微小RNA與免疫調節(jié)

王琳，謝青

上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院感染科，上海 200025

微小RNA(microRNA，miRNA)是一種小型非編碼雙鏈RNA(22核苷酸)。哺乳動物細胞中已發(fā)現(xiàn)700多種miRNA，在細胞發(fā)育、分化及內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定方面起重要作用。人體30%編碼蛋白的RNA受miRNA調節(jié)，這種帶有莖-環(huán)結構的miRNA主要通過與靶RNA結合引起RNA降解或翻譯抑制。最近，越來越多的報道表明，miRNA在調節(jié)免疫反應中起調節(jié)作用，如調節(jié)免疫細胞的分化、存活、功能及胞內(nèi)信號轉導、細胞因子釋放等。

1 miRNA的生源學說及功能

人類miRNA存在于編碼基因的內(nèi)含子及非編碼基因的內(nèi)含子和外顯子中。存在于細胞核中的原始miRNA(pri-miRNA)包括5′端7-甲基鳥苷的帽子和3′端多聚A的尾巴，能被Drosha-DGCR8微處理復合體識別并裂解為前體miRNA(pre-miRNA)。前體miRNA是70核苷酸的中間體，被Exportin 5蛋白轉運至胞質，RNaseⅢ Dicer進一步處理成為22核苷酸的成熟miRNA。成熟miRNA 5′端6～8個相對恒定的核苷酸稱“種子序列”，miRNA通過其與靶基因mRNA的3′非編碼區(qū)互補配對結合，引起靶mRNA降解或翻譯抑制[1,2]。

2 miRNA在固有免疫中的作用

固有免疫是機體抵抗細菌、病毒和其他病原體的第1道屏障，miRNA在調節(jié)固有免疫中起重要作用。最近研究顯示，miRNA-155、miRNA-146和miRNA-223等在病原體通過Toll樣受體(Toll-like receptor，TLR)引發(fā)的急性炎癥反應中有重要調節(jié)作用。

2.1 miRNA和單核巨噬細胞

為了解miRNA在固有免疫中的調節(jié)作用，Taganov等檢測了脂多糖(lipopolysaccharide，LPS)刺激下人單核細胞白血病THP-1細胞株中200種miRNA的表達，發(fā)現(xiàn)miRNA-146、miRNA-132、miRNA-155表達上調[3]。TLR對miRNA-146的誘導有2類：存在于細胞表面識別細菌成分的TLR2、TLR4、TLR5可誘導miRNA-146，存在于細胞內(nèi)部識別病毒核酸成分的TLR3、TLR7、TLR9對miRNA-146幾乎無影響。白細胞介素1受體相關激酶(interleukin 1 receptor-associated kinase 1，IRAK1)和腫瘤壞死因子受體相關因子6(tumor necrosis factor receptor-associated factor 6，TRAF6)是TLR信號途徑下游的重要適應性調節(jié)分子，可引起核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)和活化蛋白1(activator protein 1，AP-1)轉錄因子的活化，導致細胞因子釋放增多。miRNA-146a在IRAK1和TRAF6上有作用位點，對該通路有負性調節(jié)作用[4]。Tang等[5]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-146a可作用于干擾素(interferon,IFN)信號通路中的干擾素調節(jié)因子5(interferon regulatory factor 5，IRF5)和STAT3，抑制IFN產(chǎn)生。Perry等[6]研究證明，IL-1β能誘導miRNA-146a，并發(fā)現(xiàn)了幾種炎性調節(jié)中重要的負反饋機制：IL-1β對miR-146a的誘導抑制IL-8和調節(jié)激活正常T細胞的表達和分泌因子(regulated upon activation，normal T-cell expressed and secreted，RANTES)的釋放。最近研究表明，該miRNA與銀屑病密切相關。銀屑病是一種慢性皮膚炎性疾病，其產(chǎn)生與miRNA-146的改變引起固有免疫失調而引發(fā)炎性因子失衡有關。miRNA-146還與系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus，SLE)有關。SLE是一種自身免疫性疾病，其免疫細胞中miRNA-146表達降低，引起IFN產(chǎn)生增多?？傊琺iRNA-146a被認為在固有免疫反應中起負性調節(jié)作用。

