MicroRNA在腸易激綜合征中的研究現(xiàn)狀

王 楷宋 瑋廖晨希侯雨君楊雨晴李 瑛周思遠*

(1.成都中醫(yī)藥大學(xué) 針灸推拿學(xué)院,成都 610075;2.成都中醫(yī)藥大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院,成都 610075)

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome,IBS)是一種常見的功能性胃腸道疾病,表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的腹痛,與排便相關(guān)或伴隨排便習(xí)慣改變,典型的排便習(xí)慣異常表現(xiàn)為便秘和(或)腹瀉。其診斷主要依靠臨床癥狀,并排除其他器質(zhì)性病變。在臨床上主要分為四型:便秘型腸易激綜合征(IBS-C)、腹瀉型腸易激綜合征(IBS-D)、混合型腸易激綜合征(IBS-M),不定型腸易激綜合征(IBS-U)[1-3]。MicroRNA(miRNA)參與調(diào)控多種生理過程,研究發(fā)現(xiàn)在IBS患者的結(jié)腸組織、外周血中相關(guān)miRNA表達異常,研究證實miRNA對IBS的腸道微態(tài)[4]、內(nèi)臟高敏反應(yīng)、腸道免疫功能有關(guān)。miRNA參與調(diào)節(jié)腸黏膜的通透性,如miR-212[5]、miR-29a[6];miRNA參與IBS內(nèi)臟高敏反應(yīng),如miR-24通過抑制5-HT選擇性再攝取蛋白(SERT)表達,降低腸道5-羥色胺再攝取,加重內(nèi)臟高敏反應(yīng)[7]。

1 miRNA的形成、結(jié)構(gòu)和功能

miRNA是一類長度約20～22個核苷酸組成的小分子單鏈RNA,屬于非編碼基因,以序列特異性的方式調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄后的表達。第一個miRNA于1993年在秀麗隱桿線蟲中發(fā)現(xiàn)[8],然而miRNA的一般調(diào)控功能直到2001年才得到充分認識[9-11]。大多數(shù)miRNA基因首先在細胞核內(nèi)被RNA聚合酶Ⅱ(Pol II)轉(zhuǎn)錄成初期miRNA(pri-miRNA)。在細胞核內(nèi),RNA結(jié)合蛋白DGCR8結(jié)合Drosha(核糖核酸酶Ⅲ)形成微處理器復(fù)合物,pri-miRNA被加工成前體miRNA(pre-miRNA),一種長60～70 nt的含莖環(huán)的發(fā)夾狀結(jié)構(gòu)。pre-miRNA由exportin-5(XPO5)從細胞核主動轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)中,再由核糖核酸酶Dicer1加工去除莖環(huán),形成短的雙鏈miRNA。成熟雙鏈miRNA的一條導(dǎo)向鏈被載入miRNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體(miRISC),通過序列互補結(jié)合引導(dǎo)miRISC靶向mRNAs,另一條鏈則被降解。成熟的miRNA通過與靶mRNA的3’-非編碼區(qū)(3’-UTR)完全或部分序列互補結(jié)合,靶向mRNA翻譯障礙或某種程度的降解[12],參與調(diào)控關(guān)鍵生物學(xué)過程,包括發(fā)育、分化、凋亡和增殖等。研究發(fā)現(xiàn)至少有30%的哺乳動物的蛋白質(zhì)編碼基因受到miRNA的調(diào)控[13]。

2 miRNA與腸道穩(wěn)態(tài)

腸道穩(wěn)態(tài)是宿主(腸道粘膜和免疫屏障)、腸道內(nèi)環(huán)境(包括腸道菌群)、營養(yǎng)和代謝產(chǎn)物等相互作用所構(gòu)成的動態(tài)平衡狀態(tài),受到環(huán)境因素、飲食習(xí)慣等影響[14]。IBS患者的腸道穩(wěn)態(tài)失調(diào)與腸道菌群、粘膜屏障、免疫屏障的調(diào)控有關(guān)。表1總結(jié)了部分miRNA參與調(diào)節(jié)腸道穩(wěn)態(tài)的方式。

表1 部分miRNA與IBS腸道穩(wěn)態(tài)的關(guān)系Table 1 Relationship between some miRNAs and intestinal homeostasis of IBS

