损害线粒体脂肪酸氧化(27]。心肌细胞肥大引起将新生大鼠心肌细胞暴露在高水平的血糖显著降低识别三个microrna的表达(mir - 150, mir - 133 a和mir - 373)参与心脏肥大过程(28- - - - - -30.]。刁等人发现了16个小分子核糖核酸差异表达的心DMT1链脲霉素引起的动物模型并提出4基因目标(Rasa1,Rac1,Tgfb3,Col1A1)与心脏肥大和心肌纤维化31日]。Upregulation miR-34a miR-1,高葡萄糖引起的接触,降低了bcl - 2和igf - 1基因表达、分别、促进细胞凋亡在H9c2细胞(32,33]。对心肌细胞钙+ 2处理contractility-relaxation周期期间,Yildirim等人表明,心肌产生差别miR-1对这些衔接蛋白水平的提高糖尿病大鼠在体外实验。衔接蛋白是一个组件的阿诺定受体Ca+ 2发布渠道复杂在肌浆网34]。这些数据表明,miR-1有许多目标的基因(例如,igf - 1和衔接蛋白)及其监管可能取决于实验模型,表明非特异性的microrna在糖尿病心肌病。Upregulation miR-30d促进心肌细胞的pyroptosis在DMT1(促炎细胞程序性死亡)动物模型,通过镇压foxo3a和半胱天冬酶招聘领域表达和细胞凋亡抑制因子,因此,caspase-1的激活和促炎细胞因子(il - 1的分泌β和地震)(35]。使用心肌微血管内皮细胞从nonobese DMT2动物模型(Goto-Kakizaki鼠),upregulation mir - 320的报道,减少igf - 1基因表达减少血管生成反应diabetes-derived微血管损伤(36]。mir - 301 upregulation改变了电压门控钾通道在糖尿病的心脏db / db老鼠(DMT2动物模型),生成一个电气改造(37]。mir - 141 upregulation在糖尿病小鼠的心脏与链脲霉素诱导的基因表达降低Slc25a3(内线粒体磷酸盐转运蛋白),导致ATP生产下降(38]。最近,Kuwabara等人表明,mir - 451加重心肌细胞动作电位lipotoxicity和心脏肥大的肥胖老鼠喂食高脂肪的饮食20周(生理前驱糖尿病的肥胖动物模型DMT2)通过与Cab39直接交互,脚手架肝激酶蛋白B1 (LKB1),抑制LKB1 / AMPK途径。活化蛋白激酶(AMPK)是一个主要的细胞反应的能量可用性、抑制减少了心脏功能储备(39]。我们总结microrna在糖尿病心肌病的病理机制表1。
4所示。microrna作为生物标记物
除了microrna的细胞功能,最近的研究表明,microrna也旁分泌细胞间交流的介质通过微泡液。心脏细胞通讯通过液在健康和病理条件下是一个新兴的研究领域了解心脏疾病的发展(40]。马利克等人发表,氧化应激或缺氧/复氧过渡刺激心肌细胞分泌液含有mrna和microrna [41]。此外,外部细胞信号,如生长因子刺激,可以调节的转录内容液在心肌细胞分泌42]。Waldenstrom等人报道,液从心肌细胞释放影响纤维母细胞的基因表达(43]。相反地,心脏成纤维细胞被发现释放miR-21通过液和与心肌细胞肥大44]。根据目前的科学证据,microrna的成分和数量可以被视为一个反射exosome-producing代谢或分化状态的细胞。循环液可以确定在所有biofluids,尤其是在血浆或血清45),因此,成为一个有吸引力的工具,分析研究和随后的诊断的疾病。
此外,循环microrna在等离子体也在运输和交付给收件人细胞循环高密度脂蛋白(HDL) (46]。高密度脂蛋白有至关重要的作用在cardiolipid-metabolism修改的进展发生在糖尿病心肌病发展;例如,在心肌细胞氧化FFA通过amp激酶激活及其在糖尿病心脏(防止lipotoxicity积累47]。microrna的发现参与脂蛋白合成的规定,组成、运输、和退化为治疗提供了新的目标改善心血管HDL的性质,特别是在冠状动脉疾病由于高密度脂蛋白胆固醇体内平衡调节48]。考虑到这一点,循环microrna在高密度脂蛋白复杂也可以代谢变化的指示器lipid-tissue积累糖尿病心肌病等疾病。
