MicroRNA-146a生物學(xué)作用的研究進(jìn)展

吳 慧，范 恒，劉星星

吳慧，華中科技大學(xué)同濟醫(yī)學(xué)院 湖北省武漢市 430030

范恒，劉星星，華中科技大學(xué)同濟醫(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：MicroRNA-146a可通過與靶基因mRNA的3’-非翻譯區(qū)結(jié)合，介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄抑制和mRNA降解，在多個信號通路中發(fā)揮作用，與免疫炎癥反應(yīng)、髓性增生、腫瘤、造血等生物過程有著密切聯(lián)系.

0 引言

機體的各項生命活動之所以能夠正常有序的進(jìn)行及終止，這得益于體內(nèi)各種分子參與其中，發(fā)揮有效的生物學(xué)作用.除蛋白質(zhì)外，microRNA(miRNA)在生物體維持自身穩(wěn)態(tài)中起著不可或缺的作用，并逐漸成為研究的熱點.其中，MicroRNA-146a(miR-146a)因為其能夠負(fù)向調(diào)節(jié)核因子κB(nuclear factor κB，NF-κB)信號通路，在控制炎癥反應(yīng)及免疫調(diào)節(jié)中扮演著重要角色，而得到眾多學(xué)者的關(guān)注.通過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，miR-146a同樣可以通過不同的分子機制影響骨髓造血穩(wěn)態(tài)的維持及腫瘤形成.本文將通過參閱文獻(xiàn)擬就miR-146a的控制炎癥，調(diào)節(jié)免疫，介導(dǎo)髓樣細(xì)胞增殖及腫瘤的發(fā)生發(fā)展等幾個突出的生物學(xué)作用作一綜述(圖1).

1 miRNAs

miRNAs是一類在進(jìn)化上保守的內(nèi)源性非編碼小分子RNA，其大小約19-23核苷酸.截至目前，在人體的基因組中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過2000種miRNAs[1].miRNAs可參與一系列生物過程，包括細(xì)胞分化[2]、發(fā)育[3]、增殖[4]、造血[5]、凋亡[6]、應(yīng)激反應(yīng)[7]以及免疫功能[8]的調(diào)節(jié).miRNAs的經(jīng)典合成途徑包括兩步[9，10]：在動物，首先，miRNA基因的長初級轉(zhuǎn)錄物(pri-miRNAs，pri-miR)在胞核中被Drosha加工形成發(fā)夾狀前體(premiRNAs，pre-miR)，然后，Dicer進(jìn)一步切割被轉(zhuǎn)運至胞質(zhì)中的pre-miR，最終形成其成熟形式.成熟的miRNA參與形成RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體(RNA-induced silencing complex，RISC)[11，12]，通過與靶基因mRNA的3’-非翻譯區(qū)(untranslated region，UTR)結(jié)合，介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄抑制和mRNA降解[13].目前檢測miRNA的方法主要有Northern印跡分析，微點陣分析和實時定量PCR.

2 miR-146a的生物學(xué)作用

miR-146a屬于miR-146家族(包括miR-146a和miR-146b).miR-146a和miR-146b分別位于人染色體組的5號和10號染色體上，二者成熟序列的區(qū)別僅表現(xiàn)為在3’端相差2個核苷酸.miR-146a廣泛表達(dá)于免疫系統(tǒng)，并且，通常在前體細(xì)胞其表達(dá)量低，而隨著細(xì)胞成熟及活化后其表達(dá)上調(diào)[14].

2.1 miR-146a與免疫炎癥反應(yīng) miR-146a前體形成是一個NF-κB轉(zhuǎn)錄活性依賴過程[15]，而 miR-146a又被證明能反過來影響NF-κB通路，從而形成一個環(huán)形調(diào)節(jié)通路.啟動子分析顯示miR-146a的啟動子區(qū)含有兩個NF-κB共有序列，這兩個序列是脂多糖(lipopolysaccharides，LPS)，白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)，腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)等炎癥刺激誘導(dǎo)下miR-146a基因轉(zhuǎn)錄活化中必不可少的.病毒感染刺激引起的miR-146a誘導(dǎo)表達(dá)同樣依賴于NF-κB信號通路[16].

