miR-31免疫調(diào)節(jié)作用的機制研究進展

周方偉綜述 許昱審校

微小RNA(miRNA)是一類在進化上高度保守的單鏈非編碼RNA，長度為18～25個核苷酸,廣泛存在于植物、線蟲和人類的細胞中[1]。miRNA通過與靶基因mRNA3′非翻譯區(qū)(3′UTR)的序列元件完全或不完全配對，降解靶基因mRNA或抑制其翻譯并對蛋白編碼基因進行轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，從而參與個體發(fā)育及細胞的分化、增殖、凋亡和應(yīng)激等生物學(xué)過程[2]。有研究發(fā)現(xiàn)miRNA通過影響DNA甲基化及TLR信號通道等來調(diào)控免疫系統(tǒng)中的多種免疫細胞和免疫分子，并與其他系統(tǒng)之間相互作用，使得免疫應(yīng)答維持在相對穩(wěn)定水平[3]。盡管miRNAs只占人類基因組的3%，卻能調(diào)控大約90%的基因，形成了極其復(fù)雜的生理調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，參與細胞增殖、分化、胚胎發(fā)育、腫瘤發(fā)生及免疫應(yīng)答和炎性反應(yīng)等各種生命活動[4]。近年來，越來越多的研究已證實miRNA參與腫瘤、心血管疾病、自身免疫性疾病和過敏性疾病等多種疾病的發(fā)病及發(fā)展過程，且其表達變化還與病變嚴重程度密切相關(guān)[5]。

研究表明，超過1 200種miRNA在人類表達，其中miR-31作為miRNA 家族中一員，廣泛參與了人類生育、胚胎發(fā)育、骨形成和肌細胞生成[6]。miR-31還參與了機體免疫應(yīng)答的多個環(huán)節(jié)，與多種感染性疾病、自身免疫性疾病及腫瘤等疾病有關(guān)，在抑制免疫炎性反應(yīng)的加重和維持免疫穩(wěn)態(tài)的平衡中發(fā)揮重要作用[7]。miR-31作為重要的免疫信號調(diào)節(jié)分子，可以通過調(diào)節(jié)免疫相關(guān)基因或免疫細胞的某種細胞因子的表達，也可通過影響免疫細胞的發(fā)育和分化，從而多途徑調(diào)控免疫相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)miR-31與自身免疫性疾病、腫瘤、炎性反應(yīng)及過敏性疾病的發(fā)生發(fā)展及治療、預(yù)后密切相關(guān)，可能是臨床疾病的治療靶點[8]。本文就miR-31免疫調(diào)節(jié)作用的機制研究作一綜述。

1 miR-31概述

miR-31是近年來較為熱門的miRNA之一，它不僅在胚胎早期發(fā)育過程中高表達，還在許多生物發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用，包括生殖發(fā)育、胚胎植入、骨骼形成和肌肉生長等方面，且與免疫系統(tǒng)密切相關(guān)。miR-31在不同腫瘤組織中的表達有明顯的差異，其在肝癌、肺癌、結(jié)直腸癌等癌組織中呈高表達[9]。有文獻報道，過表達的miR-31可顯著抑制肺腺癌腫瘤干細胞的增殖，阻滯細胞周期并誘導(dǎo)細胞調(diào)亡[10]。在卵巢癌、前列腺癌和急性髓型白血病等腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中，miR-31的過表達并不是引起或加重腫瘤的原因，而是機體對腫瘤的發(fā)生、發(fā)展而自發(fā)形成的一種保護機制[11]。提示miR-31的過表達在抑制某些腫瘤方面能發(fā)揮重要作用，為治療腫瘤提供新的策略和方向。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，miR-31參與了脊髓損傷后內(nèi)源性神經(jīng)干細胞的激活、募集和促進其定向分化為神經(jīng)元的作用，還可以調(diào)控脊髓損傷的炎性反應(yīng)微環(huán)境[12]。在心血管系統(tǒng)方面，Michell等[13]通過基因芯片分析發(fā)現(xiàn)，miR-31在成年大鼠血管壁平滑肌細胞中含量十分豐富。楊四寶[14]發(fā)現(xiàn)miR-31在心肌梗死后心力衰竭的表達水平顯著升高，并且心功能惡化程度與其表達水平呈正相關(guān)。據(jù)文獻報道，miR-31在自身免疫性腦脊髓炎小鼠的致病性CD4+T細胞和脾細胞中高表達，而miR-31敲除后顯著降低了自身免疫性腦脊髓炎的嚴重程度[15]。

