MicroRNAs與炎癥性腸病

閔 敏，楊云生，郭明洲

中國人民解放軍總醫(yī)院消化科，北京100853

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease，IBD)包括潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis，UC)和克羅恩病(Crohn’s disease，CD)，是一類以結(jié)直腸黏膜及黏膜下層非特異性炎癥為特征的疾病。近年來IBD的發(fā)病率呈逐年升高的趨勢，由于其病程長、病情反復(fù)等特點(diǎn)，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量，造成社會(huì)醫(yī)療經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。IBD的病因及發(fā)病機(jī)制目前尚不明確，研究發(fā)現(xiàn)與遺傳易感性、環(huán)境因素、免疫異常、炎癥反應(yīng)等密切相關(guān)［1-3］。

MicroRNAs是一類長度約為22個(gè)核苷酸左右的非蛋白編碼單鏈小分子RNA，主要參與基因轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控，在細(xì)胞增殖、凋亡、生長發(fā)育、細(xì)胞分化、代謝等過程中發(fā)揮重要的作用。超過1/3的人類基因都是保守miRNAs的靶基因，每個(gè)miRNA可通過多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)調(diào)節(jié)多個(gè)靶mRNA，每個(gè)基因也受到多個(gè)miRNAs的調(diào)控。目前研究發(fā)現(xiàn)miRNA通過與靶基因3’UTR區(qū)的完全或不完全配對(duì)，降解靶基因mRNA或抑制其翻譯，從而影響細(xì)胞和組織的功能［4-6］。

腸道組織具有一定的免疫功能，正常情況下腸道黏膜可抵御致病因子入侵，但腸道上皮遭到破壞時(shí)，黏膜失去抑制炎癥反應(yīng)的能力，導(dǎo)致腸道炎癥的發(fā)生。MiRNAs在細(xì)胞內(nèi)源性和外源性免疫調(diào)節(jié)系統(tǒng)中起重要作用，且參與炎癥調(diào)節(jié)過程，如在巨噬細(xì)胞內(nèi)miR-155可被炎癥細(xì)胞因子和Toll樣受體誘導(dǎo)，影響抗原遞呈和TNF信號(hào)傳導(dǎo);miR-146a受LPS誘導(dǎo)而表達(dá)增加，與miR-146b一起下調(diào)TLR信號(hào)通路中的重要靶基因TNF-6和IL-1的表達(dá)，在炎癥反應(yīng)過程中起到負(fù)反饋?zhàn)饔茫?-9］。同樣，miR-9可通過 TLR4激活 NF-κB途徑，參與NF-κB1的反饋抑制作用［10］。目前已有較多研究表明miRNAs在IBD患者不同亞型中表達(dá)水平較正常人有明顯差異，并且可通過抑制靶基因的表達(dá)參與IBD發(fā)病過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，為研究IBD的發(fā)病機(jī)制和診斷治療提供了新的方向。既往的研究表明UC和CD的發(fā)病機(jī)制具有一定差異，提示這兩種疾病可以通過疾病的分子分型進(jìn)行鑒別，并針對(duì)發(fā)病機(jī)制的不同進(jìn)行治療。

