HIV感染中微RNA的功能及臨床價(jià)值研究進(jìn)展

唐 怡,楊才興,曾令偉

(重慶市渝北區(qū)人民醫(yī)院感染科，重慶 401120)

人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)感染及其導(dǎo)致的獲得性免疫缺陷綜合征(acquired immune deficiency syndrome，AIDS)是全球范圍內(nèi)的嚴(yán)重公共衛(wèi)生問題[1]。截至2015年，全球約有3 700萬HIV慢性感染患者，每年有超過100萬人進(jìn)展為AIDS，在我國也有大量的HIV/AIDS患者，臨床發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)[2]。HIV主要靶向攻擊CD4+T細(xì)胞，其他如樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞等也可被HIV感染，HIV感染可導(dǎo)致CD4+T細(xì)胞計(jì)數(shù)下降及免疫功能缺失，CD4+T細(xì)胞計(jì)數(shù)顯著下降(<500 個(gè)細(xì)胞/mL)的患者容易并發(fā)嚴(yán)重感染、自身免疫性疾病、惡性腫瘤等，并最終導(dǎo)致死亡。HIV感染導(dǎo)致宿主免疫功能缺陷的機(jī)制十分復(fù)雜，病毒、遺傳及宿主免疫等多因素參與其中[3]。微RNA(microRNA，miRNA)屬于無翻譯蛋白質(zhì)功能的小分子非編碼RNA，已知人基因組中存在超過2 000種miRNA，這些miRNA可以直接調(diào)控特定靶向基因的表達(dá)，在機(jī)體生理及病理狀態(tài)下發(fā)揮特定的調(diào)節(jié)作用[4]。類似其他慢性病毒感染，HIV感染可導(dǎo)致宿主特異性miRNA表達(dá)譜出現(xiàn)異常，并通過特定的信號(hào)通路參與調(diào)控HIV侵襲、復(fù)制、潛伏及激活等過程，導(dǎo)致HIV/AIDS相關(guān)疾病進(jìn)展。現(xiàn)對(duì)miRNA在HIV感染中的功能及相關(guān)臨床價(jià)值進(jìn)行綜述，為臨床評(píng)估及治療提供參考。

1 miRNA參與HIV復(fù)制及潛伏感染的調(diào)控

1.1miRNA對(duì)HIV復(fù)制的影響 HIV感染以CD4+T 細(xì)胞為主的免疫細(xì)胞，HIV與宿主之間持續(xù)相互作用，導(dǎo)致宿主免疫功能逐漸受到影響，從而引發(fā)不同的臨床病理生理表現(xiàn)。作為宿主免疫功能的重要調(diào)節(jié)因子，特異性miRNA對(duì)HIV感染宿主后的復(fù)制、慢性感染、長期潛伏及激活有重要的調(diào)控作用，而且HIV-1誘導(dǎo)的CD4+T細(xì)胞miRNA表達(dá)譜改變也能增強(qiáng)HIV本身的復(fù)制，從而加重HIV/AIDS的進(jìn)展[5]。Kapoor等[6]研究顯示，miR-34a可以通過靶向調(diào)節(jié)磷酸酶1核酸靶向亞單位(參與抑制HIV轉(zhuǎn)錄復(fù)合物形成的重要蛋白)相關(guān)信號(hào)通路來促進(jìn)CD4+T細(xì)胞中HIV-1的復(fù)制。也有研究顯示未經(jīng)高效聯(lián)合抗反轉(zhuǎn)錄病毒治療(highly active antiroviral therapy，HAART)的HIV-1患者外周血清miR-155水平顯著升高，且升高程度與CD4+T細(xì)胞計(jì)數(shù)減少存在相關(guān)性，機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)miR-155主要通過靶向抑制包含細(xì)胞凋亡功能結(jié)構(gòu)域的Fas相關(guān)蛋白(主要參與T細(xì)胞增殖及凋亡的調(diào)控)的表達(dá)來促進(jìn)HIV的復(fù)制[7]。此外，HIV-1表達(dá)的Tat蛋白(調(diào)節(jié)HIV延長功能的蛋白質(zhì))可以誘導(dǎo)模型細(xì)胞的miR-21及miR-222表達(dá)升高，而miR-21 及miR-222能夠增強(qiáng)HIV-1感染的CD4+T細(xì)胞對(duì)凋亡作用的耐受，從而增強(qiáng)HIV的復(fù)制及感染能力[8]。提示特異性miRNA與HIV感染之間相互影響，并參與調(diào)控HIV的復(fù)制過程。

