micro RNAs在急性胰腺炎中的研究新進展

賈重陽 張辰龍 張小強

·綜述·

micro RNAs在急性胰腺炎中的研究新進展

賈重陽1張辰龍2張小強1

MicroRNAs(miRNAs)是屬于小的非編碼RNA(small non-coding RNA),長約19～23個核苷酸的內源性非編碼單鏈RNA分子[1-3],約70個堿基大小形成發(fā)夾結構的單鏈RNA前體且經過Dicer酶加工后生成。有5’端磷酸基和3’羥基,大小約21～25nt的小分子RNA片斷,定位于RNA前體的3’端或者5’端。目前認為，miRNA是基因表達的主要調節(jié)分子,以序列互補的方式與特異靶mRNA結合,通過降解靶mRNA或者抑制其蛋白翻譯調控靶基因的表達。miRNA不但在基本的生物過程,如發(fā)育、應激反應、代謝和基因組完整性維持等方面有基本而重要的調控作用,在疾病的發(fā)展全過程中,也發(fā)揮著重要的調控作用[4-6]。miRNAs不僅存在細胞內,最近的研究表明在血漿和血清中同樣穩(wěn)定存在著miRNAs[7],也同樣穩(wěn)定的存在于包括唾液[8]、尿液[9]、乳汁[10]、精漿、眼淚、羊水、支氣管肺泡灌洗液、腦脊髓液、腹膜液和胸膜液[11-12]等各種體液中,且種類不同,其含量亦明顯不同[13]。這些結果提示細胞外miRNAs可以作為疾病診斷的生物標志物,也揭示了細胞外miRNAs在人體中介導細胞間通訊方式。目前miRNAs在不同惡性腫瘤方面研究成果頗多,但對于急性胰腺炎(acute panreatitis,AP)的研究相對較少。筆者從現(xiàn)有文獻中檢索并予以歸納總結。

一、作為生物標記物

1.miRNA正常胰腺組織中的表達:Szafranska等[14]發(fā)現(xiàn)miR-216和miR-217表達與miR-133a的缺失表達可用于確定組織或細胞的胰腺來源。Erener等[15]分別測定了人群及C57BL/6小鼠的多種組織中miR-375的分布情況結果顯示無論是在人群還是小鼠中miR-375在胰腺中都呈高表達狀態(tài)。

2.miRNA在胰腺炎中的表達:王春全等[16]發(fā)現(xiàn)miR-216a在AP患者的外周血中的含量較健康人群和淀粉酶非特異性升高的人群均顯著升高,該作者認為miR-216a可作為AP早期診斷的標志物之一。Usborne等[17]對胰腺外分泌損傷(exocrine pancreatic injury,EPIJ)的動物模型(采用蛙皮素或氰基羥基丁烷cyanohydroxybutene,CHB誘導)中生物標記物進行研究,發(fā)現(xiàn)微小EPIJ與血液或炎癥生物標記變化無關。EPIJ嚴重程度評分的增加與淀粉酶和脂肪酶的增加相關,在24～48 h EPIJ是最嚴重的,在24 h mir-216a(32倍)和mir-375(23倍) 增加,在48 h時蛙皮素組的酶處于正常。在CHB 組mirs-216a和mir-375分別增加了800 和500倍,在24～72 h mir-375仍然升高。該作者認為對于EPIJ胰腺富集miRs有希望作為新型血清學標志物。

Liu等[18]采用隊列和對照研究來闡明急性胰腺炎患者血清中miRNA的表達,采用miRNA芯片分析,發(fā)現(xiàn)在AP患者和對照組的血清中測出205個miRNAs差異性表達,9個miRNAs在嚴重和輕度AP患者的血清中是差異性表達的。進一步確認在AP患者中miR-92B、miR-10a和miR-7下調,采用受試者工作特征(ROC)分析法表明，在AP患者血清中這些miRNA可以與正常人區(qū)別。此外,血清中miR-551b-5p水平在具有并發(fā)癥或低血鈣AP患者中顯著升高。ROC分析表明，血清miR-551b-5p水平可以區(qū)分AP的嚴重度和輕度。最終Liu等[18]認為，miR-92b,miR-10a,and miR-7的表達可用于AP患者的早期診斷,miR-551b-5p的表達可用于預測AP的嚴重程度。

