miRNA-21及其相關(guān)靶基因在過敏性疾病中的研究進(jìn)展

黃翔明 綜述,田 理 審校

(成都中醫(yī)藥大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院，成都 610000)

過敏性疾病是由機(jī)體接觸致敏原導(dǎo)致過敏反應(yīng)的疾病，主要有過敏性皮炎、濕疹、過敏性結(jié)膜炎、過敏性腸炎、哮喘、過敏性鼻炎等。世界衛(wèi)生組織推算，全世界約3億人患哮喘，4億人患過敏性鼻炎，且每年有超過18萬人死于哮喘，過敏性疾病已成為全球性的健康問題[1]。

microRNA(miRNA)配對識別靶位mRNA的3′非編碼區(qū)，降解或抑制靶基因，再影響蛋白的翻譯，最后致使生物學(xué)功能產(chǎn)生變化[2]。miRNA廣泛表達(dá)于機(jī)體的各個組織和器官之中，主要通過與相關(guān)靶基因結(jié)合再轉(zhuǎn)錄后水平負(fù)性調(diào)控約60%的人類基因[3]。研究發(fā)現(xiàn)miRNA-21在心腦血管、肺、肝、腎等多系統(tǒng)疾病中出現(xiàn)異常表達(dá)，明確相關(guān)靶基因?qū)﹃U明過敏性疾病中miRNA-21的功能和作用非常有意義。本文就目前過敏性疾病miRNA-21及其靶基因的研究情況作一闡述。

1 miRNA-21在過敏性疾病中的作用

1.1調(diào)節(jié)輔助性T細(xì)胞(Th)平衡 正常情況下，機(jī)體中Th1/Th2細(xì)胞處于相對平衡的狀態(tài)，但機(jī)體發(fā)生功能異常時，人體細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)平衡被破壞，常表現(xiàn)出平衡偏向其中一方，進(jìn)而引起許多過敏性疾病的發(fā)生和發(fā)展。在多個實驗哮喘模型中miRNA-21上調(diào),包括卵清蛋白(OVA)、煙曲霉菌、屋塵螨和特定肺白細(xì)胞介素(IL)-13誘導(dǎo)小鼠模型。雖然在這些系統(tǒng)中實驗性哮喘感應(yīng)的方法是不同的，但所有這些表型都有相似性，包括氣道嗜酸性粒細(xì)胞、Th2介導(dǎo)炎癥、黏液產(chǎn)生和氣道高反應(yīng)，在有炎癥的肺組織中miRNA-21是miRNA中表達(dá)最明顯的，這一發(fā)現(xiàn)表明miRNA-21可能通過調(diào)節(jié)IL-12 p35表達(dá)調(diào)節(jié)Th1和Th2平衡[4-5]。在miRNA-21缺陷的老鼠肺組織中，IL-12/γ-干擾素(IFN-γ)途徑是最顯著的影響途徑，經(jīng)全基因組基因芯片分析，在建立免疫過敏反應(yīng)中，有可能miRNA-21是調(diào)節(jié)免疫極化的主要因素之一[6]。XIAO等[7]將妊娠6～19 d的BALB/c小鼠暴露于二手煙(SHS)或高效粒子空氣(HEPA)過濾器環(huán)境中，所有后代用OVA致敏和激發(fā)19～23周，處死小鼠后發(fā)現(xiàn)顯著上調(diào)的miRNA-21-3p與Th2細(xì)胞因子水平具有高度的相關(guān)性。LU等[6]研究靶基因敲除致敏小鼠的miRNA-21誘導(dǎo)肺部嗜酸性細(xì)胞的減少，進(jìn)行免疫重組并使Th1及IFN-γ的水平顯著增加，實驗結(jié)果表明miRNA-21是Th1與Th2反應(yīng)的校準(zhǔn)器，限定用于調(diào)整極化免疫反應(yīng)的新機(jī)制。

