NF-κB (p50/p65)介導(dǎo)的促炎微小RNA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在金黃色葡萄球菌感染中的作用

王天明,車 瑩,崔 巖,付 琦,陳 乾,吳志航,陳全鑫,王 波,易劍鋒,潘海邦

(1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院,甘肅 蘭州 730000; 2.甘肅省中醫(yī)方藥挖掘與創(chuàng)新轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅中藥新產(chǎn)品創(chuàng)制工程實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州 730000); 3.甘肅中醫(yī)藥大學(xué),護(hù)理學(xué)院,甘肅 蘭州 730000; 4.甘肅中醫(yī)藥大學(xué),甘肅 蘭州 730000)

金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus,SA)是導(dǎo)致皮膚和軟組織感染的最常見病原菌,因抗菌藥物的濫用,快速產(chǎn)生的耐藥菌株嚴(yán)重危害人類健康。目前發(fā)現(xiàn)微小RNA(miRNA)在SA感染性疾病中協(xié)調(diào)了致病性基因表達(dá),本文就當(dāng)前研究領(lǐng)域涉及NF-κB調(diào)節(jié)的miRNA及其作用靶點(diǎn),以及針對NF-κB和/或促炎性miRNA信號傳導(dǎo)的治療策略進(jìn)行綜述,為后續(xù)相關(guān)研究提供參考。

1 SA流行病學(xué)和基本特征

SA隸屬于葡萄球菌屬,是一種常見的致病微生物,既是一種共生細(xì)菌,也是一種人類病原體,大約30%的人被其定植[1]。SA是引起皮膚和軟組織感染(SSTI)、血管內(nèi)感染、肺炎、化膿性關(guān)節(jié)炎、心內(nèi)膜炎、骨髓炎、異物感染和敗血癥的重要病原菌[2]。耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)分離株作為SA中常見的耐藥性菌株,曾主要局限于醫(yī)院、其他醫(yī)療保健環(huán)境,以及經(jīng)常使用這些設(shè)施的患者。然而,自二十世紀(jì)九十年代中期以來,社區(qū)人群中MRSA感染數(shù)量激增[3]。SA感染依賴于產(chǎn)生啟動細(xì)菌黏附到宿主組織的表面蛋白,分泌破壞宿主細(xì)胞和組織的細(xì)胞外毒素和酶,宿主免疫系統(tǒng)避免或失活,以及細(xì)菌的增殖并侵入到宿主細(xì)胞和組織中[4],凝固酶、透明質(zhì)酸酶、脫氧核糖核酸酶和脂肪酶是SA合成以增強(qiáng)其致病性,并在宿主體內(nèi)擴(kuò)散的酶[5]。此外,腸毒素、中毒性休克綜合征毒素1(TSST-1)、剝脫性毒素(ET)、溶血素、表皮細(xì)胞分化抑制劑(EDIN)和Panton-Valentine殺白細(xì)胞素(PVL)均已被鑒定為可增強(qiáng)SA致病性的細(xì)胞外蛋白毒素[6]。

2 SA感染中NF-κB敏感的miRNA和炎癥信號傳導(dǎo)

轉(zhuǎn)錄因子NF-κB于1986年由DavidBaltimore和RanjanSen報(bào)道,此后被確定為免疫系統(tǒng)中可誘導(dǎo)基因表達(dá)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[7]。核因子-kappaB(NF-kappaB)/REL轉(zhuǎn)錄因子家族在協(xié)調(diào)多種控制免疫反應(yīng)的基因表達(dá)中發(fā)揮著核心作用[8]。轉(zhuǎn)錄因子在清除細(xì)胞質(zhì)中的廢物分子、炎癥信號傳導(dǎo)、分化、細(xì)胞生長、腫瘤發(fā)生和神經(jīng)退行性病變中發(fā)揮重要作用[9-11]。人類先天免疫及后天免疫包含一個非?；钴S的多效性NF-κB信號系統(tǒng),該系統(tǒng)在先天免疫和后天免疫都發(fā)揮作用[11]。

