miR-181家族基因SNPs及CNV在系統(tǒng)性紅斑狼瘡疾病的研究進(jìn)展①

何永玲

(桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科，廣西 桂林 541001)

系統(tǒng)性紅斑狼瘡(Systematic lupus erythematosus, SLE)是一類病因不明的慢性自身免疫性疾病，主要以抗自身抗體的產(chǎn)生并引起機(jī)體多個(gè)器官的免疫損傷為特點(diǎn)。疾病活動(dòng)的進(jìn)展、并發(fā)感染和心血管疾病是引起SLE患者死亡的主要原因，而按性別和年齡進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后，SLE患者的標(biāo)準(zhǔn)化死亡率是普通人群的2.6倍[1]。近20多年來(lái)，流行病學(xué)的調(diào)查資料顯示SLE發(fā)病率和死亡率在歐洲地區(qū)的丹麥、法國(guó)和英國(guó)雖有下降的趨勢(shì)，但在中/美洲和亞洲某些國(guó)家包括我國(guó)一些地區(qū)卻呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)[2-5]。因此，開(kāi)展SLE的病因?qū)W研究，深入了解SLE的發(fā)生發(fā)展，對(duì)SLE早期有效防治具有極其重要的意義。筆者就miR-181基因簇在系統(tǒng)性紅斑狼瘡疾病中的研究進(jìn)展做一系統(tǒng)綜述。

1 miRNA和miRNA基因簇

1993年，Lee等[6]通過(guò)對(duì)秀麗隱桿線蟲(chóng)(caenorhabditis elegans, C.elegans) 的lin-4基因研究發(fā)現(xiàn)了首個(gè)miRNA分子。lin-4基因表達(dá)的終產(chǎn)物不是蛋白質(zhì)，而是生成長(zhǎng)約22個(gè)核苷酸序列的小RNA分子，該分子可以和C.elegans的異時(shí)基因lin-14基因mRNA的3’UTR結(jié)合，導(dǎo)致lin-14蛋白合成減少。2000年，科學(xué)家通過(guò)對(duì)C.elegans的研究發(fā)現(xiàn)了第二miRNA，即let-7。Let-7可轉(zhuǎn)錄最終生成長(zhǎng)度為21個(gè)核苷酸的RNA，該RNA可通過(guò)堿基互補(bǔ)配對(duì)與線蟲(chóng)的lin-14，lin-28，lin-41，lin-42和daf-12等異時(shí)基因的3’UTR結(jié)合，從而調(diào)控這些基因的表達(dá)[7]。此后，新的miRNA分子在不同物種中陸續(xù)地被科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)。目前被發(fā)現(xiàn)的miRNA已達(dá)數(shù)千種，而人體中被發(fā)現(xiàn)的約含3479種。miRNA的發(fā)現(xiàn)為開(kāi)啟基因轉(zhuǎn)錄后調(diào)控領(lǐng)域奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

miRNA的形成是經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄、加工、成熟的過(guò)程，并伴有多種酶的參與[8]。首先，miRNA基因在RNA聚合酶Ⅱ的作用轉(zhuǎn)錄生成長(zhǎng)度約1 kb，且含有2個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)的初級(jí)產(chǎn)物pri-miRNA[9-10]。在輔助因子DGCR8(diGeorge syndrome critical region gene 8, DGCR8)的幫助下，pri-miRNA被Drosha識(shí)別并剪切掉其莖環(huán)狀結(jié)構(gòu)，生成長(zhǎng)度約70個(gè)核苷酸的前體pre-miRNA，莖環(huán)狀結(jié)構(gòu)之外的部分大多在細(xì)胞核內(nèi)被降解[11]。隨后，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Exportin 5通過(guò)與pre-miRNA環(huán)狀結(jié)構(gòu)的識(shí)別和結(jié)合，從而使細(xì)胞核內(nèi)的pre-miRNA轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)[12]。RNaseⅢ酶Dicer對(duì)細(xì)胞質(zhì)中的pre-miRNA進(jìn)行切割最終生成長(zhǎng)約22個(gè)核苷酸的雙鏈RNA[13-14]。Argonaute蛋白與該雙鏈RNA解旋后的其中一條單鏈RNA相結(jié)合形成基因沉默復(fù)合物RISC(RNA-induced silencing complex, RISC)，又稱為miRNPs，該復(fù)合物可以與靶基因mRNA的3’UTR區(qū)發(fā)生特異性結(jié)合，從而導(dǎo)致靶mRNA發(fā)生降解或翻譯抑制[15]。