1.2miRNA對(duì)HIV潛伏感染的影響 HIV患者的感染潛伏期存在較大的個(gè)體差異，雖然有超過40%的HIV患者進(jìn)展為AIDS的中位時(shí)間長達(dá)7.0年(90%CI0.5～15.0年)，但也有部分患者在HIV感染后數(shù)月內(nèi)進(jìn)展為AIDS，從而導(dǎo)致臨床預(yù)后的不同[9]。HIV潛伏及再激活的相關(guān)機(jī)制尚未完全闡明，特異性miRNA的異常表達(dá)也可能參與對(duì)HIV持續(xù)潛伏感染的調(diào)控。Monteleone等[10]基于長期隨訪患者隊(duì)列探討了miR-29家族表達(dá)情況與抗HIV應(yīng)答及免疫指標(biāo)的相關(guān)性，結(jié)果顯示，HIV-1患者血清miR-29b水平較健康對(duì)照顯著升高，而基線高HIV-1載量患者的miR-29c水平較低HIV-1載量患者高，CD4+T細(xì)胞計(jì)數(shù)較低HIV-1載量患者低，認(rèn)為miR-29的表達(dá)可在一定程度上反映HIV-1的感染潛伏狀態(tài)及宿主免疫應(yīng)答情況。也有研究發(fā)現(xiàn)，miR-155表達(dá)升高有助于促進(jìn)HIV-1在CD4+T細(xì)胞中長期潛伏，機(jī)制分析顯示miR-155的這一作用主要是通過靶向抑制TRIM32基因(參與協(xié)助潛伏 HIV的激活)表達(dá)，從而降低核因子κB信號(hào)通路中核因子κB抑制劑激酶活性來實(shí)現(xiàn)的[11]。此外，流行病學(xué)資料顯示HIV-2的感染及傳播能力均弱于HIV-1，且HIV-2感染患者病程進(jìn)展更慢，進(jìn)展為AIDS的時(shí)間更長，比例更低[12]。目前對(duì)造成此種差異性預(yù)后的相關(guān)調(diào)節(jié)機(jī)制尚不清楚。而Devadas等[13]基于細(xì)胞模型的研究顯示，HIV-1及HIV-2感染后宿主miRNA的表達(dá)情況不同，miR-541-3P、miR-518f-3p及miR-195-3p在HIV-1感染細(xì)胞株中持續(xù)升高，而在HIV-2感染細(xì)胞系中無此現(xiàn)象。上述差異性miRNA的調(diào)控靶點(diǎn)及信號(hào)通路主要為鉤狀微管蛋白-3及鈣連蛋白-11X 基因，其表達(dá)異常與細(xì)胞的死亡、代謝及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能異常相關(guān)，提示差異性miRNA表達(dá)改變是導(dǎo)致HIV-1及HIV-2不同致病表現(xiàn)的可能機(jī)制。

2 miRNA用于HIV感染并發(fā)癥的診斷評(píng)估

慢性HIV感染及AIDS患者的預(yù)后與免疫功能缺陷程度及相關(guān)致死性并發(fā)癥的發(fā)生密切相關(guān)。慢性HIV感染患者一旦進(jìn)展為AIDS或發(fā)生機(jī)會(huì)感染、惡性腫瘤等嚴(yán)重并發(fā)癥可在短期內(nèi)死亡?；贖IV/AIDS患者存在的miRNA表達(dá)譜異常，特異性miRNA可能作為臨床診斷及評(píng)估的新參考指標(biāo)。

