文摘

尽管糖尿病神经病变的患病率高,初期开始,及其对生活质量的影响和死亡率,未解决的临床问题坚持现场筛查方面实现,理解的机制,寻找有效的生物标志物,以及疾病修饰治疗。遗传学可能满足这些需求通过提供遗传易感性的生物标记物,给洞察发病机理,揭示如何选择治疗可能的反应。经过短暂的总结最近的研究遗传的糖尿病神经病变,目前的评估主要集中在小分子核糖核酸(microrna),包括作者的结果。它总结了动物和人类研究的发现将microrna与糖尿病神经病变和这些联系的可能致病的含义进行了探讨,特别是关于mir - 128 a, mir - 155 a,和mir - 499 a,以及他们的应用程序对糖尿病神经病变筛查。此外,从遗传的角度来看,它检查新发现糖尿病性神经病的microrna基因的多态性。它被认为是更深入地对糖尿病神经病变发病的影响MIR499A和相关的多态性变化mir - 499 a的下游行动,证明表观遗传和基因研究可以提供洞察发病的机制(如线粒体功能障碍。最后,的概念和数据genotype-phenotype协会microrna基因的多态性。总之,尽管处于非常初步的阶段,发现链接microrna的遗传学和表观遗传学可能导致勘探风险的识别生物标记,一个全面的定义对特定致病的机制和机理治疗糖尿病神经病变的发展,因此解决基因研究的目标。

1。作品简介:在糖尿病神经病变未解决的临床问题

两个远端对称多神经病心血管自主神经病变(DPN)和(可能)是常见的糖尿病并发症。DPN和影响分别为30%和20%,,没有人口的糖尿病患者,他们根据年龄和糖尿病患病率增加持续时间(1,2]。此外,他们都开始早期糖尿病和自然历史的存在也在前驱糖尿病患病率从5.7%降至13%,DPN为11%,可以(3,4]。除了对痛苦的生活质量的影响形式的DPN和临床的主要致病的作用形式的自主神经病变和DPN在脚并发症,DPN和可以造成严重的生存也前足部溃疡的发展增加(4倍)死亡率的风险5- - - - - -9]。糖尿病神经病变,但毫无疑问是最不筛查和诊断并发症10]。

此外,不是所有的病人需要缓解症状接受适当的治疗,后者不是普遍有效11,12],仍然缺乏结论性的以证据为基础的疾病修饰治疗的效果,或者有限的证据,其中一些还没有达到的必要要求包含在指南的主要监管机构。因此,有许多未解决的临床问题领域的糖尿病神经病变,比如筛查实现,理解机制,识别和有效的生物标志物,资格和发展疾病修饰治疗。

2。可能基因如何解决糖尿病神经病变需要吗?

即使考虑到最有效的预防策略(即。,intensive glycemic control in type 1 diabetes that is able to prevent up to more than 60% of new cases of CAN and DPN), it is a matter of fact that for many patients (2% yearly), current strategies for optimizing glucose control are insufficient to fully prevent or delay the development of neuropathic complications [13]。因此,发展和神经性并发症的发展在任何单一的病人不能完全预期由高血糖的控制或其他危险因素,因此,遗传因素发挥作用。的确,宽阔的个人间的变化在糖尿病神经病变,磁化率,临床表现,和疾病严重程度,表明遗传因素也会影响自然的这些并发症的发展。

寻找生物标志物。,a measurable indicator of a pathophysiological condition, has become a main research topic in the field of DPN with the need to identify outcome biomarkers for clinical efficacy in clinical trials (surrogate for clinical endpoint), sensitive biomarkers for the very early stages of disease (useful to discern which patients in a preclinical stage are at a higher risk of developing clinical DPN), prognostic biomarkers for the tough consequences of DPN, and biomarkers pertaining to pathogenetic mechanisms in order to identify responsive patients to therapeutic agents targeted at these mechanisms [14,15]。