在靜息細(xì)胞中,預(yù)先形成的NF-κB(p50/p65)異二聚體與疏水性抑制性kappaB蛋白(IkB)結(jié)合,防止游離NF-κB與啟動子結(jié)合及基因反式激活。然而,通過使用促炎介質(zhì)[包括白細(xì)胞介素1β(IL-1β)、白細(xì)胞介素6(IL-6)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)和內(nèi)毒素等]可誘導(dǎo)IκB激酶(IKK)復(fù)合物位點(diǎn)特異性磷酸化,觸發(fā)IkB分解,然后通過泛素-蛋白酶系統(tǒng)降解,由多個NF-κB敏感基因啟動子快速激活NF-κB轉(zhuǎn)錄[12]。

近年來,miRNA在各種生物過程中的獨(dú)特調(diào)控引起了人們的關(guān)注。miRNA是一類小的非編碼RNA,長度約為19～25個核苷酸,廣泛存在于真核生物中,可通過抑制mRNA轉(zhuǎn)錄和翻譯負(fù)調(diào)控靶基因,是細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵元件[13-14]。miRNA作為基因調(diào)控因子,已在炎癥、糖尿病、細(xì)胞凋亡、腫瘤和自身免疫性疾病等多個領(lǐng)域的疾病診斷中獲得檢驗(yàn)[15-21]。miRNA在各種類型的炎癥中,表現(xiàn)出特征性表達(dá)的特征,并且可以極大地影響炎癥細(xì)胞的行為。激活的NF-κB可上調(diào)疾病相關(guān)miRNA,包括miR-125b、miR-193b-5p、miR-128、miR-146a、miR-155、bta-miR-223、miR-30a,并參與SA感染后誘發(fā)的炎癥反應(yīng)[22-27](見圖1)。所有NF-κB敏感的miRNA基因在其直接的5’-啟動子區(qū)域中具有功能性NF-κB結(jié)合位點(diǎn),SA感染后使得該miRNA基因家族對NF-κB激活和NF-κB介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄上調(diào)異常敏感[27-34](見表1)。

表1 NF-κB誘導(dǎo)的miRNA在SA感染后的靶標(biāo)和功能

圖1 NF-κB信號通路中miRNA作用示意圖

在脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)的MAC-T細(xì)胞中,miR-125b表達(dá)顯著下調(diào);削弱LPS對NKIRAS2基因表達(dá)的抑制作用,并降低NF-κB的活性;下調(diào)炎癥因子IL-6和TNF-α的表達(dá),減輕MAC-T細(xì)胞的整體炎癥反應(yīng)[35]。通過熒光素酶驗(yàn)證MyD88-miR-128相互作用,miR-128的表達(dá)導(dǎo)致IκBα和NF-κB p65磷酸化減少,并導(dǎo)致炎癥細(xì)胞因子分泌顯著減少,與巨噬細(xì)胞中MyD88的缺失一致,表明miR-128通過MyD88下調(diào),特異性地阻止炎癥的進(jìn)一步發(fā)展[36]。miR-30a過表達(dá),通過miR-30a與MyD88 mRNA的3’-UTR結(jié)合來抑制其翻譯,從而阻止NF-κB的激活;減弱SA誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)[37]。通過3’-UTR熒光素酶報(bào)告基因試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),NF-κB信號通路關(guān)鍵蛋白TRAF 6和IRAK 1是miR-146潛在的分子靶點(diǎn),表明miR-146a可作為新的負(fù)調(diào)節(jié)因子,有助于調(diào)節(jié)免疫應(yīng)答[38]。在炎癥反應(yīng)前12 h內(nèi),miR-155被NF-κB快速上調(diào)后靶向SHIP1,miR-155以PI3K/Akt依賴性方式激活I(lǐng)KK信號體復(fù)合物,形成信號放大所需的正反饋環(huán)放大炎癥反應(yīng)[39]。雙熒光素酶報(bào)告試驗(yàn)[40]驗(yàn)證結(jié)果顯示,beta-miR-223與CBLB啟動子的直接結(jié)合;SA來源的脂磷壁酸刺激MAC-T細(xì)胞中CBLB的過表達(dá),顯著上調(diào)PI3K、AKT和磷酸化的NF-κB p65,而CBLB敲除具有相反的作用,證明bta-miR-223可通過靶向CBLB并抑制下游PI3K/AKT/NF-κB途徑來減輕炎癥進(jìn)展。