miRNA基因多數(shù)位于蛋白編碼基因的內(nèi)含子區(qū)，也可位于長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)的內(nèi)含子區(qū)內(nèi)，有部分miRNA基因與lncRNA基因的外顯子區(qū)重疊，有些甚至同時(shí)來(lái)自基因的內(nèi)含子和外顯子[16]。miRNA基因存在的形式可以為單拷貝或者成簇聚集的基因簇，可通過(guò)一個(gè)共同的啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄生成多順?lè)醋樱俳?jīng)過(guò)加工生成多個(gè)獨(dú)立的成熟miRNA分子?；虼氐母鱾€(gè)成員在功能上具有疊加效應(yīng)的特點(diǎn)，對(duì)某些生物活動(dòng)起到相互協(xié)調(diào)的作用，以確保生命活動(dòng)的有序進(jìn)行[17]。目前已有大量的miRNA基因簇被發(fā)現(xiàn)，而miR-17-92基因簇是目前被研究得最多的基因簇。

2 miR-181基因簇及其旁系同源基因簇

microRNA(miRNA)是近年來(lái)人類又一重大發(fā)現(xiàn)的單鏈非編碼小RNA分子，長(zhǎng)約19-25 個(gè)核酸，進(jìn)化上高度保守，約占人類基因組的1%。miRNA可特異性識(shí)別并以堿基互補(bǔ)配對(duì)的方式與靶基因的mRNA 3’非翻譯(3’untranslational region，3’ UTR)結(jié)合，引起mRNA的降解或翻譯抑制，從而對(duì)轉(zhuǎn)錄后水平的靶基因mRNA表達(dá)進(jìn)行調(diào)控。研究證實(shí)miRNA參與了細(xì)胞的增殖、分化、發(fā)育和代謝等多種生物學(xué)行為，是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一[18]。人類miR-181家族成員位于3條獨(dú)立的染色體上，miR-181a/b-1位于1號(hào)染色體上；miR-181a/b-2位于9號(hào)染色體上；miR-181c/d則位于19號(hào)染色體上。miR-181家族成員包括了miR-181a、miR-181b、miR-181c和miR-181d，其中miR-181a有miR-181a-1和miR-181a-2兩個(gè)亞型編碼，miR-181b有型編碼。人類miR-181家族成員包括了 miR-181a、miR-181b、miR-181c和miR-181d，其中miR-181a有miR-181a-1和miR-181a-2兩個(gè)亞型編碼，miR-181b有miR-181b-1和miR-181b-2兩個(gè)亞型編碼，miR-181家族成員位于3條獨(dú)立的染色體上，miR-181a/b-1位于1號(hào)染色體上；miR-181a/b-2位于9號(hào)染色體上；miR-181c/d則位于19號(hào)染色體上。

3 miR-181基因家族與系統(tǒng)性紅斑狼瘡

很多前瞻性文獻(xiàn)已報(bào)道了miR-181家族成員可能與心血管疾病、多種腫瘤、病毒感染及自身免疫性疾病等的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[19-22]。但截止目前，關(guān)于miR-181家族成員(miR-181a、miR-181b、miR-181c和miR-181d)與系統(tǒng)紅斑狼瘡相關(guān)的研究甚少。國(guó)外研究學(xué)者Lashine等[23]采用實(shí)時(shí)熒光定量PCR，在兒童系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者的外周血中發(fā)現(xiàn)miR-181a的表達(dá)顯著下調(diào)，而PCAF基因的表達(dá)明顯上調(diào)，他們推測(cè)miR-181a可能通過(guò)調(diào)控靶蛋白PCAF來(lái)影響Hdm2泛素化及P53釋放從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，更為重要的是miR-181a的表達(dá)水平與系統(tǒng)性紅斑狼瘡的活動(dòng)性指數(shù)相關(guān)。該結(jié)論表明miR-181a可能與系統(tǒng)性紅斑狼瘡發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。最近Li等[24]研究采用了qRT-PCR檢測(cè)miR-181a在系統(tǒng)性紅斑狼瘡中的表達(dá)情況，結(jié)果表明，系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者miR-181a的血清水平顯著高于正常健康組，miR-181a的表達(dá)水平與系統(tǒng)性紅斑狼瘡活動(dòng)程度及無(wú)進(jìn)展生存期密切相關(guān)，提出miR-181a可能對(duì)系統(tǒng)性紅斑狼瘡的診斷和評(píng)估具有重要作用。然而，該研究者中系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者miR-181a的表達(dá)水平與前者的研究結(jié)果相反，miR-181a在系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者中的表達(dá)水平到底如何，尚存爭(zhēng)議。最近，國(guó)內(nèi)學(xué)者陳明坤等[25]也采用了qRT-PCR法檢測(cè)系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者血清中miR-181a的表達(dá)水平，并分析其與臨床特征的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者中miR-181a的相對(duì)表達(dá)量顯著增高，其表達(dá)水平與血沉、C反應(yīng)蛋白和系統(tǒng)性紅斑狼瘡的活動(dòng)評(píng)分呈正相關(guān)，提示血清miR-181a可能有助于評(píng)估系統(tǒng)性紅斑狼瘡的病情。然而，以上學(xué)者都集中在系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者中miR-181a表達(dá)情況及其臨床意義的研究。在系統(tǒng)性紅斑狼瘡中動(dòng)物模型及細(xì)胞體外培養(yǎng)中的研究，目前國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。miR-181家族的其他基因在系統(tǒng)性紅斑狼瘡中的表達(dá)如何、miR-181家族基因突變與系統(tǒng)性紅斑狼瘡發(fā)生是否相關(guān)未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。故此，迫切需要明確miR-181家族基因與系統(tǒng)性紅斑狼瘡中的關(guān)系，它在系統(tǒng)性紅斑狼瘡發(fā)生中的表達(dá)調(diào)控的分子機(jī)制。

