miR-155在炎癥性腸病中的免疫作用機(jī)制研究進(jìn)展

朱 鳳，范 恒，劉星星

朱鳳，范恒，劉星星，華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院中西醫(yī)結(jié)合科 湖北省武漢市 430022

核心提要： miR-155通過(guò)Jarid2/notch1信號(hào)通路及促進(jìn)2型巨噬細(xì)胞分化來(lái)調(diào)節(jié)TH17分化, 并通過(guò)抑制細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4調(diào)節(jié)Treg、通過(guò)細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)的抑制因子1調(diào)節(jié)腸成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞以及通過(guò)調(diào)節(jié)DNA雙鏈斷裂沉積來(lái)影響炎癥性腸病發(fā)生發(fā)展.

0 引言

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease, IBD)為累及回腸、結(jié)腸、直腸的一種特發(fā)性腸道炎癥性疾病, 主要包括潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)和克羅恩病(crohn's disease, CD), 其病因及發(fā)病機(jī)制尚未完全明確,目前普遍認(rèn)為IBD的發(fā)病機(jī)制是由遺傳、環(huán)境因素和腸道菌群共同作用, 激活遺傳易感個(gè)體腸道黏膜的免疫應(yīng)答, 引發(fā)一系列的炎癥反應(yīng). 除了明顯的遺傳危險(xiǎn)因素, 全基因組關(guān)聯(lián)研究已經(jīng)確定了許多常見的基因調(diào)控靶點(diǎn), 盡管在此方面研究激烈, 炎癥基因表達(dá)的調(diào)控仍然沒(méi)有完全清楚, 而了解這些基因是怎樣監(jiān)管、調(diào)控IBD的發(fā)生發(fā)展具有重要意義.

microRNA是廣泛存在于真核生物中的非編碼小RNA, 長(zhǎng)度為19-24nt, 它能在轉(zhuǎn)錄后水平抑制靶基因的表達(dá)或翻譯. 近年來(lái)研究顯示, miR-155是一個(gè)典型的多功能基因, 由其下游基因介導(dǎo), 參與多種生理病理過(guò)程, 如炎癥、免疫和腫瘤的發(fā)生發(fā)展. 本文就miR-155對(duì)IBD的免疫調(diào)節(jié)作用的研究進(jìn)展作一綜述.

1 IBD

IBD是一種慢性非特異性腸道炎癥性疾病, 包括UC和CD, 其臨床表現(xiàn)以腹痛、腹瀉及黏液膿血便為主, 癥狀易反復(fù)發(fā)作, 難以治愈[1]. 該病多發(fā)于青少年, 在歐美國(guó)家發(fā)病率較高. 但隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展及人民生活方式的改變, 我國(guó)發(fā)病率較前明顯增加[2]. IBD的病因尚不明確, 多數(shù)學(xué)者認(rèn)為, IBD是由多因素綜合作用導(dǎo)致. 因此, 找到治療IBD的有效的治療方法亟待解決.目前, IBD的醫(yī)療管理的主要依據(jù)是5-氨基水楊酸制劑,皮質(zhì)類固醇, 硫嘌呤, 甲氨蝶呤, 抗腫瘤壞死因子, 抗α4β7整聯(lián)蛋白和抗白細(xì)胞介素(interleukin, IL)-12/IL-23療法. 發(fā)現(xiàn)涉及IBD發(fā)病機(jī)制的新途徑導(dǎo)致新藥靶向Janus激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)物和轉(zhuǎn)錄激活因子, IL-6, 鞘氨醇-1-磷酸和磷酸二酯酶4等. 這些新療法可能會(huì)帶來(lái)更有利的安全性[3]. 近來(lái)許多研究表明miR-155在IBD的發(fā)病機(jī)制中占重要地位, 而了解發(fā)病機(jī)制可以更好地選擇治療靶點(diǎn).

