微小RNA調控干擾素-α在系統(tǒng)性紅斑狼瘡發(fā)病機制中的作用

夏 源，李向培

中國科學技術大學附屬第一醫(yī)院風濕免疫科， 合肥 230001

系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus，SLE)是一種多系統(tǒng)受累的以多種自身抗體產生和免疫耐受丟失為特征的自身免疫性疾病，其中Ⅰ型干擾素刺激基因[type Ⅰ interferon (IFN)-stimulated genes，ISGs]表達增加導致的循環(huán)Ⅰ型IFN水平升高對SLE疾病的發(fā)生和進展具有重要作用[1]。SLE患者血清IFN-α表達增加與疾病嚴重性、復發(fā)及組織受累密切相關(尤其是皮膚，腎臟和中樞神經系統(tǒng))。近年研究顯示微小RNA(microRNA，miRNA)可通過抑制信號通路活性或增加信號傳導調控SLE Ⅰ型IFN通路的多個方面，包括模式識別受體(pattern recognition receptor,PRR)通路IFN調節(jié)基因的表達、編碼IFN細胞表面受體基因的轉錄等。同時Ⅰ型IFN信號通路也可直接誘導或抑制miRNA表達，兩者相互作用共同參與SLE免疫應答的調節(jié)[2]。

1 微小RNA結構與功能

miRNA是一種參與基因表達轉錄后調節(jié)的內源性非編碼RNA家族。這些短小且高度保守的非編碼RNA由宿主基因轉錄后經核糖核酸酶Ⅲ Drosha處理形成前體轉錄物，隨后在胞漿Dicer作用下形成成熟的miRNA雙鏈并與RNA沉默復合體(RNA-induced silencing complex，RISC)結合而成。新生成的成熟miRNA可立即與其目標mRNA 3′非翻譯區(qū)互補性結合，以降低mRNA穩(wěn)定性并抑制翻譯，負性調節(jié)靶蛋白表達。miRNA可從細胞分化增殖到凋亡的每個環(huán)節(jié)對細胞活性進行調節(jié)，其中一些miRNA表達具有組織特異性和發(fā)展階段特異性，可在機體應對各種環(huán)境刺激時發(fā)揮調節(jié)和維持免疫系統(tǒng)穩(wěn)定的作用。miRNA失調與SLE多種病理過程相關，包括B和T淋巴細胞的異常分化與凋亡，調節(jié)性T細胞(regulatory T cell，Treg)抑制功能的喪失等，研究顯示miRNA表達的改變與狼瘡發(fā)病機制的各個方面廣泛相關，因而成為研究SLE發(fā)病機制的新窗口。

2 干擾素-α與微小RNA

Ⅰ型INF主要包括IFN-α和IFN-β，可由多種細胞產生，如漿細胞樣樹突狀細胞(plasmacytoid dendritic cells,pDCs)、單核細胞、淋巴細胞和中性粒細胞。IFN-α受體(IFN-α receptor，IFNAR)是一種膜二聚體受體，由IFNAR-1和IFNAR- 2鏈組成。Ⅰ型IFN與IFNAR1結合后主要通過Janus激酶(Janus kinases,JAK)和轉錄激活因子(signal transducers and activators of transcription，STAT)通路進行信號傳導，引起胞漿JAK1和絡氨酸激酶2及后續(xù)的STAT1和STAT2磷酸化?；罨腟TAT1和STAT2復合物與Toll樣受體9(Toll-like receptor 9,TLR9)結合轉移至細胞核繼而與IFN調節(jié)成分結合，從而激活數(shù)百種靶ISGs的轉錄[3]。PRR信號通路如TLR的激活則可誘導pDCs產生Ⅰ型IFN。PRR信號通路主要由髓樣分化因子88、TAK1結合蛋白、白細胞介素- 1受體相關激酶和IκB激酶ε(IκB kinase ε,IKKε)組成，調節(jié)轉錄因子NF-κB 和干擾素調節(jié)因子(interferon regulatory factor,IRF)的表達，前者可誘導促炎癥細胞因子基因轉錄，后者可調節(jié)Ⅰ型IFN基因轉錄[4]。

