MicroRNA-21研究進(jìn)展

黃霄 ，郝兆虎，2

1 國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)激素與發(fā)育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 （天津醫(yī)科大學(xué)）、天津市代謝性疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、天津醫(yī)科大學(xué)朱憲彝紀(jì)念醫(yī)院及天津市內(nèi)分泌研究所 （天津 300134）；2 天津市第四中心醫(yī)院代謝性疾病管理中心 （天津 300140）

目前，關(guān)于基因?qū)膊∮绊懙难芯?，人們?cè)絹碓街匾曇訫icroRNAs（miRNAs）為代表的非編碼RNA在基因表達(dá)調(diào)控方面的作用，一個(gè)基因可以受到多個(gè)miRNAs的調(diào)節(jié)，同時(shí)一個(gè)miRNA也可以調(diào)控多個(gè)基因，形成調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。miRNAs參與生命過程中一系列的重要進(jìn)程，包括早期發(fā)育，細(xì)胞增殖，人體細(xì)胞死亡、凋亡，脂肪代謝和細(xì)胞分化等，其表達(dá)具有階段特異性、高度保守性及組織特異性。人們已發(fā)現(xiàn)1千多種miRNA，其中三分之一的基因表達(dá)受其調(diào)控。MicroRNA-21（miR-21）是近年來研究比較深入的miRNA之一，定位于17q23.2染色體，廣泛表達(dá)于哺乳動(dòng)物各器官組織中，包括心臟、腦、胰腺、小腸、結(jié)腸、乳腺和腎臟等，它可通過抑制人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因（phosphatase and tensin homology deleted on chromosometengene，PTEN）、程序性死亡因子4（PDCD4）、肌球蛋白1（TPM1）等抑癌基因來促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。目前miR-21在腫瘤、心血管疾病、糖尿病及其并發(fā)癥、皮膚病、自身免疫疾病方面作用已得到了廣泛的重視，本研究對(duì)miR-21研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 miR-21與腫瘤

腫瘤是由于人體細(xì)胞的增殖、生長(zhǎng)、凋亡以及相關(guān)調(diào)控機(jī)制發(fā)生紊亂所形成的。近年來，對(duì)miRNAs的研究為在分子水平上進(jìn)一步了解腫瘤，防治腫瘤提供了一個(gè)新的平臺(tái)。miR-21是與人類癌癥關(guān)系緊密而且突出的一種miRNA，表達(dá)水平在不同種類的惡性腫瘤中均可出現(xiàn)明顯的上升，如直腸癌、乳腺癌、多形性成膠質(zhì)細(xì)胞瘤、卵巢癌、肝癌、肺癌、膽管癌、胃癌等[1]，與腫瘤的增殖、分化、生長(zhǎng)、侵襲、轉(zhuǎn)移、耐藥等方面關(guān)系密切，在許多腫瘤的血清中呈高表達(dá)[2]，具有相當(dāng)于原癌基因的作用，起到了拮抗凋亡因子的作用。

國(guó)內(nèi)外的大量研究材料證實(shí)，PDCD4、PTEN、Caspases-3均為miR-21的靶基因。MAPK調(diào)控細(xì)胞的多種重要的生理功能，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中有重要作用，其中ERK、JNK/SAPK和p38是目前發(fā)現(xiàn)的最重要的3個(gè)亞家族。ERK與細(xì)胞增殖、分化有關(guān)，多種受體（如生長(zhǎng)因子受體等）都需要通過ERK的活化來完成其信號(hào)通路的傳遞；JNK亞家族主要參與細(xì)胞的應(yīng)激反應(yīng)，比如應(yīng)對(duì)輻射、滲透壓、溫度變化等；P38亞家族主要是介導(dǎo)炎癥及凋亡等反應(yīng)。JAK（Janus kinase）-STAT（signal transducer activator of transcription，STAT）通路中由于其受體自身沒有激素結(jié)構(gòu)域，與細(xì)胞因子結(jié)合后，受體通過蛋白酪氨酸激酶JAK（Janus kinase）的作用使受體自身和胞內(nèi)底物磷酸化。miR-21可通過MAPK信號(hào)通路、JAK/STAT信號(hào)通路以及Wnt信號(hào)通路、凋亡通路、細(xì)胞周期、PPAR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路和其他途徑，在肺癌的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮著顯著的作用，在多種組織的腫瘤細(xì)胞中，STAT3被激活后，呈持續(xù)性的激活狀態(tài)，可誘發(fā)腫瘤[3]。