2.1 miRNA與IBS腸道菌群

腸道菌群的定性或定量變化導(dǎo)致微生態(tài)失衡,這有助于病原菌的進入并附著在腸上皮細胞壁上[15]。腸道菌群失調(diào)影響miRNA表達,研究者分別選取了20名IBS-C、18名IBS-D、32名IBS-M共70例IBS患者,20例健康者作為對照組,對比各組的血清miR-199b和腸道菌群數(shù)量,發(fā)現(xiàn)大腸菌群計數(shù)增加,不同亞型患者血清miR-199b表達水平均明顯下降,腹瀉型IBS最低,結(jié)果顯示IBS患者的腸道菌群計數(shù)與血清miR-199b表達水平呈負相關(guān)[4]。

2.2 miRNA與IBS腸黏膜通透性

腸道粘膜屏障屬于物理屏障,是腸道屏障的第一道防線,其主要是由上皮細胞以及細胞間的緊密連接(TJs)構(gòu)成。腸黏膜屏障的完整性受到破壞導(dǎo)致通透性增加,會促進食物或微生物抗原進入腸粘膜,從而刺激粘膜免疫系統(tǒng)?；加蠭BS的人群顯示出更高數(shù)目的粘膜免疫細胞,特別是活化的肥大細胞增加。這些細胞釋放的生物活性介質(zhì)(包括蛋白酶,組胺和類前列腺素)加重通透性功能障礙,并導(dǎo)致感覺神經(jīng)元的激活和敏化,從而導(dǎo)致異常的腹痛和腸道習(xí)慣的改變[16]。谷氨酰胺在動物和人的腸道屏障功能維護中起著至關(guān)重要的作用,其缺失會導(dǎo)致絨毛萎縮、TJs蛋白表達減少和腸道通透性增加。Zhou等[6]的研究發(fā)現(xiàn)miR-29a可以通過翻譯抑制下調(diào)谷氨酰胺合成酶(GLUL)來調(diào)節(jié)腸道通透性。miR-29a和GLUL的3’-UTR之間具有良好的互補性,二者結(jié)合后抑制GLUL的表達,谷氨酰胺合成減少,最終導(dǎo)致腸粘膜通透性增加。Martinez等[17]研究發(fā)現(xiàn),IBS-D患者小腸組織中的miR-125b-5p和miR-16表達下調(diào),通過靶向TJs基因CGN(cingulin)和CLDN2(claudin-2),使CGN和CLDN2蛋白高表達,調(diào)節(jié)TJs結(jié)構(gòu)從而導(dǎo)致腸粘膜通透性增加。Hou等[18]在IBS-D大鼠模型中鑒定出8個上調(diào)的miRNA和18個下調(diào)的miRNA。其中,miR-144明顯上調(diào)并導(dǎo)致緊密鏈接蛋白occludin(OCLN)和閉鎖小帶蛋白1(ZO1)表達下調(diào)。表明miR-144通過靶向OCLN和ZO1增加IBS-D大鼠的腸通透性。

