miR-150與臨床疾病研究的新進展

劉付梅，李祥勇綜述，周克元審校

0 引 言

miRNA是一種在進化過程中高度保守的內源性非編碼小RNA，成熟miRNA長度約為19 nt～23 nt，由莖環(huán)結構的轉錄前體加工而成，主要通過轉錄后的基因沉默的方式調控細胞的發(fā)生、增殖、分化、凋亡、新陳代謝等多種生物過程［1－2］。到目前為止，最新miRNA數據庫收錄的動植物和病毒中的miRNAs有近20000個，人類基因中的miRNAs預計總數超過1000個，雖僅占人類基因總數的2%，卻調控約30%的人類基因［3］。miRNAs起源于蛋白編碼基因序列或蛋白編碼基因間序列，主要通過5'端的“種子序列(Seed Sequence)”與靶mRNA 3'端非翻譯區(qū)(3'untranslated regions，3'UTRs)相互作用，完全互補配對誘導靶mRNA降解，不完全互補配對則阻遏靶基因的翻譯，從而最終達到抑制特定基因表達的作用。

miR-150是一個長度為22個核苷酸的單鏈小分子RNA，定位于人類染色體19q13.33，在淋巴結和脾臟中顯著高表達，并參與免疫系統(tǒng)和造血系統(tǒng)發(fā)生、胚胎發(fā)育以及干細胞分化的調節(jié)，其異常表達會導致免疫系統(tǒng)及造血系統(tǒng)疾病的發(fā)生。進一步的研究表明，miR-150也參與了其他疾病包括腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程。本文就miR-150在人體正常生理過程中的作用以及異常表達引起的機體變化和可能的作用機制作一綜述。

1 miR-150的生物學功能

1.1 miR-150的形成 miR-150是在包括人類在內的哺乳動物中發(fā)現的一類miRNA，定位于人類染色體19q13.33，長度為22nt，見圖1。其形成首先是在RNA聚合酶Ⅱ的作用下，轉錄生成pri-miR-150，再通過進一步的RNaseⅢ內切酶-Drosha酶切，形成約70 nt的莖環(huán)結構pre-miR-150。pre-miR-150在核轉運因子Exportin-5的作用下，進入細胞質，由Dicer剪切，形成一個不完全配對的RNA雙螺旋-miR-150/miR-150*。該結構進一步轉入RNA誘導的沉默復合體(RISC)中，miR-150*由螺旋結構中分離并被降解，而miR-150與RNA誘導的沉默復合體結合，則可以同靶基因mRNA的3'UTR結合，阻遏靶基因的翻譯或誘導靶mRNA降解。

圖1 人類miR-150的合成及序列信息Figure 1 Synthesis of hsa-miR-150 and sequence message

1.2 miR-150的靶基因及生物學功能 在人體正常生理狀態(tài)下，miR-150在淋巴結和脾臟中高表達，它通過調控靶基因的表達直接或間接地參與細胞的生理調控過程，參與機體免疫系統(tǒng)和造血系統(tǒng)發(fā)生、胚胎發(fā)育以及干細胞的分化，影響生物體的生長和發(fā)育。

1.2.1 miR-150與免疫系統(tǒng)發(fā)生 miR-150是在淋巴結和脾臟中主要表達的miRNA，它通過調控其靶基因的表達，參與機體免疫系統(tǒng)調節(jié)，調控T細胞和B細胞的分化。Zhou等［4］在研究中發(fā)現，miR-150在成熟T細胞和B細胞的發(fā)展中呈現明顯的上調表達，特別是在pro-B到pre-B的過渡階段起著重要作用。

1.2.2 miR-150與造血系統(tǒng)發(fā)生 miR-150在造血系統(tǒng)發(fā)生過程中具有重要的作用，可以調節(jié)靶基因表達，引起下游基因表達的變化，進而參與機體造血系統(tǒng)發(fā)生。miRNA可以通過微泡分泌到細胞外環(huán)境中，作為分泌性的細胞調控分子調控生命活動。Li等［5］在研究中發(fā)現，單核細胞分泌的微泡介導的miR-150向內皮細胞遷移可以有效的促進毛細血管生成和血管再生，從而參與造血系統(tǒng)發(fā)生過程。

