MicroRNA183家族與聽力損失

張志遠(yuǎn) 劉凱△ 綜述 張劍 審校

MicroRNA183家族與聽力損失

張志遠(yuǎn)1劉凱1△綜述 張劍1審校

microRNA（miRNA）183家族由3個同源miRNA組成（miR-183，miR-96和miR-182），長約4 kb，在眼、鼻及內(nèi)耳的特定感覺細(xì)胞中有充分的表達(dá)，對內(nèi)耳的發(fā)展過程有著重要的影響［1，2］。因此，miRNA183家族在聽覺及聽力損失中的作用開始被關(guān)注，有觀點認(rèn)為其成員特定區(qū)域的突變可能為聽力損失的重要因素之一［3］，但仍存在爭議。本文擬通過對miRNA183家族成員與聽力損失之間的關(guān)系進(jìn)行綜述，期望為聽力損失的早期預(yù)防和診治開辟新的途徑提供參考。

1 miRNA的概述

miRNA是1993年在研究線蟲突變體時發(fā)現(xiàn)的一類長約21～25個核苷酸的小分子非編碼RNA，廣泛存在于哺乳動物基因組中，具有高度的保守性［4］。在人和大鼠，約一半miRNA基因存在于內(nèi)含子中，并與已知的蛋白編碼基因一起表達(dá)。約三分之一與其他的miRNA基因串聯(lián)在一起，顯示一種協(xié)調(diào)性的表達(dá)［5］。miRNA是一類非常重要的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子，研究發(fā)現(xiàn)，為數(shù)不多的miRNA可以決定約30%的蛋白編碼基因的表達(dá)，同時miRNA與惡性腫瘤、心血管疾病以及正常的細(xì)胞增殖、分化、凋亡、應(yīng)激、脂肪代謝、生長發(fā)育等密切相關(guān)［6］。miR-183家族很可能是多順反子基因，在脊椎動物的單個基因座上共表達(dá)［7］。

2 miRNA183家族在內(nèi)耳毛細(xì)胞中的表達(dá)

Lagos-Quintana等［8］應(yīng)用克隆和排序的方法研究miRNA的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，在不同的細(xì)胞類型與組織中存在大量獨特的miRNA，而且許多是有區(qū)別的表達(dá)。miRNA在生物的發(fā)展過程中起著重要作用，包括脊椎動物的發(fā)展以及各種組織類型的細(xì)胞系分化過程。在脊椎動物中，miRNA以一種高組織特異性的方式表達(dá)，miR-183家族成員表達(dá)在不同器官的感覺細(xì)胞中，包括斑馬魚的嗅覺上皮組織、眼、耳和神經(jīng)丘，小鼠的感覺神經(jīng)以及眼、耳的感覺細(xì)胞［9］。

Wienholds等［9］研究發(fā)現(xiàn)，在斑馬魚的機械感覺器官中有一定的miRNA表達(dá)，miR-183家族在斑馬魚的內(nèi)耳毛細(xì)胞以及神經(jīng)丘上表達(dá)，并認(rèn)為miRNA的表達(dá)有細(xì)胞特異性，可能對脊椎動物的內(nèi)耳發(fā)育起著重要作用。Weston等［10］研究發(fā)現(xiàn)，在已知的miRNA中，約三分之一在大鼠的內(nèi)耳表達(dá)，而且這種表達(dá)貫穿了從出生到成熟的整個過程，miRNA在內(nèi)耳毛細(xì)胞中表達(dá)相當(dāng)穩(wěn)定，提示其在細(xì)胞發(fā)育和分化的胚胎期就已經(jīng)存在。該實驗也證實并補充了Wienholds等的研究結(jié)果，認(rèn)為miR-183家族在整個哺乳類動物的聽覺和前庭器官的毛細(xì)胞中廣泛表達(dá)。miRNA在斑馬魚和哺乳動物的機械感覺毛細(xì)胞中表達(dá)的進(jìn)化保守性，提示在不同生物體中其功能也具有同樣的保守性。正是因為這些miRNA序列的高度保守性，使得其在內(nèi)耳毛細(xì)胞等功能感覺細(xì)胞的發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用［11］。

