血清miRNA-21在炎癥性疾病中的應(yīng)用

楊霞虹，劉濤

microRNAs(miRNAs)已成為各種疾病狀態(tài)下的有用生物標(biāo)志物，包括炎癥性腸病、哮喘、慢性阻塞性肺疾病、嗜酸性粒細(xì)胞性食管炎等炎癥性疾病[1-3]。近年研究發(fā)現(xiàn)， miRNA-21 表達(dá)水平的變化與炎癥性疾病的多個(gè)方面存在相關(guān)性[2]，包括疾病發(fā)生、進(jìn)展等進(jìn)程。本文就近年來(lái)國(guó)內(nèi)外關(guān)于miRNA-21參與炎癥性疾病相關(guān)病理的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 miRNA-21的概述

從1993年Lee等[4]在秀麗隱桿線蟲中首次發(fā)現(xiàn)非編碼RNA(基因 Lin-4)至今，人類基因組中已發(fā)現(xiàn)1 000多種 miRNAs。人類 30%～50%的基因受到 miRNAs 的調(diào)控。miRNA-21作為 miRNAs 家族中的一員，最初因其在多種癌組織中表達(dá)，且與致癌作用密切相關(guān)，被形容為致癌 miRNA；但近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-21參與了多種炎癥性疾病的發(fā)生和發(fā)展[5-7]， 其在炎癥性疾病的作用已引起了研究人員的關(guān)注。

miRNA-21是miRNAs的一員, 也稱為micro-RNA-21, 人類miRNA-21稱為hsa-miR-21,hsa-miR-21的編碼基因位于17號(hào)染色體短臂23區(qū)2帶(染色體17q23.2)區(qū)域，該區(qū)域也是編碼跨膜蛋白49(TMEM49)基因的內(nèi)含子區(qū)域[8]。miRNA-21擁有自己的啟動(dòng)子區(qū)域，且不受其他編碼基因區(qū)域啟動(dòng)子的影響，只受轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控。成熟 miRNA-21的轉(zhuǎn)錄首先是在細(xì)胞核內(nèi)由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄生成 primiRNA-21，然后經(jīng)核酸內(nèi)切酶 Drosha加工成 premiRNA-21，最后被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)經(jīng) Dicer 酶剪切為成熟miRNA-21。成熟的miRNA-21再與 Argonatite 家族蛋白形成RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體，能特異性識(shí)別靶基因 mRNA 3′UTR，通過(guò)抑制靶基因 mRNA的翻譯或促進(jìn)其降解而起到轉(zhuǎn)錄后水平的負(fù)調(diào)節(jié)作用[9]。miRNA-21在哺乳動(dòng)物的各種組織器官中廣泛存在[10]。當(dāng)發(fā)生炎癥性疾病時(shí)，miRNA-21常出現(xiàn)異常表達(dá)，并通過(guò)其介導(dǎo)的潛在靶基因干預(yù)相關(guān)炎癥性疾病的病理生理過(guò)程。

2 miRNA-21與炎癥性疾病發(fā)生發(fā)展的關(guān)系

microRNAs參與調(diào)節(jié)各種免疫細(xì)胞如:B細(xì)胞、T細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞等的功能、細(xì)胞因子和趨化因子的分泌等。

