miR126功能的多效性與先天性免疫

白玉, 陸雯蕓, 韓凝, 邊紅武, 朱睦元

浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院遺傳所, 杭州 310058

自 1993年在線蟲(Caenorhabditis elegans)中首次發(fā)現(xiàn) microRNAs (miRNAs)以來[1], miRNAs作為一種重要的基因轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子受到了廣泛關(guān)注。目前除真菌外, 其他物種中均發(fā)現(xiàn)了 miRNAs。miRNAs是內(nèi)源的、非編碼的小 RNA分子, 與AGO(Argonaute)蛋白結(jié)合形成 RISC(RNA-induced silencing complex)復(fù)合體, 指導(dǎo)AGO蛋白與互補(bǔ)的mRNA結(jié)合, 并進(jìn)一步剪切互補(bǔ)的mRNA或者抑制mRNA的翻譯[2]。隨著技術(shù)的發(fā)展及研究的深入, 人們發(fā)現(xiàn) miRNAs可參與諸多的生物進(jìn)程, 包括細(xì)胞的增殖[3]、分化[4]、凋亡[5]、癌癥的形成[6]及抗病毒應(yīng)答反應(yīng)[7]。miR126在內(nèi)皮細(xì)胞及漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞中高表達(dá), 有多個(gè)靶基因, 與血管的新生、癌癥的發(fā)生及遷移、先天性免疫有著密切的關(guān)系。miR126表達(dá)量的變化與多種癌癥相關(guān), 分析 miR126在不同腫瘤內(nèi)的表達(dá)水平有利于闡明腫瘤的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制, 為癌癥的診斷及治療提供新的方法和策略。本文綜述了 miR126功能的多效性, 并著重介紹了miR126與先天性免疫的關(guān)系。

1 miR126序列及其保守性

2002年通過測序首次在小鼠(Mus musculus)的心臟中發(fā)現(xiàn)了miR126[8]。2010年miRBase數(shù)據(jù)庫公布了15種動(dòng)物的miR126成熟體序列。從河豚(Fugu)到人類(Homo sapiens), miR126及miR126*非常保守(圖 1), 成熟體 miR126 序列為 5′-UCGUACCGUGAGUAAUAAUGCG-3′。在脊椎動(dòng)物中, miR126 來源于Egfl7 基因的第7個(gè)內(nèi)含子[9,10], Egfl7編碼一種內(nèi)皮細(xì)胞(Endothelial cells, ECs)特異的分泌肽, 可以調(diào)控新生血管內(nèi)皮芽細(xì)胞的移動(dòng)和定位[11]。

圖1 miR126的形成及在各物種中的保守性

2 miR126的功能

2.1 miR126促進(jìn)血管新生

miR126在內(nèi)皮細(xì)胞中高表達(dá), 可以促進(jìn)血管的新生。內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成了血管的內(nèi)表面, 與血管的形成、血管的完整性、血管損傷相關(guān)[12]。研究發(fā)現(xiàn), 敲除 miR126的小鼠體內(nèi)不能形成完整的血管, 并且有部分小鼠在胚胎期死亡, 即使存活下來的小鼠也會由于血管異常而導(dǎo)致心臟破裂、心肌梗塞, 最終死亡[9]。究其原因, miR126可以抑制 Spred1[9]及p85β(PI3KR2)[13]基因的表達(dá), SPRED是MAPK途徑的抑制因子, PI3KR2是PI3K的亞基。當(dāng)miR126下調(diào)時(shí), SPRED和PI3KR2的過表達(dá)會抑制MAPK和PI3K信號途徑, 影響血管新生因子(VEGF和 FGF等)信號的傳遞, 導(dǎo)致血管生成受阻(圖2)。最新研究顯示, 通過脂質(zhì)體包裹技術(shù)(Bubble liposomes, BLs)將 miR126導(dǎo)入到后肢缺血的小鼠體內(nèi), 注射后的小鼠體內(nèi)血管新生因子表達(dá)量上升, 血流量增加。因此, 這一技術(shù)有望應(yīng)用于后肢缺血的治療[14]。