有研究表明，miR-21能夠靶向調(diào)節(jié)PTEN的表達(dá)，調(diào)控PI3K/AKT信號(hào)通路，影響乳腺癌細(xì)胞及原代肝癌細(xì)胞增殖、凋亡和細(xì)胞周期的變化，并引起周期蛋白p21和p27kip1的表達(dá)變化[4]。童佳兵等[5]研究發(fā)現(xiàn)，芪玉三龍湯可以對(duì)肺部腫瘤產(chǎn)生一定的抑制作用，在研究其可能機(jī)制時(shí)發(fā)現(xiàn)miR-21下調(diào)，同時(shí)抑癌基因PTEN的表達(dá)增強(qiáng)，得出其對(duì)肺部腫瘤抑制作用可能是通過下調(diào)miR-21，達(dá)到上調(diào)抑癌基因PTEN的表達(dá)來實(shí)現(xiàn)的?；蓁磋吹萚6]發(fā)現(xiàn)，雷公藤甲素可能會(huì)引起miR-21水平下降，增強(qiáng)化療藥物多柔比星的治療敏感性。

由此可見，在腫瘤發(fā)生過程中，miR-21可能起到重要作用，同時(shí)在治療方面也有重要的臨床價(jià)值。

2 miR-21與糖尿病

糖尿病目前在我國(guó)屬于高發(fā)的慢性代謝性疾病，以高血糖為主要特點(diǎn)，可引起心腦血管等大血管并發(fā)癥及眼底視網(wǎng)膜、腎病等微血管并發(fā)癥，與惡性腫瘤、心腦血管疾病共為我國(guó)的三大慢性非傳染性疾病。由研究表明，miRNAs參與調(diào)節(jié)胰腺細(xì)胞的發(fā)育、胰島素的分泌及其對(duì)靶組織作用的生理過程[7]。miR-21被認(rèn)為是多種類型糖尿病發(fā)病中比較重要的一個(gè)[8]。正常情況下，胰島β細(xì)胞受到血葡萄糖刺激后進(jìn)行胰島素的合成和分泌，包括胰島素基因的轉(zhuǎn)錄，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)胰島素蛋白翻譯、修飾和加工處理，最后形成成熟顆粒，在膜連接蛋白（SNARs）的作用下沿微小管向細(xì)胞膜移動(dòng)，與細(xì)胞膜融合；胰島素通過細(xì)胞的胞吐作用釋放到細(xì)胞外，從而完成胰島素的分泌，胰島素與其受體結(jié)合后，進(jìn)一步激活啟動(dòng)蛋白激酶Akt，引發(fā)生物學(xué)效應(yīng)，調(diào)節(jié)糖、脂質(zhì)、蛋白質(zhì)等物質(zhì)代謝；PTEN在人體各組織廣泛表達(dá)，是PI3k-Akt信號(hào)通路途徑的重要調(diào)節(jié)因子，可調(diào)節(jié)經(jīng)典的胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，PTEN缺失、 miR-21過表達(dá)可影響胰島素信號(hào)傳導(dǎo)，引起胰島素抵抗（insulin resistance，IR）[9]。有研究認(rèn)為，1型糖尿病主要是CD8+細(xì)胞毒性T淋巴細(xì)胞直接識(shí)別β細(xì)胞表達(dá)的I類HLA分子，殺傷β細(xì)胞。Ruan等[10]研究表明miR-21、PDCD4可能與胰腺β細(xì)胞死亡有關(guān)。Osipova等[11]發(fā)現(xiàn)循環(huán)血中miR-21表達(dá)在1型糖尿病患者血漿及尿液中明顯上調(diào)。無論是在1型糖尿病或是2型糖尿病的研究中，都認(rèn)為miR-21 可能參與了糖尿病的發(fā)病過程。