2.1miRNA用于HIV相關(guān)并發(fā)癥的診斷 HIV-1感染作為全身性疾病，?？蓪?dǎo)致宿主發(fā)生多器官并發(fā)癥。如HIV-1感染后可導(dǎo)致腸道淋巴組織損害，從而導(dǎo)致腸道免疫屏障功能缺陷，加重AIDS進(jìn)展。Xu等[14]分析伴有腸道免疫屏障缺陷的AIDS患者(n=416)miRNA表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)10種miRNA表達(dá)升高，而391種miRNA表達(dá)降低，KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)分析顯示，這些異常表達(dá)的miRNA主要影響與CD4+T細(xì)胞活化相關(guān)的細(xì)胞外基質(zhì)及趨化因子調(diào)節(jié)通路，從而參與調(diào)控腸道免疫功能。此外，miR-32-5p、miR-195-5p、miR-20b-5p、miR-590-5p表達(dá)程度改變最為顯著，具有評(píng)估HIV相關(guān)腸道免疫屏障損傷的價(jià)值。HIV相關(guān)腦病是HIV感染所致的嚴(yán)重并發(fā)癥，超過25%的HIV/AIDS患者會(huì)出現(xiàn)腦病相關(guān)癥狀[15]。Xu等[16]的研究分析了HIV腦病患者腦組織中17種 miRNA的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)miR-500a-5p、miR-34c-3p、miR-93-3p及miR-381-3p表達(dá)升高，在外周循環(huán)的巨噬細(xì)胞中也觀察到相似結(jié)果，而且這4種miRNA的升高程度與腦病嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，提示miRNA具有用于HIV相關(guān)腦病診斷及預(yù)后的臨床價(jià)值。此外，與健康對(duì)照相比，HIV相關(guān)神經(jīng)認(rèn)知異常患者有9種血漿miRNA的表達(dá)水平升高(均升高超過2倍)，且在另一個(gè)相似患者的隊(duì)列中也發(fā)現(xiàn)上述9種miRNA中miR-3665、miR-4516及miR-4707-5p表達(dá)升高，這3種miRNA用于診斷HIV相關(guān)神經(jīng)認(rèn)知異常的準(zhǔn)確度可達(dá)0.870，信號(hào)通路分析顯示上述miRNA的主要調(diào)節(jié)位點(diǎn)集中于與神經(jīng)細(xì)胞的炎癥、凋亡及細(xì)胞因子分泌等功能相關(guān)的基因[17]。Thapa等[18]研究發(fā)現(xiàn)，部分血清miRNA可用于HIV相關(guān)非霍奇金淋巴瘤的臨床早期診斷，如miR-222不僅在HIV感染患者中升高，診斷HIV相關(guān)大B細(xì)胞淋巴瘤及原發(fā)性中樞神經(jīng)淋巴瘤的準(zhǔn)確度分別為0.777及0.792，提示miR-222可作為無創(chuàng)診斷指標(biāo)。

2.2miRNA用于HIV/HCV合并感染預(yù)后的價(jià)值 由于丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)與HIV具有相似的傳播途徑，包括性傳播、靜脈藥癮及垂直傳播等方式，HIV與HCV共感染在臨床上十分常見。與單獨(dú)感染HIV或HCV的患者相比，HIV與HCV共感染患者通常病毒(HIV及HCV)復(fù)制水平更高，且肝病進(jìn)展更為迅速，預(yù)后更差。研究HIV/HCV共感染時(shí)特異miRNA表達(dá)情況，有助于了解病毒相互影響的機(jī)制及篩選診斷預(yù)后指標(biāo)。Peng等[19]基于細(xì)胞模型的研究顯示，HIV表達(dá)的R病毒蛋白(Vpr蛋白)能夠增強(qiáng)宿主miR-122的表達(dá)，而miR-122同時(shí)能夠增強(qiáng)HCV RNA的5′非翻譯區(qū)活性，從而促進(jìn)HCV的快速復(fù)制，加入miR-122阻斷劑能顯著抑制HCV復(fù)制。提示，HIV與HCV可以通過特定的miRNA表達(dá)來互相影響。Anadol等[20]研究證實(shí)，特異性循環(huán)miRNA可以作為HIV/HCV共感染患者肝病嚴(yán)重程度的評(píng)估及預(yù)后指標(biāo)，與健康對(duì)照、HIV或HCV單獨(dú)感染患者相比，HIV/HCV感染患者的血清miR-122、miR-22及miR-34a水平均顯著升高，上述miRNA也是肝臟炎癥損傷(天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶>2倍正常上限)的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。同時(shí)，血清miR-122及miR-22水平與肝纖維化程度呈正相關(guān)，是HIV/HCV感染患者肝纖維化進(jìn)展的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。Jansen等[21]納入了74例HIV/HCV共感染患者研究血液循環(huán)中miR-122水平與肝病嚴(yán)重程度的相關(guān)性，結(jié)果顯示，miR-122水平與丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶及天冬氨酸轉(zhuǎn)氨酶呈正相關(guān)，miR-122預(yù)測肝靜脈壓力梯度≥5 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)的準(zhǔn)確度為0.639，診斷肝靜脈壓力梯度≥10 mmHg的準(zhǔn)確度為0.730。上述研究結(jié)果均提示，特異性miRNA，尤其是miR-122在HIV/HCV共感染致病中發(fā)揮了重要的調(diào)節(jié)作用，有一定的臨床診斷評(píng)估價(jià)值。