固有免疫途徑中miRNA的異常表達參與Ⅰ型IFN通路的調節(jié)。miR- 466i可在轉錄階段抑制巨噬細胞和樹突狀細胞產生IFN-α[5]。IRF8作為miR- 618的靶基因在pDCs發(fā)育和活化中發(fā)揮重要作用。miR- 618過表達可抑制CD34+細胞分化成pDCs，且可提高pDCs分泌Ⅰ型IFN的能力[6]。miR- 21通過抑制其靶基因PTEN表達促進pDCs 產生IFN-α，miR- 21敲除可顯著減少小鼠IFN-α表達并導致抗病毒免疫應答異常[7]。SLE患者外周血單個核細胞(peripheral blood mononuclear cells，PBMCs)中miR- 126表達增加，且與IFN-α mRNA水平呈負相關，提示miR- 126可能通過抑制IFN-α表達參與SLE的發(fā)病與進展[8]。miR- 146a作為固有免疫的負性調節(jié)因子在SLE患者中表達減少，且該miRNA可通過與TLR信號通路中的關鍵蛋白基因(IRF5和STAT1)結合抑制SLE患者Ⅰ型IFN的異常產生[9]。除了通過PRR信號通路影響IFN的合成途徑，miRNA也可直接調節(jié)Ⅰ型IFN下游信號通路的各個階段。miR- 29a可減少小鼠胸腺上皮細胞IFNAR- 1表達，在受體階段減少胸腺細胞的Ⅰ型IFN應答[10]。細胞因子信號抑制因子1(suppressor of cytokine signaling 1,SOCS1)作為Ⅰ型IFN信號的負性調節(jié)因子，接受多種miRNA的調節(jié)，如miR- 19a、miR- 122、miR- 146a和miR- 155[2]。此外，Ⅰ型IFN也可反饋調節(jié)miRNA的形成。SLE患者血管內皮細胞中miR- 155表達較健康對照顯著增加，研究發(fā)現(xiàn)給予人血管內皮細胞IFN-α干預可顯著增加細胞內miR- 155的表達，提示INF-α對miR- 155具有一定誘導作用[11]。

3 干擾素-α與系統(tǒng)性紅斑狼瘡

大量研究證實IFN失調，尤其是IFN-α活性和/或信號異常是SLE免疫紊亂的關鍵因素。SLE患者血清IFN-α水平增加，且與疾病活動性和嚴重性相關。轉錄基因組分析發(fā)現(xiàn)，SLE患者PBMCs中IFN-α誘導基因表達上調并與SLE疾病活動指數(shù)呈正相關[12]。幾乎所有的兒童SLE患者和50%的成人SLE患者具有該特征[13]?？笽FN單克隆抗體sifalimumab[14]和rontalizumab[15]及抗IFNAR單克隆抗體Anifrolumab[16]在最近完成的Ⅱ期臨床試驗中表現(xiàn)出的顯著療效也驗證了Ⅰ型IFN在SLE發(fā)病機制中的關鍵作用。

SLE 患者IFN-α主要是由INF“免疫復合物”(immune complexes，ICs)誘導pDCs產生，這些ICs主要由自身抗體和核酸結合蛋白組成，pDCs表面Fc-γIIa受體介導ICs中的核酸成分與TLR7或TLR9結合促進IFN-α分泌[1]。該通路信號異常引起的多種生物事件可能參與SLE自身免疫和炎癥的啟動和維持,如上調TNF家族的B細胞活化因子和腫瘤壞死因子配體超家族成員13表達促進B細胞存活，增加Ⅰ型和Ⅱ型主要組織相容性復合物，以及CD86和CD80表達，誘導pDCs活化產生多種促炎癥細胞因子。CD4+T/CD8+T細胞和B細胞也可誘導Ⅰ型IFN導致炎癥的惡化和持續(xù)。此外，過度表達的 Ⅰ 型IFN和ISGs可延長自身反應性T淋巴細胞壽命，刺激CD4+T和CD8+T記憶細胞發(fā)育并抑制Treg功能導致自身免疫耐受的破壞[17]。Th17細胞也可在Ⅰ型IFN誘導下分化增殖進而導致SLE發(fā)生炎癥反應[18]。動物實驗也證實敲除IFNAR可防止小鼠發(fā)生狼瘡樣改變，給予NZB/W狼瘡鼠IFN-α干預則可加速其疾病進展。

4 微小RNA調控干擾素-α在系統(tǒng)性紅斑狼瘡發(fā)病機制中的作用

miRNA與IFN-α間的異常調節(jié)發(fā)生在多種自身免疫性疾病機制中。SLE患者和模型鼠免疫細胞中miRNA與IFN-α異常表達之間關聯(lián)的研究一直是近年研究熱點。利用基因芯片技術發(fā)現(xiàn)SLE患者PBMCs中有29種miRNA表達減少，其中部分miRNA參與SLE關鍵通路的調節(jié)，如TLR信號通路、Ⅰ型IFN通路和ISGs的表達[19]，多篇文獻報道并總結了相關信號通路異常[20- 21]。

