技术领域
本发明属于生物技术领域;更具体地,本发明涉及miR-15b在制备糖尿病诊 疗制剂中的应用。
背景技术
糖尿病患病率在中国20岁以上人口为9.7%,中国目前患糖尿病的总人数 已达到9240万,其中新诊断的糖尿病患者占总数的60%,已成为严重的社会 和公共健康问题。对新诊断的2型糖尿病患者,国内多家医疗机构多中心研究 探索早期应用胰岛素泵强化治疗,可以使部分患者停药后血糖长期保持在正常 水平,即达到常说的“糖尿病的蜜月期”。目前认为口服药物和胰岛素治疗均 可诱发部分2型糖尿病患者进入蜜月期,胰岛素1相分泌的恢复可能是其促发 因素。
采取饮食、运动干预和相同的药物治疗方案,有些患者能进入蜜月期,达 到临床缓解,停药后血糖长期保持正常;有些患者则需要终身用药治疗,其中 的原因在哪里并不清楚。目前尚未见到对新诊断2型糖尿病临床缓解的分子机 制、诊断和预后标志物的相关研究和文献报道。
Talchai等在2012年9月发表的Cell杂志上提出β细胞在受到代谢应激后 的主要改变是去分化而非凋亡[Talchai C等,Cell.2012;150(6):1223-1234]。 在高血糖时体内FoxO1活性丧失,β细胞发生去分化改变,成为具有多向分化 潜能的内分泌祖细胞样细胞,表达内分泌祖细胞标志物Neurogenin3、Oct4、 L-Myc等,部分细胞甚至可以分泌胰高血糖素。
microRNA是在真核生物中发现的一类内源性的具有调控功能的非编码 RNA,长约20-25个核苷酸。通过5’端的种子序列(seed sequence)与位于靶基 因mRNA3′端非翻译区(UTR)的互补靶点的不完全结合而发挥生物效应。 microRNA在物种进化中相当保守,只在特定的组织和发育阶段表达,在细胞 生长和发育过程中起多种调节作用。自2008年首次在血清中发现microRNA以 后,大量研究证明microRNA可以广泛而稳定地存在于细胞外液,包括血清、 血浆和组织间液之中。正常人血液循环中,约有数百种microRNA称为 Circulating MicroRNA。它们不仅是细胞内基因转录和表达的调节分子,还是细 胞之间信息传递的信号分子。
因此,本领域有必要研究人microRNA分子在体内发挥的作用,寻找对于 疾病具有治疗作用的分子。
发明内容
本发明的目的在于提供miR-15b在制备糖尿病诊疗制剂中的应用。
在本发明的第一方面,提供一种miR-15b或其上调剂在制备治疗2型糖尿 病的药物中的用途。
在一个优选例中,所述的miR-15b的上调剂是miR-15b模拟物(mimics)。
在另一优选例中,所述的miR-15b模拟物的正义链核苷酸序列如SEQ ID NO:4所示,反义链如SEQ ID NO:5所示。
在另一优选例中,所述的药物还用于:
下调UCP2表达;
上调Foxo1表达;
促进胰岛素分泌;和/或
促进细胞内线粒体膜电位的回复。
在本发明的另一方面,提供一种治疗2型糖尿病的药盒,其中包括:miR-15b 或其上调剂。
在本发明的另一方面,提供miR-15b的用途,用于作为2型糖尿病患者预 后的标志物;或用于制备用于2型糖尿病患者预后的试剂。
在一个优选例中,所述的2型糖尿病患者预后包括:分析初诊为2型糖尿 病的患者在糖尿病治疗药物用药前后(所述的用药后是指以糖尿病治疗药物治 疗后达到相对稳定的时间(空腹血糖小于7且停药后与治疗前“2h胰岛素与2h 血糖比率”的比率大于2)miR-15b的表达水平,若miR-15b表达在用药后显著 高于(较佳地高1.5倍;更佳地高2倍;更佳地高2.5倍)用药前,则其预后良好, 能长期停药;反之,若miR-15b表达在用药前后没有显著性差异,则其需长期 服用糖尿病治疗药物。
在另一优选例中,所述的用于2型糖尿病患者预后的试剂是特异性识别或 扩增miR-15b的试剂。
在本发明的另一方面,提供一种特异性识别或扩增miR-15b的试剂在制备 用于2型糖尿病患者预后的试剂盒中的用途。
在一个优选例中,所述的特异性扩增miR-15b的试剂是SEQ ID NO:3 (tagcagcacatcatggtttaca)序列;或所述的特异性识别miR-15b的试剂是探针,所 述的探针特异性识别和结合miR-15b。