miRNA-155是首次發(fā)現(xiàn)與腫瘤有關的miRNA。O’Conne等通過芯片分析發(fā)現(xiàn)，用聚肌胞(poly I∶C)(能結合于TLR3)或IFN-β刺激小鼠巨噬細胞，許多miRNA上調，但只有miRNA-155在2種刺激下均出現(xiàn)上調?？乖碳ねㄟ^其他TLR(TLR2、TLR3、TLR4、TLR9等)信號途徑也能誘導miRNA-155，而IFN-β/γ主要通過腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)的自分泌和旁分泌途徑引起巨噬細胞miRNA-155上調[7]。Tili等發(fā)現(xiàn)，在TNF-α刺激下miRNA-155表達出現(xiàn)波動性變化，該變化與NF-κB的變化一致；進一步研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-155通過對不同靶蛋白IκB激酶ε(IκB kinase ε，IKKε)、Fas死亡相關結構域(Fas-associated death domain，F(xiàn)ADD)和絲氨酸/蘇氨酸受體相關激酶(RikpI)轉錄后水平的調節(jié)，從而對炎性因子的釋放起正性和負性調節(jié)作用[8]。miRNA-155可促進TNF-α產(chǎn)生[9]，也表明其在固有免疫反應中對炎性因子的釋放起正性調節(jié)作用。B細胞中miRNA-155高表達轉基因鼠的血清TNF-α表達上調， 而miRNA-155敲除小鼠的正常免疫功能受損[10]。

2.2 miRNA和粒細胞

miRNA-223是骨髓細胞特有的，在調節(jié)粒細胞的活化和增殖中起重要作用。Fazi等通過實驗證實，miRNA-223在粒細胞的分化過程中起正性調節(jié)作用。該研究將miRNA-223敲除，粒細胞活化和增殖受抑制；而增加細胞miRNA-223表達，粒細胞的活化和增殖增強。進一步研究發(fā)現(xiàn)，核因子1α(nuclear factor 1α，NF-1α)和 CCAAT增強子結合蛋白α(CCAAT/enhancer binding protein α，C/EBPα)能通過結合miRNA-223的啟動子對其進行調節(jié)。一般情況下，NF-1α保持miRNA-223低水平表達。當粒細胞活化增殖時，NF-1α被C/EBPα取代，導致miRNA-223表達增高，進一步抑制NF-1α轉錄。C/EBPα通過結合 PU.1來增強miRNA-223轉錄[11]。2008年Johnnidis等研究miRNA-223敲除小鼠發(fā)現(xiàn)，miRNA-223在前體細胞增殖、粒細胞增殖和活化中起負性調節(jié)作用，證實其在髓系轉錄因子(MEF2C)具有作用位點，而MEF2C能促進前體粒細胞增殖[12]。兩者研究似乎矛盾，推測可能是由于實驗方法不同、時間特異和細胞的分化階段不同所致。