2 miR-155的生物學(xué)作用

miR-155是一個(gè)典型的多功能miRNA, 越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)研究表明miR-155參與了炎癥、免疫、腫瘤及血細(xì)胞生成等多種生物學(xué)過(guò)程. miR-155位于人類21號(hào)染色體的非編碼轉(zhuǎn)錄本B細(xì)胞整合簇基因(B-cell integration cluster, BIC)第三個(gè)外顯子內(nèi)[4], 其表達(dá)水平受BIC的轉(zhuǎn)錄水平和miRNA加工等調(diào)控. BIC是一個(gè)不含開放讀碼框的基因, 過(guò)表達(dá)BIC可促進(jìn)細(xì)胞異常增殖. Leng等[5]證實(shí)miR-155被編碼在BIC, miR155HG的區(qū)域內(nèi), 該區(qū)域最初被鑒定為禽白血病病毒的常見整合位點(diǎn). miR-155參與多種炎癥病變過(guò)程. Lu等[6]研究發(fā)現(xiàn)miR-155在脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)刺激的單核細(xì)胞中上調(diào).Hu等[7]發(fā)現(xiàn)miR-155抑制劑可降低LPS誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞炎癥和NF-κB通路活化, 但可增加細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)的抑制因子1(suppressor of cytokine signaling1, SOCS1)的表達(dá), 并得出miR-155抑制劑可通過(guò)SOCS1/NF-κB通路減少巨噬細(xì)胞炎癥, 減輕心肌梗死后內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡. Li[8]等研究表明miR-155-5p通過(guò)調(diào)節(jié)腫瘤蛋白p53誘導(dǎo)核蛋白1的表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)宮頸癌細(xì)胞的發(fā)育. 目前已有大量的實(shí)驗(yàn)證據(jù)表明miRNAs也可以由病毒基因組編碼. 到目前為止, 已知的病毒miRNAs來(lái)源于雙鏈DNA病毒—皰疹病毒屬, 多瘤病毒屬以及腺病毒屬. 病毒miRNAs可以干擾受感染細(xì)胞的mRNAs, 從而調(diào)節(jié)基因表達(dá). Wood等[9]發(fā)現(xiàn)Epstein-Barr(EB)病毒攜帶的兩個(gè)基因(潛伏膜蛋白1和EB病毒核心抗原2)上調(diào)miR-155表達(dá), 并且miR-155表達(dá)是EBV感染的B細(xì)胞生長(zhǎng)所必需的. 我們顯示EBV轉(zhuǎn)錄因子EB病毒核心抗原2通過(guò)激活miR-155宿主基因(miR-155HG)上游的增強(qiáng)子來(lái)上調(diào)miR-155表達(dá), miR-155來(lái)源miR-155宿主基因. 而且研究顯示EB病毒核心抗原2還通過(guò)增強(qiáng)子介導(dǎo)的干擾素調(diào)節(jié)因子4活化間接激活miR-155表達(dá), 然后獨(dú)立于EBNA2激活miR-155HG啟動(dòng)子和上游增強(qiáng)子. 綜上可以看出, miR-155參與各種疾病的病理生理過(guò)程, 因此,對(duì)其在IBD中的作用有待深入研究.