本发明的其它方面由于本文的公开内容,对本领域的技术人员而言是显而 易见的。
附图说明
图1、3例新诊断2型糖尿病临床缓解患者治疗前、停药后发生改变的 microRNA原始信号值分析。
图2、miR-15的qRT-PCR分析,6例临床缓解患者停药后miR-15表达较 治疗前增加(P-值<0.01)。治疗后不能停药患者miR-15表达在治疗前后没有变 化。
图3、qRT-PCR分析,培液中加入胰岛素组的胰岛细胞和上清液中miR-15b 的表达分别是未加胰岛素组的2.3和2倍((*P-值<0.05)。
图4、各组低糖和高糖时胰岛素的分泌。
图5A-D、各组JC-1线粒体膜电位检测。
图6、上调或下调miR-15b对Min6细胞UCP-2和FoxO1蛋白表达的影响。
图7A-C、构建UCP2psicheck-2双荧光素酶报告基因载体示意图(野生型和 突变型质粒结构图)。
图8、Promega双荧光素酶报告基因检测结果。
具体实施方式
本发明人经过长期的研究,发现miR-15b能够促进胰岛β细胞的胰岛素分 泌,进而可治疗糖尿病,特别是2型糖尿病,并且所述的miR-15b的上调剂也 可用于防治糖尿病。本发明人还发现,在预后较好、无需长期用药的患者中, miR-15b发生显著上升,因此,miR-15b还是2型糖尿病的预后标志物。在此 基础上完成了本发明。
miR-15b及其治疗用途
本发明中,所述的miR-15b是具有SEQ ID NO:1所示核酸序列的小核糖核 酸:
5’-UAGCAGCACAUCAUGGUUUACA-3’(SEQ ID NO:1)。
miR-15b属于miR-15/107超家族成员,在人类中该家族包括miR-15a、 miR-15b、miR-16、miR-103和miR-107,都具有相同的AGCAGCA序列。 miR-15a/16-1和miR-15b/16-2在大鼠、小鼠、恒河猴、人类等哺乳动物中序列 完全一致,即存在高度保守性。miR-15能通过直接作用于靶蛋白Bcl-2对细胞 凋亡产生影响。UCP2与FoxO1一样,都是多个与胰岛素分泌相关的信号通路 上的重要调节蛋白。miR-15b与miR-15a和miR-107属于同一家族,种子序列 相同。经TargetScan、miRanda和picTar等多个数据库的靶基因预测分析发现 UCP2和neurogenin3都是miR-15b的靶向基因。所以本发明人首先选取miR-15b 进行后续功能研究。
miR-15b可以被分离自细胞,或者可通过人工合成的方式获得。在得知了 miR-15b或其前体的序列后,本领域人员可以方便地制备获得miR-15b或其前 体。
基于本发明的阐述,miR-15b是一个新的、与胰岛素分泌密切相关的药物 靶点,其藉由抑制UCP2蛋白表达,上调Foxo1表达,促进胰岛素分泌。针对 miR-15的各种治疗手段可以作为防治动物(特别是人)的2型糖尿病的新颖且有 效的手段。
并且,miR-15b也可以用于作为药物筛选的靶点,筛选通过提高miR-15b 的表达或活性而促进胰岛素分泌的药物。
miR-15b上调剂的治疗用途
基于本发明人的新发现,所述的miR-15b的上调剂可用于制备促进胰岛素 分泌的组合物。
所述的miR-15b的上调剂是指任何可提高miR-15b或其前体的活性、提高 miR-15b或其前体的稳定性、上调miR-15b或其前体的表达、增加miR-15b或 其前体有效作用时间的物质,这些物质均可用于本发明,作为对于上调miR-15b 有用的物质,从而可用于提高胰岛素的分泌。
作为本发明的优选方式,所述的miR-15b上调剂是miR-15b的模拟物 (mimics),其具有与所述miR-15b相同的效果,或者能够提高miR-15b的表达 或活性。
药物组合物
本发明还提供了一种组合物,它含有有效量(如0.000001-50wt%;较佳的 0.00001-20wt%;更佳的,0.0001-10wt%)的所述的miR-15b或其上调剂,以及 药学上可接受的载体。所述的组合物可用于促进胰岛素分泌。