2.1 嗜酸性粒細(xì)胞

miRNAs在嗜酸性粒細(xì)胞分化、增殖及激活中的作用研究方面，Yang等[11]篩查了嗜酸性粒細(xì)胞分化、成熟過(guò)程中miRNAs表達(dá)譜的變化，發(fā)現(xiàn) 68個(gè)miRNA的表達(dá)發(fā)生顯著變化，這提示miRNAs可能參與了嗜酸性粒細(xì)胞的分化進(jìn)程。關(guān)于 miRNA 調(diào)控嗜酸性粒細(xì)胞生長(zhǎng)及凋亡的功能研究方面，上調(diào)人嗜酸性粒細(xì)胞內(nèi) miRNA-21表達(dá)水平,能增強(qiáng)粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子激活的 ERK 信號(hào)通路，延緩細(xì)胞的凋亡[12]；Lu 等[13]研究也發(fā)現(xiàn)，敲除 miRNA-21 將抑制嗜酸性粒細(xì)胞前體細(xì)胞生長(zhǎng)，促進(jìn)其凋亡，且 miR-21(-/-)小鼠體內(nèi)骨髓克隆形成嗜酸性粒細(xì)胞的能力和外周血嗜酸性粒細(xì)胞的數(shù)量均明顯降低。這些結(jié)果表明，miRNA-21可以通過(guò)影響嗜酸性粒細(xì)胞祖細(xì)胞的生長(zhǎng)來(lái)調(diào)節(jié)嗜酸性粒細(xì)胞的發(fā)育。

Deepali等[14]研究首次發(fā)現(xiàn)在嗜酸性粒細(xì)胞性食管炎和哮喘患兒血清中miRNA-21均升高。有研究發(fā)現(xiàn)，miR-21是嗜酸性食管炎患者中表達(dá)最上調(diào)的miRNA之一，且與食管的嗜酸性粒細(xì)胞水平相關(guān)性最高[15]。因此可以認(rèn)為血清miRNA-21的一個(gè)可能來(lái)源是嗜酸性粒細(xì)胞。

尚朋娟等[16]通過(guò)檢測(cè)67例哮喘患兒及同期60例健康體檢兒童血清miRNA-21、miR-155、TNF-α、IL-17、IL-6水平，發(fā)現(xiàn)病例組血清miRNA-21相對(duì)表達(dá)量顯著高于對(duì)照組,血清TNF-α、IL-17、IL-6水平顯著高于對(duì)照組，且血清miRNA-21、TNF-α、IL-17、IL-6水平隨患兒病情加重而升高,在中、輕、重度組之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)；相關(guān)性分析顯示,病例組血清miRNA-21水平與TNF-α、IL-17、IL-6呈顯著正相關(guān)關(guān)系；故而得出結(jié)論miRNA-21高表達(dá)與支氣管哮喘患兒氣道炎癥密切相關(guān),在支氣管哮喘早期診斷中也具有一定臨床價(jià)值。另外，王瑩巍等[17]發(fā)現(xiàn)支氣管哮喘兒童外周血淋巴細(xì)胞miRNA-21的表達(dá)量顯著高于正常兒童；并且哮喘小鼠與對(duì)照組小鼠肺組織PTEN mRNA與蛋白水平明顯低于正常對(duì)照組，說(shuō)明miRNA-21很可能在哮喘發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用，并且miRNA-21很可能通過(guò)調(diào)控下游靶基因PTEN參與哮喘的發(fā)病機(jī)制。師留杰[18]研究發(fā)現(xiàn)平喘顆?？赏ㄟ^(guò)抑制miRNA-21的表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)慢性哮喘大鼠肺泡灌洗液中嗜酸性粒細(xì)胞的水平。

2.2 T細(xì)胞

Gong等[3]發(fā)現(xiàn)miRNA-21有助于維持T細(xì)胞在正常效應(yīng)范圍，從而在炎癥性反應(yīng)中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。