SIDO等[8]發(fā)現(xiàn)遲發(fā)型超敏反應(yīng)(DTH)期間的Δ(9)-四氫大麻酚(THC)治療可以通過調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)同時抑制Th1/Th17活化。 雖然DTH引起miRNA-21的過度表達(dá)，其通過SMAD7抑制增加Th17分化，并且下調(diào)miR-29b(IFN-γ抑制劑)，但THC處理反轉(zhuǎn)了這種miRNA失調(diào)，從側(cè)面可以看出，miRNA-21的表達(dá)與Th平衡有密切的相關(guān)性。WANG等[9]研究發(fā)現(xiàn)嗜酸乳桿菌調(diào)節(jié)miRNA-21表達(dá)和預(yù)防Th17主導(dǎo)的β-乳球蛋白(β-Lg)過敏的能力之間存在相關(guān)性。

1.2與嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)量呈正相關(guān) 嗜酸性粒細(xì)胞是一類人體固有的免疫細(xì)胞，具有多種功能，常見于過敏性疾病。LU等[6]通過制作OVA誘導(dǎo)哮喘的miRNA-21缺陷模型,觀察到小鼠支氣管肺泡灌洗液的嗜酸性粒細(xì)胞減少，而Th1細(xì)胞因子IFN-γ水平增加，Th2細(xì)胞因子IL-4水平降低，提示miRNA-21為Th1與Th2反應(yīng)的調(diào)節(jié)因子。JIANG等[10]用反轉(zhuǎn)錄PCR定量檢測抗原誘發(fā)肺炎反復(fù)喘息的兒童和大鼠血漿和細(xì)胞內(nèi)的miRNA-21，結(jié)果發(fā)現(xiàn)血漿miRNA-21水平上調(diào)，比較不同年齡和性別miRNA-21的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)miRNA-21比IgE更具有診斷意義，且循環(huán)的miRNA-21與抗原誘導(dǎo)肺炎大鼠的支氣管肺泡灌洗液嗜酸性粒細(xì)胞數(shù)量呈高度正相關(guān)。

ELBEHIDY等[11]通過實時定量聚合酶鏈反應(yīng)(qRT-PCR)測定哮喘患兒的miRNA-21表達(dá)水平和嗜酸性粒細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)其miRNA-21的表達(dá)水平顯著高于對照組，血清miRNA-21表達(dá)水平和血液嗜酸性粒細(xì)胞呈正相關(guān)，miRNA-21成為診斷哮喘潛在生物標(biāo)志物。

1.3抑制氣道高反應(yīng)性和恢復(fù)氣道敏感性 氣道高反應(yīng)性指因氣道存在炎癥且處于過度反應(yīng)狀態(tài)，表現(xiàn)出敏感而過強(qiáng)的支氣管平滑肌收縮反應(yīng)，引起氣道狹窄和氣道阻力增加，從而引發(fā)咳嗽、胸悶、呼吸困難和喘息等癥狀。KIM等[12]對衣原體、流感嗜血桿菌、流感病毒、呼吸道合胞病毒感染和OVA誘導(dǎo)的嚴(yán)重類固醇激素不敏感的過敏性氣道疾病(SSIAAD)BALB/c小鼠模型進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)肺組織miRNA-21表達(dá)水平上調(diào)，然而同源性磷酸酶和張力蛋白表達(dá)水平下調(diào)，用miRNA-21拮抗劑治療可上調(diào)同源性磷酸酶和張力蛋白表達(dá)水平，這樣可以抑制氣道高反應(yīng)性和恢復(fù)類固醇過敏性氣道疾病的敏感性。LEE等[13]通過BALB/c小鼠OVA致敏和激發(fā)，并于致敏當(dāng)天經(jīng)鼻吸入miRNA-21拮抗劑，發(fā)現(xiàn)用miRNA-21拮抗劑的小鼠肺組織miRNA-21表達(dá)選擇性下調(diào)，該拮抗劑抑制了氣道高反應(yīng)性，同時還降低了支氣管肺泡灌洗液的嗜酸性粒細(xì)胞、Th2細(xì)胞因子水平(包括IL-4、IL-5和IL-13)和CD4+/CD8+T的比例。