如本文所用,所述“有效量”是指可对人和/或动物产生功能或活性的且可 被人和/或动物所接受的量。所述“药学上可接受的载体”指用于治疗剂给药 的载体,包括各种赋形剂和稀释剂。该术语指这样一些药剂载体:它们本身并 不是必要的活性成分,且施用后没有过分的毒性。合适的载体是本领域普通技 术人员所熟知的。在组合物中药学上可接受的载体可含有液体,如水、盐水、 缓冲液。另外,这些载体中还可能存在辅助性的物质,如填充剂、润滑剂、助 流剂、润湿剂或乳化剂、pH缓冲物质等。所述的载体中还可以含有细胞转染试 剂。
在得知了所述miR-15b或其上调剂的用途后,可以采用本领域熟知的多种 方法来将所述的miR-15b或其上调剂或它们的药物组合物给药于哺乳动物。包 括但不限于:皮下注射、肌肉注射、经皮给予、局部给予、植入、缓释给予等。
本发明所述的miR-15b或其上调剂的有效量可随给药的模式和待治疗的疾 病的严重程度等而变化。优选的有效量的选择可以由本领域普通技术人员根据 各种因素来确定(例如通过临床试验)。所述的因素包括但不限于:所述的 miR-15b或其上调剂的药代动力学参数例如生物利用率、代谢、半衰期等;患 者所要治疗的疾病的严重程度、患者的体重、患者的免疫状况、给药的途径等。 通常,当本发明的miR-15b或其上调剂每天以约0.00001mg-50mg/kg动物体重 (较佳的0.0001mg-10mg/kg动物体重)的剂量给予,能得到令人满意的效果。例 如,由治疗状况的迫切要求,可每天给予若干次分开的剂量,或将剂量按比例 地减少。
miR-15b作为2型糖尿病预后的标志物
miR-15b是一个新的、与2型糖尿病的预后密切相关的靶点。针对miR-15b 的各种检测试剂可以用于2型糖尿病的预后,早期评估糖尿病治疗药物的疗效, 优化治疗方案。可藉由miR-15b表达水平在用药前后的高低,评判患者在治疗 后是否需要长期用药。
可采用各种本领域已知的技术来检测细胞内miR-15b的存在与否以及表达 情况,这些技术均包含在本发明中。例如可用已有的技术如原位杂交发,聚合 酶链式反应技术(PCR),Southern印迹法、DNA序列分析等,这些方法可结合 使用。
本发明还提供了用于在分析物中检测miR-15b的存在与否以及表达情况的 试剂。作为一种优选方式,可以采用特异性扩增miR-15b的引物;或特异性识 别miR-15b的探针来确定miR-15b的存在与否。
作为本发明的优选方式,检测血浆或血清中的miR-15b。
作为本发明的优选方式,所述的试剂是引物,其可特异性扩增出miR-15b。 更优选的,所述的引物所述的引物包括:SEQ ID NO:3所示的反转录引物。
针对miR-15b的特异性探针的设计是本领域人员熟知的技术,例如,制备一种 探针,其可与miR-15b上特定位点发生特异性结合,而不与miR-15b以外的其它 基因特异性结合,且所述探针带有可检测信号。
检测miR-15b的试剂盒
本发明还提供了用于在分析物中检测miR-15b的存在与否以及表达情况的 试剂盒,该试剂盒包括:特异性识别或扩增miR-15b的试剂。该试剂盒可用于 进行糖尿病的预后。
作为一种优选方式,所述的试剂盒是PCR检测试剂盒,其中包括特异性扩 增miR-15b的引物。更佳地,所述的引物具有5’tagcagcacatcatggtttaca3’所示的 核苷酸序列。
作为一种优选方式,所述的试剂盒是:PCR检测试剂盒或原位杂交试剂盒。 其中包括特异性识别miR-15b的探针,且还具有可检测信号。
此外,所述的试剂盒中还可包括用于提取DNA、PCR、杂交、显色等所需 的各种试剂,包括但不限于:抽提液、扩增液、杂交液、酶、对照液、显色液、 洗液等。
此外,所述的试剂盒中还可包括使用说明书和/或核酸序列分析软件等。
下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说 明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方 法,通常按照常规条件如J.萨姆布鲁克等编著,分子克隆实验指南,第三版, 科学出版社,2002中所述的条件,或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说 明,否则百分比和份数按重量计算。
