miR-148a及其相關(guān)通路在疾病表達(dá)的研究進(jìn)展①

曾菁莘 溫 炬 羅 權(quán)

(廣東省第二人民醫(yī)院皮膚科，廣州510317)

MicroRNAs是一種在基因表達(dá)譜進(jìn)化中高度保守，具有調(diào)控功能的內(nèi)源性非編碼小RNA,其可與靶基因mRNA的3′UTR通過堿基互補(bǔ)配對的方式結(jié)合而降解靶基因mRNA或阻止其翻譯[1]。miRNAs與靶基因mRNA結(jié)合程度的不同導(dǎo)致靶基因表達(dá)的比例不一。單個miRNA可調(diào)節(jié)多種靶基因的mRNA,多種miRNA也可調(diào)節(jié)同種靶基因的mRNA,因此由microRNA及其靶基因所形成的復(fù)雜而精密的調(diào)控網(wǎng)可參與調(diào)節(jié)體內(nèi)多種重要的生理過程，如器官發(fā)育、細(xì)胞增殖、分化和凋亡等[2，3]，其在免疫調(diào)控及疾病的發(fā)生發(fā)展中也起著重要作用。其中miR-148a在炎癥性疾病及腫瘤的免疫學(xué)機(jī)制中均存在反饋調(diào)節(jié)作用，近年來已成為相關(guān)疾病的研究熱點(diǎn)之一。

1 miR-148a的結(jié)構(gòu)及表達(dá)調(diào)控

1.1microRNA-148a的結(jié)構(gòu) miR-148/miR-152家族是由miR-148a、miR-148b和miR-152共同組成，三者具有相似的結(jié)構(gòu)及相同的種子序列(UCAGUGCA),擁有莖環(huán)結(jié)構(gòu)miR-148/miR-152前體可被核內(nèi)及胞質(zhì)內(nèi)的酶裂解為miR-148a、miR-148b和miR-152。研究表明miR-148/miR-152接近于人類同源異型基因(Homeobox，HOX),且miR-148a、miR-148b和miR-152分別類似HOXA,HOXC和HOXB[4]。在人類染色體中，成熟的miR-148a由22個核苷酸序列組成，含有一個8個核苷酸區(qū)域的“種子序列”，該序列是結(jié)合靶基因mRNA的重要區(qū)域。

在正常的生理狀態(tài)下，miR-148a可表達(dá)在各種人類組織中，如心臟、肝臟、腦部、胸腺、胰腺、腎臟、皮膚、胎盤、子宮、睪丸和造血系統(tǒng)[5]。Fu等[6]發(fā)現(xiàn)肝臟內(nèi)高表達(dá)miR-148a,且其表達(dá)在成人和胚胎中無顯著差異。Ribeirodossantos等[7]發(fā)現(xiàn)miR-148a可表達(dá)于正常的胃組織中，尤其在賁門內(nèi)。此外，高表達(dá)的miR-148a參與胃內(nèi)主要基因的穩(wěn)定表達(dá)，一旦其出現(xiàn)異常表達(dá)則會導(dǎo)致胃癌的發(fā)生。有趣的是，Nielsen等[8]發(fā)現(xiàn)在持續(xù)12周的運(yùn)動中，miR-148a在外周血中的表達(dá)呈顯著下降。

1.2影響miR-148a表達(dá)的因素 轉(zhuǎn)錄因子(TFs)及甲基化等表觀遺傳學(xué)機(jī)制都可作用于microRNAs啟動子調(diào)控microRNAs的表達(dá)[9]。研究表明在胃癌中，DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶1(DNMT1)的過表達(dá)使得miR-148a基因啟動子區(qū)域CpG島超甲基化而致miR-148a的沉默，從而減弱其對DNMT1表達(dá)的抑制，致使 DNMT1蛋白表達(dá)水平的進(jìn)一步上升和miR-148a的進(jìn)一步沉默，由此說明miR-148a的沉默和DNMT1蛋白的過度表達(dá)可能存在相互促進(jìn)的正反饋調(diào)節(jié)作用[10]。此外乳腺癌中的研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)錄因子 EGR1可與miR-148a的啟動子結(jié)合促進(jìn)其表達(dá)[11]，神經(jīng)膠質(zhì)瘤中轉(zhuǎn)錄因子NF-κB與miR-148a啟動子結(jié)合將促進(jìn)miR-148a的表達(dá)[12]。

