miR-486和sAnk1.5的转基因过表达并未改变小鼠的葡萄糖代谢能力

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research》：Transgenic overexpression of miR-486 and sAnk1.5 does not alter glucose handling in mice

研究探讨rs508419 C等位基因通过上调sAnk1.5和miR-486-5p在骨骼肌中的表达与2型糖尿病（T2D）易性的关联。通过构建双转基因小鼠模型，发现虽然基因表达水平显著上调，但并未影响体重、脂肪/肌肉分布及葡萄糖代谢指标，提示该SNP与T2D的关系可能不涉及上述机制。

　　这项研究探讨了单核苷酸多态性（SNP）rs508419与2型糖尿病（T2D）易感性之间的关系，特别关注其在肌肉组织中的表达和功能。ANK1基因编码的ankyrin-1蛋白，是一种在红细胞和多种其他组织中发挥重要作用的大型细胞骨架蛋白。它最初被识别为一种与spectrin结合的蛋白，对于维持红细胞的双凹形状和稳定细胞膜结构至关重要。在神经元和骨骼肌中，ankyrin-1也起到类似的细胞完整性维持作用，通过将膜蛋白锚定在spectrin-actin细胞骨架上实现。

ANK1基因的表达具有高度的组织特异性，其全长度蛋白（约206 kDa）主要由位于基因5′端的主启动子（P1）驱动转录。然而，除了这些较大的蛋白形式外，还存在一种非典型的、肌肉特异性的小型蛋白形式，称为sAnk1.5。sAnk1.5的分子量约为17 kDa，结构上与全长度ankyrin-1显著不同。它缺乏膜结合和spectrin结合结构域，但其N端包含22个额外的氨基酸，这些氨基酸形成了一个疏水性跨膜螺旋，使其能够锚定在骨骼肌细胞的肌浆网膜上。sAnk1.5的C端则延伸至细胞质，与obscurin蛋白的COOH末端相互作用，obscurin是一种大型的肌节蛋白。这种相互作用被认为有助于稳定肌浆网结构，从而维持肌肉细胞的正常功能。

sAnk1.5的表达由ANK1基因内部的一个特异性启动子（P2）驱动，该启动子仅在骨骼肌组织中活跃。最近的研究发现，ANK1基因的P2启动子区域存在一个SNP，即rs508419。该SNP的C等位基因与T2D的易感性相关。进一步研究表明，C等位基因能够增强P2启动子的转录活性，从而导致骨骼肌中sAnk1.5的表达水平升高。此外，ANK1基因的第42个内含子中还包含一个微小RNA（miR-486），其成熟形式包括miR-486-5p和miR-486-3p。这两种miR在人类和小鼠中具有完全相同的序列，表明它们在进化过程中保持了高度的保守性。

miR-486-5p在骨骼肌中的表达水平显著高于miR-486-3p，且在携带rs508419 C等位基因的个体中，其表达水平是T等位基因携带者的3倍。这些发现促使研究者提出假设：rs508419的C等位基因可能通过同时增强sAnk1.5和miR-486-5p的表达，从而增加T2D的易感性。为了验证这一假设，研究团队构建了一种双转基因小鼠模型（D-Tg），该模型能够在骨骼肌组织中选择性地过表达sAnk1.5和miR-486-5p。

研究对D-Tg小鼠进行了多项生理指标的评估，包括体重、脂肪和瘦体重、空腹血糖水平，以及在标准饮食和高脂肪饮食条件下的葡萄糖耐量测试（IPGTT）和胰岛素耐量测试（IPITT）。结果显示，D-Tg小鼠与同龄野生型对照小鼠在所有测试参数上均无显著差异，这表明rs508419的C等位基因与T2D易感性之间的关联不能简单地归因于骨骼肌中sAnk1.5和miR-486-5p的表达增加。

研究进一步探讨了miR-486-5p的潜在靶点。在人类和小鼠中，miR-486-5p已被证实能够调控多个与葡萄糖代谢相关的基因，包括PTEN、FOXO1和DOCK3。这些基因的抑制可能增强AKT信号通路的活性，而AKT通路在胰岛素信号传导和葡萄糖代谢中起着关键作用。此外，miR-486-5p还可能靶向IGF1、IGF1R和PIK3R1等基因，这些基因的表达下调可能导致AKT通路的活性降低。然而，功能性研究表明，miR-486-5p在骨骼肌中具有促生长作用，能够促进肌纤维再生和调节肌纤维大小。因此，miR-486-5p可能在防止肌肉萎缩和恶病质相关肌肉损失中发挥重要作用。

在Duchenne肌营养不良症和癌症的小鼠模型中，miR-486-5p的过表达已被证明能够逆转骨骼肌的缺陷。这些发现进一步支持了miR-486-5p在骨骼肌健康和疾病中的潜在作用。然而，尽管sAnk1.5和miR-486-5p的表达均被增强，D-Tg小鼠并未表现出与T2D相关的代谢异常，这提示可能存在其他机制或调控因素影响T2D的易感性。

研究还涉及了人体骨骼肌活检样本的分析。这些样本来源于不同时间点的患者，经过伦理审查和知情同意后获得。分析显示，rs508419的C/C、C/T和T/T基因型在白种人群中分别占53%、40%和7%。这一分布与先前的研究结果一致，并且在公共数据库中也得到了验证。这些数据为理解rs508419的遗传变异如何影响ANK1基因的表达提供了基础。

值得注意的是，尽管sAnk1.5和miR-486-5p的表达均被增强，但D-Tg小鼠并未表现出与T2D相关的代谢异常。这一结果表明，sAnk1.5和miR-486-5p的表达增加可能并不直接导致T2D的发生。因此，研究者推测，rs508419与T2D易感性之间的关联可能涉及更复杂的机制，或者需要其他因素的共同作用才能显现其影响。

此外，研究团队还探讨了sAnk1.5蛋白水平与mRNA水平之间的差异。尽管sAnk1.5的mRNA在D-Tg小鼠中显著上调，但其蛋白水平并未相应增加，这提示可能存在后翻译调控机制。例如，蛋白质的降解、修饰或定位可能在调控其表达水平中起重要作用。这种后翻译调控机制可能在不同的生理和病理条件下发挥作用，从而影响sAnk1.5的功能。

研究的结论表明，虽然rs508419的C等位基因能够增强sAnk1.5和miR-486-5p的表达，但这种表达增加并不能直接解释T2D的易感性。因此，需要进一步研究其他可能的调控机制，以及这些基因和miRNA在T2D发病过程中的具体作用。未来的研究可以考虑探索其他与ANK1基因相关的调控元件，或者结合其他基因和环境因素，以更全面地理解T2D的遗传基础。

研究还强调了ANK1基因在不同组织中的表达差异及其对细胞功能的潜在影响。在骨骼肌中，ANK1基因的表达不仅影响肌浆网的结构和功能，还可能通过调控特定的信号通路影响葡萄糖代谢。这种多方面的调控作用使得ANK1基因成为研究代谢性疾病和肌肉疾病的重要靶点。

总体而言，这项研究提供了重要的见解，揭示了ANK1基因及其相关miRNA在骨骼肌中的表达和功能。尽管初步假设未能得到验证，但这些发现为未来的研究提供了新的方向，即探索ANK1基因与其他代谢相关基因之间的相互作用，以及其在不同病理条件下的调控机制。此外，研究还突出了在遗传学研究中，基因表达水平与表型之间的复杂关系，强调了需要更全面的分析方法来揭示基因变异对疾病易感性的具体影响。