Zhang等[19]采用L-精氨酸誘導的急性胰腺炎模型和非致死性大鼠盲腸結扎穿刺(CLP) 誘導的膿毒癥動物模型研究了血清miR-216作為胰腺損傷標志的潛在重要性和特異性,結果在急性胰腺炎模型,精氨酸給藥后24 h miR-216a濃度顯著升高,而術后48 h miR-216a能顯著增加。該作者首次提出血清中miR-216可能作為胰腺損傷的新穎的特異性候選標志物。Goodwin等[20]認為胰腺外分泌的輕度損傷往往是無癥狀的,可能會導致誤診。采用蛙皮素、L-精氨酸和胰管結扎法誘導嚙齒動物產生胰腺外分泌損傷的AP動物模型,檢測胰腺富集的miR-216a和miR-217,結果顯示這兩者對胰腺損傷反應呈時間-劑量關系,并且和血清淀粉酶或脂肪酶相比有較寬的動態(tài)范圍,他們認為胰腺選擇性microRNA在嚙齒動物胰腺損傷中比當前使用的血清生物標志物有較高敏感性和更大的特異性。Endo等[21]發(fā)現(xiàn)miR-216a和216b主要表達在胰腺腺泡細胞中,miR-216a和miR-216b的血漿濃度在L-精氨酸誘導的AP模型大鼠中顯著增加。因此,他們認為miRNA的表達譜作為細胞或組織特異性損傷的生物標志物是有用的。

Blenkiron等[22]從腸系膜淋巴結(mesenteric lymph,ML)和外周血中分離miRNA,并找出在AP中的變化。發(fā)現(xiàn)85個miRNAs在大鼠ML是可檢測到,miR-375,-217,-148a,-216a,-122,-214,-138在AP大鼠的ML分別升高。在臨床研究中,血漿miR-216a在輕度和中度AP中也顯著增加的。因此，該作者也首次證明在淋巴循環(huán)中miRNA的存在以及在AP中特異性miRNA的改變,同時也認為miRNA可以作為AP的新穎的生物標志物來研究。

An等[23]研究高甘油三酯血癥引起的急性胰腺炎(hypertriglyceridemia induced acute pancreatitis,HTAP)患者血清中miRNA的變化,并認為該變化可以作為非侵入性生物標記物來判斷疾病的進展。該研究發(fā)現(xiàn)，在HTAP患者血清中miR24-3p,361-5p,1246和222-3p不斷上調,181A-5p不斷下調；生物信息學分析預測,重疊miRNA參與調節(jié)了13 個GOs和36個通路,涉及到葡萄糖、脂肪、鈣離子和胰島素等。miRNA-mRNA網絡顯示該重疊miRNA靶基因參與胰腺代謝,唯一下調的miR-181a-5p與甘油三酯、總膽固醇以及空腹血糖呈負相關,但與鈣離子呈正相關。與炎性細胞因子相比,這五個重疊miRNA的變化更穩(wěn)定。用于評價HTAP的進展時,miRNA表現(xiàn)出良好的曲線下面積(area under the curve,AUC)。這些數據表明血清miRNA具有成為優(yōu)良HTAP生物標志物的潛力。

Azevedo等[24]對胰腺組織進行活檢發(fā)現(xiàn)，在正常胰腺組織中沒有凋亡的腺泡細胞而在AP組織中存在凋亡的腺泡細胞且與AP嚴重程度有一定相關性,采用miRNA芯片技術篩選出8種可能與AP腺泡細胞凋亡相關的miRNA:miR-19b,miR-15b,miR-363 miR-92b,miR-99b,miR-614,miR-22和miR-135a。

Kusnierz等[25]通過研究hsa-miR-16-5p,-103a-3p,-122-5p,-126-5p,-148a-5p,-216a-5p,-375和 -551b-5b應用與臨床AP患者的嚴重程度分層。該研究組發(fā)現(xiàn)在SAP患者中,mir-126-5p,-148a-3p,-216a-5p，-216b-5p,mir-375與對照組相比顯著增加。在中度胰腺炎患者中,內皮特定mir-216-5p,-551b-5p和mir-375明顯升高,且mir-375在胰腺中表達非常豐富。ROC曲線顯示mir-126-p和mir-551b-5p可以預測AP的嚴重程度。該作者認為胰腺miRNA信號可以用于評估AP急性期的胰腺損傷。AP期間的內皮功能紊亂反映在循環(huán)中miRNA的水平,也有助于患者病情的分層。

二、發(fā)病機制研究

Tian等[26]研究miRNA-155在實驗性重癥急性胰腺炎(severe acute panreatitis,SAP)中的異常表達,及是否調節(jié)腸道上皮細胞頂端連接復合體蛋白。結果顯示，腹腔注射蛙皮素和脂多糖成功誘導實驗性急性胰腺損傷和腸上皮屏障破壞。與對照組相比,SAP中血清淀粉酶水平和TNF-α顯著升高。miR-155在SAP的腸上皮細胞過度表達,RhoA基因是miR-155靶基因之一,在三個主要未翻譯區(qū)包含三個miR-155特異性結合位點。盡管RhoA mRNA表達在SAP中沒有顯著變化,但是RhoA和E-鈣粘蛋白在SAP腸上皮是低表達；他們的結論是TNF-α調節(jié)的miR-155的過表達抑制了ZO-1的頂點聯(lián)絡復合體(apical junctional complex,AJC)成分蛋白質的合成,E-鈣粘蛋白通過下調轉錄后的RhoA表達,并破壞實驗SAP的腸上皮屏障。