此外，微環(huán)境中如缺氧和細(xì)胞因子等改變也會影響miR-148a的表達(dá)。Hsiao等[13]研究發(fā)現(xiàn)在子宮內(nèi)膜異位癥中低氧可通過AUF1/miR-148a通路致使DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶1(DNMT1)失調(diào)而引起整體低甲基化。miR-148a可通過抑制其靶基因SMAD2的表達(dá)下調(diào)細(xì)胞因子TGF-β的表達(dá)介導(dǎo)腫瘤的上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT),起到抗凋亡和減弱細(xì)胞的遷移的作用[14]。

除上述所描述的機(jī)制之外，miRNAs還可與長鏈非編碼RNA(long noncoding RNA,lncRNA)相互作用調(diào)控靶基因mRNA的表達(dá)。Yan等[15]通過研究表明胃癌中的lncRNA MEG3呈低表達(dá)水平，miR-148a可通過調(diào)控其下游靶蛋白DNMT1間接調(diào)節(jié)MEG3的表達(dá)進(jìn)而影響胃癌細(xì)胞的生物學(xué)過程，MEG3通過調(diào)VEGF、Notch、Rb等通路調(diào)控細(xì)胞的增殖，凋亡轉(zhuǎn)移等生物學(xué)活動。Zhao等[16]研究表明LncRNA CCAT1可經(jīng)由miR-148a/PIK3IP1通路上調(diào)其表達(dá)而促進(jìn)骨肉瘤的擴(kuò)散與轉(zhuǎn)移[14]。Wu等[17]也表明LncRNA H19可經(jīng)由miR-148a/DNMT1通路調(diào)節(jié)喉部鱗狀細(xì)胞癌的發(fā)生發(fā)展。

2 miR-148a的生物學(xué)特性與相應(yīng)疾病的調(diào)控

2.1miR-148a的免疫調(diào)節(jié)機(jī)制 Haftmann等[18]在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者滑膜液分離出的記憶T細(xì)胞中檢測到顯著上調(diào)的miR-148a,Pan等[19]在系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者CD4+T細(xì)胞的表達(dá)也高于正常志愿者。反復(fù)抗原刺激可使Th1中的轉(zhuǎn)錄因子Twist1上調(diào)并誘導(dǎo)miR-148a的表達(dá)，后者可通過抑制促凋亡蛋白Bim表達(dá)而促進(jìn)慢性炎癥中反復(fù)活化Th1細(xì)胞的存活。反之，抑制miR-148a的表達(dá)則可降低慢性炎癥中反復(fù)活化Th1的存活率。Twist1/miR-148a/Bim通路可能適用于Th1致病的多種慢性炎癥性疾病(風(fēng)濕性疾病、克羅恩病、潰瘍性結(jié)腸炎)[20,21]。該團(tuán)隊(duì)最新研究顯示，microRNA-148a特異性抑制劑可在體內(nèi)選擇性靶向促炎性Th1細(xì)胞，這進(jìn)一步推動了miR-148a對疾病治療的進(jìn)展[22]。

除了調(diào)節(jié)T細(xì)胞之外，miR-148a還可作用于B細(xì)胞。Porstner等[23]在研究中表明活化的B細(xì)胞可上調(diào)miR-148a的表達(dá)，miR-148a上調(diào)后又可促進(jìn)活化的B細(xì)胞分化成漿細(xì)胞，并且通過抑制轉(zhuǎn)錄因子Bach2、MITF及促凋亡因子BIM,PTEN來增強(qiáng)漿細(xì)胞的存活率。Gonzalezmartin等[24]研究發(fā)現(xiàn)上調(diào)miR-148a通過其上述抑制凋亡的作用促進(jìn)幼稚B細(xì)胞的表達(dá)從而增加B細(xì)胞受體數(shù)量而達(dá)到瓦解B細(xì)胞免疫耐受的效果，而這也是自身免疫性疾病的發(fā)病機(jī)制之一。

