MicroRNA與腸易激綜合征的相關性研究進展

趙泓舒，陳民利

(浙江中醫藥大學動物實驗研究中心/比較醫學研究中心，杭州 310053)

MicroRNA與腸易激綜合征的相關性研究進展

趙泓舒，陳民利

(浙江中醫藥大學動物實驗研究中心/比較醫學研究中心，杭州 310053)

腸易激綜合征(IBS)是一種常見的病因不明的紊亂性疾病。在IBS患者的血液微泡和結腸組織中存在一些失調的microRNA(miRNA)。對于miRNA的研究，最初階段可能作為一種新的途徑用來進一步了解IBS的病理生理學特征，而最終將使用miRNA作為新的策略思考IBS的診斷和治療方法。目前，miRNA在IBS發病機制中的作用的研究報道甚少。本文主要對miRNA在IBS方面的研究進行綜述。

腸易激綜合征;MicroRNA

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome，IBS)是一種由個體生理、心理、社會等多方面因素綜合作用導致機體功能和心理的異常，表現為腹痛與排便異常為主癥伴有軀體多部位不適和多臟器功能不正常的功能性胃腸疾病，而今尚無法證實具有病理學形態異常［1］。近年來，IBS的研究已深入到了分子水平。由于腸屏蔽結構和功能的破壞，導致選擇性運輸蛋白和結構蛋白的錯誤表達，使得腹瀉型腸易激綜合征(IBS－D)患者腸道通透性增加或引起輕微黏膜炎癥，從而導致肌間神經元敏感，引起持續性炎癥，導致腹痛、腹瀉和腹脹［2］。腸道通透性增加的動物模型表明，這種腸道過敏可能是通過相關干擾素產生和肌球蛋白輕鏈激酶在腸上皮細胞的活化機制引起的［3－4］。然而，用乳酸桿菌治療通透性，防止應激所致內臟高敏感和增加結腸旁通透性，則是通過與上皮細胞骨架收縮的相互作用而起作用［5］。

最新研究表明，microRNA(miRNA)參與一些慢性疾病的進程，也可能參與調節胃腸疾病。一些特異性的miRNA存在于腸道通透性增加的IBS－D患者的血液微泡和結腸活檢中［6］。其他研究也表明，在IBS和炎癥性腸病中特異性表達的miRNA改變血清素信號［7－8］。因此提出幾個重要問題:在胃腸道疾病中，什么是miRNA介導的基因調控機制?它可以是一個獨特的診斷及預后的工具嗎?在未來，特定的 miRNA能否在治療 IBS中發揮作用?對miRNA功能的更好理解將揭示IBS患者腸道失調的途徑。由于目前在IBS治療領域中缺乏有效的治療方法，模仿或抑制特定miRNA的靶基因表達將會成為一種新的預防和治療IBS的方法。

1 microRNA

miRNAs是一類長約19～25個核苷酸的內源性非編碼RNA，普遍存在于各個物種中。不編碼蛋白質，但可調控基因表達。miRNA是由70－100核苷酸的發夾pre－miRNA前體裂解，然后通過部分序列互補結合靶 mRNA的3’－UTR，導致翻譯抑制以及某種程度的mRNA降解。通過與靶mRNA蛋白編碼基因的不完全配對發揮 miRNA的具體職能［9］。miRNA的表達具有組織特異性和階段特異性，即在不同組織中表達有不同類型的miRNA，在生物發育的不同階段里有不同的miRNA表達。哺乳動物中大約三分之一的基因表達可能受到miRNA的調控［10］。由于miRNA已被證實參與和調控包括細胞發育、細胞凋亡、脂肪代謝、神經元發育、細胞分化、激素分泌等在內的多種生理過程。miRNA的表達差異可能與疾病的發生和發展有關。同時也發現了一些良性疾病如炎癥，與正常組織相比也存在miRNA表達的差異。其在一些良性疾病發生機制中也可能起著重要的作用，而對于這方面的研究相對較少。