1 MicroRNAs和潰瘍性結(jié)腸炎(UC)

2008 年Wu等通過miRNAs芯片首次直接在活動(dòng)性UC、非活動(dòng)性UC、CD、腸易激綜合征(IBS)、感染性腸炎(IC)和輕微腸炎(MC)患者結(jié)腸黏膜中檢測miRNAs的表達(dá)，并與正常人結(jié)腸黏膜進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，miR-192、miR-375、miR-422b在活動(dòng)性UC患者結(jié)腸黏膜中表達(dá)明顯下降;miR-16、miR-21、miR-23a、miR-24、miR-29a、miR-126、miR-195和 let-7f表達(dá)明顯上升。與正常對(duì)照組相比，IC和 IBS組 miR-375、miR-422b和miR-23a的表達(dá)存在明顯差異。體外研究發(fā)現(xiàn)TNF-α可誘導(dǎo)miR-192表達(dá)下降，并使其靶基因-巨噬細(xì)胞炎癥蛋白-2α(MIP-2α)表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)炎癥過程的發(fā)生［11］。該研究小組還通過比較活動(dòng)性UC和非活動(dòng)性UC患者外周血中的miRNAs發(fā)現(xiàn)，miR-28-5p、miR-151-5p、miR-199a-5p、miR-340*、miRplus-E1271 在活動(dòng)性UC患者外周血中表達(dá)升高;且miR-103-2*、miR-362-3p、miR-532-3p在活動(dòng)性和非活動(dòng)性UC中均升高，而miR-505*均下降。該研究認(rèn)為可以通過外周血中miRNAs的表達(dá)水平差異區(qū)別活動(dòng)性CD、UC及正常人，為IBD的診斷提供新的方法［12］。

Takagi等應(yīng)用miRNA芯片在活動(dòng)性UC患者和正常對(duì)照組中發(fā)現(xiàn)了7個(gè)有意義的miRNAs(P＜0.01)。經(jīng)realtime RT-PCR驗(yàn)證，miR-21和miR-155在活動(dòng)性UC患者結(jié)腸黏膜中表達(dá)明顯升高，而其他5個(gè)miRNAs無顯著變化［13］。既往對(duì)其他疾病的研究發(fā)現(xiàn)，miR-21可能作為診斷早期癌癥的標(biāo)記物，并且是癌癥治療潛在的新靶點(diǎn);miR-155在炎癥、免疫和心血管疾病中發(fā)揮重要作用［14-15］。因此可以推測在活動(dòng)性UC中，miR-21和miR-155可能參與了腸道黏膜炎癥和免疫反應(yīng)，其具體機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

Fasseu等通過檢測活動(dòng)期和靜止期UC患者及正常對(duì)照組結(jié)腸黏膜miRNAs表達(dá)發(fā)現(xiàn)，miR-29a、miR-29b、miR-126*、miR-127-3p和 miR-324-3p在 UC 患者中均升高，miR-188-5p、miR-25、miR-320a和 miR-346在UC患者中均下降;miR-196a在靜止期UC患者中表達(dá)明顯下降，miR-7、miR-31、miR-135b、miR-223 在活動(dòng)期UC患者中表達(dá)明顯異常。miRNAs在病情靜止期IBD患者仍有變化，表明miRNAs在IBD病程各階段均發(fā)揮重要作用［16］。

2 MicroRNAs與 Crohn’s病(CD)

CD作為IBD的另一個(gè)重要亞型，其發(fā)生與免疫反應(yīng)及遺傳易感性密切相關(guān)。UC一般僅累及結(jié)腸黏膜，而CD可侵犯包括末端回腸的胃腸道各個(gè)區(qū)域。CD和UC在臨床表現(xiàn)、基因分型等方面均有差異［17-18］。Wu等用miRNA芯片檢測活動(dòng)性及非活動(dòng)性UC和CD患者血清樣本，發(fā)現(xiàn)與正常對(duì)照組相比活動(dòng)性CD患者中5個(gè)miRNAs顯著升高，2個(gè)miRNAs(miR-149和miR-1056)顯著降低?；顒?dòng)性UC與活動(dòng)性CD相比，10個(gè)miRNAs顯著升高，1個(gè)miRNA顯著降低;miR-199a-5p、miR-362-3p、miR-532-3p 和 miR-plus-E1271在活動(dòng)性CD患者外周血中升高，以miR-362-3p最為明顯。MiR-340*在活動(dòng)性及非活動(dòng)性CD患者血清中均升高，miR-149*均下降，而 miRplus-F1065僅在活動(dòng)性CD患者血清中下降［12］。