3 miR-155通過(guò)Jarid2/notch1信號(hào)通路調(diào)節(jié)IBD

Th17/Treg失衡在IBD結(jié)腸黏膜免疫紊亂和炎癥狀態(tài)中起重要作用, 找到影響Th17細(xì)胞分化的機(jī)制將幫助我們找到治療IBD的新靶點(diǎn). Liu等[10]研究表明, miR-155在調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)功能中具有重要作用, 在IBD結(jié)腸組織中也被檢測(cè)到顯著上調(diào). Escobar等[11]揭示miR-155的缺失導(dǎo)致Jarid2表達(dá)增加, 并增加核心蛋白復(fù)合體2(polycomb repressive complex 2, PRC2). PRC2招募, 減少了IL-22轉(zhuǎn)錄； 而在Jarid2缺陷型Th17細(xì)胞中, PRC2募集率降低.Mysliwiec等[12]報(bào)道Jarid2占據(jù)內(nèi)源性Notch1基因座的調(diào)控區(qū)域, 表明Jarid2直接控制小鼠胚胎心臟組織中的Notch1表達(dá), 由配體激活的Notch1釋放出一個(gè)細(xì)胞內(nèi)片段(notch1 intracellular domain, N1ICD)直接結(jié)合ROR-γt和IL-17啟動(dòng)子并調(diào)節(jié)Th17分化. Liu等[10]通過(guò)使用由慢病毒載體遞送的miR-155抑制序列, 其顯示抑制miR-155可以改善TNBS誘導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)性結(jié)腸炎. 進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)在TNBS+miR-155抑制劑組中, Th17細(xì)胞在脾臟和腸系膜淋巴結(jié)中的比例和結(jié)腸組織中Th17細(xì)胞相關(guān)細(xì)胞因子IL-6, IL-17A, IL-17F和IL-21的水平顯著減少, 表明抑制miR-155調(diào)節(jié)Th17細(xì)胞的功能. 通過(guò)免疫組織化和蛋白印跡法發(fā)現(xiàn)Jarid2顯著升高, miR-155抑制和notch1表達(dá)與Jarid2呈負(fù)相關(guān). 這項(xiàng)研究表明通過(guò)調(diào)節(jié)抑制miR-155可以改善TNBS誘導(dǎo)的結(jié)腸炎, 且Th17細(xì)胞分化和功能與Jarid2/notch1密切相關(guān). 因此我們可以知道,miR-155可以通過(guò)Jarid2/notch1調(diào)節(jié)TH17分化, 從而影響IBD發(fā)生發(fā)展.

4 miR-155通過(guò)調(diào)節(jié)M2分化來(lái)調(diào)節(jié)IBD

IBD與腸黏膜中的先天性和適應(yīng)性免疫應(yīng)答的失調(diào)有關(guān). MicroRNA(miR-155)在許多免疫細(xì)胞中表達(dá)并起作用. 除了其在適應(yīng)性免疫中的功能外, miR-155是巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞甚至上皮細(xì)胞中先天免疫應(yīng)答的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑. 由于內(nèi)在分子調(diào)節(jié)和外在環(huán)境差異, 未分化的巨噬細(xì)胞可以極化為促炎性M1巨噬細(xì)胞或抗炎M2巨噬細(xì)胞, 巨噬細(xì)胞對(duì)維持腸道穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要[13]. 在結(jié)腸炎免疫反應(yīng)的早期階段, 血液?jiǎn)魏思?xì)胞以細(xì)胞表面趨化因子受體2依賴性方式從中招募炎性巨噬細(xì)胞, 并在發(fā)炎的黏膜中積累和產(chǎn)生促炎介質(zhì)[14]. 如果炎癥性巨噬細(xì)胞反應(yīng)不受控制, 則隨后引起適應(yīng)性免疫反應(yīng)和炎癥性T細(xì)胞, 包括Th1細(xì)胞和Th17細(xì)胞, 被招募致病現(xiàn)場(chǎng), 這些細(xì)胞可進(jìn)一步加重結(jié)腸炎癥損傷. 在一些條件下, 腸道中的巨噬細(xì)胞可能被迫通過(guò)內(nèi)在因素和外在因素轉(zhuǎn)變?yōu)镸2表型, 誘導(dǎo)的M2巨噬細(xì)胞在化學(xué)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎中顯示出巨大的治療潛力[15,16]. Li等[17]發(fā)現(xiàn)miR-155在結(jié)腸炎中是一種強(qiáng)有力的調(diào)節(jié)因子去調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞極化(圖1), 其缺乏可導(dǎo)致巨噬細(xì)胞M1型轉(zhuǎn)變成M2型. M2在結(jié)腸中的優(yōu)勢(shì)可導(dǎo)致腸道免疫細(xì)胞增殖受抑制并抑制CD4+T細(xì)胞向Th1和Th17極化. 因此, miR-155可通過(guò)調(diào)節(jié)M2極化來(lái)調(diào)節(jié)TH17分化并影響IBD的發(fā)生發(fā)展.

