微小RNA-155對中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥疾病的影響及其機制的研究進展

柯芳子 方成志 張丙宏

神經(jīng)炎癥是一把雙刃劍，通過各種免疫細胞(如小膠質(zhì)細胞、星形膠質(zhì)細胞等)釋放炎癥介質(zhì)(如細胞因子、活性氧代謝產(chǎn)物等)，對內(nèi)源性或外源性致病因子產(chǎn)生復(fù)雜的先天性免疫或適應(yīng)性免疫應(yīng)答。目前，大量文獻表明神經(jīng)炎癥是許多腦部疾病的關(guān)鍵致病因素之一，包括阿爾茲海默癥、帕金森病、癲癇、腦卒中等。在正常情況下，神經(jīng)炎癥作為機體抵抗刺激的一種防御反應(yīng)，有助于維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)。然而，持續(xù)性的炎癥過程對機體有害，會誘導(dǎo)神經(jīng)元變性死亡并加重腦組織破壞。MiRNAs參與調(diào)節(jié)各類生理過程，如細胞增殖分化、細胞凋亡和代謝等[1]，其中，對神經(jīng)炎癥的調(diào)控作用日益凸顯。MiR-155作為一種與炎癥反應(yīng)密切相關(guān)的miRNA，通常在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的表達上調(diào)，并通過復(fù)雜的機制造成機體嚴重損害。因此，本文對miR-155在各神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的潛在作用及參與調(diào)控的靶點和分子進行綜述。

一、MiRNA

MiRNAs是一類非編碼的單鏈RNA分子，在進化上高度保守，幾乎存在各類多細胞生物中，包括植物、節(jié)肢動物和脊柱動物等，并在基因轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控中發(fā)揮關(guān)鍵作用。所有miRNA的合成均需經(jīng)過連續(xù)且復(fù)雜的加工步驟，涉及大量的酶和不同的反應(yīng)場所。在結(jié)構(gòu)上，miRNA通常含有19～24個核苷酸，由基因組DNA轉(zhuǎn)錄而成。首先，在細胞核內(nèi)，通過RNA聚合酶合成較長的初級miRNA (pri-miRNA)。這些pri-miRNA包含數(shù)千個堿基對，內(nèi)部存在莖環(huán)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)進一步經(jīng)核糖核酸酶Ⅲ(RNase Ⅲ)Drosha及其輔因子DGCR8切割，得到前體miRNA(pre-miRNA)，再由核輸出蛋白5(exprotin-5)轉(zhuǎn)運出核。最后，在細胞質(zhì)中，由Dicer酶將pre-miRNA切割成為成熟miRNA，隨即整合到RNA沉默復(fù)合體(RISC)上，參與基因表達的調(diào)控。絕大多數(shù)miRNA與靶標(biāo)mRNA的3’端非翻譯區(qū)(3’UTR)結(jié)合，通過引起mRNA降解，抑制mRNA的翻譯或沉默靶標(biāo)啟動子的轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)蛋白表達水平，進而對細胞增殖、分化、發(fā)育、凋亡等生命過程的調(diào)節(jié)發(fā)揮關(guān)鍵作用。單個miRNA能調(diào)節(jié)多個基因表達，同時，單個基因表達也可被多個miRNA調(diào)節(jié)，發(fā)揮不同生理功能[2]。有學(xué)者指出，在血液、組織液及排泄物中均可檢測到miRNA，且在血漿中，其受到內(nèi)源性核糖核酸酶保護，性質(zhì)穩(wěn)定，可在室溫下存放24 h不降解，還能在-20 ℃中存放7天。此外，miRNA還具備特異性及敏感性，會隨著疾病進展或緩解而改變[3]。隨著研究的深入和定量技術(shù)的成熟，miRNA逐步成為判斷某些疾病的生物標(biāo)志物，如心血管疾病、惡性腫瘤和炎癥等[4-5]。其中，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中miRNA也起到至關(guān)重要的作用，其失調(diào)可能會破壞血腦屏障(BBB)，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，加重炎癥反應(yīng)等，導(dǎo)致各類中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥疾病。如在新生兒缺氧缺血性腦病(HIE)中，miR-210通過靶向沉寂信息調(diào)節(jié)因子(SIRT1)誘導(dǎo)小膠質(zhì)細胞活化，從而增加核轉(zhuǎn)錄因子(NF)-κB信號通路活性。抑制miR-210的表達水平，能有效改善HIE引起的腦損傷[5]。Wu等[6]通過構(gòu)建創(chuàng)傷性腦損傷(TBI)大鼠模型發(fā)現(xiàn)，miR-9-5p主要通過抑制Ptch-1和NF-κB/基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)通路減少細胞凋亡、減輕神經(jīng)炎癥反應(yīng)并緩解BBB損傷，進而有助于神經(jīng)功能的恢復(fù)。