2 血液微泡

血液微泡是球形的膜碎片，大多數散布在細胞表面，承擔著細胞與細胞，細胞和器官之間交流的任務［11］。幾乎所有的細胞都可以從質膜(微粒)或細胞內吞小泡(外來體)釋放血液微泡［12］。越來越多證據表明血液微泡在細胞與細胞之間的溝通中發揮著舉足輕重的作用。它們可能是通過受體介導的相互作用直接刺激靶細胞，或者從起源細胞轉移各種生物活性分子，包括細胞膜受體、蛋白質、mRNAs、miRNAs和細胞器。有研究還表明，脫落的膜微泡伴隨細胞活化［11－13］。微泡作為一種生理媒介物提供不同的分子信號，如在一定距離的細胞和器官中改變miRNA的表達譜。分子信號和血液微泡數量的改變可能被用來描述某些疾病的進程，并可作為疾病診斷的新策略。

3 miRNA與IBS的關系

最近一項研究中統計了IBS患者的血液微泡miRNA表達譜數據，發現了 miR－29a的表達上調［6］。這也證明了外源性 miR－29a具有調節 IBS－D患者腸道通透性的潛在作用。除了miR－29a可以合成谷氨酰胺，對于miR－29a的靶向問題還有其他的預測。因此，對全身血液微泡的miRNA譜進行分析，miRNA可能被作為IBS患者腸道通透性增加的有用的分子標記方法，并成為新的治療檢驗方法。這項研究是唯一的，并暗示一些IBS－D患者腸道通透性增加和miR－29a在血液中超微小泡和結腸組織的超表達有關［6］。事實上，改變胃腸道 miR－29a的表達可能會調解IBS患者腸道通透性是通過依賴谷氨酰胺機制，并以證實miR－29a和谷氨酰胺基因之間的功能互動。

在腸道組織中，Zhou等人［6］通過很多重要的觀察說明了miRNA在IBS發病和診斷中的角色。(1)他們表明，與正常的通透性相比，IBS－D患者的小腸和結腸組織中腸道通透性增加，miR－29a的增加和谷氨酰胺合成酶的下降。(2)在試管內證明了miR－29a通過谷氨酰胺合成酶調節腸道通透性的能力，筆者推測:miR－29a的表達變化和上皮通透性一致;谷氨酰胺合成酶和上皮通透性的變化相反;小干擾RNA分解谷氨酰胺合成酶后腸屏障與 miR－29a會中和反應。(3)證明了僅僅腸道通透性增加的IBSD病人血液超微小泡中的miR－29a會過表達。(4)也表明，與miR－29a一樣，在增加膜通透性的 IBS－D病人的血液和細胞樣本中發現許多其他的miRNA也被調控。不同的miRNA調節不同的腸道途徑最終導致諸多表觀遺傳和遺傳現象產生。值得注意的是，帶有潰瘍性結腸炎(UC)的結腸癌病人中，miR－29a的表達增加了2－4倍。盡管對比發現，它的表達在IBS病人對照組中沒有重大改變，但腸屏蔽通透性的增加確實導致了失調。

這些事實說明了miR－29a對腸炎和通透性的控制作用。但也帶來了適用范圍的問題，這個事實只是高通透性IBS－D患者的診斷依據和治療目標。在血漿和血清中，它們的規模很小，相對穩定，可以抑制核糖核酸酶的分解，隨著檢測靈敏度的提高，使血液里的miRNA成為非入侵疾病生物標記的一個良好特征。

迄今已有六千余種miRNAs被發現，只有一小部分的miRNA的詳細功能已經被描述。這些分子具有影響細胞生存到凋亡的能力，并且能進一步與體內的生理機制相協調。很明顯，這些分子如果出現問題則會導致嚴重的細胞失調，最終影響到病理學層次。有評論認為，miRNA是免疫、炎癥和宿主細胞對微生物感染的調控器［14］。據臨床調查，約三分之一的IBS患者患病之前有胃腸道的感染史，免疫系統與IBS的關系早已引起人們的注意，大多數人認為活性免疫細胞參與了 IBS的發病機制［15］。免疫系統的細胞表達了超過100種不同的miRNA。代表性的分子，如 miR－106a、miR－150、miR－181a、miR－326、miR－221 和 miR－222。不僅調節了先天免疫細胞的功能，也對前炎性信號、抗炎性信號和細胞因子與趨化因子釋放帶來的影響有所反應。