遗传学可能解决糖尿病神经病变需要通过提供探索性遗传易感性疾病发展的生物标记物,通过给洞察神经病变的发病机制和神经性疼痛,并通过揭示如何选择治疗的反应。

3所示。候选基因和GWAS的方法

遗传学已经将自己的需求和要求。首先,两个主要的不同方法是可能的。候选基因的方法开始于一个假设基于当前的知识你打算找什么样的基因。它涉及到有限数量的变异,在候选基因选择,需要降低统计力量。关于糖尿病神经病变,候选基因编码的蛋白质参与应已知的神经保护机制在糖尿病或损坏。

全基因组关联研究(GWAS)需要扫描整个基因组从不同的人(或编纂基因),使用平台调查成千上万的变体(单核苷酸多态性(SNPs)]和寻找一致的频率变异与疾病关联的区别。没有priori-hypothesis,新发现的遗传标记可以打开新的知识。gwas需要大样本大小(大规模生物银行),严格的统计显著性阈值( ),广泛不同的研究人员和中心之间的协调(财团),和大量资源和复制研究[16]。

这些方法都是针对识别与疾病相关的基因多态性。然后他们会需要进一步调查了解他们可能在编码蛋白质的活动功能的作用。因此,糖尿病神经病变的遗传变异性研究的适用性涉及基因变异的识别能力影响程度或感兴趣的临床变量的函数并发症,导致发病的影响。此外,进一步的研究将检验如果这些遗传变异是通过genotype-phenotype研究相关的特定表现。

4所示。DPN的遗传学:我们在哪里

虽然基因研究提供了广泛的遗传变异的数据与糖尿病肾病和糖尿病性视网膜病变的风险,相对较少的已经完成关于神经病变的基因(17,18]也记录了不到一半的出版物的数量比视网膜病和肾病的不到三分之一。

正如所料,研究糖尿病神经病变的基因主要是面向它的发病机理。这些多个和相互联系的机制包括葡萄糖和脂质代谢异常、氧化应激、炎症、血管内皮功能障碍,内质网压力,神经功能受损,基因表达和DNA损伤(19]。这些途径可能在不同阶段的目标蛋白质编码的基因多态性作为相关记录在糖尿病神经病变。

四个基因(即。,the ACE gene, methylenetetrahydrofolate reductase (MTHFR) gene, glutathione peroxidase-1 (GPx-1) gene, and catalase (CAT) gene] have received greater attention, and even meta-analyses are available, with their polymorphisms possibly involved in the increased renin–angiotensin system activity, hyperhomocysteinemia, and reduced defense against oxidative stress [20.]。此外,磷酸戊糖途径被认为是其发病的相关性在高血糖的状态,一个潜在的治疗方法中,基因和遗传变异,已记录的硫胺转运体(21)、转酮醇酶和乙二醛酶(22,23]。此外,遗传因素的作用在神经性疼痛的发展越来越认识到,与文档的痛苦DPN患者的基因变异μ阿片受体(24),purinergic受体(25),钠离子通道Nav1.7 [26- - - - - -28),可能负责阿片类镇痛调制或增加兴奋性的变化。

最后,四gwas可用在糖尿病神经病变,3从数据集从英国糖尿病的遗传学研究审计和泰赛德区苏格兰的表现型(GoDARTS)和相关的神经性疼痛和足部溃疡29日- - - - - -31日),最近在美国开发的控制糖尿病心血管风险行动(协议)研究[32]。

因此,有越来越多的关注糖尿病神经病变的基因,虽然一个合适的基因生物标志物还没有被开发出来,有前途的结果可以看到地平线上。

本文主要集中在小分子核糖核酸的遗传学和表观遗传学糖尿病神经病变,考虑到我们组的研究在过去的几年中这一主题。

5。小分子核糖核酸对糖尿病神经病变的情况

小分子核糖核酸(大鹏或microrna)小RNA分子(20 - 22核苷酸长度),作为生物过程的监管机构。至少20 - 30%的人类基因是由microrna通过目标序列的3未翻译。DNA监管区域可能参与开发过程的控制,造血细胞分化、细胞凋亡、细胞增殖、器官增长和在疾病发展。越来越多的证据支持的介入microrna在糖尿病及其微和macrovascular并发症33]。