第三类循环microrna可溶性蛋白质称为阿尔戈号的船员,在所有关键球员small-RNA-guided基因沉默过程(49]。生物物理学研究表明,细胞外的microrna的循环血液中非常稳定,尽管RNAse-rich环境中被提出,但由于其封装在微泡/液或其结合的蛋白质(50]。这miRNA-exosomes稳定性和miRNA-protein复杂是另一个相关的特点适合生物标志物。
5。证据的microrna测定糖尿病心肌病
识别与糖尿病及其并发症相关的microrna在人类升级同时检测多个microrna的可能性使用分析技术包括微阵列和下一代测序(门店),糖尿病动物模型的破坏或损伤组织中由于miRNA-mRNA交互发现大多数哺乳动物之间是守恒的51]。选中的microrna基因目标识别的研究在体外使用新生大鼠心肌细胞的miRNA-mRNA交互与细胞表型的变化。基因目标识别的过程加速了生物信息学技术如TargetScan DIANA-mirExTra,皮塔饼,miRNADA, miRDB, PICTAR减少的可能性测试实验(52- - - - - -54]。在这种情况下,一个好的资源,整合了所有这些工具是miRWalk数据库,允许选择预测和验证实验miRNA-mRNA互动(55]。
2008年的发现胎盘microrna在母亲的血浆(56),以及新生的假说在细胞间通讯的作用,促进了microrna在癌症生物标记物的研究通过具体通过液分泌肿瘤细胞(21]。同年,洛瑞等人报道水平升高的患者血清肿瘤相关microrna的弥漫型大b细胞淋巴瘤(57]。几个临床研究也提出使用microrna在早期诊断慢性疾病包括心血管和神经退行性疾病(58- - - - - -60]。因此,制药公司正在开发一个诊断工具非常感兴趣对几种类型的癌症和慢性疾病(61年]。
根据最后一个版本(21)的microrna的数据库(miRBase) [62年),有1881个人类序列识别和名单仍在增长;弗里德兰德et al .,雇佣一个创新的计算方法,报告了2469小说人类microrna的候选人(63年]。因此,研究人员使用了两个实验策略来找到”海里捞针”:利用组学方法(微阵列或门店)和/或根据以往的发现报道预选microrna在动物模型(表2)。在这种背景下,门店提供了几个优势;例如,它不需要的知识microrna的目标或特定的探测或引物发现新的microrna (64年]。关于糖尿病,自2010年以来几个不同监管microrna已确定在人类biofluids受损患者的糖耐量减低(IGT)和空腹血糖受损(IFG)、DMT2健康对照组相比(表2)。
回顾的文章发表在过去的五年里,我们得出结论,没有一个广泛的microrna的结果识别重叠与糖尿病患者的不同条件。只有mir - 126和mir - 144已经被提议作为糖尿病诊断的生物标志物在多个研究[65年- - - - - -68年]。虽然这些临床研究使用相同的葡萄糖耐量试验的范围值(最重要的参数对病人分类),还有其他的因素可以解释的差异:(1)临床特点包括肥胖、年龄、确诊后,血脂(69年];(2)那些药物,如二甲双胍治疗(66年];(3)人种的起源,如伊拉克和瑞典人(70年];(4)技术方面:biofluids类型,不同的microrna的芯片公司(数量和类型的microrna的测试),和microrna的规范化方法。