3 miRNA與HIV的治療

臨床上一直在尋找更為安全有效的靶向治療HIV藥物，由于特異性miRNA在HIV致病的多個(gè)方面發(fā)揮重要的調(diào)控作用，也有學(xué)者嘗試對(duì)基于特異miRNA靶向治療HIV感染的方法進(jìn)行研究[22]。然而由于藥物設(shè)計(jì)方法的限制以及安全性的不確定，目前尚無基于靶向miRNA的HIV治療藥物應(yīng)用于臨床或開展臨床試驗(yàn)，相關(guān)的探索性研究均停留在模型細(xì)胞或動(dòng)物水平。但相關(guān)的研究結(jié)果為開發(fā)新的HIV靶向治療藥物提供了重要的思路及參考。

3.1miRNA參與抑制HIV進(jìn)入靶細(xì)胞 HIV進(jìn)入CD4+T細(xì)胞有著特定的受體和機(jī)制，而通過調(diào)控CD4+T細(xì)胞表面特定受體的表達(dá)可能阻斷HIV進(jìn)入靶細(xì)胞，從而獲得避免HIV感染的效果。相關(guān)研究也取得了一些進(jìn)展：Quaranta等[23]發(fā)現(xiàn)，miR-126a能夠直接影響CD4+T細(xì)胞表面的趨化因子受體-4及腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子-6的表達(dá)，趨化因子受體-4是協(xié)助HIV-1進(jìn)入T細(xì)胞及髓樣細(xì)胞的CD4分子的共同受體，而腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子-6則參與針對(duì)HIV的特異免疫應(yīng)答。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，抑制miR-126a表達(dá)能夠顯著增強(qiáng)趨化因子受體-4及腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子-6的表達(dá)，而使用普樂沙福(趨化因子受體-4抑制劑)增強(qiáng)miR-126a的表達(dá)后可減弱HIV-1對(duì)CD4+T細(xì)胞的感染能力。Ma等[24]的研究發(fā)現(xiàn)，miR-1236可以通過抑制細(xì)胞因子VprBP(Vpr-綁定蛋白)的翻譯來減弱HIV-1感染單核細(xì)胞的能力，靶向沉默miR-1236能夠促進(jìn)單核細(xì)胞中VprBP的合成，從而增強(qiáng)HIV-1的感染能力。此外也有研究發(fā)現(xiàn)，宿主表達(dá)的miR-221及miR-222能夠抑制HIV-1進(jìn)入CD4+T細(xì)胞，而上述miRNA的這一功能主要通過靶向抑制CD4+T細(xì)胞表面的CXC家族趨化因子受體4/5(第2受體)的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)[25]。Yahyaei等[26]研究了反復(fù)暴露于HIV-1而血清HIV抗體仍為陰性的患者(n=30)的miRNA表達(dá)情況，結(jié)果顯示，暴露者的外周血單核細(xì)胞中miR-223及miR-29a表達(dá)水平較HIV感染者或健康對(duì)照均顯著升高，提示miR-223及miR-29a可能參與宿主對(duì)HIV-1暴露的耐受。這些研究也為尋找新的HIV治療靶點(diǎn)，特別是通過阻斷HIV侵襲靶細(xì)胞來治療HIV感染提供了思路。