3 miRNA在適應性免疫反應中的作用

miRNA在適應性免疫反應如免疫細胞的活化、克隆增殖及抗原呈遞中起調節(jié)作用。

3.1 miRNA與T細胞的分化和激活

Neilson等發(fā)現(xiàn)，miRNA在T細胞的不同分化階段出現(xiàn)動態(tài)表達，提示miRNA參與T細胞的分化和激活。Li等研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-181在較成熟的T細胞，特別是雙陽性T細胞表達較高，但在更成熟的T細胞(如Th1、Th2效應細胞)表達下降。miRNA-181通過調節(jié)T細胞受體(T cell receptor，TCR)信號轉導的強度來影響T細胞對抗原的敏感度。隨著T細胞成熟，其敏感度也會變化，從而維持適當?shù)拿庖吆湍褪堋iRNA-181表達下降會降低T細胞對抗原的敏感度和T細胞的陰性及陽性選擇。與主要組織相容性復合體(major histocompatibility complex，MHC)穩(wěn)定結合的抗原肽更易引發(fā)T細胞信號轉導，稱激動性抗原肽，反之稱抑制性抗原肽。miRNA-181的高表達能使T細胞將抑制性抗原肽識別為活化性抗原肽，增強T細胞信號轉導。研究其機制發(fā)現(xiàn)，該信號轉導增強的現(xiàn)象不是通過改變T細胞表面受體和協(xié)同刺激信號實現(xiàn)的，而是通過抑制T細胞信號轉導過程中多種起負性調節(jié)作用的磷酸酶實現(xiàn)的[13]。最近研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-181α可以作用于一個包括10種磷酸酶的600核苷酸基因，還有CD4、Bcl-6、甲基CpG結合蛋白2(methyl-CpG-binding protein 2, MeCP2)和轉化生長因子β受體1(transforming growth factor β receptor 1, TGFβR1)等因子的基因，可影響T細胞的形成和分化[14]。

除miRNA-181α外，miRNA-155也在T細胞的分化和活化中起調節(jié)作用。miRNA-155缺陷小鼠的CD4 T細胞傾向于向Th2分化而不是Th1；同樣，Th2型細胞因子如IL-4、IL-5和IL-10也增多。轉錄因子c-Maf在促使Th2型細胞因子產(chǎn)生中起重要作用，而miRNA-155在c-Maf具有作用位點。因此，miRNA-155主要是通過調節(jié)T細胞中c-Maf來抑制Th2細胞分化和Th2型細胞因子的產(chǎn)生[15]。miRNA-155還可通過抑制細胞信號轉導抑制因子1(suppressor of cytokine signaling 1，SOCS-1)來維持調節(jié)性T細胞的活化增殖和功能[16]。

3.2 miRNA和B細胞

特異性表達于成熟淋巴細胞的miRNA-150在B細胞分化過程中有重要作用，miRNA-150在脾臟和胸腺中的高表達提示其可能參與B/T細胞形成。研究表明，造血干細胞miRNA-150高表達抑制原始B細胞向前體B細胞分化，進而影響成熟B細胞形成，但對CD8 T細胞、CD4 T細胞、粒細胞及巨噬細胞的形成無影響，而且高表達于前體淋巴細胞的轉錄因子c-myb是miRNA-150的主要作用位點，c-myb基因敲除小鼠和異位表達miRNA-150的轉基因鼠在前體B細胞的表達障礙及成熟B細胞產(chǎn)生減少方面表現(xiàn)相似。雖然c-Myb在B/T細胞的分化過程中也有重要作用，但miRNA-150過表達或表達抑制只會對B細胞表達產(chǎn)生影響，對T細胞沒有影響[17]。

有些研究證明，miRNA-155在維持B細胞類別轉換、高親和力抗體及免疫記憶中起重要作用[18]。BIC是miRNA-155的原始轉錄體，miRNA-155和BIC在人類B細胞淋巴瘤高表達，間接揭示miRNA-155在B細胞分化和淋巴瘤生成過程的作用[19]。最近研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-155敲除小鼠出現(xiàn)免疫缺陷，在使用傷寒沙門菌滅毒疫苗后不能產(chǎn)生保護性免疫；其B細胞在抗原刺激下產(chǎn)生的IgM抗體和類別轉換產(chǎn)生的抗原特異性抗體減少，提示miRNA-155缺陷損害B細胞反應[15]。B細胞增殖分化在外周淋巴組織進行，包括B細胞進入B細胞區(qū)、識別抗原、與T細胞相互作用、活化進入淋巴濾泡、形成生發(fā)中心等。有研究發(fā)現(xiàn)，抑制B細胞中miRNA-155表達會降低B細胞進入濾泡前的信號轉導及隨后的生發(fā)中心反應，并減少產(chǎn)生高親和力的IgG1抗體。進一步研究認為，miRNA-155缺陷小鼠引起的PU.1失調可能引發(fā)了這種改變[20]。