4.1 miR- 146a

研究發(fā)現(xiàn)SLE患者PBMCs中miR- 146a表達較健康對照組顯著降低，并與疾病活動性呈負相關[22]。SLE患者miR- 146a表達減少可引起其靶基因IRAK1、TRAF6、STAT1和IRF5表達增加，導致IFN-α表達水平和信號傳導增強[23- 25]，促進T細胞增殖、自身反應性T細胞分化及B細胞自身抗體產生。小鼠缺失miR- 146a表現(xiàn)出嚴重的自身免疫表現(xiàn)，如高滴度自身抗體的產生、脾大和淋巴結腫大[26]。SLE患者白細胞miR- 146a表達的減少與疾病本身過度活化的炎癥反應密切相關。IFN誘導基因單核細胞誘導蛋白1(monocyte chemotactic protein-induced protein 1,MCPIP- 1)可通過干擾Dicer功能，抑制miRNA前體形成阻斷miRNA成熟。研究發(fā)現(xiàn)，Ⅰ型IFN可通過減少miR- 146a前體產生抑制miR- 146a成熟，SLE患者白細胞中MCPIP- 1表達增加，且與miR- 146a表達呈負相關[27]，提示Ⅰ型IFN可通過上調MCPIP- 1表達抑制miR- 146a成熟，參與SLE炎癥持續(xù)和炎癥基因表達增加。Dominguez-Gutierrez 等[28]對被診斷為SLE貧血患者的52次隨訪(部分患者隨訪2次)血標本進行分析發(fā)現(xiàn)，SLE貧血患者IFN評分、STAT1、 miR- 146a、CCL2和CXCL10表達較非貧血SLE患者均顯著增高；此外，去除疾病活動性、狼瘡腎炎和性別差異，SLE貧血患者的STAT1和miR- 146a仍顯著高于非貧血患者，提示miR- 146a和STAT1升高可能在SLE貧血機制中發(fā)揮重要作用。

4.2 miR- 302d 和miR- 17- 5p

miR- 302d(miR- 302d- 3p)是一種雌激素相關miRNA，SLE患者單核細胞中高度活化的雌激素信號與低表達miR- 302d密切相關。IRF9作為miR- 302d的靶基因，在SLE患者單核細胞中表達增加。進一步研究發(fā)現(xiàn)，減少單核細胞miR-302d表達可增加Ⅰ型IFN信號通路活性和ISGs表達，提示miR- 302d是SLE患者Ⅰ型IFN基因異常表達的關鍵調節(jié)因子，miR- 302d異常導致IRF9表達增加并參與破壞SLE患者IFN系統(tǒng)穩(wěn)定，從表觀遺傳學角度進一步對SLE的性別差異作出解釋[29]。

最近研究發(fā)現(xiàn)轉錄因子E2F1可通過調控IRF3的表達參與IFN系統(tǒng)的調節(jié)。miR- 17- 5p是E2F1上游調節(jié)因子之一，可破壞E2F1/c-Myc正反饋環(huán)路防止E2F1和c-Myc的過表達。SLE患者PBMCs中miR- 17- 5p表達減少，且轉染miR- 17- 5p可抑制E2F1和c-Myc表達，提示E2F1/c-Myc/miR- 17- 5p系統(tǒng)異常參與SLE Ⅰ型IFN水平異常增高機制[30]。

4.3 miR- 451a和miR- 126

miR- 451a與SLE疾病進展密切相關。Faslpr/lpr狼瘡模型鼠脾臟和淋巴結中miR- 451a表達均增加。敲除狼瘡模型鼠miR- 451a可明顯減少自身抗體和炎癥因子產生，緩解脾大癥狀，減輕腎臟損害。HEK293細胞雙熒光素酶基因檢測發(fā)現(xiàn)，相比陰性對照miRNA(WT+ Neg)，miR- 451a類似物與WT IRF8 3′-UTR融合可顯著抑制熒光素酶的活性，證實IRF8為miR- 451a的靶基因；且狼瘡模型鼠脾和淋巴結中miR- 451a高表達與IRF8低表達相一致，提示miR- 451a可能通過調節(jié)IRF8參與SLE的發(fā)病機制[31]。

SLE患者PBMCs中miR- 126表達減少，Ⅰ型IFN誘導基因ISG56 和血清IFN-α水平降低。轉染miR- 126類似物可減少SLE患者PBMCs中ISG56和IFN-α表達，而給予miR- 126抑制因子干預可增加SLE患者PBMCs中ISG56和IFN-α表達，提示miR- 126低表達可促進SLE患者IFN信號通路激活[32]。