圖2 miR126參與血管新生形成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

2.2 miR126與癌癥

近幾年, 通過轉(zhuǎn)錄組分析及微序列分析揭示了許多與腫瘤相關(guān)的miRNAs, 如miR126。研究發(fā)現(xiàn),乳腺癌細(xì)胞中 miR126下降[15], 在裸鼠的原發(fā)性乳腺癌細(xì)胞中恢復(fù) miR126的表達(dá)可以抑制腫瘤的生長及轉(zhuǎn)移[16]。同時(shí)在肺癌[17]、胃癌[18]、宮頸癌[19]、膀胱癌、前列腺癌[20]中均發(fā)現(xiàn)了 miR126表達(dá)量的變化。miR126依賴于其靶基因行使功能, 由于miR126有不同的靶基因, 可以通過多種方式調(diào)控癌癥。其中VEGF-A(Vascular endothelial growth factor A)基因編碼血管內(nèi)皮生長因子, 該基因在多種癌細(xì)胞中表達(dá)量上升。miR126可以作用于VEGF-A的3′非翻譯區(qū)(3′ UTR), 降低該蛋白的積累水平, 導(dǎo)致肺癌細(xì)胞停留在G1期, 抑制癌細(xì)胞的生長[21]。信號接頭蛋白 Crk與細(xì)胞黏著, 與癌細(xì)胞遷移有關(guān),miR126可以通過剪切Crk基因的3′ UTR區(qū), 抑制乳腺癌、肺癌細(xì)胞的黏附、遷移及侵襲[22]。綜上所述,miR126是通過作用于不同的靶基因, 參與不同的信號通路調(diào)控癌癥的發(fā)生、生長及遷移。

2.3 miR126與先天性免疫

幾乎在所有的物種中均發(fā)現(xiàn)了病毒病原體, 為了防御病毒病原體的入侵, 有機(jī)體形成了相應(yīng)的感應(yīng)及防御機(jī)制[23]。真核生物通過先天性免疫(Innate immune)和獲得性免疫(Adaptive immune)來識別及清除入侵的病原微生物。雖然獲得性免疫具有專一性, 但是啟動(dòng)獲得性免疫需要的時(shí)間較長。為了快速應(yīng)答病毒感染, 哺乳動(dòng)物已經(jīng)進(jìn)化出復(fù)雜的先天性免疫系統(tǒng)來抵抗微生物的侵襲。先天性免疫是動(dòng)物體在長期種系發(fā)育和進(jìn)化過程中不斷地與入侵的微生物作斗爭而逐漸建立起來的, 可遺傳給后代的生物體防御系統(tǒng)的總稱。這種免疫的作用廣泛, 能對抗多種微生物, 無專一性, 故又稱為非特異性免疫。先天性免疫通過特殊的模式識別受體(Pattern-recognition receptors, PRRs)并感知病原體關(guān)聯(lián)的分子模式(Pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)來識別入侵的病原體[24]。如漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞(Plasmacytoid dendritic cells, pDCs)可表達(dá) Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR)TLR7或者TLR9, 其中TLR7可以結(jié)合單鏈的RNA, TLR9可結(jié)合雙鏈的 DNA[25], 在病毒感染的刺激下, 能產(chǎn)生以干擾素 α(Interferon α, IFN-α)為主的細(xì)胞因子, 發(fā)揮抗病毒的作用[26]。研究顯示 TLRs信號與 miRNAs之間有著密切的關(guān)系[27], 其中miR146及miR155可以感應(yīng)未甲基化的 CpG或者 TLR配基的變化。在未甲基化的 CpG和 TLR配基存在時(shí), 巨噬細(xì)胞(Macrophage)及樹突狀細(xì)胞(Dendritic cells, DCs)中的 miR146及 miR155表達(dá)量上升[28,29], 這些miRNAs可以在啟動(dòng)先天性免疫后對先天性免疫進(jìn)行調(diào)節(jié), 但是在穩(wěn)定狀態(tài)(Steady state)即感染之前,miRNAs是否可以調(diào)節(jié)機(jī)體對病毒的應(yīng)答呢?

最新研究表明, miR126是迄今唯一參與先天性免疫平穩(wěn)期病毒應(yīng)答反應(yīng)的 miRNA[30]。當(dāng)注射TLR9拮抗劑(未甲基化的 CpG)或者 TLR7拮抗劑(R-848)后, 與野生型相比 miR126-/-(miR126基因敲除)小鼠體內(nèi)IFN-α及白介素6(Interleukin 6, IL-6)的表達(dá)量降低。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)證明, 當(dāng)注射未甲基化的CpG 3 h后, miR126-/-小鼠體內(nèi)漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞的活力明顯下降, 并且遷移力受阻。綜上所述,miR126的缺失可以加速漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞的凋亡, 損壞先天性免疫對未甲基化的 DNA及單鏈RNA的應(yīng)答, 同時(shí) miR126與漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞行使正常的功能相關(guān)。