二、MiR-155

MiR-155由B細胞整合簇(BIC)基因編碼所得，產(chǎn)生miR-155-5p和miR-155-3p兩種表現(xiàn)形式，主要在胸腺和脾臟中表達。MiR-155是一種多功能miRNA，參與各種生理過程，如造血細胞和免疫細胞的生長分化、炎癥反應(yīng)等。MiR-155對維持機體免疫功能有重要意義，可影響CD4+、CD8+T淋巴細胞向輔助性T淋巴細胞(Th)1、Th2、Th17進行分化、調(diào)節(jié)性T淋巴細胞(Treg細胞)的發(fā)育及抗體產(chǎn)生[7]。Hong等[8]發(fā)現(xiàn)miR-155-5p通過絲裂原活化蛋白激酶(AMPK)信號通路抑制間充質(zhì)干細胞(MSCs)中的線粒體裂變并增加線粒體融合，從而抑制鈣結(jié)合蛋白39(Cab39)表達導(dǎo)致細胞衰老，加重心肌梗死(MI)程度。MiR-155-5p與SOX1的3’UTR結(jié)合后抑制了后者表達，進一步激活MAPK信號通路(RAF/MEK/ERK)并促進膽管癌的疾病進展[9]。最新研究表明，miR-155還能作為新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)病情嚴重程度的良好預(yù)測因子，輕度COVID-19患者miR-155表達水平是正常人的2.5倍，而重度COVID-19患者miR-155表達水平比正常人少5倍，揭示miR-155在COVID-19的發(fā)病進程中具有重要的生理功能[10]。2005年，有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)miR-155在B細胞淋巴瘤患者中表達水平顯著升高，提出了miR-155參與炎癥反應(yīng)的觀點[11]。

隨著研究的深入，miR-155在炎癥反應(yīng)中的作用日益凸顯，對多種炎癥介質(zhì)的刺激均高度敏感。Toll樣受體(TLR)識別細菌和病毒后激活細胞內(nèi)信號級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)或抗炎物質(zhì)釋放。其中，TLR受體(TLR2、TLR4、TLR5)識別細菌成分和TLR3、TLR7、TLR9受體識別病毒核酸后均可誘導(dǎo)miR-155表達。此外，炎癥因子通過腫瘤壞死因子(TNF)-α自分泌/旁分泌的形式也能夠激活miR-155的表達。MiR-155在神經(jīng)炎癥中也起著重要作用，與神經(jīng)系統(tǒng)疾病之間密切相關(guān)。Korotkov等[12]研究發(fā)現(xiàn)，miR-155通過活化星形膠質(zhì)細胞促進神經(jīng)炎癥反應(yīng)，參與創(chuàng)傷后腦損傷(TBI)后的繼發(fā)性腦損傷。MiR-155會增加促炎性因子(如IL-1β、IL-6和TNF-α等)的表達從而損害中樞神經(jīng)系統(tǒng)，并抑制緊密連接蛋白和銜接蛋白(如 claudin-1和syntenin-1等)水平，進而改變BBB的通透性，引起神經(jīng)損傷。

為了解miR-155的分子機制，大量學(xué)者開始探究其靶點及影響的通路。通常在數(shù)據(jù)庫中根據(jù)miR-155序列搜索相對應(yīng)的靶點序列，再將合成的miRNA模擬物轉(zhuǎn)染到細胞中，驗證作用于預(yù)期靶蛋白后所起到的效果。細胞因子信號傳導(dǎo)1(SOCS-1)是miR-155的重要靶點之一，是一種炎癥抑制蛋白。SOCS-1通過降低細胞核內(nèi)的p65穩(wěn)定性來限制NF-κB信號傳導(dǎo)，起到控制炎癥的效果。MiR-155可抑制SOCS-1并促進IL-1β、TNF-α和一氧化氮(NO)的表達水平[13]。肌醇磷酸酶(SHIP1)同樣作為miR-155的潛在靶點，在調(diào)節(jié)NF-κB通路中起到重要作用。在自然殺傷(NK)細胞中，miR-155還能夠抑制SHIP1并增加干擾素(IFN)-γ的表達水平，促進機體的炎癥反應(yīng)[14]。隨著研究深入，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)miR-155調(diào)控不同靶點時，會起到截然不同的作用。MiR-155不僅能促進炎癥反應(yīng)，還能抑制炎癥反應(yīng)。骨髓分化蛋白88(MyD88)是TLR信號傳導(dǎo)通路中重要的接頭蛋白，負責(zé)啟動下游信號的傳導(dǎo)，進一步激活NF-κB途徑，誘導(dǎo)炎癥因子表達。相關(guān)研究顯示，在氧化低密度脂蛋白(oxLDL)誘導(dǎo)的巨噬細胞炎癥反應(yīng)中，miR-155充當(dāng)了負反饋調(diào)節(jié)劑，通過miR-155/MyD88途徑抑制了oxLDL誘導(dǎo)的脂質(zhì)攝取，減少了IL-6、IL-8和TNF-α等多種細胞因子釋放，還降低了NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性[15]。

