miRNA在感染性疾病炎癥反應(yīng)中的作用

鄒銳濤, 蔡桂月, 陳曉旋, 李志嘉, 陳嶸祎

1.廣東醫(yī)科大學(xué)，廣東 湛江 523024;2.南方醫(yī)科大學(xué)皮膚病醫(yī)院，廣東 廣州 510091

microRNA(miRNA)是在真核細(xì)胞中一類內(nèi)源性且具有調(diào)控功能的非編碼RNA，長(zhǎng)度約為19～25 nt[1]。這種小RNA是通過(guò)結(jié)合并切割其信使RNA(mRNA)或以其他方式抑制其翻譯成蛋白質(zhì)來(lái)抑制特定靶基因的表達(dá)[2]。近年來(lái)，越來(lái)越多的證據(jù)顯示病原體在感染期間能夠通過(guò)對(duì)宿主細(xì)胞miRNA表達(dá)水平的調(diào)控來(lái)抑制或增強(qiáng)宿主自身免疫炎癥反應(yīng)，進(jìn)而影響疾病的發(fā)生、發(fā)展以及轉(zhuǎn)歸。本文主要就miRNA在感染性疾病炎癥反應(yīng)中的作用作一綜述，以期為miRNA在免疫調(diào)控中的作用及感染性疾病的研究提供新思路。

1 miRNA的產(chǎn)生過(guò)程以及功能

miRNA普遍存在于細(xì)胞、組織和體液當(dāng)中，并在不同液體類型中表現(xiàn)出不同的組成。第一個(gè)miRNA lin-4是1993年在秀麗隱桿線蟲上被發(fā)現(xiàn)的[3]。在真核生物細(xì)胞核內(nèi)，基因組DNA在DNA聚合酶Ⅱ作用下編碼生成長(zhǎng)度大約為300～1 000 nt的pri-miRNA；pri-miRNA經(jīng)過(guò)第一個(gè)雙鏈RNA 特異的核糖核酸酶 Drosha 切割后，生成具有莖環(huán)結(jié)構(gòu)的pre-miRNA，即microRNA前體，長(zhǎng)度大約為70～90 nt；在 Ran-GTP依賴的核質(zhì)/細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白Exportin5的作用下, 將pre-miRNA從細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì)中，經(jīng)過(guò)核糖核酸酶Dicer酶切割后，成為長(zhǎng)約19～25 nt的成熟miRNA雙鏈體[4]。每個(gè)miRNA分子可以靶向100個(gè)或更多轉(zhuǎn)錄物，并且多個(gè)miRNA物種可能調(diào)節(jié)單個(gè)mRNA，miRNAs基本上涉及到迄今為止研究的每一個(gè)細(xì)胞過(guò)程，包括細(xì)胞的生長(zhǎng)和凋亡、組織分化以及機(jī)體發(fā)育等多種生理過(guò)程[5]。有研究表明，miRNAs對(duì)mRNA表達(dá)的調(diào)控通常是細(xì)胞或器官特異性的;高度依賴于機(jī)體的應(yīng)激和代謝狀態(tài)，通常與miRNA表達(dá)水平不相關(guān)[6]。

miRNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合物(miRNA-induced silencing complex，miRISC)是由成熟的miRNA雙鏈體將其中一條單鏈加載到Argonaute家族的效應(yīng)蛋白上所形成的。并且miRISC是真核生物體內(nèi)一種廣泛使用的基因表達(dá)調(diào)節(jié)機(jī)制。其通常與靶mRNA的3′非翻譯區(qū)內(nèi)堿基配對(duì)，引起靶mRNA的去烯化、亞基脫蛋白和衰變[7]。

2 miRNA在性傳播疾病病原體感染中的作用

2.1 miRNA在梅毒螺旋體感染中的作用

梅毒螺旋體(Treponemapallidum，TP)是梅毒的病原體，菌體細(xì)長(zhǎng)，形似彈簧，因其透明且不易著色，又稱蒼白密螺旋體。關(guān)于梅毒發(fā)病機(jī)制的研究還存在諸多障礙，尤其是無(wú)法體外培養(yǎng)和基因操縱梅毒，但在近年來(lái)，在闡明TP的隱性致病性結(jié)構(gòu)、生理和調(diào)控方面已取得了相當(dāng)大的進(jìn)展。有研究發(fā)現(xiàn)，宿主細(xì)胞在感染TP后，自身多個(gè)miRNA的表達(dá)水平發(fā)生改變，且這些miRNA的改變?cè)赥P的感染與繁殖過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