5 miR-155通過(guò)抑制CTLA-4來(lái)調(diào)節(jié)Treg細(xì)胞，進(jìn)一步調(diào)節(jié)腸道免疫及IBD發(fā)生發(fā)展

研究表明, miR-155的過(guò)表達(dá)增強(qiáng)了CD8+T細(xì)胞的抗原特異性免疫應(yīng)答和克隆增殖, 它的缺陷導(dǎo)致T細(xì)胞的抗腫瘤免疫功能減弱, 并可通過(guò)細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞相關(guān)抗原4(cytotoxic T lymphocyte-associated antigen-4, CTLA-4)抗體重新儲(chǔ)存[18,19]. CTLA-4是免疫檢查點(diǎn)阻滯(immune checkpoint blocker, ICB)治療的一個(gè)重要的目標(biāo), 這表明miR-155對(duì)CTLA-4具有潛在的調(diào)節(jié)作用. 最近, 研究表明miR-155以競(jìng)爭(zhēng)內(nèi)源性RNA(ceRNA)的形式與CTLA-4 mRNA 3'UTR結(jié)合, 增強(qiáng)輔助性T細(xì)胞的增殖反應(yīng)[20].CTLA-4也被認(rèn)為在IBD的進(jìn)展中起關(guān)鍵作用. 例如,SOCS1缺陷小鼠中的CTLA-4下調(diào)會(huì)誘導(dǎo)嚴(yán)重的IBD[21],并且CTLA-4缺乏與早發(fā)型CD之間存在相關(guān)性[22], 此外, CTLA-4-ICB治療可引起嚴(yán)重胃腸道潰瘍的不良反應(yīng)[23]. CTLA-4是一種由T細(xì)胞表達(dá)的共抑制分子, 是一種重要的免疫調(diào)節(jié)因子和炎癥抑制劑[24]. Chao等[25]通過(guò)研究表明, miR-155模擬劑和抑制劑可分別下調(diào)和上調(diào)CTLA-4蛋白和mRNA的表達(dá). 這些結(jié)果表明miR-155可直接靶向抑制CTLA-4的表達(dá). 濾泡調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(follicular regulatory T cells, Tfr)通過(guò)調(diào)節(jié)濾泡輔助性T細(xì)胞(follicular helper CD4 T cells, Tfh)依賴性生發(fā)中心反應(yīng), 抑制B細(xì)胞反應(yīng)并防止幽門自身免疫介導(dǎo)的腸損傷.Tfr細(xì)胞的缺乏可能是CTLA-4缺乏引起的IBD免疫抑制的原因. miR-155可以靶向CTLA-4在cTreg和Tfr中的表達(dá), 直接抑制Tfr細(xì)胞的產(chǎn)生并促進(jìn)增強(qiáng)生發(fā)中心B細(xì)胞活化和自身抗體過(guò)量產(chǎn)生. 因此可以說(shuō)明, miR-155可以通過(guò)調(diào)節(jié)CTLA-4表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)腸道免疫功能及腸黏膜損傷, 為治療IBD提供新的思路.