糖尿病腎?。╠iabetic nephropathy，DN）在病理上主要表現(xiàn)為腎小球基底膜增厚、腎小球系膜細(xì)胞增生肥大等。轉(zhuǎn)化因子（TGF-β）/Smad通路主要的特點(diǎn)是其受體具有絲氨酸/蘇氨酸激酶活性，通路由TGF-β、TGF-β受體及其底物Smad蛋白家族信號(hào)分子所組成。有研究表明，TGF-β可以調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)增生，比如膠原蛋白（Ⅰ型或Ⅱ型）及其他蛋白增多。TGF-β-Smad信號(hào)通路在DN細(xì)胞外基質(zhì)增生起重要作用。Dey等[12]發(fā)現(xiàn)，在培養(yǎng)的近端小管細(xì)胞和腎小球系膜細(xì)胞中，應(yīng)用高濃度葡萄糖能夠增強(qiáng)miR-21的表達(dá)，可增加西羅莫司復(fù)合物-1的靶標(biāo)（targetofsirolimns complex-1，TORC1）活性，引起纖連蛋白表達(dá)和腎細(xì)胞過度增生，觀察到PTEN的低表達(dá)，推測(cè)可能與該信號(hào)傳導(dǎo)通路相關(guān)，有可能通過miR-21介導(dǎo)而表達(dá)下調(diào)。因此， miR-21的作用是調(diào)控TORC1和PTEN活性，并有可能介導(dǎo)了糖尿病腎病發(fā)生過程。有研究表明，miR-21下調(diào)也促使炎癥、微量白蛋白尿和腎纖維化明顯改善[13]。糖尿病腎病患者在早期階段（尿蛋白正常階段），miR-21、miR-124、miR-192的表達(dá)異常也可反映出足細(xì)胞及近端小管的功能異常[14]。Zarjou等[15]發(fā)現(xiàn)，使用LNA-antimiR-21阻斷miR-21表達(dá)可減弱單側(cè)輸尿管梗阻誘導(dǎo)的腎纖維化，分析其原因?yàn)椋瑴p少了促纖維化蛋白的表達(dá)及腎間質(zhì)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)。

糖尿病視網(wǎng)膜病變（diabetic retinopathy， DR）是糖尿病患者喪失視力的主要原因。有研究發(fā)現(xiàn)，在2型糖尿病患者中，通過比較正常人、糖尿病患者、糖尿病視網(wǎng)膜病變患者血miR-21水平，通過qRT-PCR測(cè)定發(fā)現(xiàn)miR-21表達(dá)在糖尿病視網(wǎng)膜病變患者中明顯增加，推測(cè)其可以作為糖尿病眼病嚴(yán)重的預(yù)測(cè)因子[16]。在糖尿病視網(wǎng)膜中PPARα是下調(diào)的，這可能會(huì)導(dǎo)致視網(wǎng)膜病變的出現(xiàn)，當(dāng)敲除miR-21時(shí)，可以防止PPARα下調(diào)，改善糖尿病患者眼底情況[17]。血管內(nèi)皮功能障礙是糖尿病出現(xiàn)血管病變的基礎(chǔ)。

3 miR-21與自身免疫性疾病

目前，miR-21在自身免疫疾病方面的作用也受到了廣泛關(guān)注。Stagakis等[18]應(yīng)用基因芯片，分析（系統(tǒng)性紅斑狼瘡）SLE患者和健康對(duì)照組的外周血miRNAs表達(dá)，采用PCR驗(yàn)證結(jié)果，發(fā)現(xiàn)27種miRNA與SLE有關(guān)，19種miRNA與疾病活動(dòng)性相關(guān)，miR-21表達(dá)明顯上調(diào)，與疾病活動(dòng)性呈正相關(guān)。

PDCD4為直接miR-21調(diào)節(jié)靶因子，miR-21的上調(diào)抑制PDCD4表達(dá)和引起調(diào)節(jié)異常進(jìn)而參與了人類SLE的T細(xì)胞反應(yīng)。Sézary 網(wǎng)狀細(xì)胞增生癥（SS）為原發(fā)于皮膚的T細(xì)胞淋巴瘤，Narducci等應(yīng)用基因芯片對(duì)22例SS患者和對(duì)照組miRNA差異表達(dá)進(jìn)行分析，結(jié)果提示45種miRNA存在表達(dá)差異，其中miR-21在SS患者中表達(dá)顯著增加。進(jìn)一步體外研究發(fā)現(xiàn)，miR-21還可抑制皮膚T細(xì)胞淋巴瘤細(xì)胞株的凋亡，過表達(dá)mi-R21可能通過抑制PTEN功能增加SS細(xì)胞的存活[19]。

因此，miR-21可能也與原發(fā)性膽汁性肝硬化、自身免疫性膽管炎和結(jié)腸炎發(fā)展有關(guān)[20]。

4 miR-21與皮膚疾病

某些患者在嚴(yán)重創(chuàng)傷、手術(shù)及燙傷后，皮膚常并發(fā)不同程度的增生性瘢痕，突出皮面，形態(tài)不規(guī)則，高低不平，這不僅會(huì)影響患者容貌，甚至?xí)霈F(xiàn)嚴(yán)重的畸形和功能障礙，可能導(dǎo)致患者出現(xiàn)心理障礙，降低患者生命質(zhì)量。對(duì)于大多數(shù)深及真皮的增生性瘢痕，由于創(chuàng)面深，可形成永久性的瘢痕。瘢痕組織內(nèi)成纖維細(xì)胞過度增殖，鏡下可見形態(tài)粗大且呈極性排列的膠原大量沉積。 TGF-β是增生性瘢痕形成中細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)因子，這些細(xì)胞因子的異常表達(dá)可導(dǎo)致皮膚創(chuàng)面愈合異常，smads蛋白可把TGF-β信號(hào)從細(xì)胞外傳遞到細(xì)胞內(nèi)，影響增生性瘢痕的形成及細(xì)胞外基質(zhì)沉著，TGF-β/Smads信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及結(jié)締組織生長(zhǎng)因子轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑被證實(shí)與瘢痕形成存在密切關(guān)系[21]。