5.1。microrna的表达和糖尿病性神经病动物模型

关于糖尿病神经病变,在过去的十年中,很少有研究解决microrna的表达在糖尿病神经病变是几乎完全临床前(34,35]。在糖尿病和糖尿病性神经病动物模型研究记录几microrna的表达变化在周围神经结构与变化关键点的通路称为或假定参与神经受损的糖尿病的发病机理,再生,和痛苦的一代36- - - - - -43)(表1)。在一些研究中,microrna目标小说可能致病的机制和microrna的模仿或anti-miR用来证实假设的生物学效应。这是miR-25,发现降低糖尿病大鼠的坐骨神经中列示作为保护因素对晚期糖成品及其受体(AGEs-RAGE),以及对通过减少氧化应激蛋白激酶Cα(PKC-alpha)和烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(辅酶ii) [42]或mir - 146,这是降低糖尿病小鼠和大鼠的坐骨神经和炎性细胞因子负相关,其模拟产生有益的结构和功能的影响(40,41)(表1)。纳米颗粒的保护作用- mir - 146 - 5 - p polyplexes (nano - mir - 146 - a - 5 - p):在探讨了老鼠。nano - mir - 146 - 5 - p增加神经传导速度和减少神经损伤和髓鞘脱失,减少炎症细胞因子和髓磷脂碱性蛋白的增加,暗示周围神经保护作用是通过介导的炎症反应和细胞凋亡的调控,导致监管行动的建议mir - 146 - 5 - p的核转录因子kappa-light-chain-enhancer激活B细胞(NF -κB)信号通路(44]。

5.2。microrna的表达和在人类糖尿病性神经病

很少有研究探讨microrna的表达之间的关系,在人类糖尿病性神经病。在一项研究中受到一个不清楚的定义2型糖尿病和糖尿病神经病变,mir - 199 - a - 3 - p调节等离子体中发现了60 2型糖尿病患者和30例2型糖尿病患者的下肢皮肤,DPN的样本相比5和20名健康志愿者,分别为(45]。此外,mir - 199 - a - 3 - p显示体外表达下调的丝氨酸蛋白酶抑制剂E2 (SerpinE2)众所周知,移植组织纤溶酶原激活物(tPA)提供的溶栓活性。Upregulation mir - 199 - a - 3 - p是由作者对皮肤末梢循环促凝血的作用,因此参与DPN发病机理(45)(表1)。

之间的协作研究糖尿病专家和遗传学家,我们评估2型糖尿病患者49年6候选人microrna的表达和评估(1)DPN的存在使用验证评分系统对神经性症状和体征和定量感觉测试振动和热感知阈值和(2)可以由四个心血管反射试验(车)46]。我们定义的存在可能DPN基于2之间的异常症状,迹象表明,振动或热感知阈值和早期可以至少有一个不正常的车2,47]。DPN患者,相比那些没有显示更高的表达mir - 128 a ( )和较低的表达mir - 155 ( )和mir - 499 a ( ),相比那些没有,而患者可以只显示mir - 155的表达较低( )(46]。

使用ROC分析,我们发现公平DPN诊断准确性和糖尿病神经病变(DPN和/或可以)与一个模型包括所有三个microrna和一个模型与mir - 128 a + mir - 155。糖尿病神经病变,ROC曲线下的面积(AUC)是0.817和0.801 three-miRNAs和two-miRNA模型,分别灵敏度为75.9%和80.6%,特异性为76.5%和70.6%,分别。对DPN, AUC是0.815和0.802,敏感性为74.1%和80.6%,特异性为76.2%和70.6%的three-miRNAs two-miRNA模型(46]。因此,结合两个或三个microrna糖尿病神经病变鉴别诊断准确性,支持这些microrna的潜在用途作为糖尿病性神经病后生生物标志物。