Qin等[27]檢測了急性水腫性胰腺炎(acute edematous pancreatitis,AEP)大鼠體內miR-22和mir-135a的表達和其目的基因。與對照組體內和體外動物模型相比較,AEP組中的miR-22和miR-135a的表達水平明顯增加。在攜帶miRNA的慢病毒轉錄的AR42細胞中,miR-22和miR-135a的表達水平顯著升高,而其靶基因的表達水平顯著減少。TNF-α誘導的細胞凋亡率比非誘導的細胞要高得多?？筸iRNA的寡核苷酸轉錄的AR42J細胞中miR-22和miR-135a低水平表達,并有較低的細胞凋亡率,但ErbB3和PtK2的表達水平明顯增高。認為在AEP中miR-22和miR-135a的表達水平升高的,通過抑制ErbB3和PK2的表達,上調miR-22和miR-135a的表達可以促進胰腺腺泡細胞的凋亡。

Zhang等[28]為了探討TGF-β和mir-216a如參與AP小鼠和大鼠胰腺腺泡AR42J細胞的發(fā)病機制,發(fā)現(xiàn)TGF-β抑制劑SB431542顯著降低蛙皮素誘導的小鼠胰腺炎模型的血清淀粉酶、脂肪酶、TNF-α、IL-6、TGF-β1α、TGF-β含量,抑制了mir-216a的表達和胰腺組織病理學變化。TGF-β誘導AR42J細胞中的mir-216a。張力同源蛋白物和是TGF-βs超家族細胞因子被鑒定為mir-216a可能的靶標。在腺泡細胞AR42J中mir-216a過表達或者封閉的轉染對PTEN(張力蛋白同源物)和Smad7(蛋白家族7,轉化因子TGF-βs超家族重要的細胞因子)的表達起下調(或上調)作用,從而影響下游pAkt(磷酸化Akt(絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶)) 和TGF-β受體Ⅰ的表達,在小鼠模型和腺泡細胞AR42J中由mir-216a調節(jié)的 這些蛋白質表達的變化可以通過SB431542調節(jié)。結論認為TGF-β通過誘導miR-216a 作用于靶蛋白 PTEN 和Smad7而產生急性胰腺炎,因此,通過磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B和TGF-β反饋通路。

三、總結與展望

miRNAs在AP中的研究主要集中在該病的診斷和預后中,并建議在臨床診斷中使用miRNAs作為生物標記物來協(xié)助明確診斷,僅有少部分文獻關注miRNAs在AP發(fā)病機制方面的研究,對于AP的生物治療藥物目前尚存甚少。因此，希望有更多的研究人員關注生物標志物的同時,能從發(fā)病機制和生藥藥物開發(fā)方面積極探索,為臨床診斷和治療AP提供幫助,并開發(fā)安全、高效、低廉、方便可用的藥物。

1 Bartel DP.MicroRNAs:genomics,biogenesis,mechanism,andfunction[J].Cell,2004,116(2):281-297.

2 Rouse R,Rosenzweig B,Shea K,et al.MicroRNA biomarkers of pancreatic injury in a canine model[J].Exp Toxicol Pathol,2017,69(1):33-43.

3 Kim VN,Han J,Siomi MC.Biogenesis of small RNAs in animals[J].Nat Rev Mol Cell Biol,2009,10(2):126-139.

4 Esquela-Kerscher A,Slack FJ.Oncomirs -microRNAs with a role in cancer[J].Nat Rev Cancer,2006,6(4):259-269.

5 Calin GA,Croce CM.MicroRNA signatures in human cancers[J].Nat Rev Cancer,2006,6(11):857-866.

6 Cho WC.MicroRNAs:potential biomarkers for cancer diagnosis,prognosis and targets for therapy[J].Int J Biochem Cell Biol,2010,42(8):1273-1281.

7 張洋,謝佳昀,梁宏偉,等.人體體液中細胞外micro RN的起源、功能及潛在診療價值[J]. 生物化學與生物物理進展,2013,40(7):603-616.

8 Park NJ,Zhou H,Elashoff D,et al.Salivary microRNA:discovery,characterization,and clinical utility for oral cancer detection[J].Clin Cancer Res,2009,15(17):5473-5477.