2.3 miRNA參與IBS內(nèi)臟高敏

Zhou等[19-20]通過研究表明IBS伴內(nèi)臟痛的患者結(jié)腸miR-199a/b降低,并與結(jié)腸辣椒素受體(TRPV1)表達增加和內(nèi)臟痛評分直接相關(guān)[21-22],TRPV1是啟動并保持IBS內(nèi)臟高敏感性的關(guān)鍵因子[23],辣椒素、H+、傷害性熱刺激(＞43℃)可以激活TRPV1,使機體產(chǎn)生痛覺過敏和病理性疼痛。5-羥色胺(5-HT)與胃腸道功能及內(nèi)臟感覺關(guān)系密切,人體內(nèi)約90%的5-HT是腸嗜鉻細胞(EC)合成,通過與不同的5-HT受體相互作用發(fā)揮不同的功能。5-HT通過刺激位于內(nèi)臟和迷走神經(jīng)纖維兩者的初級傳入神經(jīng)元上的5-HT受體,調(diào)節(jié)運動和感覺,從而參與內(nèi)臟敏感性的調(diào)節(jié)[24];5-HT選擇性再攝取蛋白(SERT)是一種跨膜轉(zhuǎn)運蛋白,對5-HT有高度親和力,可以從細胞外重攝取5-HT進入細胞內(nèi),起到降低腸腔內(nèi)5-HT濃度的作用。研究發(fā)現(xiàn)miR-24在IBS患者及大鼠模型中上調(diào)[25],SERT表達降低。SERT是miR-24的潛在靶基因,miR-24通過抑制SERT表達,達到5-HT再攝取降低,從而使腸道5-HT水平升高,導(dǎo)致IBS的發(fā)生和加重。使用miR-24抑制劑治療IBS大鼠,發(fā)現(xiàn)SERT表達增加,大鼠的近端結(jié)腸疼痛閾和傷害性閾值增高,骨髓過氧化酶活性降低,確定了miR-24參與了內(nèi)臟超敏反應(yīng)。Hou等[26]測定了IBS-D大鼠模型結(jié)腸遠端的miRNA的表達,發(fā)現(xiàn)miR-200a的上調(diào)最顯著,同時伴有大麻素受體1(CNR1)和SERT表達下調(diào),miR-200a模擬物能夠顯著抑制CNR1和SERT的表達,該研究提示miR-200a可能是通過抑制CNR1和SERT的表達而引起內(nèi)臟高敏反應(yīng)。另有研究表明,miR-510參與調(diào)節(jié)5-HT3受體基因中的亞型HTR3E的表達,首次證實了女性IBS-D患者可能與miR-510調(diào)控HTR3E有關(guān),HTR3E的表達增加可能會影響神經(jīng)信號或誘發(fā)一些女性IBS-D相關(guān)的癥狀[7]。研究表明,miR-29a可能通過靶向5-HT7受體(HTR7)調(diào)節(jié)IBS的內(nèi)臟痛覺過敏。通過對比IBS患者與健康人對比發(fā)現(xiàn)miR-29a在IBS中顯著上調(diào),HTR7水平降低,而通過避水應(yīng)激誘導(dǎo)的內(nèi)臟高敏IBS小鼠中觀察到同樣的現(xiàn)象,再敲除內(nèi)臟高敏小鼠的miR-29a,發(fā)現(xiàn)HTR7顯著上調(diào)及內(nèi)臟高敏減弱[27]。表2總結(jié)了部分miRNA與IBS內(nèi)臟高敏的關(guān)系。

表2 部分miRNA與IBS內(nèi)臟高敏的關(guān)系Table 2 Relationship between partial miRNA and visceral hypersensitivity of IBS

2.4 miRNA調(diào)控IBS腸道低度炎癥

腸道低度炎癥既是IBS的常見病理改變,又是引起腸粘膜通透性增加、腸道免疫激活的原因。感染性胃腸炎是IBS的常見誘因,一項系統(tǒng)評價與薈萃分析報告中顯示,由于胃腸道感染后腸道存在慢性低度炎癥,感染性胃腸炎后IBS的發(fā)生風(fēng)險增加了6倍[28],對IBS患者臨床調(diào)研發(fā)現(xiàn),約1/3的患者有過胃腸道感染史。研究人員發(fā)現(xiàn),在IBS大鼠中miR-181c-5p降低而IL-1α升高,miR-181c-5p可以靶向并抑制IL-1α的表達,同時模型大鼠的AWR和Bristol糞便等級升高,隨著miR-181c-5p的過表達或IL-1α的降低,TNF-α,IL-2和IL-6的表達降低。這項研究表明,過度表達的miR-181c-5p可以抑制IL-1α生成,從而降低IBS腸粘膜的炎癥分級。miR-181c-5p/IL-1α有 望 成 為 治 療IBS的 新靶標[29]。