5.3。mir - 128 a的函数,mir - 155, mir - 499 a

要理解这些联系的可能意义,人们可能会认为在动物实验中,mir - 128 a会使胰岛素信号通路(48),阻碍脂肪形成,促进脂类分解(49]。mir - 128 a的超表达可能施加在糖尿病神经病变发病的作用通过这些不良加剧代谢的影响。胰岛素抵抗在背根神经节和观察到的脂肪形成和脂质代谢失调动物模型的2型糖尿病和DPN并提出额外的因素在糖尿病神经病变的发病机制50,51]。

另一方面,mir - 155是一种多功能microrna的:在动物实验中,它能增强胰岛素敏感性,调节炎症和免疫(52],发挥神经保护作用[53),以及在白细胞downexpressed对象与非糖尿病患者周围神经病变的54),因此在炎症和神经功能支持的作用。生化炎症标记物与DPN和已被证明可以在2型糖尿病患者55- - - - - -57),和慢性低度炎症被认为是一个关键通路在糖尿病神经病变的发病机制58]。因此,mir - 155表达的变化可能导致糖尿病神经病变的炎症和免疫介导性发病的机制。

最后,mir - 499 a,优先表达心脏、骨骼肌、中央和地区自主网络(核模糊),被发现在动物模型的调节器心肌细胞的凋亡途径和线粒体裂变反应缺血或机械应力59,60),提出了作为急性心肌梗塞的标记和其严重性61年,62年]。事实上,mir - 499基因的目标磷酸酶钙调磷酸酶(中央社),脱去磷酸GTPase dynamin-related蛋白1 (Drp1),线粒体分裂的主要蛋白质。脱去磷酸Drp1从细胞溶质迁移到线粒体外膜和促进线粒体分裂和细胞凋亡59,60]。mir - 499超表达可能会抑制这个途径,防止线粒体分裂和细胞凋亡。线粒体动力学,即。,fusion and fission, is also relevant in neuronal function, and mitochondrial dysfunction is believed to play a role in neurodegenerative diseases [63年,64年以及在糖尿病神经病变。在小鼠模型的糖尿病神经病变,Drp1似乎调解hyperglycemia-driven感觉神经元线粒体损伤,并活跃在DRG神经元线粒体分裂建议作为糖尿病性神经病的发病的机制(65年]。此外,这种不平衡在线粒体融合与分裂Drp1也显示为负责diabetes-induced赤字在海马的突触可塑性观察糖尿病动物模型(66年]。因此,mir - 499 a的作用在神经糖尿病并发症似乎是完全支持。

6。遗传的角度来看:多态性MIR146A,MIR128A,MIR27A基因

尽管大多数研究都集中在microrna的表达谱调查,最近的研究表明,还在microrna基因多态性可能改变一个广泛的生物机制,可能扮演一个角色在易受一些人类疾病,包括糖尿病神经病变。在这方面,在我们之前的研究中,我们使用了一个基因组的方法调查microrna与糖尿病神经病变之间的关系。microrna的地区的第一个研究探索基因多态性与2型糖尿病的易感性67年]。本研究评估了十三个microrna候选人loci-selected根据文献数据和计算被163年意大利科目2型糖尿病患者和185名健康对照,发现6新描述的变异除了9个snp已经存在于数据库中。在病例对照协会的一项研究中,发现了两个多态性与2型糖尿病的易感性有关,即。G等位基因的rs895819 MIR27A保护作用( 和 )和G等位基因rs531564 MIR124A风险等位基因( , )。这是第一个报告基因多态性在microrna地区2型糖尿病易感性(尽可能的贡献者67年]。

随后,我们评估的可能贡献的microrna基因遗传多态性对DPN的易感性和能68年]。九个多态性研究的样本132例明确诊断的疑似DPN(基于神经性症状和体征)的存在和早期或确认(根据一个或多个异常的车,分别)。研究发现的一个协会rs2910164 (G > C)在MIR146A和rs11888095 (C > T)与DPN MIR128A易感性。特别是,C等位基因的rs2910164 MIR146A也被视为保护变体( , ),而T等位基因变体rs11888095 MIR128A与高风险的发展中DPN ( , )。后者协会也证实校正BMI后,年龄、疾病持续时间、糖化血红蛋白、性别( , )。此外,同一SNP MIR146A显示可以早期保护作用( , )和确认可以( , ),而在MIR27A多态性与发展中早期的风险更高( , )。snp的协会MIR128A MIR146A也出现在多重线性回归分析与DPN的严重程度和能,即神经性症状/体征评分( MIR128A)和分数基于车( MIR146A) (68年]。这代表第一次观察到的遗传变异性参与microrna基因在糖尿病神经病变敏感性。