3 針對NF-κB和/或促炎性miRNA信號傳導(dǎo)的治療策略

NF-κB信號通路主要參與癌癥發(fā)生、免疫、炎癥相關(guān)的人類疾病,因此已經(jīng)設(shè)計(jì)和發(fā)現(xiàn)了大量天然和合成的NF-κB抑制劑,抑制NF-κB信號通路的激活。尋找能夠干擾和/或阻斷導(dǎo)致NF-κB激活的特定信號通路而沒有多個脫靶的具有生物活性的抑制分子變得極有挑戰(zhàn)性,許多NF-κB調(diào)節(jié)劑和阻斷策略已在實(shí)驗(yàn)室研究和臨床環(huán)境中采用或正在接受嚴(yán)格的評估。通常治療性NF-κB抑制劑可能包含的基本機(jī)制、策略有:(1)阻斷驅(qū)動NF-κB激活的原始生理刺激信號[41]。瑞沙托維(TAK-242)是Toll樣受體4(TLR4)信號傳導(dǎo)的小分子抑制劑,可選擇性結(jié)合TLR4并干擾TLR4與其銜接分子之間的相互作用,從而阻斷下游NF-κB的激活[42]。(2)靶向與NF-κB激活相關(guān)的磷酸化途徑。NF-κB磷酸化以基因特異性方式控制轉(zhuǎn)錄[43];C25-140可靶向TRAF6 E3連接酶活性,抑制下游NF-κB磷酸化[44]。(3)調(diào)節(jié)或激活I(lǐng)kB復(fù)合物或其他NF-κB亞基[45]。BAY 11-7082是一種IκBα磷酸化和NF-κB抑制劑,通過TNF-α誘導(dǎo)的IkappaB-α磷酸化起作用,導(dǎo)致核因子-κB降低和黏附分子表達(dá)減少[46]。(4)阻斷NF-κB易位,DNA序列識別,以及影響其活性或靶特異性的NF-κB的結(jié)合和/或修飾[47]。JSH-23抑制NF-κB p65的核易位,而不影響IκBα降解[48]。(5)可以使用化學(xué)穩(wěn)定的抗miRNA策略或靶向miRNA加工酶來阻斷或調(diào)節(jié)特異性上調(diào)的miRNA豐度和物種形成,從而防止產(chǎn)生完全活躍的和/或生物學(xué)上可用的miRNA物種[49]。在SA感染的小鼠乳腺炎模型中,硒通過誘導(dǎo)miRNA-146a的增加和減少TLR2/6,以及來自感染小鼠和乳腺上皮細(xì)胞的乳腺組織中的NF-κB和MAPK信號通路來減輕炎癥[49]。(6)長期全身攝入低劑量NF-κB抑制劑,包括膳食給予的木脂素、二萜和倍半萜、皂甙、多糖、多酚、生物纖維等普遍有益作用的天然產(chǎn)物,通過慢性抑制NF-κB活性引起的炎癥信號傳導(dǎo)、致癌作用[50-52]。(7)這些治療策略的任何組合。

4 展望

多效同源或異源二聚體轉(zhuǎn)錄因子NF-κB是先天免疫系統(tǒng)、炎癥反應(yīng)的主要調(diào)節(jié)劑。NF-κB復(fù)合物的一個極其重要的調(diào)節(jié)作用是促進(jìn)炎癥反應(yīng)中的一小群致病性miRNA,進(jìn)而靶向并下調(diào)一組mRNA,在SA感染中起促進(jìn)炎癥反應(yīng)的決定性作用。這些NF-κB調(diào)節(jié)的miRNA-mRNA相關(guān)病理的相互作用將為治療和疾病干預(yù)提供豐富的靶點(diǎn)。試驗(yàn)和人體臨床試驗(yàn)的結(jié)合將在NF-κB和NF-κB-miRNA誘導(dǎo)的調(diào)節(jié)劑和藥物的戰(zhàn)略設(shè)計(jì)和應(yīng)用中起決定性作用,這些調(diào)節(jié)劑和藥物可更有效地治療當(dāng)前的SA感染,有望解決抗菌藥物耐藥及超級細(xì)菌出現(xiàn)的問題。

利益沖突:所有作者均聲明不存在利益沖突。