炎癥性腸病(inflammatory bowel disease,IBD)是一類慢性復(fù)發(fā)性免疫紊亂介導(dǎo)的腸道炎癥性疾病,主要包括克羅恩病(Crohn’s disease,CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)兩種臨床類型。Takagi等[19]選取12例活動(dòng)期潰瘍性結(jié)腸炎患者和12名健康對(duì)照者的結(jié)腸活檢標(biāo)本，檢測(cè)miRNA的表達(dá)差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)miRNA-15和miRNA-21的表達(dá)有上調(diào)。何興楨等[20]研究發(fā)現(xiàn)潰瘍性結(jié)腸患者血清miRNA-21的水平為 1.32±0.24，正常對(duì)照組血清miRNA-21的水平為 1.11±0.17，潰瘍性結(jié)腸組miRNA-21的水平較正常對(duì)照組有輕度升高(t=-3.036,P=0.035)。研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)腸組織中的初始CD4+T細(xì)胞接受抗原后，在細(xì)胞因子的作用下增殖分化為三種效應(yīng)性T細(xì)胞(Thl、Th2、Th17)和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(Treg)，Th17細(xì)胞在IBD的發(fā)病過(guò)程中至關(guān)重要[21]。已知Th17細(xì)胞在炎癥發(fā)生過(guò)程中可產(chǎn)生重要的促炎細(xì)胞因子IL-17A和IL-23，而IL-17A和IL-23在IBD患者黏膜組織,糞便和血清中的含量顯著高于健康人，這說(shuō)明Th17細(xì)胞可能參與了IBD的致病過(guò)程。IL-17A作用于靶細(xì)胞表面受體,既可促進(jìn)一氧化氮(NO)、IL-6、IL-1、TNF-α等炎癥因子的表達(dá),也可通過(guò)MCP-1、IL-8介導(dǎo)單核細(xì)胞和中性粒細(xì)胞趨化遷移到炎癥部位吞噬病原體。石巖[22]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-21在活動(dòng)期IBD患者腸黏膜組織及外周血的CD4+T細(xì)胞中的表達(dá)均明顯上調(diào)；IBD患者炎癥部位腸黏膜組織及血清的TNF-α水平與CD4+T細(xì)胞中miRNA-21水平均呈正相關(guān)；抗TNF-α治療能顯著下調(diào)CD患者CD4+T細(xì)胞中miRNA-21的表達(dá)量；分別用各種細(xì)胞因子刺激IBD患者外周血中提取的CD4+T細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)TNF-α上調(diào)CD4+T細(xì)胞中miRNA-21表達(dá)的作用最強(qiáng)；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)CD4+T細(xì)胞中miRNA-21過(guò)表達(dá)時(shí)，可明顯促進(jìn)Th17細(xì)胞的特異性轉(zhuǎn)錄因子RORC的表達(dá)，同時(shí)，炎癥因子TNF-α和IL-17A也顯著升高，這表明miRNA-21可能是通過(guò)促進(jìn)IBD患者Th17細(xì)胞分化及炎癥因子TNF-α和IL-17A分泌從而參與IBD的發(fā)生和發(fā)展,其中的機(jī)制仍不清楚。全基因組的關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)8個(gè) miRNA在潰瘍性結(jié)腸炎患者中明顯上調(diào)，其中包括參與腸道上皮屏障功能的miRNA-21[23]。

Sawant等[24]觀察到在Th2型氣道炎癥性疾病中，肺上皮細(xì)胞中miRNA-21的表達(dá)上調(diào)。隨后又發(fā)現(xiàn)，miRNA-21在Th2細(xì)胞中上調(diào)，并且可以通過(guò)外泌體或死亡后從這些細(xì)胞中釋放出來(lái)；并證明了miRNA-21是通過(guò)Stat3在Th2細(xì)胞中激活的[25]，因此Stat3活性似乎與miRNA-21的異常表達(dá)有關(guān)。

3 miRNA-21在炎癥性疾病臨床診治中的潛在應(yīng)用價(jià)值

疾病的理想血清監(jiān)測(cè)指標(biāo)應(yīng)該具有以下特點(diǎn)：敏感性高，能早期篩選出患者；特異性好，能準(zhǔn)確鑒別患者和健康人群；有器官特異性，方便對(duì)疾病的定位;表達(dá)水平與疾病嚴(yán)重程度、臨床分期等相關(guān)，可用來(lái)判斷預(yù)后；半衰期短，可反映疾病的動(dòng)態(tài)變化，監(jiān)測(cè)治療效果和復(fù)發(fā)情況；檢測(cè)方法精密度、準(zhǔn)確性高，操作方便等特點(diǎn)。