Huang等[8]發(fā)現(xiàn)在梅毒患者的外周血單個(gè)核細(xì)胞(peripheral blood mononuclear cell，PBMC)中miR-101-3P的表達(dá)水平因梅毒亞型而變化，他們還發(fā)現(xiàn)miR-101-3P通過(guò)下調(diào)TLR2受體的表達(dá)，從而導(dǎo)致TP刺激的巨噬細(xì)胞的細(xì)胞因子如IL-1β、 IL-6、 IL-12 以及 TNF-α等分泌降低，表明miR-101-3P在梅毒發(fā)展中的致病作用。miR-223-3p也被證實(shí)是炎癥性疾病的負(fù)調(diào)控因子，與健康人相比，梅毒患者miR-223-3p表達(dá)水平降低，且與Caspase-1激活和IL-1β表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。而miR-223-3p可通過(guò)靶向NLRP3抑制TP感染的內(nèi)皮細(xì)胞中的炎癥小體激活和焦亡[9]。Hu等[10]通過(guò)提取TP刺激的巨噬細(xì)胞分泌的外泌體(exosome)，證明外泌體中高表達(dá)miR-146a-5p，并且發(fā)現(xiàn)miR-146a-5p通過(guò)結(jié)合JAM-C的3′非翻譯區(qū)(3′UTR)，下調(diào)連接黏附分子C(JAM-C)的表達(dá)而降低內(nèi)皮細(xì)胞的通透性以及單核細(xì)胞的遷移。這也提示miRNA可作為隱性梅毒患者的潛在標(biāo)記物，并且miRNA能夠在血液中穩(wěn)定存在，這是否可以作為神經(jīng)梅毒的標(biāo)志物，有待進(jìn)一步研究。

2.2 miRNA在衣原體感染中的作用

衣原體(Chlamydia)為革蘭陰性病原體，是具有獨(dú)特發(fā)育周期的原核細(xì)胞性微生物，能引起人類和動(dòng)物罹患多種疾病。沙眼衣原體(Chlamydiatrachomatis, Ct)是最常見(jiàn)的性傳播細(xì)菌之一，也是非淋球菌性尿道炎的主要病原體。有研究表明，沙眼衣原體在引起生殖道感染過(guò)程中出現(xiàn)miRNA的表達(dá)水平發(fā)生改變，這提示miRNA可能參與沙眼衣原體引起的女性生殖道感染。

沙眼衣原體感染女性生殖道后可導(dǎo)致盆腔炎和輸卵管炎，并且可導(dǎo)致輸卵管性不孕癥。Yeruva等[11]構(gòu)建衣原體減毒株(NiggA)和衣原體強(qiáng)毒株(NiggV)兩種小鼠生殖道感染模型，結(jié)果顯示，NiggV組小鼠中參與抑制纖維化的miRNA顯著下調(diào)(miR-200b、miR-200b-5p和200b-3p miR-200a-3p)，同時(shí)上調(diào)了促纖維化的miR-142和miR-147，而細(xì)胞炎癥因子IL-8、CXCL2、IL-1β、TNF-α和IL-6等表達(dá)增加。結(jié)果表明，衣原體在感染過(guò)程中通過(guò)抑制宿主細(xì)胞多種miRNA的表達(dá)，導(dǎo)致炎癥因子表達(dá)增加和病理改變。Benyeogor等[12]通過(guò)構(gòu)建衣原體初次感染以及再感染模型，發(fā)現(xiàn)生殖道組織中的miRNA表達(dá)譜不同，再感染后有更多的miRNA表達(dá)，并且隨著時(shí)間的推移，再感染模型相比初次感染模型出現(xiàn)miR-378b、miR-204-5p、miR-151-5p等10個(gè)miRNA的顯著下調(diào)，這也提示了miRNA與衣原體感染引起的病理改變有關(guān)。該團(tuán)隊(duì)也通過(guò)敲除小鼠miR-378b基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)miR-378b的缺失導(dǎo)致小鼠無(wú)法清除衣原體感染，但也對(duì)小鼠生殖道病理發(fā)展起到保護(hù)作用，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)miR-378b的缺失，同時(shí)抑制了小鼠的炎癥反應(yīng)，下調(diào)了TNF-α、IL-12，這種miRNA的缺失導(dǎo)致衣原體持續(xù)感染而病理減輕的情況為后續(xù)研究提供新的思路[13]。