3.2miRNA參與抑制HIV復(fù)制 HIV復(fù)制過程復(fù)雜，特異的miRNA可通過直接影響HIV復(fù)制過程中相關(guān)的功能基因表達(dá)來抑制HIV復(fù)制，為研究抑制HIV復(fù)制的生物靶向藥物提供參考。有研究顯示，在Jurkat細(xì)胞株中，miR-30a能與HIV-1的RNA合成酶Ⅱ的3′非翻譯區(qū)靶向結(jié)合，從而抑制RNA合成酶的表達(dá)，達(dá)到抑制HIV-1復(fù)制的目的[27]。Wang等[28]的研究發(fā)現(xiàn)，HIV-1潛伏感染患者外周血中miR-196b及miR-1290顯著升高，體外實(shí)驗(yàn)(基于HEK-293T細(xì)胞株)顯示，抑制miR-196b及miR-1290的表達(dá)可增強(qiáng)HIV的復(fù)制能力?；贖IV-1感染的人源化模型小鼠的研究也顯示，在高表達(dá)miR-29的動(dòng)物中也可以觀察到較低的血清HIV-1載量，通過靜脈注射白細(xì)胞介素-21能夠提高動(dòng)物外周循環(huán)中miR-29的表達(dá)，而miR-29能夠通過靶向抑制信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子-3基因(參與調(diào)節(jié)HIV相關(guān)蛋白的轉(zhuǎn)錄)，從而抑制HIV-1的復(fù)制[29]。這些研究雖然僅停留在細(xì)胞或動(dòng)物模型水平，但也提示通過調(diào)節(jié)特異性miRNA表達(dá)來靶向抑制HIV復(fù)制的價(jià)值。

3.3miRNA用于評(píng)估HAART的療效 隨著分子生物檢測技術(shù)的發(fā)展，臨床上檢測miRNA的表達(dá)情況也更為簡便快捷。因此，通過檢測特定miRNA的改變情況，可能有助于評(píng)估患者接受HAART后的療效及安全性。Rosca等[30]基于HIV-1感染患者(n=165)隊(duì)列探討了miR-29a的表達(dá)及其與抗HIV治療預(yù)后的相關(guān)性，結(jié)果顯示miR-29a表達(dá)程度與血清HIV-1載量呈負(fù)相關(guān)，HAART失敗患者(CD4+T細(xì)胞計(jì)數(shù)<350 個(gè)細(xì)胞/mL)的miR-29a表達(dá)程度更低，miR-29a過低能夠提示HAART治療失敗。Munshi等[31]探討了miR-150用于HIV/AIDS臨床治療效果判斷的潛在無創(chuàng)生物學(xué)指標(biāo)(n=37)，結(jié)果顯示，經(jīng)HAART的患者外周血單核細(xì)胞中miR-150的表達(dá)程度與CD4+T細(xì)胞計(jì)數(shù)呈正相關(guān)(r=0.64，P<0.01)，而且miR-150還可以較好地預(yù)測HAART耐藥(失敗)與HAART治療有效的患者(準(zhǔn)確度為0.82)。提示特異性miRNA表達(dá)程度的改變作為HIV感染者接受HAART療效評(píng)估指標(biāo)，其有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。

4 展 望

miRNA在HIV感染的致病及進(jìn)展為AIDS中發(fā)揮調(diào)控作用，與HIV的侵襲、潛伏及進(jìn)展存在相關(guān)性，可作為臨床評(píng)估的無創(chuàng)指標(biāo)。此外，基于特定miRNA的治療方法雖然距離臨床實(shí)際應(yīng)用尚有一定距離，但基礎(chǔ)研究顯示其可能為開發(fā)更為安全有效的HIV/AIDS治療藥物提供重要參考。然而，由于HIV/AIDS致病的長期性及復(fù)雜性，單一的miRNA表達(dá)改變并不能完全反映HIV/AIDS致病中的基因功能調(diào)控紊亂，針對(duì)miRNA在其中的具體功能機(jī)制還需要更為深入的研究探討。