Sacheli等［12］應(yīng)用LNA探針詳細(xì)研究從胚胎到成熟期的小鼠內(nèi)耳中miR-183家族成員的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)在耳蝸結(jié)構(gòu)成形和分化的頂峰期，miR-183家族成員呈現(xiàn)了一種受限并動態(tài)的表達(dá)，證實并補充了Weston等的研究結(jié)果，認(rèn)為miR-183家族具有感覺組織特異性。更重要的是，其不同時間與空間的表達(dá)與內(nèi)耳的功能成熟相關(guān)，起初在整個上皮細(xì)胞中都有表達(dá)，隨后在前庭和聽覺器官的高分化毛細(xì)胞中其表達(dá)受到限制。miRNA在多細(xì)胞生物中的表達(dá)呈現(xiàn)出時空及組織細(xì)胞特異性，其參與了組織的形態(tài)發(fā)生和細(xì)胞的分化［8］。因此，研究者認(rèn)為miR-183家族成員的表達(dá)在管理前庭和內(nèi)耳聽覺部分的細(xì)胞分化和規(guī)范方面起到了重要作用。

3 miRNA183家族對內(nèi)耳發(fā)育的影響

盡管有上百種miRNA存在于斑馬魚和其他的脊椎動物的胚胎中，但目前對個別miRNA在發(fā)育過程中所起的作用仍不甚了解。Li等［2］通過研究斑馬魚胚胎發(fā)育，證實miR-183家族成員在內(nèi)耳毛細(xì)胞和神經(jīng)元的發(fā)育過程中起到了重要的作用，認(rèn)為在排除轉(zhuǎn)錄因子（例如Atoh1）和Delta-Notch信號破壞等因素后，miRNA的錯誤表達(dá)能產(chǎn)生過多的毛細(xì)胞；而在miRNA沉默基因的過度表達(dá)時，會引起毛細(xì)胞數(shù)量明顯減少。該研究結(jié)果顯示了miRNA在確保感覺上皮細(xì)胞發(fā)育過程中，特別是對調(diào)節(jié)感覺細(xì)胞精確數(shù)量的必要性。因此，對毛細(xì)胞而言，miRNA的功能是調(diào)節(jié)靶基因的精確水平。

在斑馬魚的內(nèi)耳中有神經(jīng)細(xì)胞和毛細(xì)胞，研究發(fā)現(xiàn)［2］，兩種細(xì)胞分化后表達(dá)的miR-183家族成員水平不同，神經(jīng)細(xì)胞miR-183的表達(dá)水平低于毛細(xì)胞，而且在miRNA的超表達(dá)過程中呈現(xiàn)一種消極的影響，然而毛細(xì)胞在相同處理下體現(xiàn)了積極的影響，提示miRNA的許多靶向轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在初始的毛細(xì)胞中受抑制，但又可能是必需的。迄今為止，對于神經(jīng)源性基因（包括特定的聽平衡神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元），在其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物上沒有預(yù)測到miR-183家族成員的結(jié)合位點［2］。因為miRNA的功能是通過抑制其靶基因在轉(zhuǎn)錄后的水平來發(fā)揮作用，所以miRNA和靶基因是起決定性的作用。研究證實［2］，miR-183家族靶基因在其基因突變體中仍表達(dá)穩(wěn)定，盡管如此，突變引起的功能喪失提示在毛細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞，三種miRNA的功能有重疊，它們可能至少擁有一些共同的靶基因。這也支持過量的miR-182能夠部分緩和由miR-96基因沉默而引起的毛細(xì)胞缺失這一結(jié)果。另外，個別miR-183家族成員的超表達(dá)結(jié)果也顯示了其在增加毛細(xì)胞數(shù)量和前感覺細(xì)胞形態(tài)大小上的不同能力，同時也暗示它們各自也結(jié)合了一些獨特的靶基因［2］。Xu等［13］通過應(yīng)用生物信息學(xué)為基礎(chǔ)的靶基因預(yù)測也支持以上結(jié)論。靶基因的發(fā)現(xiàn)揭示了miR-183家族成員形態(tài)紊亂的潛在分子基礎(chǔ)。