2.3 miRNA在淋病奈瑟菌感染中的作用

淋病奈瑟菌(N.gonorrhoeae)為革蘭陰性雙球菌，又稱淋球菌，是淋病的致病病原體。淋病是一種社會(huì)性性傳播疾病，由于臨床抗生素的濫用，導(dǎo)致許多臨床菌株產(chǎn)生耐藥性，使得淋病的治療迫在眉睫[14]。

關(guān)于miRNA在淋病中的研究相對(duì)較少。Liu等[15]采用淋病奈瑟菌或純化的脂寡聚糖(LOS)對(duì)人類單核細(xì)胞(THP-1)和原代單核細(xì)胞進(jìn)行處理之后，發(fā)現(xiàn)IL-1β、TNF-α表達(dá)下降，二者均可誘導(dǎo)宿主細(xì)胞免疫耐受，同時(shí)發(fā)現(xiàn)miR-146a顯著上調(diào)。他們研究發(fā)現(xiàn)，宿主在初次接觸后，更高強(qiáng)度的炎癥反應(yīng)導(dǎo)致miR-146a的顯著上調(diào)，導(dǎo)致免疫反應(yīng)的抑制，從而促進(jìn)淋球菌的存活和傳播。Kalantari等[16]為了研究miR-718是否參與巨噬細(xì)胞對(duì)淋球菌的免疫應(yīng)答，分別用淋球菌感染表達(dá)miR-718的巨噬細(xì)胞和抗miR-718的巨噬細(xì)胞，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，表達(dá)miR-718的巨噬細(xì)胞組中淋球菌存活量明顯高于抗miR-718的巨噬細(xì)胞組，表明miR-718有助于淋球菌的感染。

綜上所述，TP、衣原體、淋球菌等均可通過(guò)感染宿主細(xì)胞，影響宿主細(xì)胞miRNA的表達(dá)水平，抑制機(jī)體的免疫炎癥反應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)自身的生存，但miRNA是通過(guò)何種方式調(diào)節(jié)細(xì)胞炎癥因子的表達(dá)進(jìn)而影響機(jī)體免疫反應(yīng)尚未有深入研究，若能探究這多種miRNA水平的改變調(diào)控炎癥因子表達(dá)的具體機(jī)制，將對(duì)于性傳播疾病的治療有著更大的啟發(fā)。

3 miRNA在其他病原體感染中的作用

3.1 miRNA在病毒感染過(guò)程中的作用

病毒是一類結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、僅由內(nèi)部的遺傳物質(zhì)和蛋白質(zhì)外殼組成的微生物。目前，已知有300多個(gè)由不同病毒家族編碼的病毒miRNA。一些病毒miRNA的一個(gè)特征性功能是調(diào)節(jié)病毒轉(zhuǎn)錄物,而宿主miRNA也可以調(diào)節(jié)病毒基因的表達(dá)。研究表明，宿主miRNA與RNA病毒基因組結(jié)合，調(diào)節(jié)其翻譯和復(fù)制，改變病毒發(fā)病機(jī)制[17]。RNA病毒在感染宿主細(xì)胞時(shí)可介導(dǎo)其miRNA表達(dá)的改變，導(dǎo)致宿主轉(zhuǎn)錄組下游的變化，這可能對(duì)病毒有利,但是miRNA表達(dá)的改變同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致抗病毒效應(yīng)活性的增加，從而導(dǎo)致病毒復(fù)制減少，這或許可成為治療病毒感染的新靶點(diǎn)。