4.4 miR- 155和miR- 130b

miR- 155在SLE患者PBMCs中表達較健康對照顯著減少，并與IFN-α mRNA表達呈負相關。SLE是血管內皮受損的一個危險因素，IFN-α可通過促進內皮型一氧化氮合酶(endothelial nitric oxide synthase,eNOS)的轉錄抑制和mRNA失穩(wěn)參與人臍靜脈內皮細胞的損害。抑制人內皮細胞miR- 155表達可減輕IFN-α對NOS 3的抑制，緩解SLE患者血管粥樣斑塊的形成，為SLE患者動脈粥樣硬化的形成提供了新見解[11]。Kaga等[33]也發(fā)現(xiàn)SLE患者PBMCs中miR- 155、miR- 17和miR- 181b較健康對照顯著減少，且與IFN-α mRNA水平呈負相關。螢光素酶基因分析顯示IFN-α是miR- 181b的靶基因。

SLE患者和模型鼠的腎臟組織中miR- 130b表達減少，且狼瘡腎炎患者中miR- 130b低表達與其自身的異常IFN應答呈負相關。通過miR- 130b刺激劑增加IFN-α加速的狼瘡腎炎(lupus nephritis, LN)模型鼠miR- 130b表達，可緩解小鼠LN的進展，阻止腎小球疾病的發(fā)生。體外試驗也證實miR- 130b可通過調節(jié)其靶基因IRF- 1表達抑制腎臟系膜細胞內Ⅰ型IFN下游信號通路，提示miR- 130b在LN病程進展中發(fā)揮重要作用，可能為LN的治療提供新方法[34]。

4.5 let- 7e- 5p、 miR- 98- 5p 和 miR- 145a- 5p

B細胞IFN-α信號活性的增加參與了SLE的發(fā)病機制。Hou等[35]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠17β雌二醇可通過下調let- 7e- 5p、 miR- 98- 5p 和 miR- 145a- 5p表達增加IFN-α信號活性。IKKε作為這3種miRNA的靶基因,可促進IFN-α信號活化。健康女性和雌鼠B細胞中l(wèi)et- 7e- 5p, miR- 98- 5p 和 miR- 145a- 5p表達顯著低于等齡健康男性和雄鼠，而IKKε表達水平顯著偏高。這些結果提示17β-雌二醇可通過下調B細胞let- 7e- 5p、miR- 98- 5p 和 miR- 145a- 5p表達增加IKKε表達促進B細胞IFN-α信號活化，進一步解釋了SLE疾病的性別差異。

5 小結與展望

多種抗IFN-α單克隆抗體臨床試驗結果顯示，抑制該因子表達可有效緩解SLE病情并改善預后。SLE患者循環(huán)ISGs和IFN-α過表達與miRNA的關聯(lián)提示miRNA也可能成為治療SLE的新靶點。增加或阻斷調控其靶基因miRNA表達的方法稱之為agomirs 或 antagomirs[36]。由于miRNA可對基因表達進行調節(jié)，因而可能具有治療范圍廣、安全性強的優(yōu)點。

SLE患者miR- 146a表達減少并與IFN-α表達成負相關。正常小鼠敲除miR- 146a后可表現(xiàn)出嚴重的自身免疫癥狀，如自身抗體水平增加、脾腫大和淋巴結疾病。利用MS2 VLP-based 傳輸系統(tǒng)恢復狼瘡模型小鼠miR- 146a表達可有效減少小鼠自身抗體的產生，并延緩疾病進程[37]，提示增加miR- 146a水平有可能成為治療SLE的有效方法。敲除狼瘡模型鼠miR- 451a可明顯減少自身抗體和炎癥因子產生，緩解脾大癥狀，減輕腎臟損害[31]。抑制人內皮細胞miR- 155表達可減輕IFN-α對NOS3的抑制，緩解SLE患者血管粥樣斑塊的形成[11]。miR- 130b刺激劑可緩解小鼠狼瘡腎炎的進展，阻止腎小球疾病的發(fā)生[34]。miR- 155基因敲除可顯著緩解狼瘡小鼠的肺損害和腎臟疾病，降低外周血自身抗體水平和CD4+CD25+FOXP3-細胞比例。此外，相比較pristane誘導型狼瘡鼠，miR- 155基因敲除狼瘡鼠表現(xiàn)出更低水平的IFN標記(MX1、IP10、IRF7、ISG15)[38]。這些研究可能為未來SLE的治療提供新策略。

SLE疾病機制十分復雜，IFN-α作為SLE發(fā)病機制的關鍵因子已得到廣泛認知。SLE患者和模型鼠體內多種miRNA表達異常與IFN-α信號通路異?；罨芮邢嚓P，免疫干預miRNA有望成為一種新的改善SLE患者預后的治療方法。