2 miRNA-21靶基因在過敏性疾病中的作用

2.1早期預(yù)測 TGFBR2基因定位在3p22區(qū)域，編碼1個70×103～80×103的蛋白。CHEN等[14]篩選了新生兒臍帶血樣本，發(fā)現(xiàn)有8個miRNA表達(dá)下調(diào)并伴隨IgE上調(diào)，其中表達(dá)下調(diào)的miRNA-21與重組人轉(zhuǎn)化生長因子B受體2(TGFBR2)的升高有關(guān)。研究繼續(xù)對變應(yīng)性鼻炎患兒的外周血單核細(xì)胞進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)miRNA-21表達(dá)明顯下調(diào)，可見外周血中miRNA-21的低表達(dá)可能是從新生兒階段一直持續(xù)到兒童階段，并可成為早期預(yù)測變應(yīng)性鼻炎的潛在指標(biāo)。

2.2提高氣道平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移 磷酸酯酶與張力蛋白同源物(PTEN)基因定位于染色體10q23.3，全長約200 kb，其表達(dá)產(chǎn)物PTEN蛋白有403個氨基酸，是1個雙特異性磷酸酶。研究發(fā)現(xiàn)PTEN基因缺失的小鼠肥大細(xì)胞表現(xiàn)的超敏反應(yīng)及血管通透性增加[15]。在氣道上皮細(xì)胞抗原致敏的小鼠身上，PTEN基因表達(dá)同樣減少，這可能是PTEN基因介導(dǎo)的嗜酸性粒細(xì)胞脫顆粒和抑制IL-4和IL-5所誘導(dǎo)[16]。LIU等[17]發(fā)現(xiàn)慢病毒介導(dǎo)的miRNA-21呈高表達(dá)時顯著提高氣道平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移，基因敲除miRNA-21則顯著減少氣道平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移，同時還發(fā)現(xiàn)miRNA-21顯著高表達(dá)減少了PTEN基因的表達(dá)，當(dāng)基因敲除PTEN基因則顯著提高了氣道平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移。

2.3降低炎性反應(yīng) 人細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)基因定位于染色體19p13.2～13.3，其相對分子質(zhì)量為80×103～100×103，現(xiàn)命名為CD54。LEE等[18]研究地膚果實的乙醇提取物對過敏性氣道炎癥在哮喘小鼠模型的作用，模型表現(xiàn)為嗜酸性粒細(xì)胞增多、黏液分泌過度、細(xì)胞因子、趨化因子、免疫蛋白水平增高，且ICAM-1蛋白表達(dá)上調(diào)，乙醇提取物灌胃后顯著抑制了ICAM-1蛋白表達(dá)，說明該提取物具有抗氣道炎癥的作用。石榴汁對前列腺癌抗細(xì)胞轉(zhuǎn)移作用的研究發(fā)現(xiàn)ICAM-1蛋白上調(diào)和miRNA-21下調(diào)，且顯著減少了促炎細(xì)胞因子、趨化因子的分泌水平，具有抑制炎癥可能性[19]。

2.4抑制氣道黏膜黏液分泌 肉豆蔻基富含丙氨酸C激酶基質(zhì)(MARCKS)的相對分子質(zhì)量為32×103,包含3個高度保守區(qū)域：豆蔻酰化的N端、MH2、磷酸化位點(diǎn)結(jié)構(gòu)域,也稱效應(yīng)域(effctor domain,ED)。AGRAWAL等[20]研究MARCKS蛋白肽(NH2)-末端序列(MANS)，證明其在過敏性哮喘小鼠模型中能夠抑制乙酰膽堿誘導(dǎo)的氣道黏液細(xì)胞黏蛋白分泌超過90%。

2.5預(yù)測發(fā)展 人凋亡相關(guān)因子配體(FasL)是能夠結(jié)合死亡受體TNFRSF6/Fas的細(xì)胞因子，介導(dǎo)T細(xì)胞引起的凋亡。ZAKRZEWSKA等[21]對60例腺樣體切除慢性變應(yīng)性鼻炎患者的組織進(jìn)行免疫組織化學(xué)染色，F(xiàn)asL表達(dá)顯著增加，經(jīng)過判別分析FasL的表達(dá)能被充分識別，其可能是變應(yīng)性鼻炎發(fā)展的預(yù)測因子。