另外，對(duì)CD患者末端回腸、盲腸、橫結(jié)腸和直腸黏膜樣本進(jìn)行了miRNA芯片篩選，并經(jīng)real time RTPCR驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn) CD患者末端回腸黏膜中 miR-22、miR-31、miR-215表達(dá)上升，miR-19b下降;而 miR-26a、miR-422b、miR-23a、miR-126、miR-320 和 let-7d 在結(jié)腸不同區(qū)域表達(dá)水平不同。結(jié)果表明miRNAs在IBD的各亞型中表達(dá)存在明顯差異，其可能通過影響炎癥相關(guān)性基因參與IBD的發(fā)生［19］。

3 MicroRNAs與IBD相關(guān)性上皮內(nèi)瘤變(IBDN)

既往研究發(fā)現(xiàn)IBD患者結(jié)腸癌發(fā)病率明顯高于正常人群，且miRNAs的表達(dá)與腫瘤相關(guān)基因密切相關(guān)。Olaru等利用miRNA芯片在8例腸道慢性炎癥和8例IBD相關(guān)性不典型增生的直腸組織中發(fā)現(xiàn)，IBD不典型增生組織中有32個(gè)miRNAs上調(diào)，10個(gè)miRNAs下調(diào)。在這些miRNAs中，miR-31的表達(dá)水平在IBD發(fā)展為IBD相關(guān)性上皮內(nèi)瘤變(IBD-related neoplasia，IBDN)過程中逐漸升高;并且通過軟件預(yù)測發(fā)現(xiàn)FIH-1(factor-inhibiting hypoxia inducible factor 1，F(xiàn)IH-1)是miR-31的靶基因，miR-31通過與其3'UTR區(qū)的結(jié)合抑制其蛋白水平的表達(dá);由于腫瘤血管生成可被缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia inducible factor，HIF)的活化所調(diào)控，F(xiàn)IH-1可催化HIF轉(zhuǎn)錄后修飾，F(xiàn)IH-1表達(dá)下降則可限制HIF的活化，因此miR-31可能通過下調(diào)FIH-1表達(dá)影響腫瘤血管生成，參與了 IBDN的發(fā)?。?0］。

4 MicroRNAs與腸易激綜合征(IBS)

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)是一類腸道功能性疾病，近年來有研究發(fā)現(xiàn)IBD患者中常有類似IBS的癥狀及部分有癥狀重疊現(xiàn)象，此類癥狀常出現(xiàn)在亞臨床IBD或IBD緩解期，甚至有學(xué)者認(rèn)為腹瀉型IBS是IBD的前期，這兩種疾病可能存在共同的發(fā)病機(jī)制［21-22］。Zhou等通過對(duì)19例腹瀉型IBS患者和10例正常人小腸、結(jié)腸黏膜和血清樣本miRNAs檢測后發(fā)現(xiàn)，miR-29a在IBS患者結(jié)腸黏膜、小腸黏膜及血微泡中表達(dá)升高，并通過與其靶蛋白谷氨酰胺合成酶(Glutamine synthetase，GLUL)3'UTR區(qū)結(jié)合造成蛋白表達(dá)降低，使腸道黏膜通透性增高。這提示miR-29a可能通過調(diào)節(jié)GLUL影響腸道黏膜通透性，進(jìn)一步闡明了IBS的發(fā)病機(jī)制，為IBS提供了新的治療策略［23］。

目前，miRNAs的功能尚不十分明確，但其在腫瘤及炎癥過程中的作用越來越受到人們的重視。miRNAs在IBD發(fā)生中的作用已經(jīng)引起研究者的關(guān)注，miRNAs在IBD發(fā)病過程的作用認(rèn)識(shí)的不斷深入，為IBD的治療提供新的線索。

［1］Podolsky DK.Inflammatory bowel disease［J］.N Engl J Med，2002，347(6):417-429.

［2］Kugathasan S，Amre D.Inflammatory bowel disease-environmental modification and genetic determinants［J］.Pediatr Clin North Am，2006，53(4):727-749.

［3］Bouma G，Strober W.The immunological and genetic basis of inflammatory bowel disease［J］.Nat Rev Immunol，2003，3(7):521-533.