实施例1、临床资料和芯片分析、qRT-PCR结果
1、临床资料
选取3例新诊断2型糖尿病临床缓解的中年男性患者,初诊时糖化血红蛋 白均大于10%,谷氨酸脱羧酶抗体、胰岛素自身抗体和胰岛细胞抗体均阴性, 既往无糖尿病家族史。诊断后分别应用胰岛素、瑞格列奈、格列吡嗪治疗,2 型糖尿病临床症状缓解,空腹血糖小于7mmol/L时停药,糖化血红蛋白小于 6.5%且停药后与治疗前“2h胰岛素与2h血糖比率”的比率大于2,停药后一年 血糖长期保持正常水平(后续称为“临床缓解者”)。3例新诊断2型糖尿病临床 缓解患者治疗前和停药1个月后临床资料如表1。
表1
*停药3个月后复查糖化血红蛋白6.3%。
2、microRNA表达谱芯片结果分析
对3例新诊断2型糖尿病临床缓解患者进行自身对照(治疗前、停药后)血 清的microRNA表达谱芯片分析,发现停药后血清microRNA表达谱较治疗前 发生了改变。其中P-值<0.05,倍数改变>=2的microRNA共有20个,如图 1所示。
大部分microRNA信号值低于100。信号值高的1个microRNA是miR-15b, 停药后升高。
3、qRT-PCR分析
针对在表达谱芯片中发生改变的microRNA(miR-15b),扩大样本(另30例 患者)进行qRT-PCR分析,qRT-PCR的引物序列信息如表2。荧光定量PCR检 测内参采用U6,使用ΔΔCt法进行数据分析。
结果发现,30例患者中,6例患者停药后miR-15表达较治疗前增加2倍 以上(P-值<0.01),如图2所示。初步判断该6人是预后较好的患者,可长期停 药;而在其他20多例患者miR-15表达在治疗前后没有变化,判断为治疗后不 能停药的患者。根据后续长期回访发现,该6例患者停药后,2型糖尿病临床 症状缓解,停药后血糖长期保持正常水平。而其它20多例患者则确实需要长 期用药。
表2
实施例2、原代培养的胰岛及其培养上清液中检测miR-15b的表达、调控 miR-15b对Min6细胞的影响
1、在原代培养的胰岛及其培养上清液中检测miR-15b的表达
本发明人首先在原代培养的胰岛及其培养上清液中检测了miR-15b的表达。 分离大鼠胰岛,先在含33.3mmol/L葡萄糖的DMEM中培养24小时,之后在培养 液中加入短效胰岛素(按每3克葡萄糖加1U胰岛素的比例,Bid),24小时后qRT-PCR 分析发现,加入胰岛素组的胰岛细胞和上清液中miR-15b的表达分别是未加胰岛 素组的2.3和2倍,如图3。
2、调控miR-15b对Min6细胞的影响
制备miR-15b的mimics,将表3中mmu-miR-15b Mimics Sense和mmu-miR-15b Mimics Anti-sense混合、退火形成双链,转染小鼠Min6细胞。
制备无关序列(NC)的mimics,将表3中mmu-miR-15b Mimics NC Sense和 mmu-miR-15b Mimics NC Anti-sense混合、退火形成双链,转染Min6细胞。
制备miR-15b的inhibitors,将表3中mmu-miR-15b inhibitors序列转染Min6 细胞
制备无关序列(NC)的inhibitors,将表3中mmu-miR-15b inhibitors NC序列转 染Min6细胞。
应用于合成miR-15b的mimics和inhibitors的序列信息如表3。
各组转染细胞经游离脂肪酸FFA(palmitate0.45mM)作用30小时。
表3
注:inhibitor序列每个碱基都进行2’ome(甲氧基)修饰。
结果,与FFA组(B)相比较,mimics组(C)胰岛素分泌增多,Ca流峰值恢复; JC-1检测(红/绿)定性和定量分析均增加;UCP2表达降低,FoxO1表达增加。而 Inhibitors组(D)则出现相反的改变。提示miR-15b会通过降低UCP2表达来改善FFA 作用后的胰岛素分泌。
3、各处理组低糖和高糖时胰岛素的分泌