2 miR-31與免疫細胞

在免疫細胞中，miR-31主要表達在T細胞并調(diào)控T細胞的分化與成熟。調(diào)節(jié)性T細胞(Treg細胞)是一類具有獨特免疫抑制作用的T細胞，通過分泌IL-10、TGF-β發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用[16]。免疫系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)主要是由Treg細胞所介導(dǎo),miR-31可以通過多種機制參與Treg細胞的調(diào)節(jié)，從而對免疫系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)進行調(diào)節(jié)。叉頭狀螺旋轉(zhuǎn)錄因子(FOXP3)是Treg細胞發(fā)育和發(fā)揮功能的主調(diào)控因子，不僅是因為它在T細胞中的表達會影響Treg細胞的表型和功能，還因為它的缺失、失活和突變是多種免疫疾病的基礎(chǔ)。Sun等[17]發(fā)現(xiàn)miR-31可通過直接與FOXP3mRNA的3'UTR中的潛在靶點結(jié)合，負性調(diào)控FOXP3的表達，從而對Treg細胞進行調(diào)節(jié)。此外，miR-31還可以抑制外周來源的Treg細胞的產(chǎn)生。外周衍生性Treg細胞的產(chǎn)生是由視黃酸誘導(dǎo)蛋白3所介導(dǎo)，miR-31可以抑制視黃酸誘導(dǎo)蛋白3的表達，最終抑制外周衍生性Treg細胞的分化進而導(dǎo)致自身免疫性疾病的發(fā)生[18]。miR-31在哮喘CD4+T細胞中表達升高，其主要是能通過結(jié)合FOXP3mRNA的3'UTR，抑制FOXP3的表達，從而抑制Treg細胞發(fā)揮作用，加重氣道的炎性反應(yīng)[19]。Catalfamo等[20]發(fā)現(xiàn)在慢性感染中miR-31是T細胞衰竭的重要調(diào)控因子，可以增加T細胞對Ⅰ型干擾素的敏感性，并干擾效應(yīng)T細胞功能，同時增加與T細胞功能障礙相關(guān)蛋白的表達。

3 miR-31與相關(guān)疾病

3.1 miR-31與自身免疫性疾病 miR-31在多種免疫系統(tǒng)疾病中發(fā)揮重要作用，其中以系統(tǒng)性紅斑狼瘡和銀屑病為代表。在系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者的T細胞中，miR-31的水平與正常對照組相比顯著降低[21]。miR-31是通過抑制歸巢淋巴細胞的感染關(guān)鍵基因RHOA(Ras同源家族成員A)來調(diào)控系統(tǒng)性紅斑狼瘡，而RHOA能夠通過干擾活化T細胞核因子的活性來降低乙?；M蛋白3在IL-2啟動子的表達，間接抑制IL-2的轉(zhuǎn)錄[22]。其中IL-2是一類多功能的細胞生長因子，對于T細胞活化和增殖至關(guān)重要。與正常人相比，系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者T細胞中miR-31的表達水平顯著下降，miR-31的低表達使得RHOA累積，抑制了IL-2的轉(zhuǎn)錄從而導(dǎo)致免疫應(yīng)答系統(tǒng)性失調(diào)。