單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)主要是指在基因組水平上由于單個(gè)核苷酸變異所引起的 DNA 序列多態(tài)性，是人類可遺傳變異中最常見(jiàn)的一種，是個(gè)體或者群體之間遺傳差異最主要的表現(xiàn)形式。SNPs 在人類基因組中廣泛存在，占人類基因序列變異大多數(shù)的SNPs 的篩選及其檢測(cè)正成為研究者們廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。因此，研究SNP有助于解釋不同群體和個(gè)體對(duì)疾病，特別是對(duì)復(fù)雜疾病的易感性，以及對(duì)各種藥物的耐受性和對(duì)環(huán)境因子反應(yīng)的表型差異。人類基因計(jì)劃組掃描發(fā)現(xiàn)，miR-181家族(miR-181a、miR-181b、miR-181c和miR-181d)基因存在多種功能性多態(tài)性位點(diǎn)，由于基因多態(tài)性存在種族、民族和地域間差異，在不同的種族、民族和地域之間，很多疾病的發(fā)病率存在著明顯的不同，雖然環(huán)境、生活習(xí)慣等因素在疾病的發(fā)生過(guò)程中起著一定的作用，但不同民族在遺傳背景上的差異是導(dǎo)致疾病易感性不同的一個(gè)重要因素。

拷貝數(shù)變異(copy number variant，CNV)是指廣泛存在于人類基因組中的，從1 kb至3 Mb范圍內(nèi)的DNA片段插入、缺失、重復(fù)及其互相組合衍生出的復(fù)雜染色體結(jié)構(gòu)變異，可通過(guò)破壞基因的調(diào)節(jié)區(qū)域或者編碼蛋白的活性部分而影響基因的表達(dá)，從而引起疾病或疾病表型的多樣性。CNV和SNPs一起成為人類表型變異的兩個(gè)重要來(lái)源，是近年來(lái)研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。一些基因CNVs在系統(tǒng)性紅斑狼瘡發(fā)生發(fā)展中可能起著重要的作用。但截止目前，關(guān)于miR-181家族基因CNVs與系統(tǒng)性紅斑狼瘡的相關(guān)性研究目前國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)報(bào)道。miR-181家族基因CNVs在系統(tǒng)性紅斑狼瘡發(fā)生發(fā)展中是否起作用，目前尚不清楚，有必要深入研究其在系統(tǒng)性紅斑狼瘡發(fā)病中的作用。聯(lián)合使用具有互補(bǔ)性的SNPs和CNV兩個(gè)遺傳學(xué)標(biāo)記，探索miR-181家族基因遺傳變異與系統(tǒng)性紅斑狼瘡發(fā)生發(fā)展的相關(guān)關(guān)系，有助于揭示缺系統(tǒng)性紅斑狼瘡 miR-181家族基因異常表達(dá)的分子機(jī)理，并鑒定出新的易感基因，找到系統(tǒng)性紅斑狼瘡診治新的靶點(diǎn)。

miR-181家族基因簇是一個(gè)具有豐富生物學(xué)功能的基因簇，可調(diào)控?cái)?shù)十種靶基因蛋白的表達(dá)，是人體多個(gè)器官、系統(tǒng)發(fā)育的必須分子。雖然目前關(guān)于miR-181家族基因簇與系統(tǒng)性紅斑狼瘡疾病的相關(guān)性研究還處在起步階段，但其在系統(tǒng)性紅斑狼瘡疾病診斷和治療方面展現(xiàn)出的潛在價(jià)值是毋庸置疑的。相信隨著研究的不斷深入展開(kāi)，miR-181基因簇將會(huì)有廣闊的應(yīng)用前景。