研究顯示，類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎[17]，銀屑病[18]，干燥綜合征[19]，以及系統(tǒng)性紅斑狼瘡[20]等多種自身免疫性疾病中miR-146a的表達(dá)存在異常.Boldin等[21]證實miR-146a主要表達(dá)在免疫組織，在免疫細(xì)胞成熟和/或活化時其表達(dá)上調(diào).miR-146a基因敲除小鼠會表現(xiàn)出一些免疫相關(guān)的表型，且該改變與miR-146a的表達(dá)位置密切相關(guān).miR-146a基因缺陷的巨噬細(xì)胞對細(xì)菌LPS刺激有更強的反應(yīng)性；在miR-146a基因敲除小鼠表現(xiàn)為內(nèi)毒素刺激會誘導(dǎo)出較野生型小鼠更為嚴(yán)重的炎癥反應(yīng).并且，過表達(dá)miR-146a可逆轉(zhuǎn)這些敲除所引起的異常反應(yīng).隨著年齡的增長，miR-146a缺陷小鼠會自發(fā)出現(xiàn)自身免疫系統(tǒng)紊亂，具體表現(xiàn)為脾大、淋巴結(jié)腫大及早死[21，22].嚴(yán)重的組織炎癥，細(xì)胞因子產(chǎn)量基礎(chǔ)水平升高和自身抗體滴度增高也都反映了小鼠由于基因敲除引起的自身免疫性疾病.巨噬細(xì)胞對病原體的高反應(yīng)性，外周效應(yīng)T細(xì)胞對自身組織成分的反應(yīng)性[21]，以及Tregs細(xì)胞功能不良[23]，等細(xì)胞異常導(dǎo)致上述miR-146a缺陷遺傳背景下自身免疫性疾病的發(fā)生.

無論體內(nèi)還是體外條件下，miR-146a異常表達(dá)或者通過miR-146a模擬物過表達(dá)均可降低促炎細(xì)胞因子的表達(dá)水平，減輕細(xì)菌或病毒刺激引起的炎癥反應(yīng)[24，25].已有的研究表明，miR-146a在內(nèi)毒素耐受這一過程中起到了重要作用[26，27].1947年已有實驗室證明暴露于亞致死劑量LPS會造成細(xì)胞暫時性低反應(yīng)性，即細(xì)胞所產(chǎn)生的炎癥介質(zhì)較未處理細(xì)胞更低.這種對LPS低反應(yīng)性狀態(tài)使細(xì)胞在緊接著的二次致死劑量的LPS作用下受到一定保護作用.其原因在于，一方面miR-146a可促進(jìn)RelB與促炎因子如TNF啟動子的結(jié)合以阻礙其表達(dá)；另一方面miR-146a可使RISC募集至TNF的RNA轉(zhuǎn)錄物從而促進(jìn)TNF在轉(zhuǎn)錄水平的抑制.實驗證明miR-146a可通過抑制TLR4下游通路中的IRAK1和TRAF6活性來減輕免疫炎癥反應(yīng)所引起的肝移植損傷[28].最新研究報道，miR-146a通過負(fù)向調(diào)節(jié)TLR4/NF-kB信號通路來抑制類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎成纖維細(xì)胞樣滑膜細(xì)胞增殖及炎癥反應(yīng)[29].

圖1 miR-146a作用機制簡略圖.

2.2 MiR-146a與髓性增生 在不少研究中觀察到，miR-146a缺失會導(dǎo)致進(jìn)行性髓樣增生，在脾臟以CD11b+GR1+幼稚細(xì)胞增生為主，在骨髓則主要是CD11b+前體細(xì)胞，通過特異性敲除NF-κB的p50亞基可有效抑制上述病理進(jìn)程，從側(cè)面證實這種髓樣增生與NF-κB通路有著密切關(guān)系[21，30].進(jìn)一步的研究則證明，NF-κB信號通路上游的miR-146a-Traf6軸參與了髓細(xì)胞的異常增殖改變[22].Li等[31]通過體內(nèi)體外實驗發(fā)現(xiàn)，miR-146a在巨噬細(xì)胞集落刺激因子(macrophage colonystimulating factor，G-CSF)影響下表達(dá)上調(diào)，進(jìn)而抑制其下游分子CXCR4和Smad4，抑制白血病細(xì)胞轉(zhuǎn)移，促進(jìn)白血病細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期，改善老年急性髓性白血病患者的預(yù)后.另一方面，Mohr等[32]利用多基因改造及多組學(xué)技術(shù)明確了miR-146a參與Hoxa9和Meis1基因融合背景下，Meis1/PU.1/miR-146a/Syk通路介導(dǎo)的以過度增殖、分化停滯及凋亡異常為特征的急性髓性白血病(acute myeloid leukemia，AML)的發(fā)病，使以Syk為靶點的成藥性研究及AML治療突破成為可能.