［4］Doench JG，Sharp PA.Specificity of microRNA target selection in translational repression［J］.Genes Dev，2004，18(5):504-511.

［5］Flynt AS，Lai EC.Biological principles of microRNA-mediated regulation:shared themes amid diversity ［J］.Nat Rev Genet，2008，9(11):831-842.

［6］Zhang B，Wang Q，Pan X.MicroRNAs and their regulatory roles in animals and plants［J］.J Cell Physiol，2007，210(2):279-289.

［7］Rodriguez A，Vigorito E，Clare S，et al.Requirement of bic/microRNA-155 for normal immune function ［J］.Science，2007，316(5824):608-611.

［8］O’Connell RM，Taganov KD，Boldin MP，et al.MicroRNA-155 is induced during the macrophage inflammatory response［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2007，104(5):1604-1609.

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

［10］Bazzoni F，Rossato M，F(xiàn)abbri M，et al.Induction and regulatory function of miR-9 in human monocytes and neutrophils exposed to proinflammatory signals［J］.Proc Natl Acad Sci U S A，2009，106(13):5282-5287.

［11］Wu F，Zikusoka M，Trindade A，et al.MicroRNAs are differentially expressed in ulcerative colitis and alter expression macrophage inflammatory peptide-2 alpha［J］.Gastroenterology，2008，135(5):1624-1635.

［12］Wu F，Guo NJ，Tian H，et al.Peripheral blood microRNAs distinguish active ulcerative colitis and Crohn’s disease［J］.Inflamm Bowel Dis，2011，17(1):241-250.

［13］Takagi T，Naito Y，Mizushima K，et al.Increased expression of microRNA in the inflamed colonic mucosa of patients with active ulcerative colitis ［J］.J Gastroenterol Hepatol，2010，25 Suppl 1:S129-S133.

［14］Chan JA，Krichevsky AM，Kosik KS.MicroRNA-21 is an antiapoptotic factor in human glioblastoma cells［J］.Cancer Res，2005，65(14):6029-6033.

［15］Faraoni I，Antonetti FR，Cardone J，et al.miR-155 gene:a typical multifunctional microRNA［J］.Biochim Biophys Acta，2009，1792(6):497-505.

［16］Fasseu M，Treton X，Guichard C，et al.Indentification of restricted subsets of mature microRNA abnormally expressed in inactive colonic mucosa of patients with inflammatory bowel disease［J］.PLoS One，2010，5(10):e13160.

［17］Rutgeerts P，Geboes K，Vantrappen G，et al.Predictability of the postoperative course of Crohn’s disease ［J］.Gastroenterology，1990，99(4):956-963.

［18］Lawrance IC，F(xiàn)iocchi C，Chakravarti S.Ulcerative colitis and Crohn’s disease:distinctive gene expression profiles and novel susceptibility candidate genes［J］.Hum Mol Genet，2001，10(5):445-456.

［19］Wu F，Zhang S，Dassopoulos T，et al.Identification of microRNAs associated with ileal and colonic Crohn’s disease［J］.Inflamm Bowel Dis，2010，16(10):1729-1738.

［20］Olaru AV，Selaru FM，Mori Y，et al.Dynamic changes in the expression of MicroRNA-31 during inflammatory bowel disease-associated neoplastic transformation［J］.Inflamm Bowel Dis，2011，17(1):221-231

［21］Minderhoud IM，Oldenburg B，Wismeijer JA，et al.IBS-like symptoms in patients with inflammatory bowel disease in remission;relationships with quality of life and coping behavior［J］.Dig Dis Sci，2004，49(3):469-474.

［22］Quigley EM.Irritable bowel syndrome and inflammatory bowel disease:interrelated disease?［J］.Chin J Dig Dis，2005，6(3):122-132.

［23］Zhou Q，Souba WW，Croce CM.MicroRNA-29a regulates intestinal membrane permeability in patients with irritable bowel syndrome［J］.Gut，2010，59(6):775-784.