检测各组低糖和高糖时胰岛素的分泌。结果如图4,正常对照组(A组)在 25mmol/L葡萄糖刺激下胰岛素分泌增加到3.3mmol/L葡萄糖时的3.5倍。FFA 作用后(B组)葡萄糖刺激的胰岛素分泌较A组降低(**P-值<0.01)。mimics组(C 组)胰岛素分泌较FFA组有恢复(#P-值<0.05),而inhibitors组(D组)胰岛素分 泌下降则更明显。可见miR-15b促进胰岛素分泌。
4、各处理组JC-1线粒体膜电位的检测
JC-1是一种广泛用于检测线粒体膜电位的理想荧光探针。常用红/绿荧光 的相对比例来衡量线粒体去极化的比例。线粒体膜电位的下降是细胞凋亡早期 的一个标志性事件。通过JC-1从红色荧光到绿色荧光的转变可以很容易地检 测到细胞膜电位的下降,同时也可以用JC-1从红色荧光到绿色荧光的转变作 为细胞凋亡早期的一个检测指标。
用荧光共聚焦显微镜观察检测各处理组JC-1线粒体膜电位,结果如图5。 与正常对照组(A组)相比,FFA组(B组)线粒体膜电位(红/绿定性和定量分析) 降低。mimics组(C组)较FFA组有恢复,而inhibitors组(D组)下降则更明显。 可见miR-15b对于线粒体膜电位的回复具有作用。
5、上调或下调miR-15b对Min6细胞UCP-2和FoxO1蛋白表达的影响
通过常规的Western印迹分析方法,检测上调或下调miR-15b对Min6细 胞UCP-2和FoxO1蛋白表达的影响。结果如图6,与FFA组(B组)相比,mimics 组(C组)UCP2表达降低,Foxo1表达增加。而inhibitors组(D组)则出现相反的 改变。可见miR-15b下调UCP2表达,上调Foxo1表达。
实施例3、构建UCP2psicheck-2双荧光素酶报告基因载体及分析
为了进一步了解miR-15b是否直接与UCP2作用,构建用于Luciferase报 告基因检测的UCP2的3’UTR序列的野生型和突变型质粒。转染293细胞, 使用Promega双荧光素酶报告基因检测发现miR-15b对UCP2有直接的抑制作 用。
1、全基因合成的UCP2基因3’UTR片段(SEQ ID NO:2):
1CTCGAGGTTC GTCACCTATG AGCAGCTGAA ACGAGCCCTC ATGGCTGCCT GCACTTCCCG
61AGAGGCTCCC TTCTGAGCCT CTCCTGCTGC TGACCTGATC ACCTCTGGCT TTGTCTCTAG
121CCGGGCCATG CTTTCCTTTT CTTCCTTCTT TCTCTTGCGG CCGC
序列中,下划线指示Xho I酶切位点(CTCGAG)和NotI酶切位点(GCGG CCGC)。
2、载体克隆
分析UCP2基因序列,确定与miR-15b的可能结合位点,如图7C。
以293T细胞的基因组DNA为模板、以正向引物: CTCGAGGTTCGTCACCTATGAGC,反向引物: GCGGCCGCAAGAGAAAGAAGGAAG为引物,PCR扩增UCP2基因序列中包 含预测的miR-15b结合位点的片段,将片段克隆进psiCHECK-2双荧光素酶报 告基因载体(购自Promega公司)的XhoI/NotI酶切位点。同时,使用Quick Change XL Site-directed Mutagenesis Kit(购自Stratagene公司)在预计结合区域 突变3个碱基位点,如图7C。UCP2野生型(UCP2w)和UCP2突变型(UCP2m) 载体结构详见图7A-B。
3、Promega双荧光素酶报告基因检测结果
将上述制备的质粒转染293细胞。Promega双荧光素酶报告基因检测结果 如图8,发现miR-15b对UCP2有直接的抑制作用。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考,就如同每一篇文献 被单独引用作为参考那样。此外应理解,在阅读了本发明的上述讲授内容之后, 本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申 请所附权利要求书所限定的范围。