綜上所述，miR-155功能的多樣性為疾病治療奠定了理論基礎(chǔ)，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥疾病中的作用同樣不容小覷。

三、MiR-155參與的部分中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥疾病

1.腦卒中：腦卒中是我國重要的死亡原因之一，是由腦部血管阻塞或破裂導(dǎo)致腦部供血不足引起的腦損傷。主要致病因素包括高血壓、動脈粥樣硬化、吸煙和肥胖等。MiR-155對高血壓和動脈粥樣硬化這兩種關(guān)鍵致病因素均有影響，且數(shù)據(jù)顯示miR-155在腦卒中患者血液中上調(diào)近2倍，對腦卒中也有直接調(diào)控作用[16]。在早期發(fā)生炎癥部位，巨噬細胞會表現(xiàn)出經(jīng)典型極化(M1)并分泌TNF-α、IL-12等炎癥因子來促進炎癥的發(fā)生發(fā)展，miR-155可促進缺血性卒中的小膠質(zhì)細胞向M1轉(zhuǎn)化并誘導(dǎo)炎癥發(fā)生[17]。MiR-155通過結(jié)合MafB的3’UTR區(qū)并通過抑制MafB，增加細胞凋亡能力及促進炎癥介質(zhì)(IL-1β、IL-6和TNF-α)、誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(iNOS)和環(huán)氧化酶(COX-2)表達。因此，敲低miR-155可有效防止腦缺血再灌注損傷[18]。Caballero等[19]研究發(fā)現(xiàn)miR-155通過調(diào)節(jié)靶蛋白Rheb的表達破壞梗死區(qū)域微血管的完整性，增加神經(jīng)元損傷，注射miR-155抑制劑后梗死區(qū)域微脈管系統(tǒng)改善，梗死面積顯著減小，大腦功能明顯恢復(fù)。同時miR-155還可誘導(dǎo)氧化應(yīng)激反應(yīng)，促進8-異前列腺素F2α(8-iso-PGF2α)、8-羥基脫氧鳥苷(8-OHdG)水平升高，加重腦水腫，造成神經(jīng)功能障礙[20]。

2.阿爾茨海默病 (AD)：AD是一種起病隱匿的進行性神經(jīng)退行性疾病，具有個體差異，常表現(xiàn)為認知功能減退和精神狀態(tài)異常。AD危險因素包括家族遺傳、免疫系統(tǒng)疾病及嚴重頭部外傷等。AD會引起淀粉樣前體蛋白(APP)裂解和APP片段淀粉樣蛋白β(Aβ)產(chǎn)生及高磷酸化的tau蛋白聚集結(jié)合，導(dǎo)致突觸缺失和神經(jīng)變性[21]。MiR-155作為主要的炎癥調(diào)節(jié)劑，與AD這類退行性疾病密切相關(guān)。TNF相關(guān)凋亡誘導(dǎo)配體(TNFSF10)是TNF超家族的促凋亡細胞因子，也是Aβ神經(jīng)毒性的介質(zhì)。相關(guān)研究表明，miR-155可調(diào)節(jié)TNFSF10，因此阻斷miR-155/TNFSF10通路可減弱神經(jīng)毒性，抑制免疫炎癥反應(yīng)，改善學(xué)習(xí)記憶能力[22]。MiR-155還能通過靶向SKP2，進而激活I(lǐng)KKβ，增加海馬區(qū)Aβ的沉積，加重認知障礙并抑制神經(jīng)元再生[23]。此外，miR-155能通過上調(diào)炎癥因子IL-1β、IL-6、TNF-α和凋亡因子caspase-3水平，導(dǎo)致認知功能障礙，同時可下調(diào)annexin-2和claudin-1等緊密連接蛋白及DOCK-1和syntenin-1等黏附成分水平，從而破壞BBB，增加其通透性[24]。