4 結語

盡管miRNA的發(fā)現(xiàn)和研究只有十多年，這種非編碼的小RNA在多種生物學中的作用越來越受到關注，包括胚胎發(fā)育、分化、增殖、凋亡、信號轉導及癌變形成等。近幾年，研究者開始著重研究miRNA在免疫系統(tǒng)中的調節(jié)作用。結果發(fā)現(xiàn)，miRNA在免疫細胞分化及免疫反應中起重要作用。miRNA特異性轉基因鼠及基因敲除小鼠模型的建立，使研究者能更方便研究miRNA在免疫調節(jié)中的作用及其機制。與miRNA的作用機制不同，RNA干擾(RNA interference，RNAi)技術主要是在細胞中導入與內(nèi)源性mRNA編碼區(qū)同源的雙鏈RNA(double stranded RNA，dsRNA)，dsRNA進入細胞后產(chǎn)生的小分子干擾RNA(small interfering RNA, siRNA)的反義鏈和多種核酸酶形成了沉默復合物(RNA-induced silencing complex，RISC)，RISC具有結合和切割mRNA的作用。RNAi 技術是一種很有用的介導同源基因表達沉默的工具，而miRNA為RNAi 技術的應用提供了新的依據(jù)和思路。miRNA主要在 mRNA 水平上調節(jié)基因表達，調節(jié)機制巧妙。盡管如此，其在免疫系統(tǒng)中的作用還不很清楚，仍存在許多問題。研究miRNA在復雜生物信號系統(tǒng)中對免疫細胞分化及免疫系統(tǒng)調節(jié)的作用，不僅加深人們對免疫系統(tǒng)自我調控的了解，也為一些臨床相關疾病如炎癥、自身免疫性疾病、白血病、病毒感染等提供了治療策略。相信在不久的將來，人們會廣泛將其運用到基因治療、基因沉默、有目的的基因表達調控上。

[1] Baltimore D, Boldin MP, O’Connell RM, Rao DS, Taganov KD. MicroRNAs: new regulators of immune cell development and function [J]. Nat Immunol, 2008, 9(8): 839-845.

[2] Gupta M, Brewer G. MicroRNAs: new players in an old game [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2006, 103(11): 3951-3952.

[3] Taganov KD, Boldin MP, Chang KJ, Baltimore D. NF-kappaB-dependent induction of microRNA miR-146, an inhibitor targeted to signaling proteins of innate immune responses [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2006, 103(33): 12481-12486.

[4] Williams AE, Perry MM, Moschos SA, Larner-Svensson HM, Lindsay MA. Role of miRNA-146a in the regulation of the innate immune response and cancer [J]. Biochem Soc Trans, 2008, 36(Pt 6): 1211-1215.

[5] Tang Y, Luo X, Cui H, Ni X, Yuan M, Guo Y, Huang X, Zhou H, de Vries N, Tak PP, Chen S, Shen N. MicroRNA-146A contributes to abnormal activation of the type I interferon pathway in human lupus by targeting the key signaling proteins [J]. Arthritis Rheum, 2009, 60(4): 1065-1075.

[6] Perry MM, Williams AE, Tsitsiou E, Larner-Svensson HM, Lindsay MA. Divergent intracellular pathways regulate interleukin-1beta-induced miR-146a and miR-146b expression and chemokine release in human alveolar epithelial cells [J]. FEBS Lett, 2009, 583(20): 3349-3355.

[7] O'Connell RM, Taganov KD, Boldin MP, Cheng G, Baltimore D. MicroRNA-155 is induced during the macrophage inflammatory response [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2007, 104(5): 1604-1609.

[8] Tili E, Michaille JJ, Cimino A, Costinean S, Dumitru CD, Adair B, Fabbri M, Alder H, Liu CG, Calin GA, Croce CM. Modulation of miR-155 and miR-125b levels following lipopolysaccharide/TNF-alpha stimulation and their possible roles in regulating the response to endotoxin shock [J]. J Immunol, 2007, 179(8): 5082-5089.