銀屑病是一種慢性自身免疫性疾病，其特征是皮膚上形成發(fā)癢的銀白色鱗片。Xu等[23]發(fā)現(xiàn)miR-31在銀屑病患者的角質(zhì)細胞中過表達，導(dǎo)致了趨化因子和細胞因子表達上調(diào)，增強了角質(zhì)細胞招募白細胞的能力，最終引起了表皮的炎性反應(yīng)。miR-31主要是通過間接激活NF-κB信號通路增加銀屑病表皮的炎性反應(yīng)，并直接抑制PPP6C(一種編碼G1-S期的負調(diào)控因子)從而調(diào)節(jié)角質(zhì)細胞的增殖。此外，角質(zhì)細胞的分化是銀屑病發(fā)生的另一重要生物學(xué)過程，上皮細胞中miR-31的過表達直接抑制多功能羥化酶(FIH1)從而間接激活NOTCH信號通路，進而導(dǎo)致角質(zhì)細胞的分化增加[24]。抑制miR-31可減少表皮的增生，降低疾病的嚴重程度，這就使得miR-31可能成為治療銀屑病的潛在靶點。

3.2 miR-31與腫瘤 越來越多的證據(jù)表明, miR-31在不同的腫瘤中可表現(xiàn)出不同的功能,它可以促進胰腺癌、結(jié)直腸癌等腫瘤的發(fā)展，但是卻可以抑制卵巢癌、前列腺癌等腫瘤的發(fā)生。miR-31在腫瘤中的功能取決于所處的微環(huán)境及與其他免疫調(diào)節(jié)因子復(fù)雜的相互作用，可能是與RAS/MARK、PI3K/AKT、RB/E2F等多種信號通路相互作用出現(xiàn)的結(jié)果[25]。Hassan等[26]發(fā)現(xiàn)miR-31在卵巢癌中的缺失會導(dǎo)致機體對酪氨酸激酶受體(MET)的抑制減弱，從而增加抗腫瘤藥物紫杉醇的耐藥性。MET是一個跨膜受體，有助于細胞獲得化療時的凋亡抗性。miR-31低表達導(dǎo)致MET的積累，使得癌細胞在化療時免于凋亡。在血液系統(tǒng)腫瘤中，miR-31在慢性髓型白血病及T細胞白血病中表達下調(diào)[27]。miR-31可通過靶向抑制HuR基因，以抑癌基因的方式參與急性髓型白血病的調(diào)控，可作為急性髓型白血病早期診斷和治療的潛在靶點。此外，miR-31可作為一種促癌的miRNA(oncomiR)發(fā)揮作用。miR-31在結(jié)腸癌中發(fā)揮oncomiR作用已被廣泛報道，靶基因中包括一些重要的腫瘤抑制因子，如E2F2、SATB2、RASA1等。miR-31在結(jié)腸癌細胞中下調(diào)會導(dǎo)致癌細胞對化療藥物氟尿嘧啶的敏感性增加，提示miR-31可能是結(jié)腸癌的治療靶點。Yu等[28]報道m(xù)iR-31在宮頸癌中可直接促進腫瘤抑制因子激活基因轉(zhuǎn)錄染色質(zhì)的重構(gòu)，導(dǎo)致癌細胞生長停滯和遷徙能力減弱。miR-31在肺癌中也可起到oncomiR的作用，可直接靶向調(diào)控腫瘤抑制因子，如大型腫瘤因子2、肺癌易感基因1相關(guān)蛋白[29]。雖然miR-31在大多數(shù)類型肺癌中呈現(xiàn)高表達，但在一些肺癌中仍出現(xiàn)低表達現(xiàn)象，這說明miRNA只是腫瘤調(diào)控的一種途徑。