3.帕金森病 (PD)：PD作為一種常見的神經(jīng)退行性疾病，常引起患者運動障礙，臨床表現(xiàn)為靜止性震顫、運動遲緩、肌強直和姿勢步態(tài)障礙。其突出病理改變是中腦黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元進行性缺失，殘留的神經(jīng)元胞質(zhì)中出現(xiàn)嗜酸性包涵體，即路易小體。臨床研究顯示miR-155在PD患者中表達水平升高，且與疾病相關(guān)程度高，會隨癥狀改善其表達水平逐步下降[25]。已知α-突觸核蛋白(α-syn)是PD重要標(biāo)志物，α-syn過表達可引起miR-155上調(diào)，誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥。Thome等[26]發(fā)現(xiàn)miR-155能抑制抗炎靶標(biāo)，如SHIP1和CEBPβ，導(dǎo)致Arg1、IL-10、IL-13R和TGF-βR下調(diào)，進一步造成細胞死亡。MiR-155還能使主要組織相容性復(fù)合體Ⅱ(MHCⅡ)類表達增加和小膠質(zhì)細胞活化增加，進一步加重神經(jīng)元損傷。

4.多發(fā)性硬化癥 (MS)：MS是一種中樞神經(jīng)系統(tǒng)的慢性炎癥性脫髓鞘疾病，受到免疫、遺傳和環(huán)境等多方面因素影響，可引起灰質(zhì)和白質(zhì)的局灶性病變，主要特征為原發(fā)性脫髓鞘，并具有不同程度的軸突缺失，常伴有免疫細胞浸潤、星形膠質(zhì)細胞增生等。MiR-155是MS發(fā)病機制中重要的調(diào)節(jié)因子，其在活動性MS患者的大腦和血清中水平上調(diào)。Murugaiyan等[27]指出產(chǎn)生IFN-γ的Th1細胞、分泌IL-17的Th17細胞及CD4+T淋巴細胞介導(dǎo)的自身免疫均對MS有致病作用。MiR-155破壞血腦屏障后，使CD4+、CD8+T淋巴細胞及B淋巴細胞易于穿透BBB，導(dǎo)致髓鞘受損，引起運動障礙。此外，miR-155還能促進CD4+T淋巴細胞表達及調(diào)節(jié)Th1和Th17細胞分化，造成神經(jīng)損傷，進而產(chǎn)生麻痹的癥狀[28]。

5.癲癇：癲癇是一種常見的慢性疾病，通常分為局灶性發(fā)作、全面性發(fā)作和不能分類的發(fā)作等。由于大腦某部分神經(jīng)元異常的突發(fā)放電，導(dǎo)致短暫性大腦功能失調(diào)。該疾病在各個年齡階段均有發(fā)生，其中兒童癲癇發(fā)病率較高，嚴重威脅兒童的健康，尤其是新生兒。在癲癇反復(fù)發(fā)作過程中，會引起腦組織缺血缺氧，釋放興奮性氨基酸，產(chǎn)生自由基，造成神經(jīng)細胞損傷。MiR-155在誘導(dǎo)癲癇持續(xù)狀態(tài)后2 h開始升高，并在癲癇發(fā)作的潛伏期(癲癇持續(xù)狀態(tài)后7天)內(nèi)表達水平達到峰值[29]。MMPs重塑細胞外基質(zhì)在癲癇發(fā)病中起主要作用。在癲癇動物模型中，miR-155能夠增加MMP3水平，誘導(dǎo)基底層和緊密連接蛋白的降解，進而導(dǎo)致癲癇中的BBB功能障礙[30]。Duan等[31]研究發(fā)現(xiàn)miR-155可通過PI3K/ Akt/mTOR信號通路加速癲癇的發(fā)生，主要表現(xiàn)為miR-155過表達導(dǎo)致腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)表達降低，促進caspase-3和Bax等凋亡因子的表達，最終造成神經(jīng)元損傷。

四、總結(jié)與展望

中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥疾病是神經(jīng)系統(tǒng)疾病中一個重要的組成部分，嚴重影響人類健康、降低生活品質(zhì)，并讓患者家庭承受嚴重的經(jīng)濟負擔(dān)，因此尋找新的疾病治療突破口至關(guān)重要。為了有效改善預(yù)后，提升患者的幸福感，此類疾病的發(fā)生、發(fā)展及治療正在逐步得到廣泛關(guān)注。隨著各界學(xué)者對miRNAs的深入研究，了解到miR-155涉及的作用機制，這為其臨床運用提供科學(xué)依據(jù)，也為疾病治療打通新思路。但是，由于致病原因的多樣性，疾病本身復(fù)雜的病理生理機制，及miR-155可能產(chǎn)生的多重調(diào)控，使得實驗研究向臨床普及的轉(zhuǎn)化存在挑戰(zhàn)性。因此，我們?nèi)孕柽M一步深入探索miR-155和中樞神經(jīng)系統(tǒng)炎癥疾病之間的關(guān)系，提高疾病治愈率，為人類健康貢獻新力量。