关于糖尿病心肌病,舒张功能不全患者的诊断有许多临床特点与糖尿病患者的临床研究报道microrna与糖尿病相关(表的识别2)。然而,目前没有临床试验报告循环microrna作为候选人糖尿病心肌病的诊断。另一方面,之间没有一致性的microrna与糖尿病心肌病动物模型和人类biofluids识别的那些,除了miR-34a和miR-30d,首先在人血浆中检测,然后他们在临床水平的作用机制进行了研究[32,35]。糖尿病并发症有缓慢但进步的负面表现在靶器官(肾脏、肝脏、心脏和视网膜)对代谢参数的明显稳定(空腹血糖和糖耐量测试)。糖尿病是一种多因素疾病,应该小心招收患者时,遵循严格的定义,糖尿病并发症的临床特点。在横断面研究,DMT1患者分为三组根据eGFR的肾功能障碍,肾功能好≥30毫升/分钟的肌酐清除率,肾功能衰竭< 30毫升/分钟的肌酐清除率和健康控制,四个microrna (mir - 181, mir - 326, mir - 126,和mir - 573 - 3 - p)被确定在等离子体可能是有用的预测糖尿病肾病的发展(71年]。
疾病动物模型的使用是一个强大的工具来选择循环microrna候选生物标志物因为它允许建立相关性microrna与特定器官受伤和疾病biofluid从早期到晚期的发展。例如,贝林格等人发现mir - 714的表达之间的一致性,mir - 1188, mir - 1897 - 3 - p, mir - 877, mir - 1224和急性肾损伤的发展反映在等离子体小鼠模型,提出作为一个有前途的预测肾损伤(72年]。Acharya等人血清microrna的签名报道,预测辐射的影响动物暴露在亚致死的和致命剂量的辐射,曝光后24小时(73年],Rotkrua等人选择了循环microrna (mir - 103, mir - 107, mir - 194,和mir - 210)作为弥漫型胃癌的早期诊断的生物标志物使用小鼠模型和比较这些microrna的表达在肿瘤组织和血清样本74年]。糖尿病心肌病动物模型的策略使用之间找到一个microrna表达的相关性心肌和biofluids不仅会提供相关的信息,但也加速microrna的识别(8,75年]。
关于方法论方面,它已经建立,使用不同的评估技术最终可能产生变化的结果。出于这个原因,在过去几年许多方法论的研究已经发表了比较不同实验室程序:(1)样本收集、总microrna的隔离(2),(3)microrna测定方法,包括存在,microrna的微阵列(GeneChip和miRCURY放大器),和门店,和(4)标准的数据分析,包括microrna的归一化法(激增或内部microrna的)。此外,选择microrna的过程中精心讨论摩尔多瓦等在一个优秀的评论。76年]。
在未来的角度来看,一个一致的microrna测定不足以诊断疾病;信息学算法如朴素贝叶斯分类器、J48决策树,和支持向量机也需要确定最佳的microrna的分析(考虑所有临床特点)区分糖尿病患者,这其中有很高的患糖尿病心肌病的风险。总结实验策略循环microrna的鉴定生物标记在图描述1。
6。结论
糖尿病心肌病进展缓慢,默默地和诊断(与当前检测程序)只有当心脏体现一定等级的功能障碍。这个疾病的亚临床状态缺血性发作后变得更加重要,因为它降低了救援的可能性的心脏功能正常水平。目前,科学证据的潜在使用循环microrna作为心血管疾病的生物标记物是每天增加,广泛支持的研究小组所进行的研究,公共和私人机构。microrna的识别糖尿病患者“没有“任何次要并发症相关,因为它将允许缩小microrna与特定的糖尿病并发症有关。关于糖尿病心肌病,使用microrna的早期检测生物标志物可以用来加强糖尿病治疗和cardioprophylactic diabetes-derived舒张功能不全的治疗高危患者出现之前。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者感谢Hollie劳顿对她的贡献。这项工作是由四面八方Mineduc-UDD PMI 1204”De la la innovacion en salud ciencia: adopcion en la对于我们,国际队nacional e德新或含,proceso y practicas De领导班级mundial, basados en investigacion cientifica De la UDD y De terceros。”