1.2.3 miR-150與胚胎發(fā)育 miR-150對胚胎發(fā)育具有極為重要的作用。c-Myb轉錄因子對于健康成年人造血系統(tǒng)是必需的，胚胎發(fā)生中Myb缺失突變可以妨礙淋巴細胞發(fā)展過程中c-Myb的作用。2008年，Lin等［6］的研究發(fā)現，c-Myb是 miR-150的一個進化保守的靶點，miR-150的異常表達可以抑制內源性c-Myb的mRNA和蛋白水平的表達，從而影響胚胎發(fā)育過程。

1.2.4 miR-150與干細胞分化 miRNA是干細胞功能的關鍵調控者，參與了干細胞向不同細胞譜系的生存和分化的調控。4型趨化因子受體(chemokine receptor type 4，CXCR4)和間質細胞衍生因子1相互作用在局部缺血組織的干細胞動員和遷移中具有重要作用，miR-150可以通過靶向CXCR4基因從而降低CXCR4水平。Tano等［7］的研究中發(fā)現，局部缺血可以通過抑制骨髓單核細胞中miR-150的表達而促進基因CXCR4的表達，進而增強骨髓干細胞的動員(單核細胞數目增多)和遷移，miR-150可能成為干細胞遷徙到局部缺血組織的一個新的治療靶點。還有研究發(fā)現，miR-150在造血干細胞分化為T淋巴細胞過程中過表達。Fallah等［8］在其2013年的研究中表明，miR-146和miR-150可以促進人臍帶血中的CD133+細胞分化為T淋巴細胞，從而介導了人造血干細胞的分化。

另外，通過對比許多疾病和正常組織中miRNA表達譜發(fā)現，miR-150在許多疾病組織中發(fā)生了異常表達，對應的某些特異性基因也發(fā)生了表達量的變化，這表明miR-150極有可能通過調控這些靶基因參與了疾病的發(fā)生發(fā)展過程。2010年，Wu等［9］報道中發(fā)現腫瘤抑制因子早期生長反應因子2(Early growth response 2，EGR2)是miR-150的一個直接靶基因，miR-150在胃癌中的過表達可以通過抑制EGR2來促進癌細胞的增殖和生長，促進腫瘤發(fā)生和胃癌細胞增殖。先天性角化不良基因1(dyskeratosis congenita 1，DKC1)和絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶 2(serine/threonine kinase2，AKT2)是 PI3KAKT通路的重要組成部分，Watanabe等［10］的研究發(fā)現在NK/T細胞系淋巴瘤和基本淋巴瘤樣品中，miR-150可以通過靶向DKC1和AKT2，引起PI3KAKT通路的持續(xù)激活，導致癌細胞的端粒酶活性永久化，引起癌癥的進一步惡化?？缒ゐさ鞍?型黏蛋白(mucin 4，MUC4)也是 miR-150的一個靶基因，Srivastava等［11］在研究中發(fā)現，miR-150 與 MUC4的3'UTR直接相互作用，可以下調細胞內的MUC4蛋白水平，降低人表皮生長因子受體2及其磷酸化的水平，同時減少下游信號的激活，從而進一步抑制胰腺癌細胞的生長、克隆形成能力、轉移和侵襲能力，并增強其細胞間黏附。Tan等［12］的研究中發(fā)現，miR-150還通過 Survivin、Foxp1介導 B細胞的發(fā)育。

2 miR-150表達異常與疾病

2.1 miR-150表達異常與腫瘤 惡性腫瘤死亡率高，易于復發(fā)和轉移，并且難以早期診斷，隨著miRNA相關研究技術的逐漸成熟，針對miR-150與腫瘤的關系的相關研究成為熱門。miR-150在多種不同癌癥中發(fā)生異常表達，可能介導多種腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及轉移。