6 miR-155作用于SOCS1來(lái)調(diào)節(jié)IMF產(chǎn)生，影響IBD

越來(lái)越多的證據(jù)表明間充質(zhì)細(xì)胞, 如腸成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞(intestinal myelofibrosis, IMF), 正在積極參與腸黏膜的炎癥過(guò)程[26]. 持續(xù)炎癥期間其表型和功能的穩(wěn)定改變可通過(guò)促進(jìn)組織破壞、支持免疫細(xì)胞的募集,并通過(guò)產(chǎn)生各種細(xì)胞因子保留和活化免疫細(xì)胞等方式向慢性腸道炎癥轉(zhuǎn)變. IMF是感應(yīng)和應(yīng)對(duì)各種壓力來(lái)保持腸黏膜穩(wěn)態(tài)的塑料細(xì)胞[27]. 然而, 在IBD中, IMF在持續(xù)炎癥性刺激時(shí)獲得活化的表型并大量增殖, 導(dǎo)致不必要的細(xì)胞外基質(zhì)重塑, 并產(chǎn)生一個(gè)過(guò)量的可溶性介質(zhì), 如炎性細(xì)胞因子, TGF-β1和Wnts配體, 其深刻影響鄰近的上皮細(xì)胞、間充質(zhì)和免疫細(xì)胞. Pathak等[28]研究揭示, 分離正常對(duì)照組、UC組、CD組結(jié)腸的IMF, 發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組及CD組患者相比, miR-155在UC患者的IMF中顯著上調(diào). 它在IMF中的表達(dá)受促炎調(diào)節(jié)信號(hào)的作用,如TNF-α和LPS, 但不是促纖維蛋白原介質(zhì), 如TGF-β1.miR-155在對(duì)照IMF中的過(guò)表達(dá)表明了UC衍生的IMF的促炎表型, 而在UC衍生的IMF中miR-155敲低可以糾正它們的促炎表型. 而且, 進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)了miR-155直接靶向SOCS1, 其表達(dá)顯著下調(diào)UC衍生的IMF. IMF是導(dǎo)致IBD黏膜損傷的關(guān)鍵細(xì)胞群, miR-155在對(duì)照IMF中增強(qiáng)細(xì)胞因子的異位表達(dá)和釋放, 而它下調(diào)SOCS1表達(dá), UC-IMF中的miR-155敲低減少細(xì)胞因子的產(chǎn)生并增強(qiáng)SOCS1表達(dá), 熒光素酶基因測(cè)定報(bào)告證明miR-155直接靶向SOCS1. 而且, 沉默控制IMF中SOCS1的表達(dá)顯著增加IL-6和IL-8的釋放. 總之, miR-155可以通過(guò)抑制SOCS1表達(dá), 調(diào)節(jié)IMF炎癥表型, 從而影響UC發(fā)生發(fā)展.

圖1 miR-155在IBD中的免疫作用機(jī)制.