9 Hanke M,Hoefig K,Merz H,et al.A robust methodology to study urine microRNA as tumor marker:microRNA-126 and microRNA-182 are related to urinary bladder cancer[J].Urol Oncol,2010,28(6):655-661.

10 Kosaka N,Izumi H,Sekine K,et al.microRNA as a new immune-regulatory agent in breast milk[J].Silence,2010,1(1):7.

11 Skog J,Wurdinger T,van Rijn S,et al.Glioblastoma microvesicles transport RNA and proteins that promote tumour growth and provide diagnostic biomarkers[J].Nat Cell Biol,2008,10(12):1470-1476.

12 Valadi H,Ekstrom K,Bossios A,et al.Exosome-mediated transfer of mRNAs and microRNAs is a novel mechanism of genetic exchange between cells[J].Nat Cell Biol,2007,9(6):654-659.

13 Weber JA,Baxter DH,Zhang S,et al.The microRNA spectrum in 12 body fluids[J]. Clin Chem,2010,56(11):1733-1741.

14 吳金雁,金士毛,王小云,等.急性胰腺炎相關microRNA研究進展[J].國際消化病雜志,2014,34(6):386-368.

15 Endo K,Weng H,Kito N,et al.miR-216a and miR-216b as markers for acute phased pancreatic injury[J].Bimed Res,2013,34(4):179-188．

16 王春全,陳景祥,楊進軍,等.miR-216a在急性胰腺炎患者外周血的表達及臨床意義[J].免疫學雜志,2013,29(1):47-49.

17 Usborne AL,Smith AT,Engle SK,et al.Biomarkers of exocrine pancreatic injury in 2 rat acute pancreatitis models[J].Toxicol Pathol,2014,42(1):195-203.

18 Pi L,Liang X,Long ZW,et al.Expression and prognostic performance of circulating microRNA in acute pancreatitis[J].J Gastroen Hepatol,2013,93(28):232-233.

19 Zhang XX,Deng LH,Chen WW,et al.Circulating microRNA 216 as a Marker for the Early Identification of Severe Acute Pancreatitis[J].Am J Med Sci,2017,353(2):178-186

20 Goodwin D,Rosenzweig B,Zhang J,et al. Evaluation of miR-216a and miR-217 as potential biomarkers of acute pancreatic injury in rats and mice[J].Biomarkers,2014,19(6):517-29.

21 Endo K,Weng H,Kito N,et al.MiR-216a and miR-216b as markers for acute phased pancreatic injury[J].Biomed Res,2013,34(4):179-88.

22 Blenkiron C,Askelund KJ,Shanbhag ST,et al.MicroRNAs in mesenteric lymph and plasma during acute pancreatitis[J].Ann Surg,2014,260(2):341-7.

23 An F,Zhan Q,Xia M,et al. From Moderately Severe to Severe Hypertriglyceridemia Induced Acute Pancreatitis:Circulating MiRNAs Play Role as Potential Biomarkers[J]. PloS One,2014,9(11):e111058.

24 Azevedo-Pouly AC,Sutaria DS,Jiang J,et al.miR-216 and miR-217 expression is reduced in transgenic mouse models of pancreatic adenocarcinoma,knockout of miR-216/miR-217 host gene is embryonic lethal[J].Funct Integr Genomics,2017,17(2-3):203-212.

25 Kusnierz-Cabala B,Nowak E,Sporek M,et al. Serum levels of unique miR-551-5p and endothelial-specific miR-126a-5p allow discrimination of patients in the early phase of acute pancreatitis[J].Pancreatology,2015,15(4):344-51.

26 Tian R,Wang RL,Xie H,et al. Overexpressed miRNA-155 dysregulates intestinal epithelial apical junctional complex in severe acute pancreatitis[J].World J Gastroenterol,2013,19(45):8282-8291..

27 Qin T,Fu Q,Pan YF,et al. Expressions of miR-22 and miR-135a in acute pancreatitis[J].J Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci,2014,34(2):225-233.

28 Zhang J,Ning X,Cui W,et al.Transforming growth factor (TGF)-beta-induced microRNA-216a promotes acute pancreatitis via Akt and TGF-beta pathway in mice[J].Digestive diseases and sciences,2015,60(1):127-35.

莫旻龍,李小悅.床頭抬高預防ICU呼吸機相關性肺炎的研究進展[J/CD].中華衛(wèi)生應急電子雜志,2017,3(3):177-179.

10.3877/cma.j.issn.2095-9133.2017.03.015

730000 蘭州市第二人民醫(yī)院肝膽外科1;610041 成都四川,四川大學華西醫(yī)院中西醫(yī)結合科2

張小強,Email:8308064@qq.com

2017-03-29)

(本文編輯:李建忠)