2.1.1 miR-150 上調表達 研究發(fā)現，miR-150 在少數淋巴瘤及多種實體瘤組織中異常高表達，可能通過特定的信號通路和靶基因參與了腫瘤的發(fā)生和發(fā)展過程。Zhang等［13］的研究認為miR-150在肝癌腫瘤干細胞中高表達，它可以通過負性調節(jié)原癌基因c-Myb抑制CD133+肝癌腫瘤干細胞的活性。Cai等［14］通過miRNA表達譜分析發(fā)現miR-150在結膜淋巴瘤中異常高表達。Wang等［15］的研究發(fā)現，miR-150在肺癌細胞株A549中上調表達，并可能作為一種癌基因miRNA調控下游p53基因的表達而進一步影響細胞的表型改變。Zhang等［16］在肺癌組織的研究中也證實了這一結論，miR-150在肺癌組織中異常高表達，并可以通過特異性靶向p53基因的3'-UTR而調控細胞的增殖和凋亡。2010年，Wu等［9］發(fā)現miR-150在胃癌細胞系和組織中高表達，其異常高表達可以通過直接靶向腫瘤抑制因子EGR2促進腫瘤發(fā)生和胃癌細胞的增殖。2012年，Inoue等［17］的研究基于miRNA表達譜結果，并對其中異常表達的部分miRNA進行實時定量PCR驗證，也發(fā)現miR-150在胃癌中異常高表達。我們的實驗研究通過對比正常鼻咽上皮細胞和鼻咽癌細胞miRNA表達譜發(fā)現，miR-150在鼻咽癌細胞株CNE1、CNE2中上調最為明顯，表達量可上調300～500倍，miR-150極有可能參與了鼻咽癌的發(fā)生發(fā)展過程。

2.1.2 miR-150 下調表達 研究發(fā)現，miR-150 幾乎在所有的淋巴及造血系統(tǒng)腫瘤中表達量降低，另外在某些實體瘤中也異常低表達，miR-150極有可能作為一種有效的治療靶點應用于臨床。2011年，Watanabe等［10］報道了miR-150在惡性淋巴瘤中可能的作用機制，miR-150可能作為一種腫瘤抑制物，通過其異常下調引起PI3K-AKT通路的持續(xù)激活，導致癌細胞的端粒酶永久性活化，進而導致惡性淋巴瘤的發(fā)生。Sun等［18］的研究表明，miR-150在非小細胞肺癌中低表達，并與臨床病理學特征具有明顯相關性。2011年，Srivastava等［11］在研究中發(fā)現，miR-150在胰腺癌中表達下調，能負性調節(jié)癌基因MUC4而抑制癌細胞增殖、遷移及侵襲，miR-150在肝癌及胰腺癌中作為腫瘤抑制因子發(fā)揮抑癌基因的作用。

2.2 miR-150表達異常與其他疾病

2.2.1 miR-150與炎癥 血循環(huán)中miR-150的下調與細菌感染和炎癥反應密切相關，miR-150可介導炎癥反應過程，一定程度上可以作為判斷疾病的嚴重程度及預后。曾小莉等［19］的研究中發(fā)現，miR-150在膿毒癥患者外周血白細胞中表達降低，而靶基因腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-10等含量上升，且miR-150含量越低，炎癥反應越嚴重，預后越差。

2.2.2 miR-150與組織纖維化 miR-150可通過影響組織中膠原的分泌參與不同組織纖維化的發(fā)生。崔云霞等［20］的研究在糖尿病大鼠模型中發(fā)現miR-150低表達，而Elisa則檢測到其心肌細胞和心肌成纖維細胞中膠原Ⅰ發(fā)生高表達。轉染miR-150 mimics后，膠原Ⅰ分泌降低。故miR-150可能通過靶向膠原Ⅰ參與糖尿病心肌纖維化的發(fā)生。Zheng等［21］的研究中發(fā)現，miR-150可以通過抑制c-Myb的表達抑制肝星形細胞激活，通過靶向 Sp1和Col4A4基因降低Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原的合成而抑制肝纖維化的發(fā)生。