2.3 miR-146a與腫瘤 在多種惡性腫瘤中可觀察到miR-146a表達(dá)異常，進(jìn)一步探索發(fā)現(xiàn)，miR-146a可能參與抑制腫瘤轉(zhuǎn)移[33-35].經(jīng)分析，胃癌[36]，宮頸癌[37]，及甲狀腺癌[38]均存在miR-146a表達(dá)下調(diào).Contreras等[39]人通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)及高通量測序等方法發(fā)現(xiàn)原癌基因c-Myc過表達(dá)同時伴隨miR-146a缺陷將導(dǎo)致侵襲性更強的腫瘤形成，其深層原因在于由于miR-146a被敲除及c-Myc過表達(dá)對miR-146a產(chǎn)生的抑制作用而引起miR-146a表達(dá)下調(diào)，繼而造成miR-146a下游的基因異常表達(dá).靶基因預(yù)測算法和熒光素酶報告實驗證明miR-146a可通過抑制垂體瘤轉(zhuǎn)化基因1的表達(dá)和活性，進(jìn)而抑制膀胱癌的遷移，侵襲，轉(zhuǎn)移和生長[40].此外，一項meta分析顯示，高表達(dá)miR-146a-5p的實體瘤腫瘤患者往往能有更好的預(yù)后，尤其是生殖和消化系統(tǒng)腫瘤[41].

2.3.1 淋巴瘤：NKT細(xì)胞淋巴瘤(natural killer/T-cell lymphoma，NKTCL)是一種罕見而侵襲性強的非霍奇金淋巴瘤(non-Hodgkin lymphoma，NHL)，屬于的B細(xì)胞淋巴瘤一種.NF-κB構(gòu)成性活化是許多造血系統(tǒng)腫瘤及實體瘤的一個標(biāo)志性改變[42，43].Alizadeh等[44]亦證實B細(xì)胞淋巴瘤與NF-κB構(gòu)成性活化密切相關(guān).miR-146a作為NF-κB信號通路的負(fù)向調(diào)節(jié)分子，該小RNA的表達(dá)缺失可能是B細(xì)胞惡性腫瘤的病理機制之一.NKTCL組織和SNK6、YT腫瘤細(xì)胞系中miR-146a異常低表達(dá)，miR-146a啟動子表現(xiàn)出過度的甲基化，應(yīng)用去甲基化制劑可上調(diào)miR-146a表達(dá)；過表達(dá)miR-146a通過抑制腫瘤壞死因子受體相關(guān)因子6(TNF receptor-associated factor 6，TRAF6)，下調(diào)NF-κB活性，也可抑制細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)凋亡并增強腫瘤細(xì)胞化療敏感性[45].這提示，miR-146a在此型淋巴瘤的發(fā)病中有著不可忽視的意義.臨床數(shù)據(jù)表明，miR-146a低表達(dá)是預(yù)后不良的獨立危險因素[46].另一種NHL即彌散性大B細(xì)胞淋巴瘤(diffuse large B-cell lymphoma，DLBCL)中，miR-146a在外泌體中的表達(dá)水平要明顯高于血漿，這為外泌體來源的miR-146a作為DLBCL治療反應(yīng)性和復(fù)發(fā)風(fēng)險的生物學(xué)指標(biāo)提供了可靠依據(jù)[47].