在甲型流感病毒(influenza A virus， IAV)感染中,有研究者證明流感病毒的復(fù)制受細(xì)胞miRNA調(diào)控的影響，miR-323、miR-491和miR-654通過(guò)與MDCK細(xì)胞中的病毒RNA聚合酶PB1亞基基因結(jié)合，對(duì)H1N1IAV復(fù)制具有隱性保護(hù)作用[18]。此外，Hu等[19]報(bào)道了miR-33a干擾了IAV復(fù)制。Zeng等[20]研究發(fā)現(xiàn)，塞卡病毒(Zika virus，ZIKV)感染宿主之后，導(dǎo)致138個(gè)顯著下調(diào)的miRNA，只有2個(gè)上調(diào)的miRNA，并且證明了ZIKV衣殼介導(dǎo)的Dicer抑制是ZIKV感染時(shí)宿主miRNA合成的主要抑制機(jī)制。嚴(yán)重急性呼吸道冠狀病毒2型(SARS-CoV-2)在感染的情況下，非編碼的SARS-CoV-2 miRNA可能通過(guò)上調(diào)宿主mRNA水平(通常由宿主miRNA控制)來(lái)干擾正常的細(xì)胞穩(wěn)態(tài),因此，SARS-CoV-2通過(guò)下調(diào)宿主的特定miRNA，增強(qiáng)了自身的復(fù)制周期，減弱了宿主的免疫應(yīng)答[21-22]。病毒變異能力強(qiáng)正是由于許多RNA病毒的單鏈RNA不穩(wěn)定所導(dǎo)致，這些研究表明了解miRNA在病毒感染反應(yīng)中的作用可能有助于確定新的診斷方法和抗病毒策略，并且對(duì)于病毒疫苗的研制具有重要啟發(fā)。

3.2 miRNA在細(xì)菌感染中的作用

關(guān)于miRNA在調(diào)節(jié)細(xì)菌感染中作用的研究結(jié)果相對(duì)比較少，最早發(fā)現(xiàn)miRNA在細(xì)菌感染中起了調(diào)節(jié)作用的證據(jù)是用細(xì)胞外病原體丁香假單胞菌感染植物擬南芥后獲得的[23]。丁香假單胞菌感染宿主之后，誘導(dǎo)宿主細(xì)胞miR-393a的轉(zhuǎn)錄，其抑制植物防御的負(fù)調(diào)節(jié)物激素生長(zhǎng)素的受體。在這種情況下，miR-393a的上調(diào)有助于植物對(duì)細(xì)菌病原體的抗性。Navarro等[24]發(fā)現(xiàn)，丁香假單胞菌將效應(yīng)蛋白分泌到宿主細(xì)胞中，能抑制宿主細(xì)胞miRNA的轉(zhuǎn)錄、加工和活性。Schnitger等[25]用單核細(xì)胞增生性李斯特菌感染小鼠骨髓巨噬細(xì)胞觀察其全基因組的miRNA表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)與免疫相關(guān)的miR-155、miR-146a、miR-125a-3p/5p和miR-149被顯著誘導(dǎo),均提示miRNA參與了細(xì)菌感染的免疫調(diào)控作用。

研究發(fā)現(xiàn)沙門氏菌感染小鼠巨噬細(xì)胞后miR-155、miR-146a / b和miR-21被顯著誘導(dǎo)上調(diào)[26]。分枝桿菌屬也可以在感染后調(diào)節(jié)miR-155的表達(dá)。牛分枝桿菌感染后通過(guò)TLR2和NF-κB信號(hào)傳導(dǎo)顯示上調(diào)miR-155在巨噬細(xì)胞中的表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致感染細(xì)胞凋亡增加。上述李斯特菌、沙門氏菌和分枝桿菌已經(jīng)確立了miR-155的調(diào)控在病原菌引發(fā)的免疫應(yīng)答中的中心作用。Maudet等[27]的研究確定了沙門氏菌感染中17種下調(diào)和11種上調(diào)的miRNA，提供證據(jù)表明miRNA可以用于調(diào)節(jié)細(xì)菌性病原體的感染，鑒定了沙門氏菌感染下調(diào)的miR-15家族，從而顯示出沙門氏菌通過(guò)在下調(diào)宿主miRNA中抵抗感染，促進(jìn)其自身存活和復(fù)制?，F(xiàn)在越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到，調(diào)控與生物過(guò)程相關(guān)的miRNA是細(xì)菌病原體在宿主細(xì)胞內(nèi)存活的策略之一，例如兼性細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌病原體在宿主細(xì)胞中改變宿主miRNA的表達(dá)從而實(shí)現(xiàn)在細(xì)胞內(nèi)環(huán)境中有利于病原體的存活。