7 PMN衍生的miR-155調(diào)節(jié)DSB積累影響腸道炎癥反應(yīng)，調(diào)節(jié)IBD進(jìn)程

由于炎癥加劇導(dǎo)致的上皮損傷反應(yīng)是胃腸道的常見病理特征, 包括IBD[29,30]. 腸黏膜中的炎癥反應(yīng)不可避免地導(dǎo)致中性粒細(xì)胞的募集[多形核白細(xì)胞(polymorphonuclear leukocyte, PMN)]. 黏膜上皮細(xì)胞炎癥部位的PMN的募集, 其對(duì)組織微環(huán)境和促進(jìn)上皮恢復(fù)的意義重大[31]. PMN在宿主防御中起著至關(guān)重要的作用, 失調(diào)的PMN募集可導(dǎo)致組織損傷. 因此, 在IBD中,腸黏膜中的PMN的數(shù)量與疾病嚴(yán)重程度相關(guān)[32]. PMN的病理學(xué)影響主要?dú)w因于釋放可溶性介質(zhì), 包括基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMPs), 中性粒細(xì)胞彈性蛋白酶和髓過(guò)氧化物酶[33]. 雖然氧化還原信號(hào)是細(xì)胞更新、遷移和增殖的重要組成部分[34], 但過(guò)量的活性氧(reactive oxygen species, ROS)可以破壞組織平衡[35].ROS對(duì)DNA糖磷酸鹽骨的攻擊可以誘導(dǎo)單鏈和/或雙鏈斷裂(DNA double-strand breaks, DSBs)的形成[36]. DSB積累可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡或衰老, 導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定, 是癌癥發(fā)生的標(biāo)志[37]. 高效的上皮傷口愈合對(duì)于組織穩(wěn)態(tài)修復(fù)至關(guān)重要[38]. 最近研究表明, 免疫細(xì)胞, 特別是PMN, 有助于調(diào)節(jié)涉及上皮愈合反應(yīng)的關(guān)鍵過(guò)程, 包括遷移和增殖[39]. 這種調(diào)節(jié)的新機(jī)制, 即組織浸潤(rùn)PMN釋放細(xì)胞外囊泡或微粒(PMN-MPs), 提供各種生物功能分子, 如MMPs或過(guò)氧化物酶可主動(dòng)調(diào)節(jié)上皮屏障功能和傷口愈合[40,41]. Butin-Israeli等[42]使用IBD臨床樣本和在體外和體內(nèi)損傷模型中, 顯示PMN衍生的miR-23a和miR-155通過(guò)誘導(dǎo)核纖層蛋白B1依賴性復(fù)制叉崩潰和抑制同源重組(homologousrecombination, HR), 針對(duì)HR調(diào)節(jié)器重組蛋白A, 促進(jìn)DSB的積累. 受損上皮中的DSB積累導(dǎo)致結(jié)腸愈合和基因組不穩(wěn)定性受損. 在培養(yǎng)的腸上皮細(xì)胞和急性損傷的黏膜中, 靶向抑制miR-23a和miR-155減少了PMN的有害作用并增強(qiáng)組織愈合反應(yīng). 所以, 抑制PMN衍生的miR-155可以減少DSB積累, 促進(jìn)腸黏膜愈合, 可以作為治療IBD的新思路.

8 結(jié)論與展望

腸黏膜屏障破壞、通透性增加、黏膜NF-kB活化、炎性細(xì)胞因子分泌增多等均是IBD發(fā)病及反復(fù)發(fā)作、遷延不愈以致癌變的原因. 由上可知, 抑制miR-155可以促進(jìn)Jarid2/notch1信號(hào)通路傳導(dǎo), 從而抑制TH17產(chǎn)生, 調(diào)節(jié)腸道免疫功能； miR-155-/-可以促進(jìn)M1向M2轉(zhuǎn)化, 而M2可抑制免疫細(xì)胞增殖, 減少TH1、TH17產(chǎn)生； 同時(shí),miR-155還可以抑制CTLA-4及SOCS1, 調(diào)節(jié)IMF炎癥表型, 從而影響IBD發(fā)生發(fā)展； PMN衍生的miR-155可以促進(jìn)DSB在腸道黏膜沉積, 加重黏膜組織損傷, 從而加重IBD癥狀(圖1). miR-155可以通過(guò)各種機(jī)制達(dá)到影響IBD的作用, 但它們不是獨(dú)立的, 而是共同發(fā)揮作用, 但目前起主要作用的機(jī)制并未研究透徹. 由此, 我們可以知道m(xù)iR-155是一個(gè)重要的、多效的microRNA. 盡管microRNA許多的功能和表達(dá)調(diào)節(jié)機(jī)制至今沒(méi)有完全清楚, 但是miR-155在許多炎癥及腫瘤組織的過(guò)表達(dá)讓我們意識(shí)到其在炎癥和腫瘤診斷及治療中的重要意義.Borghei等[43]使用單鏈DNA探針和DNA/RNA異源雙鏈相互作用的碲化鎘量子點(diǎn)聚集的miRNA識(shí)別的光譜方法用于測(cè)定人乳腺癌MCF-7細(xì)胞和正常人胚腎細(xì)胞系中的miR-155. 因此, miR-155在IBD的發(fā)生發(fā)展中占據(jù)重要地位, 為后期治療IBD及相關(guān)腫瘤疾病上拓寬了視野, 也提供了新的治療思路.