2.6調(diào)節(jié)肥大細(xì)胞功能 Ras蛋白特異鳥嘌呤核苷酸釋放因子1(RasGRP1)是一個家庭成員為基因特征的RAS鳥嘌呤核苷酸交換因子域，其激活Erk/MAP激酶級聯(lián),調(diào)節(jié)T細(xì)胞和B細(xì)胞發(fā)育、體內(nèi)平衡和分化。LIU等[22]研究RasGRP1缺陷的小鼠未能表現(xiàn)出過敏性反應(yīng)，RasGRP1-肥大細(xì)胞脫顆粒和細(xì)胞因子的產(chǎn)生有明顯的降低，RasGRP1為肥大細(xì)胞功能的重要調(diào)節(jié)器。

2.7誘導(dǎo)樹突狀細(xì)胞作用 Jagged-1蛋白屬于Notch信號通路的配體之一，而Notch信號通路是介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞間接觸的主要信號通路之一。XIA等[23]用基因表達(dá)譜分析體外培養(yǎng)實驗和小鼠過敏性氣道炎癥模型，發(fā)現(xiàn)Notch信號通路尤其是Jagged-1基因是人類單核細(xì)胞和小鼠樹突狀細(xì)胞誘導(dǎo)靶點(diǎn)，小鼠在Jagged-1和Notch介導(dǎo)下，PM超細(xì)顆粒上調(diào)Th細(xì)胞因子、IgE水平與氣道高反應(yīng)。

3 miRNA-21潛在的作用靶點(diǎn)在過敏性疾病中的作用

3.1免疫調(diào)節(jié)作用 ACVR2A基因編碼激活素Ⅱ型受體，苯丙酸諾龍二聚的生長和分化的因素屬于轉(zhuǎn)化生長因子(及)結(jié)構(gòu)的超家族相關(guān)信號蛋白。TANG等[24]誘導(dǎo)小鼠哮喘模型進(jìn)行骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞移植，靶基因分析顯示mmu-miRNA-21a-3p和免疫調(diào)節(jié)劑激活素ⅡA型受體有關(guān)。此外，has-miRNA-21a抑制劑顯著提高支氣管上皮細(xì)胞在脂多糖刺激ACVR2A基因mRNA的表達(dá)，哮喘和miRNA-21/ACVR2A軸是哮喘炎癥誘導(dǎo)的重要機(jī)制。

3.2調(diào)節(jié)嗜酸性粒細(xì)胞和激活肥大細(xì)胞 Bcl-2是一種原癌基因，其具有抑制凋亡的作用。HU等[25]研究白藜蘆醇對來自哮喘患者的嗜酸性粒細(xì)胞調(diào)節(jié)作用時發(fā)現(xiàn)，一定濃度和時間下白藜蘆醇能有效抑制嗜酸性粒細(xì)胞增殖的哮喘患者，白藜蘆醇通過Bcl-2蛋白表達(dá)下調(diào)能誘導(dǎo)嗜酸性粒細(xì)胞凋亡。OTTINA等[26]提出抗凋亡的Bcl-2家族蛋白Bcl-2a1/Bfl-1/A1在激活肥大細(xì)胞的生存上起著至關(guān)重要的作用。

4 總結(jié)與展望

過敏性疾病受環(huán)境和基因的影響，免疫調(diào)控的失衡是其主要發(fā)病機(jī)制。Th細(xì)胞在機(jī)體免疫調(diào)節(jié)中起著重要的作用，miRNA-21對過敏性疾病中Th1/Th2平衡和細(xì)胞因子的影響已有較多報道[27]，其在調(diào)節(jié)免疫進(jìn)程中的作用越來越受到關(guān)注，從病理機(jī)制上提示了miRNA-21的重要調(diào)節(jié)作用，miRNA-21正逐漸成為過敏性疾病的研究熱點(diǎn)。本課題組致力于miRNA-21及其相關(guān)靶基因?qū)ψ儜?yīng)性鼻炎的機(jī)制調(diào)控與中醫(yī)藥防治的研究，通過中醫(yī)藥防治觀察miRNA-21調(diào)控變應(yīng)性鼻炎的發(fā)生、發(fā)展，發(fā)現(xiàn)miRNA-21及其靶基因PTEN與Th1和Th2平衡有一定的相關(guān)性，miRNA-21及其靶基因可能是分子層面上診斷過敏性疾病的重要標(biāo)志之一，其對揭示病理生理機(jī)制及發(fā)現(xiàn)藥物治療新靶點(diǎn)具有重要意義。