盡管在上述幾種細(xì)菌病原體感染后，宿主miRNA表達(dá)研究一直在進(jìn)行中，但是對(duì)于miRNA在調(diào)節(jié)細(xì)菌感染中的作用了解較少。目前最有吸引力的研究方向是對(duì)于miRNA在宿主對(duì)細(xì)菌感染反應(yīng)的不同階段中的參與，并通過(guò)調(diào)節(jié)宿主細(xì)胞miRNA的水平來(lái)操縱細(xì)菌感染的可能性，該研究具有明顯的治療應(yīng)用。

3.3 miRNA在真菌感染中的作用

外陰陰道念珠菌病(vulvovaginal candidiasis，VVC)是由白色念珠菌引起的一種常見(jiàn)婦科疾病。Liu等[28]研究發(fā)現(xiàn)，miR-1192可通過(guò)抑制VVC小鼠中的CXCR4基因而直接影響VVC的發(fā)生和發(fā)展。他們構(gòu)建了小鼠VVC模型，并分別用雌二醇和橄欖油處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)處理的兩組小鼠miR-1192表達(dá)水平降低，而相應(yīng)的促炎因子CXCR4、IL-6、IL-17和IL-23表達(dá)水平明顯上升，同時(shí)在細(xì)胞層面驗(yàn)證了miR-1192抑制劑處理的細(xì)胞，其CXCR4、IL-6、IL-17和IL-23的表達(dá)上升，與用miR-1192模擬物處理組結(jié)果相反。在其他真菌感染中也發(fā)現(xiàn)miRNA表達(dá)水平發(fā)生變化，例如miR-369-3p可通過(guò)調(diào)節(jié)促炎因子TNF-α的分泌，而影響巴西副球孢子菌感染相關(guān)的免疫反應(yīng)；miR-29a-3p和miR-23b-3p在煙曲霉感染中明顯下調(diào)；miR-146a、miR-30b在新生隱球菌感染中表達(dá)增加，抑制炎癥因子的釋放而調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)類型及轉(zhuǎn)歸[29-31]。關(guān)于miRNA在真菌感染中的研究仍然比較少，并且許多研究?jī)H存在于細(xì)胞層面，動(dòng)物層面的驗(yàn)證缺乏相應(yīng)的研究。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

現(xiàn)階段miRNA的研究已較成熟，但miRNA在感染性疾病領(lǐng)域的研究還是相對(duì)比較少。目前研究表明，病原體感染機(jī)體可通過(guò)調(diào)控miRNA的表達(dá)水平而影響細(xì)胞炎癥因子的分泌，抑制或增強(qiáng)機(jī)體的免疫炎癥反應(yīng)進(jìn)而影響疾病的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程。研究表明miRNA可調(diào)控JAK/STAT通路，如miR-19a、miR-21、miR-155可抑制SOCS激活JAK/STAT通路并在直腸癌或膀胱炎、淋巴瘤致病中起重要作用[32]。Circular RNAs(cricRNAs)作為海綿螯合miR-19a、miR-21、miR-155抑制了SOCS表達(dá)，從而下調(diào)JAK/STAT通路避免促炎因子分泌及炎癥進(jìn)一步擴(kuò)大導(dǎo)致無(wú)癥狀感染。在感染性疾病中， miRNA是否與circRNAs存在某種特定的關(guān)系，是否可通過(guò)JAK/STAT通路來(lái)影響炎癥反應(yīng)類型及轉(zhuǎn)歸，具體作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

隨著研究技術(shù)的不斷成熟，人們對(duì)于miRNA的認(rèn)識(shí)將會(huì)不斷提升，對(duì)于miRNA 在感染性疾病中的作用也將會(huì)有更為深入的了解。miRNA有可能成為感染的標(biāo)志物，其在感染性疾病中的研究具有很大探索空間。了解miRNA 在感染性疾病中作用的具體機(jī)制，將可能會(huì)給人類的疾病治療提供一種新的手段。