3 miRNA在IBS診斷與治療中的研究

miRNA的異常表達可以作為疾病診斷的生物標記物。有研究者發(fā)現(xiàn)在腸粘膜通透性增加的患者中,外泌體和小腸、結(jié)腸組織中miR-29a的表達高于正常對照組3倍以上[30];外泌體是大多數(shù)細胞在凋亡或活化過程中釋放的被膜覆蓋的細胞碎片[31],是細胞與細胞間傳遞信息的一種物質(zhì),也是循環(huán)miRNA的重要載體。外泌體膜保護作用可有效減少miRNA被降解,因此外泌體miRNA成為新的研究熱點,這可能是未來診斷和治療IBS的新途徑,以期推動該病研究的的發(fā)展[32]。Zhou等[33]發(fā)現(xiàn)IBS-D患者的腸組織的miR-29a/b水平升高,但CLDN1和核因子-κB抑制因子(NKRF)水平降低,通過敲除大鼠的miR-29族基因,發(fā)現(xiàn)腸道通透性增加得到逆轉(zhuǎn),因此認為,通過沉默miR-29族基因上調(diào)了CLDN1和核因子κB抑制因子(NKRF)從而恢復(fù)腸道通透性,這可能成為改善慢性胃腸道癥狀的創(chuàng)新靶點和治療方法?；赑KIB是miR-495的靶基因,并在IBS-D大鼠中高表達,Fei等[34]發(fā)現(xiàn)miR-495的過表達可以通過下調(diào)PKIB抑制PI3K/AKT信號通路,從而降低IBS-D的內(nèi)臟敏感性,這表明miR-495是治療IBS-D的潛在靶標?，F(xiàn)有研究對人類基因組的單核苷酸多態(tài)性的分析證實miRNA結(jié)合位點具有多態(tài)性[35];調(diào)節(jié)位點的非編碼變異比編碼區(qū)域變異更可能與疾病相關(guān)[36];與疾病相關(guān)的變異也可能會干擾miRNA的功能[37]。這說明了非編碼區(qū)可能是病理學(xué)的熱點,其表現(xiàn)出來的個體差異,可用于量身定制治療方案。研究人員通過實驗證明壓力等急性應(yīng)激可以引起健康人發(fā)生類似IBS的反應(yīng),并誘導(dǎo)miR-125b-5p和miR-145-5p顯著下降,與IBS患者發(fā)生類似但不相同的miRNA介導(dǎo)的腸道屏障功能的調(diào)節(jié)[38],這個發(fā)現(xiàn)有望應(yīng)用在IBS的預(yù)防上。

4 展望

IBS是常見的功能性胃腸疾病,以反復(fù)發(fā)作的腹痛為主要臨床特征,嚴重影響患者的生活質(zhì)量及心理狀態(tài)。IBS是在環(huán)境、社會、心理、遺傳等多因素作用引起的一種功能失調(diào)性胃腸病。IBS的機制較復(fù)雜,目前多數(shù)專家認為IBS的發(fā)病是多種因素導(dǎo)致“腦-腸軸”功能異常,從而導(dǎo)致不同的病理改變,產(chǎn)生相應(yīng)的臨床癥狀。由此引起的病理機制包括腸道微態(tài)的改變、腸粘膜通透性增加、內(nèi)臟高敏反應(yīng)等[39],且各個病理機制之間可以互為因果,這就造成患者體內(nèi)的病理機制不是單一的。

隨著研究的深入,miRNA在IBS中的機制將得到進一步闡明。IBS是一種以臨床癥狀為診斷基礎(chǔ)的疾病,加上該病與多種疾病癥狀表現(xiàn)的重疊,這會導(dǎo)致一部分患者漏診、誤診。一項研究表明,約50%的符合羅馬Ⅲ標準的IBS患者不能完全符合羅馬Ⅳ的標準診斷,提示羅馬Ⅳ標準對IBS的診斷率明顯降低[40]。目前IBS的診斷缺乏客觀的診斷標準。以miRNA作為IBS的特異性標志物具有診斷IBS的前景。miRNA在IBS的發(fā)生發(fā)展過程中起著不同程度的影響,部分治療措施可能通過靶向miRNA調(diào)節(jié)腸道通透性、腸道菌群等達到治療IBS的效果?，F(xiàn)有醫(yī)學(xué)方法的局限性多表現(xiàn)為一種藥物應(yīng)用于多個個體表現(xiàn)出來的不良反應(yīng),miRNA的多樣性為個體化治療指明了方向[41],以miRNA為載體或靶點的新藥物有望成為治療IBS的特效藥物,并且可以根據(jù)個體定制。目前的研究雖然在IBS大鼠及人體內(nèi)均發(fā)現(xiàn)表達異常的miRNA,但是是否能通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的miRNA獲得更大的臨床益處還無定論,且單一靶點的藥物可能無法同時緩解IBS排便異常和/或腹痛癥狀。