在體外培養(yǎng)的人增生性瘢痕成纖維細(xì)胞發(fā)現(xiàn)PDCD4表達(dá)偏低，而miR-21表達(dá)則顯著升高，提示其可能參與增生性瘢痕的形成及演變過程。推測(cè)由于miR-21基因的激活，抑制PDCD4蛋白表達(dá)同時(shí)促進(jìn)TGF-β1/Smad7信號(hào)通路，最終減弱PDCD4蛋白對(duì)增生性瘢痕成纖維細(xì)胞的抑制作用，Col1和Col3型膠原表達(dá)上調(diào)，從而造成傷口表面的過度增生[22]。對(duì)于增生性瘢痕目前傳統(tǒng)的手術(shù)治療不僅會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生二次損傷，甚至還會(huì)出現(xiàn)瘢痕的再次增生。有研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)兔耳瘢痕形成瘢痕增生后利用miR-21拮抗藥物，其瘢痕治療效果顯著[23]。在對(duì)暴露于砷的研究中，Banerjee等[24]研究發(fā)現(xiàn),在砷引發(fā)的皮膚損傷、皮膚腫瘤及呼吸系統(tǒng)疾病中，miR-21表達(dá)顯著上調(diào)，在皮膚病變中，相對(duì)于其對(duì)照組達(dá)到了4.5倍，其下游的PTEN、PDCD4則明顯下降，提示miR-21在此類皮膚疾病中也可能有重要意義。

銀屑病俗稱牛皮癬，是一種慢性炎癥性皮膚病，該病特點(diǎn)為病程長(zhǎng)，容易反復(fù)，對(duì)患者心身影響大，且以青壯年人群為主。在銀屑病患者中不管是在表皮還是在真皮T細(xì)胞里，miR-21的水平都較健康對(duì)照組升高，轉(zhuǎn)染 miR-21抑制體后T細(xì)胞的凋亡率增加，因此miR-21可能成為銀屑病患者治療的一個(gè)新靶點(diǎn)[25]。

在小鼠銀屑病模型中應(yīng)用miR-21拮抗劑可以改善小鼠的皮膚情況，因此，靶向miR-21可能是治療銀屑病的一種潛在治療方法[26]。

5 miR-21與其他疾病

在非酒精肝炎中，miR-21上調(diào)可能與竇狀血管內(nèi)皮損傷有關(guān)[27]。虞勇等[28]研究通過體外培養(yǎng)心臟微血管內(nèi)皮細(xì)胞（CMVECs），經(jīng)柯薩奇B3病毒感染后，利用miRNA寡核苷酸基因芯片技術(shù)篩選出差異表達(dá)的miRNAs，結(jié)果發(fā)現(xiàn)miR-21在心肌微血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡中的表達(dá)有顯著變化，提示miR-21在柯薩奇B3誘導(dǎo)的病毒性心肌炎發(fā)病過程中可能起重要作用。Roy等[29]研究在小鼠缺血再灌注損傷時(shí)發(fā)現(xiàn)，miR-21在其心臟重構(gòu)期間心肌纖維化中發(fā)揮了主導(dǎo)作用。

6 小結(jié)

miR-21在人體中廣泛存在，有在對(duì)豬骨骼肌發(fā)育的研究中發(fā)現(xiàn)，miR-21參與骨骼肌的發(fā)育，通過TGFβ1調(diào)節(jié)PI3K/Akt/mTOR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)而實(shí)現(xiàn)的[30]。miR-21對(duì)人體生理及病理意義目前研究還不夠透徹。由于在高等動(dòng)物體內(nèi)，調(diào)控是分層次的，調(diào)控機(jī)制也是復(fù)雜的，即使是miRNAs之間的影響也是呈現(xiàn)一種網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)，因此往往單一缺陷一般不會(huì)導(dǎo)致對(duì)人體的嚴(yán)重?fù)p害。我們對(duì)于miR-21的理解可能還只是冰山一角，隨著檢測(cè)方法及技術(shù)的進(jìn)步，我們會(huì)對(duì)miR-21及其相關(guān)通路、在疾病中的作用有更加全面的認(rèn)識(shí)。