2.2.3 miR-150與肺動脈高血壓 miR-150含量與肺動脈高血壓的生存期直接相關。Rhodes等［22］通過基因表達譜分析研究發(fā)現，在肺動脈高血壓患者血漿中miR-150表達降低最為明顯，而且miR-150降低越多，患者的預后生存期越差。這說明miR-150與肺動脈高血壓患者的生存期具有很強的相關性，血漿中循環(huán)miR-150的水平可以作為患者生存期預測的重要標志。

2.2.4 miR-150與高糖誘導的心肌細胞肥大miR-150可以通過靶向轉錄共激活因子p300調節(jié)高糖誘導的心肌肥大。Duan等［23］的研究中發(fā)現，在高糖誘導的心肌肥大患者體內，miR-150表達急劇降低，而且p300表達量則明顯升高。miR-150 mimics可以抑制p300 3'-UTR熒光報告酶活性及p300內源表達含量，而共轉染p300表達載體和miR-150 mimics則可以逆轉miR-150對心肌肥大的調控作用。這說明miR-150與高糖誘導的心肌肥大密切相關，miR-150參與了p300介導的心肌肥大調控。

2.2.5 miR-150與系統(tǒng)性硬化病 皮膚成纖維細胞中整合素的過表達在系統(tǒng)性硬化病的發(fā)病機理中具有重要作用，miR-150可參與細胞中整合素β3的調控而參與系統(tǒng)性硬化病的發(fā)病過程。Honda等［24］在研究中發(fā)現，無論是在系統(tǒng)性硬化病病人成纖維細胞石蠟切片中，還是在患者血清中，miR-150都發(fā)生低表達，并且進一步證實該情況是由上游的DNA甲基化引起的。這說明miR-150與系統(tǒng)性硬化病關系密切，檢測血清miR-150的水平可能成為臨床上一種新的診斷和治療方法。

3 miR-150在診斷和臨床治療中的應用

隨著生物化學和分子生物學的發(fā)展，如何能更早、更準確的診斷疾病，并在發(fā)病早期及時治療成為目前的一個研究熱點，所以尋找一個有效且穩(wěn)定的生物學標記用于臨床應用則成為我們亟待解決的問題。鑒于miR-150可介導多種疾病，并與疾病的發(fā)生發(fā)展具有較為明確的相關性，我們可以著眼于開發(fā)miR-150作為疾病治療及預后的判斷指標。

研究發(fā)現，在全血、血清、血漿及尿液中均可檢測到 miRNAs的存在，即循環(huán) miRNAs［25］。循環(huán)miRNAs存在于血清及血漿中并表達穩(wěn)定，這為臨床檢測miRNAs的表達及其含量變化提供了可能。鑒于miR-150在不同疾病中可能上調或下調，診斷時可以結合患者的具體情況進行診斷，比如結合檢測血清中其他細胞因子的含量變化，或是結合患者具體的疾病表征進行診斷，故檢測血清中miR-150的變化可作為一種有效的輔助診斷手段;而對于某些已經確診的疾病，且miR-150有明顯變化的情形，可將miR-150作為一種疾病預后的指標，或是疾病嚴重程度的指標［26］。

某些研究發(fā)現，miR-150可以靶向特異性的目標基因，進而調控下游的基因表達變化，引起相應的機體應答，這為我們通過調節(jié)miR-150而改善患者的疾病反應提供了依據。如耶魯大學干細胞中心與癌癥中心Adams等［27］的研究發(fā)現阻斷miR-150可促進化療后的血細胞再生，缺失miR-150小鼠能夠更加有效地再生化療所破壞的白細胞和血小板，據此我們可以設計miR-150阻斷物促進化療后患者體內的血細胞再生，進而改善患者機體狀況;又如曾小莉等［19］的研究中發(fā)現炎癥反應中miR-150的含量與炎癥嚴重程度成反比，我們則可以使用miR-150 mimics導入人體細胞，再轉入患者體內，或是合成has-miR-150前體轉入人體，提高機體中miR-150的含量，降低下游靶基因的表達量，減輕炎癥反應。