2.2miR-148a的免疫相關(guān)靶標(biāo) 人類白細(xì)胞抗原(Human leukocyte antigen，HLA)廣泛表達(dá)于細(xì)胞表面，其可通過呈遞抗原給T細(xì)胞而介導(dǎo)免疫反應(yīng)發(fā)生。HLA-C隸屬經(jīng)典HLA-Ⅰ類分子，位于HLA-C終止密碼子下游263位點(diǎn)的缺失(263del)和插入(263ins)會直接影響miR-148a與其末端3′UTR的結(jié)合，263ins(G)支持miR-148a與HLA-C末端的結(jié)合從而抑制HLA-C的表達(dá)，而使HIV病毒表達(dá)上升同時也可降低克羅恩病的風(fēng)險(xiǎn)。263del的HLA-C末端則不能與miR-148a結(jié)合而起作用[25]。

HLA-G是一種非經(jīng)典HLA-Ⅰ類分子，研究表明其可通過抑制殺傷毒性T細(xì)胞和NK細(xì)胞介導(dǎo)腫瘤細(xì)胞的免疫逃逸[26]，其可表達(dá)于滋養(yǎng)細(xì)胞腫瘤、黑色素瘤、胃癌、肺癌、腎細(xì)胞癌以及結(jié)直腸癌等多種腫瘤[27]。多項(xiàng)研究表明miR-148a的下調(diào)將導(dǎo)致HLA-G表達(dá)的升高[28]。有趣的是，Sun等[29]發(fā)現(xiàn)宮頸癌中l(wèi)ncRNA HOTAIR可與miR-148a競爭性結(jié)合而減少其與HLA-G的3′UTR結(jié)合，從而促進(jìn)HLA-G的表達(dá)，HOTAIR可促進(jìn)宮頸癌細(xì)胞的增殖和遷移。

此外，miR-148a可靶向作用于蛋白激酶CaMKIIα而削弱樹突細(xì)胞的抗原提呈及固有免疫[30]。蛋白激酶CaMKIIα還可降低MHCⅡ類分子的表達(dá)和抗原特異性T細(xì)胞的增殖[31]。

2.3miR-148a對細(xì)胞增殖的調(diào)控機(jī)制 CAND1是E3泛素連接酶的支架蛋白，泛素連接酶及CAND1復(fù)合物在細(xì)胞的增殖和分化中起著重要的作用，miR-148a可通過抑制CAND1的表達(dá)控制前列腺癌細(xì)胞的增殖[32]。研究表明抑癌基因MIG6可調(diào)節(jié)表皮生長因子受體(Epidermal growth factor receptor，EGFR)的表達(dá)進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞增殖，miR-148a通過下調(diào)MIG6的表達(dá)從而抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖[33]。ROCK1蛋白可調(diào)節(jié)多種關(guān)鍵細(xì)胞功能，在細(xì)胞的增殖、遷移和活化中發(fā)揮生理功能，近年來研究表明ROCK1在腫瘤發(fā)生發(fā)展中也有著關(guān)鍵作用，miR-148a過表達(dá)可抑制ROCK1從而下調(diào)胃癌細(xì)胞的增殖水平[34]。胰島素受體底物-1(Insulin receptor substrate 1,IRS-1)和類胰島素生長因子Ⅰ受體(Insulin-like growth factors-I receptor,IGF-ⅠR)可誘導(dǎo)多個信號級聯(lián)通路，包括PI3K/AKT和MAPK/ERK,兩條通路皆能控制腫瘤的發(fā)生發(fā)展，Xu等[35]研究表明miR-148a可靶向作用于IRS-1和IGF-ⅠR進(jìn)而抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖及血管生成。