3.3 miR-31與過敏性疾病 miR-31能夠直接靶向抑制FOXP3的表達水平而拮抗Treg細胞的表型，從而影響過敏性炎性反應(yīng)的進展。在過敏性炎性反應(yīng)中，腫瘤壞死因子能夠增強miR-31的表達而導(dǎo)致內(nèi)皮黏附分子選擇素表達下調(diào)，進而抑制內(nèi)皮細胞和中性粒細胞間的相互作用，最終觸發(fā)炎性反應(yīng)信號通路的負反饋[30]。Ge等[31]發(fā)現(xiàn)miR-31與小鼠過敏性氣道疾病的進展有關(guān)，與免疫顯性變應(yīng)原及氣道中性粒細胞募集程度呈正相關(guān)，與氧化應(yīng)激反應(yīng)蛋白1(OXSR1)和N-乙基馬來酰亞胺敏感融合蛋白(NSF)水平呈負相關(guān)。NSF參與了變態(tài)反應(yīng)中囊泡的轉(zhuǎn)運和分解，而OXSR1則可以防止氧化應(yīng)激發(fā)生在許多過敏性疾病和自身免疫性疾病。OXSR1和NSF均含有miR-31結(jié)合位點，二者皆受到miR-31調(diào)控。此外，Li等[32]發(fā)現(xiàn)miR-31在哮喘患者的上皮細胞和血漿中表達增強，可通過直接結(jié)合CD44基因啟動子區(qū)域調(diào)控哮喘的進展，而CD44表達的再抑制和恢復(fù)逆轉(zhuǎn)了miR-31對哮喘相關(guān)細胞因子表達的影響。

3.4 miR-31與炎性疾病 miR-31在炎性疾病中發(fā)揮著重要作用，其中最具代表性的是參與了膿毒癥和炎性反應(yīng)性腸病的免疫調(diào)節(jié)。有研究發(fā)現(xiàn)miR-31在膿毒癥中表達下調(diào)與NF-κB誘導(dǎo)激酶、HIF-1α、SLAM相關(guān)蛋白的表達密切相關(guān)，從而促進CD4+T細胞向Th2表型轉(zhuǎn)變[33]。miR-31還可以支持Th1細胞因子轉(zhuǎn)錄和防止Th2細胞因子過度轉(zhuǎn)錄，維持Th1/Th2細胞因子轉(zhuǎn)錄的平衡。在膿毒癥中，miR-31可以提高IFN-γ和IL-4的mRNA轉(zhuǎn)錄，而IFN-γ和IL-4在膿毒癥期間復(fù)雜的免疫反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮重要作用。此外，miR-31與炎性反應(yīng)性腸病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。Simon等[34]發(fā)現(xiàn)miR-31在潰瘍性結(jié)腸炎患者的結(jié)腸組織中表達上調(diào)，靶向抑制胸腺間質(zhì)淋巴生成素在CD4+T細胞中的表達，促進了潰瘍性結(jié)腸炎的發(fā)展。近來研究表明，miR-31/IL-25信號軸調(diào)控Th1/Th17介導(dǎo)的炎性反應(yīng)，從而對克羅恩病進行調(diào)節(jié)。通過結(jié)腸內(nèi)給予miR-31抑制劑，恢復(fù)結(jié)腸中IL-25的表達和阻斷Th1/Th17反應(yīng)，可能是治療克羅恩病的一種有希望的方法[35]。

4 展望

綜上所述，miR-31在免疫調(diào)控中發(fā)揮著重要作用，不僅可以調(diào)節(jié)免疫細胞，且與自身免疫性疾病、腫瘤、炎性反應(yīng)及過敏性疾病密切相關(guān)。miR-31的作用靶點分布廣泛，決定其調(diào)控方式不是單一的代謝途徑，而是復(fù)雜的代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。miR-31可能是一個極具潛力的免疫相關(guān)疾病診斷及預(yù)后評估的新靶點，進一步研究miR-31在免疫調(diào)節(jié)中的作用機制，將有利于闡明miR-31與疾病發(fā)生、發(fā)展之間的聯(lián)系，并為miR-31的臨床應(yīng)用提供可靠的科學(xué)依據(jù)。