目前研究發(fā)現(xiàn)，組織miRNAs與疾病的發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后有關(guān)，但組織檢測(cè)技術(shù)難度高、對(duì)機(jī)體創(chuàng)傷大，不易在臨床應(yīng)用中推廣，而外周血miRNAs檢測(cè)具有無(wú)創(chuàng)、可重復(fù)、表達(dá)穩(wěn)定等特點(diǎn)，且可以抵抗RNA酶、酸、堿、加熱，可重復(fù)冷凍、解凍，能長(zhǎng)期保存[26]。許多學(xué)者不僅對(duì)組織miRNAs進(jìn)行分析，還對(duì)外周血miRNAs進(jìn)行研究，并發(fā)現(xiàn)miRNAs在血清和血漿中表達(dá)無(wú)差異[27-34]，因此臨床應(yīng)用前景更大。循環(huán) miRNA-21在多種炎性疾病中表達(dá)上調(diào)，因此單個(gè)指標(biāo)檢測(cè)的診斷特異性不高，可與其他 miRNAs 及其他指標(biāo)組合檢測(cè)，從而提高診斷的特異性。

Deepali等[14]首次發(fā)現(xiàn)在嗜酸性粒細(xì)胞性食管炎和哮喘患兒血清中miRNA-21均升高，且血清miRNA-21水平與變態(tài)反應(yīng)之間沒有關(guān)系，因此推測(cè)miRNA-21可以作為新型敏感生物標(biāo)志物[25]。

石巖[22]研究發(fā)現(xiàn)miRNA-21可能是通過(guò)促進(jìn)IBD患者Th17細(xì)胞分化及炎癥因子TNF-α和IL-17A分泌從而參與IBD的發(fā)生和發(fā)展,這有望為臨床診治IBD提供新的靶點(diǎn)。

抗miRNA-21序列的傳遞具有治療癌癥的巨大潛力。由于抗miRNA-21序列非常不穩(wěn)定，需要一定的濃度才能發(fā)揮功能，因此很難為其構(gòu)建有效的遞送系統(tǒng)。有研究通過(guò)構(gòu)建自組裝的具有腫瘤蓄積能力的谷胱甘肽(GSH)-反應(yīng)系統(tǒng)，構(gòu)建了抗miRNA-21納米絨球，可有效進(jìn)行抗miRNA-21遞送和癌癥治療[35]。已經(jīng)有研究證明通過(guò)納米絨球遞送抗miRNA可用于乳腺癌和胃癌的治療，并取得顯著療效[36-37]。提示抗miRNA-21納米絨球在治療炎癥性疾病方面有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

4 結(jié)語(yǔ)

目前關(guān)于miRNA-21的研究更多集中在腫瘤的診療方面，在炎癥性疾病的研究方面，比如炎癥性腸病、兒童哮喘、嗜酸性食管炎等，也有一些研究在探討血清及組織miRNA-21對(duì)炎癥性疾病的作用及其相關(guān)機(jī)制。但是目前關(guān)于miRNA-21的研究主要還是集中在其在不同疾病中的表達(dá)水平差異，而關(guān)于miRNA-21如何對(duì)疾病的發(fā)生、發(fā)展產(chǎn)生影響，以及其表達(dá)調(diào)控原理和基因結(jié)構(gòu)仍還需進(jìn)一步探明。并且，由于所有研究的樣本量不大, 同時(shí)不同人之間可能存在miRNA-21含量的差異, 這些都是目前研究的不足。未來(lái)可以miRNA-21為靶點(diǎn), 繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)研究,以期為炎癥性疾病的診斷、治療、預(yù)后評(píng)估提供新的方向，使之成為治療的一種新靶點(diǎn)。