目前關(guān)于miR-183家族成員如何影響毛細(xì)胞的命運尚不清楚，可能是通過間接刺激毛細(xì)胞基因或抑制支持細(xì)胞基因，也可能是通過下調(diào)增殖所需蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄過程等方式來起作用的［2］。哺乳動物內(nèi)耳毛細(xì)胞的再生仍是一個很大的難題，鳥類和魚的毛細(xì)胞是可以再生的［14］。盡管有研究者將Atoh1基因在體外可以成功地誘導(dǎo)生后大鼠和豚鼠的內(nèi)耳毛細(xì)胞異位發(fā)育，但是許多毛細(xì)胞仍是不成熟的或者仍有形態(tài)學(xué)的缺陷［15］。因此，一個源于潛在支持細(xì)胞的毛細(xì)胞要想完整再生需要正反兩面的細(xì)胞分化調(diào)控者，可能包括miRNA。miR-183家族在毛細(xì)胞上的大量表達(dá)與miRNA能誘導(dǎo)額外毛細(xì)胞的能力相符，同時也支持該家族在促使毛細(xì)胞再生方面潛在的治療作用。此作用可能是通過促進(jìn)毛細(xì)胞基因的表達(dá)或者抑制原始感覺和支持細(xì)胞基因來實現(xiàn)的［2］。在內(nèi)耳毛細(xì)胞的發(fā)育、分化等過程中，單個miRNA的功能和機制一旦明確必定會加速人們對其作用途徑和因子的了解，而且為miRNA參與基因治療提供了設(shè)想，例如在干細(xì)胞向毛細(xì)胞再生的過程中影響細(xì)胞特性或細(xì)胞分化［16］。

4 miRNA183家族在聽力損失中的作用

Friedman等［1］通過阻礙小鼠內(nèi)耳miRNA的功能發(fā)現(xiàn)內(nèi)耳毛細(xì)胞中的miRNA具有調(diào)節(jié)聽覺功能的作用，這些miRNA一旦出現(xiàn)異常就會導(dǎo)致耳聾，表明miRNA相當(dāng)于內(nèi)耳毛細(xì)胞正常發(fā)育、存活的調(diào)節(jié)器，任何原因引起miRNA異常都可造成漸進(jìn)性聽力損失。

單核苷酸多態(tài)性（SNP）即在基因組上單個核苷酸的變異會引起DNA序列多態(tài)性，在人類基因組中大概每1 000個堿基就有一個SNP。有研究發(fā)現(xiàn)，編碼合成人類miRNA的基因及miRNA的靶基因結(jié)合序列內(nèi)也存在SNP，并通過影響miRNA的合成和成熟，導(dǎo)致新的miRNA形成以及影響靶序列識別，從而影響相關(guān)疾病的易感性［17］。Mencia等［3］發(fā)現(xiàn)miR-96種子區(qū)域SNP與家族遺傳性聽力損失密切相關(guān)；在研究兩個常染色體顯性遺傳導(dǎo)致的進(jìn)行性非綜合征型聽力損失（NSHL）的西班牙家族時發(fā)現(xiàn)，在miR-96種子區(qū)域有兩處突變（+ 13G＞A和+14C＞A）影響了脊椎動物（從魚到人）中呈完全保守性的核苷酸，同時也將突變引起的聽力損失與其他原因引起的聽力下降相區(qū)別。在He-La和NIH-3T3細(xì)胞中，通過分析這些突變對miR -96的加工及靶基因識別等的影響，顯示這兩處突變導(dǎo)致了成熟miRNA水平降低并隱藏了基因沉默的能力。Lewis等［18］在建立小鼠耳聾模型對該SNP位點進(jìn)行了功能驗證，進(jìn)一步闡明了miR-96種子區(qū)域SNP在遺傳性聾中的作用。