我们上面所描述的,在糖尿病性神经病动物模型,发现mir - 146 a的表达下调和炎性细胞因子的水平(成负相关41),此外,mir - 146 a模仿在周围神经保护作用[40),可能是介导炎症反应和细胞凋亡的抑制NF -的监管κB (44]。同样,我们之前提出代谢mir - 128 a的影响和如何将这些可能会提供一个意义之间的关系其表达水平和糖尿病神经病变。它更难以解决的薄弱环节的价值MIR27A的多态性。除了在肿瘤生物学的证据作用,一些研究已经表明,miR-27a表达调节T细胞的多发性硬化症患者和在小鼠T细胞,它受损的调节性T细胞(Treg)一代表达下调runt-related转录因子1 (RUNX1)然后forkhead框P3(具体),即,主在保持分化和抑制转录因子的功能亚群(69年]。另一方面,miR-27家族的参与代谢紊乱和肝葡萄糖代谢是描述,它有forkhead盒O1群(FOXO1)作为下游目标(70年]。

这些microrna基因的多态性可能影响相应的microrna的表达或下游行动,导致在某些方面改变代谢和炎症/免疫机制活跃在糖尿病神经病变的场景。

6.1。microrna基因的多态性:MIR499A

在最近的一项研究中,150名参与者2型糖尿病患者中,我们分析了rs3746444 MIR499A基因的SNP评估与对DPN的协会,可以71年]。我们发现GG基因型后校正年龄、性别、体重指数,糖化血红蛋白与早期的风险可以( , ),确认可以( , ),和DPN ( , )。此外,MIR499A GG基因型独立导致早期可以持续时间和糖化血红蛋白和DPN一起持续时间、糖化血红蛋白,和年龄。最后,GG基因型与神经性赤字分数的差值,即:密歇根州糖尿病神经病变评分( ),振动感知阈值( ),热阈值( ),和车分数( ):在多元线性回归中,GG基因型是主要的变量导致购物车评分( )。因此,rs3746444 GG基因型可能代表一个标记DPN的风险更高,可以和严重性。我们上面描述的虚拟行动mir - 499 a,它能够防止线粒体分裂以及线粒体融合与分裂的不平衡作为一个潜在的糖尿病神经病变发病的机制(65年]。

6.2。mtDNA副本和糖尿病神经病变

更多的洞察MIR499A多态性之间的关系的意义和糖尿病神经病变来自一个我们组的进一步研究[72年),以125名2型糖尿病患者线粒体DNA的数量(mtDNA)和评估DPN副本,可以,MIR499A的多态性。研究发现mtDNA副本的数量减少2型糖尿病患者与健康对照组相比( )并进一步区别,没有DPN患者( )(不是那些与不可以)。此外,变异纯合子基因型的MIR499A rs3746444多态性与mtDNA副本的数量,尤其是在2型糖尿病患者的价值观 在AA + AG)基因型和患者 在那些GG基因型( )。

线粒体生物起源是一个防御形态对高血糖的负载和hyperglycemia-driven氧化应激在糖尿病的质量的增加线粒体网络,mtDNA是这个过程的一个标记(65年]。长期高血糖和氧化应激诱导减少mtDNA拷贝数(73年]还发现在背根神经节从小鼠慢性糖尿病性神经病74年]。