2.4miR-148A對細(xì)胞遷移與侵襲的調(diào)節(jié) 上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(Epithelialmesenchymal transition,EMT)在形態(tài)學(xué)上發(fā)生間充質(zhì)細(xì)胞表型的轉(zhuǎn)變,并獲得轉(zhuǎn)移能力的過程,長久以來一直被認(rèn)為在胚胎發(fā)育和惡性腫瘤的細(xì)胞轉(zhuǎn)分化中起主導(dǎo)作用，其涉及TGF-β、WNT信號通路，E-鈣黏素表達(dá)等多種信號通路的表達(dá)[36]。SMAD2是TGF-β通路的下游效應(yīng)蛋白，其可促進(jìn)TGF-β誘導(dǎo)EMT，即促進(jìn)細(xì)胞的遷移和侵襲[37]。高活性的TGF-β/Smad通路增強(qiáng)胃癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移且預(yù)后較差，尤其是在已擴(kuò)散的胃癌患者中[38]。Wang等[14]的研究表明Smad2是miR-148a的靶基因，miR-148a可抑制Smad2的表達(dá)從而抑制TGF-β介導(dǎo)的EMT,起到抗凋亡和減弱細(xì)胞遷移的作用。此外，多項(xiàng)研究表明子宮內(nèi)膜癌和肝癌中miR-148a可分別靶向作用于WNT1和WNT10B，進(jìn)而抑制EMT所致的腫瘤轉(zhuǎn)移與侵襲[39,40]。在肝癌中miR-148a的下降可靶向調(diào)控HPIP以及下游的分子AKT/ERK/FOXO4/ATFS通路，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖，轉(zhuǎn)移和侵襲[41]。

2.5miR-148a對細(xì)胞凋亡的調(diào)節(jié) Bcl-2 相關(guān)蛋白按照結(jié)構(gòu)和功能可分為三個家族:Bcl-2家族、Bax家族和BH3-only家族。Bcl-2家族蛋白具有拮抗細(xì)胞凋亡的作用,Bax和BH3-only家族蛋白具有促進(jìn)細(xì)胞凋亡的作用。 Bax、Bak等促凋亡蛋白可以結(jié)合在線粒體膜上并發(fā)生聚合，從而最終導(dǎo)致凋亡的發(fā)生 。BH3-only家族成員，例如Bim(Bcl-2 interacting media-tor of cell death)，又能夠與Bcl-2 相結(jié)合,抑制其抗凋亡作用[42]。Kim等[33]研究表明上調(diào)miR-148a可抑制BIM的表達(dá)從而抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡。

3 展望

隨著近年來對miR-148a研究的不斷深入，可以發(fā)現(xiàn)miR-148a在T細(xì)胞及B細(xì)胞介導(dǎo)的慢性炎癥性疾病、自身免疫性疾病及腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著重要的調(diào)控作用，miR-148a的表達(dá)也與DNMT1、轉(zhuǎn)錄因子、lncRNA及細(xì)胞因子等息息相關(guān)。然而，miR-148a在疾病中的調(diào)控機(jī)制復(fù)雜，靶基因眾多，這些靶基因之間是否存在相互作用，miR-148a的表達(dá)通路是否相互影響都有待實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)。相信在不久的將來， miR-148a將成為疾病的診斷和預(yù)后中的生物標(biāo)記物和新興的治療靶點(diǎn)。

表1 miR-148a在各組織/細(xì)胞中的靶標(biāo)

Tab.1 Targets of miR-148/152 family in various tissues/cells

miR-148aBiological functionTargetsTissues/CellsReferences↑DNA hypomethylationDNMT1CD4+ T cells of Systemiclupuserythematosus[16]↑ApoptosisBIMCD4+ T cells of chronic inflammatory disease[17]↑ApoptosisPTEN BIM Gadd45aB cell of autoimmune disease[19]↓Immune rejectionHLA-GPlacenta tissue cervical cancer cell[22][23]↓Cell proliferationHLA-CHIV-1 infected individuals[21]↑Cell proliferationCAND1Prostate cancer cells[29]↑Cell proliferationMIG6Glioma cells[30]↓Cell invasion and metastasisROCK1Gastric cancer[31]↑Epithelial mesenchymal transitionSMAD2Gastric cancer[35]