人們通常認(rèn)為 miR126主要在在內(nèi)皮細(xì)胞中特異性表達(dá)[9], 但 Agudo等[30]研究結(jié)果顯示, 在小鼠及人類體內(nèi) miR126均在漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞中高表達(dá); Tsc1是miR126的靶基因, 同樣在漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞中表達(dá)。TSC1是 哺乳動(dòng)物類雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin, mTOR)的抑制因子, PI3K/mTOR信號通路通過感受生長因子的信號調(diào)控多種細(xì)胞的擴(kuò)增及凋亡。在漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞中miR126除了影響Tsc1外, 還可以影響Kdr的表達(dá), miR126-/-小鼠體內(nèi)漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞中該基因的表達(dá)量下降。Kdr可編碼 VEGFR2,VEGFR2是生長因子VEGF-A的受體。在穩(wěn)定狀態(tài)下, VEGFR2只在內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá), 與內(nèi)皮細(xì)胞存活相關(guān)[31]。Agudo等[30]研究表明, miR126作用于Tsc1影響了 PI3K/mTOR信號通路, 最終通過 VEGFR2影響了漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)及功能(圖3)。

3 miR126與癌癥治療

miR126的功能具有多效性, 可以通過不同的靶基因(表1)參與血管的新生, 抑制癌細(xì)胞的生長及增殖, 抑制漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞的凋亡及維持漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞的正常功能。

圖3 miR126作用于VEGF途徑并影響漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞的凋亡

表1 miR126的靶基因及其參與的生理活動(dòng)

目前一部分治療癌癥的藥物是以VEGF信號通路為靶位點(diǎn)。VEGF-A可以促進(jìn)來自動(dòng)脈、靜脈及淋巴的血管內(nèi)皮細(xì)胞的生長[37], 誘導(dǎo)血管的生成[38]。VEGF-A結(jié)合兩個(gè)高度相關(guān)的受體酪氨酸激酶(Receptor tyrosine kinase, RTKs)—VEGFR1[39]和VEGFR2[40]。其中VEGFR2在血管生成過程中起著重要的作用, 在Flk-1缺失突變的小鼠體內(nèi)不能正常形成血管[41]。許多癌細(xì)胞系在體外會分泌VEGF-A,原位雜交顯示多種人類的腫瘤會表達(dá) VEGF的mRNA[42], 同時(shí)許多遷移活動(dòng)會促進(jìn)VEGF的表達(dá),癌細(xì)胞的突變及增大也會促進(jìn)VEGF表達(dá)上調(diào)[43]。根據(jù)1993年的報(bào)道, VEGF-A的單克隆抗體可以阻止裸鼠體內(nèi)某些的腫瘤細(xì)胞的生長[44], 并且隨著臨床效果的確定, 美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)公布了一些以VEGF-A及VEGFR2為靶標(biāo)治療癌癥的藥物, 如用于治療癌癥及黃斑變性的藥物Bevacizumb(Avastin)[45]。但值得深思的是, VEGFR2在抑制漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞的凋亡及維持漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞的功能方面起著重要的作用, 而漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞在先天性免疫中是必不可少的, 如若使用以VEGF及VEGFR2為靶標(biāo)治療癌癥的藥物是以損壞先天性免疫為前提的, 那么是否繼續(xù)使用這些抗癌藥物還有待進(jìn)一步的考證。

通過自身免疫來治療癌癥被 Science評為 2013年十大突破之首(http://scim.ag/med_6165)。但是利用自身免疫治療癌癥仍受到一定的限制, 主要因?yàn)榘┘?xì)胞具有逃避免疫監(jiān)視和免疫攻擊的能力[46]。同時(shí)免疫治療具有一定的副作用, 如引起結(jié)腸炎、腦垂體炎及免疫系統(tǒng)紊亂等。而最新研究顯示, 可以利用人工構(gòu)建的hTIE2-IFN-mirT (以人類的TIE2為啟動(dòng)子, 介導(dǎo)INF及 miR126靶序列的轉(zhuǎn)錄)慢病毒載體影響IFN-α的傳遞以阻止乳腺癌的演進(jìn)[47]。因此,以 miR126靶分子有望為癌癥的診斷及治療提供一種新的途徑。值得注意的是, 若降低miR126的表達(dá)量會降低機(jī)體對病毒的免疫應(yīng)答并促進(jìn)癌癥的形成,但 miR126表達(dá)量過高則會促進(jìn)自身免疫并引發(fā)炎癥。因此, 如何使miR126的表達(dá)量達(dá)到平衡以避免引起不同的疾病還需進(jìn)一步的研究。目前對miR126的研究已經(jīng)有一定的基礎(chǔ), 但是受技術(shù)的限制對其靶基因的認(rèn)識仍然缺乏, 尚無法對其作用機(jī)制進(jìn)行全面深入的研究。在治療方面, 如何將miR126導(dǎo)入到靶組織并保持其活性仍是個(gè)難題。盡管還有許多困難需要攻破, 但是 miR126在相關(guān)疾病的治療方面的前景是不容忽視的。

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