4 結語和展望

隨著生物科學技術的高速發(fā)展，新的實驗方法和生物學手段讓我們發(fā)現了越來越多的參與機體生物學功能調節(jié)的各種調控因子，如 ssiRNAs、piwiRNAs、tiny RNAs、隱蔽的不穩(wěn)定轉錄本(cryptic unstable transcripts)［28］，以及近幾年熱門的miRNAs，而miRNAs的組織特異性讓我們可以更有針對性的研究其在臨床中的實際應用，開發(fā)其在疾病治療中的應用方案。所以，組織特異性miRNA的研究正是我們目前的研究趨勢。

目前，也有一些研究著力于miRNA作為生物標志物的開發(fā)研究?；谘逯衜iRNA表達含量和表達特異性極具穩(wěn)定性的特點，開發(fā)miRNA特異性疾病標志也成為了目前的一個研究熱點。

雖然miR-150在造血系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)發(fā)生過程中有了一些初步的研究，部分靶點和作用機制也已得到初步的探討，但關于其在不同疾病特別是惡性腫瘤中的致病機制，以及引起疾病發(fā)生發(fā)展的機制有待進一步的探討和證實。同時，在不同的研究中，我們也發(fā)現miR-150的作用靶點并不是唯一的，其代謝調控機制到底如何，調控單一代謝途徑還是代謝調控網絡，這些都是值得探討的問題。對miR-150的研究將有助于進一步理解miR-150與有關疾病的發(fā)生機制，更好將研究結果應用于臨床，為臨床診斷和治療提供科學依據。

［1］Tokarz P，Blasiak J.The role of MiRNA in metastatic colorectal cancer and its significance in cancer prognosis and treatment［J］.Acta Biochim Pol，2012，379(59):1-8.

［2］Varma SD，Kovtun S.Protective effect of caffeine against high sugar-induced transcription of microRNAs and consequent gene silencing:A study using lenses of galactosemic mice［J］.Mol Vis，2013，19:493-500.

［3］張向君，王加林.MicroRNA-143在肥胖及胰島素抵抗中的研究進展［J］.醫(yī)學研究生學報，2013，26(6):666-668.

［4］Zhou B，Wang S，Mayr C，et al.MiR-150，a microRNA expressed in mature B and T cells，blocks early B cell development when expressed prematurely［J］.Proc Natl Acad Sci USA，2007，104(17):7080-7085.

［5］Li J，Zhang Y，Liu Y，et al.Microvesicle-mediated transfer of miR-150 from monocytes to endothelial cells promotes angiogenesis［J］.J Biol Chem，2013，288(32):23586-23596.

［6］Lin YC，Kuo MW，Yu J，et 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.

［7］Tano N，Kim HW，Ashraf M.MicroRNA-150 Regulates Mobilization and Migration of Bone Marrow-Derived Mononuclear Cells by Targeting Cxcr4［J］.PloS One，2011，6(10):e23114.

［8］Fallah P，Arefian E，Naderi M，et al.miR-146a and miR-150 promote the differentiation of CD133(+)cells into T-lymphoid lineage［J］.Mol Biol Rep，2013，48(8):4713-4719.

［9］Wu Q，Jin H，Yang Z，et al.MiR-150 promotes gastric cancer proliferation by negatively regulating the pro-apoptotic gene EGR2［J］.Biochem Biophys Res Commun，2010，392(3):340-345.

［10］Watanabe A，Tagawa H，Yamashita J，et al.The role of microRNA-150 as a tumor suppressor in malignant lymphoma［J］.Leukemia，2011，25(8):1324-1334.