近期有研究發(fā)現(xiàn)了與Mencia等不同的結(jié)果，Hildebrand等［19］對150個有常染色體顯性NSHL的美國家庭進(jìn)行了重復(fù)性的研究，未發(fā)現(xiàn)miR-96種子區(qū)域的突變存在，因此認(rèn)為miRNA的突變并不是耳聾的常見原因。Soldà等［20］通過對大量意大利人群的篩選，確認(rèn)在miR-96基因中存在一個異常的可引起NSHL的突變（+57T＞C），與以前所報道的突變不同的是，此突變并未影響到miR-96的種子區(qū)域，但卻改變了miR-96的同伴基因（miR -96*）的序列；而且，此研究證實該突變通過改變前體miRNA（pre-miRNA）的二級結(jié)構(gòu)來損害成熟miR-96的產(chǎn)物，同時間接影響miR-96目的基因的正常調(diào)節(jié)，結(jié)果提示，miR-96的一個定量缺陷足以引起聽力下降［20］。

最近有學(xué)者在新生及成熟的動物內(nèi)耳中發(fā)現(xiàn)了毛細(xì)胞的原始細(xì)胞，即干細(xì)胞［21，22］，通過促進(jìn)原始細(xì)胞向毛細(xì)胞分化將有助于恢復(fù)聽覺功能［23］。當(dāng)前學(xué)者們認(rèn)為許多感覺上皮細(xì)胞是從相同的祖細(xì)胞發(fā)展而來，祖細(xì)胞經(jīng)歷了一系列起始到成熟的過程，最后成為功能性的毛細(xì)胞。通過對候補基因的敲入敲除實驗，在起始或早期的耳基板和聽泡上發(fā)現(xiàn)了少量的分泌蛋白，例如骨形成蛋白4（BMP4）、T-box1（Tbx1）和Notch1［24］。通過在斑馬魚中抑制或超表達(dá)miR-183家族成員，Li等［2］發(fā)現(xiàn)miR-182的超表達(dá)擴大了聽平衡神經(jīng)節(jié)聽覺區(qū)域的缺陷，同時miR-96擾亂了前感覺及聽平衡神經(jīng)節(jié)的結(jié)構(gòu)。miR-183家族的成員同時沉默將引起半規(guī)管和內(nèi)耳的缺陷。Wang等［25］通過培養(yǎng)胚胎小鼠的內(nèi)耳干細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，在內(nèi)耳干細(xì)胞向毛細(xì)胞樣胞體分化過程中有miR-182的表達(dá)，異位的miR-182能促使內(nèi)耳干細(xì)胞向毛細(xì)胞樣胞體分化。其功能可能與公認(rèn)的目的基因T-box1相關(guān)，提示miR-182和T-box1能促使內(nèi)耳干細(xì)胞分化成毛細(xì)胞。因此，這可能是解決毛細(xì)胞缺失造成聽覺障礙的一條新途徑。

miRNA在生物發(fā)育過程中的作用已被廣泛研究，許多高保守性的miRNA在特定的細(xì)胞、器官和生物過程（包括疾?。┲械淖饔靡驳玫搅顺浞值恼J(rèn)識。miR-183家族在內(nèi)耳發(fā)育中有重要的調(diào)控作用，與聽力損失也有密切的關(guān)系，因此，miR-183家族與聽力損失的相關(guān)性將成為未來的研究熱點之一，尤其是在促使毛細(xì)胞再生領(lǐng)域及聽力提高等方面，有望探索基因治療方法。

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（2012-10-12收稿）

（本文編輯 周濤）

10.3969／j.issn.1006-7299.2013.04.031

時間：2013-5-9 13：58

R764.43

A

1006-7299（2013）04-0425-03

1 南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科（南昌 330006）通訊作者：張劍（Email：zhangjian115123＠126.com）

△ 為并列第一作者

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