[9] Pedersen IM, Otero D, Kao E, Miletic AV, Hother C, Ralfkiaer E, Rickert RC, Gronbaek K, David M. Onco-miR-155 targets SHIP1 to promote TNFα-dependent growth of B cell lymphomas [J]. EMBO Mol Med, 2009, 1(5): 288-295.

[10] Costinean S, Zanesi N, Pekarsky Y, Tili E, Volinia S, Heerema N, Croce CM. Pre-B cell proliferation and lymphoblastic leukemia/high-grade lymphoma in Eu-miR155 transgenic mice [J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2006, 103(18): 7024-7029.

[11] Fazi F, Rosa A, Fatica A, Gelmetti V, De Marchis ML, Nervi C, Bozzoni I. A minicircuitry comprised of microRNA-223 and transcription factors NFI-A and C/EBPalpha regulates human granulopoiesis [J]. Cell, 2005, 123(5): 819-831.

[12] Johnnidis JB, Harris MH, Wheeler RT, Stehling-Sun S, Lam MH, Kirak O, Brummelkamp TR, Fleming MD, Camargo FD. Regulation of progenitor cell proliferation and granulocyte function by microRNA-223 [J]. Nature, 2008, 451(7182): 1125-1129.

[13] Li QJ, Chau J, Ebert PJ, Sylvester G, Min H, Liu G, Braich R, Manoharan M, Soutschek J, Skare P, Klein LO, Davis MM, Chen CZ. miR-181a is an intrinsic modulator of T cell sensitivity and selection [J]. Cell, 2007, 129(1): 147-161.

[14] Asirvatham AJ, Gregorie CJ, Hu Z, Magner WJ, Tomasi TB. MicroRNA targets in immune genes and the Dicer/Argonaute and ARE machinery components [J]. Mol Immunol, 2008, 45(7): 1995-2006.

[15] Rodriguez A, Vigorito E, Clare S, Warren MV, Couttet P, Soond DR, van Dongen S, Grocock RJ, Das PP, Miska EA, Vetrie D, Okkenhaug K, Enright AJ, Dougan G, Turner M, Bradley A. Requirement of bic/microRNA-155 for normal immune function [J]. Science, 2007, 316(5824): 608-611.

[16] Lu LF, Thai TH, Calado DP, Chaudhry A, Kubo M, Tanaka K, Loeb GB, Lee H, Yoshimura A, Rajewsky K, Rudensky AY. Foxp3-dependent microRNA155 confers competitive fitness to regulatory T cells by targeting SOCS1 protein [J]. Immunity, 2009, 30(1): 80-91.

[17] Lin YC, Kuo MW, Yu J, Kuo HH, Lin RJ, Lo WL, Yu AL. c-Myb is an evolutionary conserved miR-150 target and miR-150/c-Myb interaction is important for embryonic development [J]. Mol Biol Evol, 2008, 25(10): 2189-2198.

[18] Kluiver J, Poppema S, de Jong D, Blokzijl T, Harms G, Jacobs S, Kroesen BJ, van den Berg A. BIC and miR-155 are highly expressed in Hodgkin, primary mediastinal and diffuse large B cell lymphomas [J]. J Pathol, 2005, 207(2): 243-249.

[19] Dorsett Y, McBride KM, Jankovic M, Gazumyan A, Thai TH, Robbiani DF, Di Virgilio M, Reina San-Martin B, Heidkamp G, Schwickert TA, Eisenreich T, Rajewsky K, Nussenzweig MC. MicroRNA-155 suppresses activation-induced cytidine deaminase-mediated Myc-Igh translocation [J]. Immunity, 2008, 28(5): 630-638.

[20] Vigorito E, Perks KL, Abreu-Goodger C, Bunting S, Xiang Z, Kohlhaas S, Das PP, Miska EA, Rodriguez A, Bradley A, Smith KG, Rada C, Enright AJ, Toellner KM, Maclennan IC, Turner M. microRNA-155 regulates the generation of immunoglobulin class-switched plasma cells [J]. Immunity, 2007, 27(6): 847-859.