这项研究证实了在2型糖尿病患者糖尿病神经病变的观察在动物模型中获得和记录,首次研究了MIR499A多态性可能影响mtDNA副本的数量,从而损害线粒体生物起源。

6.3。在DPN MIR499多态性和mir - 499表达:假设在DPN发病的作用

因此,总结发现关于mir - 499系统在糖尿病神经病变,我们有证据(1)协会的rs3746444多态性变异纯合子基因型MIR499A可以和DPN在2型糖尿病71年),(2)减少mtDNA拷贝数在2型糖尿病,这是更加明显在DPN的存在72年),(3)协会在这些患者中这种变化之间mtDNA拷贝数和相同的MIR499多态性(72年),(4)减少了mir - 499 a的表达水平与DPN科目(46),(5)实验观察大鼠和人类心肌细胞,mir - 499目标CnA基因,抑制其表达和CnA-mediated激活Drp1负责线粒体分裂和细胞凋亡(59,60]。综上所述,这些数据允许假设MIR499A的多态性和mir - 499 a表达减少可能就是说,线粒体生物起源所显示减少mtDNA数量和增加线粒体分裂从而损害线粒体动力学。线粒体动力学在神经元线粒体功能的一个支柱,能够恢复体内平衡,对比高血糖驱动的氧化压力,保持最佳的细胞生物能疗法(64年,73年]。这样,线粒体功能障碍可能发生,这是一种新近发现的基本机制DPN的发病机制(65年,73年)以及其他神经系统疾病(63年,64年)(图1)。

7所示。Genotype-Phenotype协会microrna基因的多态性

一个可能出现的问题:能够观察到的microrna基因的多态性改变相应的microrna的表达吗?在前面提到的研究(46),2型糖尿病患者和49年没有DPN和可以,6 microrna的表达之间的关系和相应的microrna基因的基因型类评估。调整后,我们发现,年龄、性别、糖尿病病程,rs767649变异的等位基因MIR155启动子区域与高表达的microrna与野生型等位基因(调整 )。rs767649变异等位基因是本地化MIR155基因的启动子区域和可能改变转录因子的结合,主要是炎症介质和细菌或viral-derived toll样受体配体(75年)以这种方式增加mir - 155的表达。在之前的两项研究,rs767649变异等位基因与敏感性降低1型(相关75年和2型糖尿病76年]。

此外,rs11888095 SNP在MIR128A多态性与高表达水平mir - 128 a(调整 )。相关的多态性MIR128A先前在一大群2型糖尿病患者患DPN的风险更高(68年协会),因此,这里记录了第一次MIR128A变异等位基因之间的和更高的风险开发DPN可能由microrna的表达的变化。

在我们的研究中,我们没有观察到一个协会的多态性rs3746444 MIR499A多态性和mir - 499 a的表达。其他机制可能有助于改变这microrna的表达或变异的等位基因可能参与改变microrna的目标而不是在调节其表达。

尽管研究人口的规模小,这genotype-phenotype协会研究表明至少两个microrna基因遗传多态性对应于microrna的表达变化与一致性之间观察到的变异等位基因与糖尿病神经病变和表达。这些结果链接microrna的遗传学和表观遗传学和支持他们的潜在有效性探索预测生物标志物和治疗靶点。

8。什么MicroRNA基因对糖尿病神经病变的挑战吗?

糖尿病神经病变的基因开始提供结果的成就生物标志物的风险和发病的机制,提供支持已知hyperglycemia-related机制和提出新的致病的途径和验证的治疗目标。

遗传信息可能是集成到一个multibiomarker方法包括临床、代谢和成像表现型来定义个体对糖尿病神经病变的敏感性和它的治疗选项。

基因研究是具有挑战性的,需要一个联合部队战略提高样本大小和表现型。值得继续,结果在某些领域比我们怀疑可能会靠近我们的目标。

在这个场景中,小分子核糖核酸的遗传学是处于非常初步的阶段。尽管,microrna的遗传学和表观遗传学的研究可能有助于探索生物标记的识别风险和发病的糖尿病神经病变的机制和全面的定义对特定致病的机制来支持定制的系统治疗或预防。这里给出的数据似乎预料到一个有前途的发展。

的利益冲突

作者没有任何利益冲突,这方面的工作。

作者的贡献

V.S.构思、起草和修订后的手稿。贝,A.L., and P.B. provided critical input to the conception and design of the manuscript, edited, and revised the manuscript.