2.3.2 肺癌：miR-146a表達(dá)異常在非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)中也同樣存在.體外實驗顯示，miR-146a抑制表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor，EGFR)和NF-κB信號通路，抑制腫瘤細(xì)胞生長，誘導(dǎo)凋亡，降低其遷移能力[48].臨床肺腫瘤組織樣本檢測發(fā)現(xiàn)，miR-146a低表達(dá)與晚期TNM分期和NSCLC遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移相關(guān).而腫瘤組織高表達(dá)miR-146a的患者表現(xiàn)出無進(jìn)展帶瘤存活時間更長.miR-146a除了通過調(diào)節(jié)上述兩條通路參與NSCLC發(fā)病，其下游分子腫瘤膠原酶刺激因子(tumor collagenase stimulatory factor，TCSF)亦可通過影響細(xì)胞活性、增殖及凋亡介導(dǎo)NSCLC的病理進(jìn)程[49].另一項研究則證實，肺癌中miR-146a異常表達(dá)對細(xì)胞的生長不會產(chǎn)生影響，但可通過下調(diào)DNA損傷誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子3(DNA damage inducible transcript 3，DDIT3/CHOP)影響自噬及凋亡相關(guān)基因，最終導(dǎo)致肺腫瘤細(xì)胞的耐藥性增加，易復(fù)發(fā)，提示著較差的預(yù)后[50].雖然不同研究結(jié)果略顯矛盾，但這也反映miR-146a參與多種生物過程，在肺癌中發(fā)揮著復(fù)雜的作用.

2.3.3 結(jié)直腸癌：Lu等[51]發(fā)現(xiàn)miR-146a-5p在結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)中異常高表達(dá)，并促進(jìn)CRC細(xì)胞的轉(zhuǎn)移.具體機制涉及高表達(dá)的miR-146a-5p下調(diào)羧肽酶(carboxypeptidase M，CPM)，進(jìn)而上調(diào)Src和FAK表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移.在基因表達(dá)芯片和miRNA分析等技術(shù)的輔助下，Bleau等[52]則證明了miR-146a可阻礙下游原癌基因c-met翻譯，抑制CRC肝轉(zhuǎn)移，抑制腫瘤發(fā)生.一項大樣本病例對照研究顯示，miR-146a+60位點處存在的C-G基因多態(tài)現(xiàn)象(rs2910164)可能會降低中國人群中不吸煙者及不飲酒者罹患CRC的風(fēng)險[53].對miR-146a表達(dá)量的影響可能是miR-146a基因多態(tài)性與CRC關(guān)系的主要影響因素.由此可見，miR-146a基因型及表達(dá)量對CRC的發(fā)生發(fā)展及預(yù)后有著深遠(yuǎn)影響.

2.3.4 miR-146a與造血：報道顯示miR-146a在造血干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)維持及骨髓生成方面發(fā)揮著重要作用[54].隨著衰老進(jìn)程，miR-146a基因敲除小鼠逐漸發(fā)展為以全血細(xì)胞減少及骨髓纖維化為主要表現(xiàn)的骨髓造血功能衰竭[30].而骨髓增生異常綜合征(myelodysplastic syndrome，MDS)及急性髓性白血病患者顯示也存在miR-146a低表達(dá)[55].Varney等[56]同時還發(fā)現(xiàn)miR-146a被認(rèn)為是人類染色體5q上可能的單倍體不足基因，介導(dǎo)MDS的常見亞型即5q-綜合征.MDS及再生障礙性貧血中進(jìn)展性的全血細(xì)胞減少被認(rèn)為是正常的造血干細(xì)胞微環(huán)境遭到破壞[57].轉(zhuǎn)導(dǎo)淋巴細(xì)胞活化分子系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)miR-146a基因敲除小鼠骨髓中的長期造血干細(xì)胞顯著減少，并進(jìn)一步證實miR-146a介導(dǎo)的骨髓T細(xì)胞來源的IFN-γ在模型鼠造血微環(huán)境破壞中起到了至關(guān)重要的作用[22].

3 結(jié)論

miR-146a調(diào)控下游基因表達(dá)的多樣性和復(fù)雜性，反映了其可參與機體多個生物過程，發(fā)揮著重要的生物學(xué)作用.而miR-146a在不同疾病模型中表達(dá)水平各異，所介導(dǎo)的信號通路和所造成的最終結(jié)局也不盡相同.是疾病或病理過程中確實發(fā)生的基因、蛋白等水平差異表達(dá)，而得到相異的結(jié)論，還是在現(xiàn)有的實驗條件及實驗水平下，實驗設(shè)計缺陷等其他干擾因素造成，目前尚未有一致的定論.因此，有必要不斷完善研究，以進(jìn)一步明確miR-146a生物學(xué)作用，尤其是在各種疾病及病理過程的作用.隨著對其在生物體內(nèi)功能的進(jìn)一步探索，將會為免疫炎癥腫瘤等方面疾病的診斷、治療及預(yù)后判斷提供新思路.