［11］Srivastava SK，Bhardwaj A，Singh S，et al.MicroRNA-150 directly targets MUC4 and suppresses growth and malignant behavior of pancreatic cancer cells［J］.Carcinogenesis，2011，32(12):1832-1839.

［12］Tan LP，Wang M，Robertus JL，et al.MiRNA profiling of B-cell subsets:Specific miRNA profile for germinal center B cells with variation between centrob lasts and centrocytes［J］.Lab Invest，2009，89(6):708-716.

［13］Zhang J，Luo N，Luo Y，et al.MicroRNA-150 inhibits human CD133-positive liver cancer stem cells through negative regulation of the transcription factor c-Myb［J］.Int J Oncol，2012，40(3):747-756.

［14］Cai J，Liu X，Cheng J，et al.MicroRNA-200 is commonly repressed in conjunctival MALT lymphoma，and targets cyclin E2［J］.Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol，2012，250(4):523-531.

［15］Wang PY，Li YJ，Zhang S，et al.Regulating A549 cells growth by ASO inhibiting miRNA expression［J］.Mol Cell Biochem，2010，339(1-2):163-171.

［16］Zhang N，Wei X，Xu L.miR-150 promotes the proliferation of lung cancer cells by targeting P53［J］.FEBS Lett，2013，587(15):2346-2351.

［17］Inoue T，Iinuma H，Ogawa E，et al.Clinicopathological and prognostic significance of microRNA-107 and its relationship to DICER1 mRNA expression in gastric cancer［J］.Oncol Rep，2012，27(6):1759-1764.

［18］Sun Y，Su B，Zhang P，et al.Expression of miR-150 and miR-3940-5p is reduced in non-small cell lung carcinoma and correlates with clinicopathological features［J］.Oncol Rep，2013，29(2):704-712.

［19］曾小莉，張韶巖，張京嵐，等.微小RNA-150在膿毒癥患者外周血白細胞的表達及其臨床意義［J］.中國呼吸與危重監(jiān)護雜志，2011，10(4):360-364.

［20］崔云霞，畢慧梅，閆俊霞，等.MicroRNA-150在糖尿病心肌纖維化中的變化及對膠原Ⅰ的影響［J］.中國衛(wèi)生檢驗雜志，2012，22(2):208-210.

［21］Zheng J，Lin Z，Dong P，et al.Activation of hepatic stellate cells is suppressed by microRNA-150［J］.Int J Mol Med，2013，32(1):17-24.

［22］Rhodes CJ，Wharton J，Boon RA，et al.Reduced miR-150 is Associated with Poor Survival in Pulmonary Arterial Hypertension［J］.Am J Respir Crit Care Med，2013，187(3):294-302.

［23］Duan Y，Zhou B，Su H，et al.miR-150 regulates high glucoseinduced cardiomyocyte hypertrophy by targeting the transcriptional co-activator p300［J］.Exp Cell Res，2013，319(3):173-184.

［24］Honda N，Jinnin M，Kira-Etoh T，et al.miR-150 Down-Regulation Contributes to the Constitutive TypeⅠCollagen Overexpression in Scleroderma Dermal Fibroblasts via the Induction of Integrinβ3［J］.Am J Pathol，2013，182(1):206-216.

［25］李翰卿，汪俊軍.microRNAs與心肌損傷［J］.醫(yī)學研究生學報，2011，24(10):1091-1094.

［26］Roderburg C，Luedde M，Vargas Cardenas D，et al.Circulating microRNA-150 serum levels predict survival in patients with critical illness and sepsis［J］.PLoS One，2013，8(1):e54612.

［27］Adams BD，Guo SQ，Bai HT，et al.An In Vivo Functional Screen Uncovers miR-150-Mediated Regulation of Hematopoietic Injury Response［J］.Cell Rep，2012，2(4):1048-1060.

［28］Mercer TR，Dinger ME，Mattick JS.Long non-coding RNAs:insights into functions［J］.Nat Rev Genet，2009，10(3):155-159.