其他 miRNA，如 miR－132，在嚙齒動物小腸中通過抑制乙酰膽堿酯酶產生達到抗炎效果。Wu等描述了一個獨特的分子結構，在乙狀結腸潰瘍性結腸炎中影響11個 miRNA的表達［7］。

還有，Bazett M等通過比較囊胞性纖維癥腸病的小鼠，即CFTR(腸粘膜電導調整器)缺乏的小鼠BALBc/JCftr(tm 1UNC)的腸組織與同窩出生的野生型小鼠的腸組織，發現有24個 miRNAs高表達，且被 RT－PCR所驗證。原有報道 BALB×C57BL/6JF2囊胞性纖維癥小鼠的腸道有一系列基因低表達，與所驗證的通過靶基因軟件預測的24個miRNAs靶基因的表達比較，發現759個基因中有155個重疊，高于原有所猜想的100個基因。通路的分析鑒定了這些普遍的基因在這些磷酸酶和張力蛋白、蛋白激酶A、磷酸肌醇－3激酶/AKT信號通路中的功能，并通過 RT－PCR驗證這些通路的基因在BALB囊胞性纖維癥小鼠腸組織中呈低表達。因此推測miRNA的表達能影響新陳代謝的異常和組織內環境成分的平衡［16］。

特別值得注意的是參與炎癥過程的 miR－192，UC組織中的巨噬細胞炎性縮氨酸與健康組織相比，miRNA表達和目標基因具有逆相關性。觀察IBS等慢性炎性疾病以及對照的黏膜組織通過基因芯片、定量PCR和原位雜交進行分析，檢測結腸上皮細胞(HT29)的miRNA表達，應用原位雜交的方法檢測表達降低的miR－192作用的靶基因。在結腸上皮細胞，被 TNF－α誘導的 MIP－2α的表達減少伴隨 miR－192 表達的減少，miR－192 可以調節 MIP－2α的表達。這些發現擴展了我們對miRNAs作用的認識，提示慢性炎性疾病可能存在miRNAs表達的改變。這些發現也證實miRNAs可以調節結腸上皮細胞來源的趨化因子的表達。雖然沒有進一步的探索研究，但5個IBS患者的結腸標本表明它的模式與未激活的UC組織類似(UC組織標記為miR－375、miR－422b和 miR－23a的表達)。除了免疫細胞，miRNA也參與了生物學的上皮細胞的微環境，如miR－217、miR－122 和 miR－145，促進上皮細胞及斑馬魚腸道平滑肌的成熟［17］。這些研究將有助于確定miRNA在解釋增長的T淋巴細胞原因中的作用，也可以探索肥大細胞中miRNA在IBS發病機制中和其他人類腸炎紊亂中的作用。

在IBS－D的研究中，還有其他的 miRNA的報道，如由于酒精的影響引起腸道通透性患者的miR－212 過表達［18］。緊密連接蛋白－1(ZO－1)水平下降增強了Caco－2(結腸癌細胞)單層的細胞旁通透性滲透率。在這個條件下，相對于健康的人，帶有酒精肝的結腸癌患者有高含量的 miR－212，但 ZO－1蛋白含量降低。結果與最近的研究觀察一致，IBS中ZO－1的降低伴隨著細胞旁通透性滲透率的提高，結果假設了 miR－212在腸道滲透率調整中的重要作用。miRNA的腸黏膜免疫調節通過上皮細胞的T細胞的功能也有報道。

IBS是與5－HT系統功能失調有關的綜合征。作為一種順式調節變體，5－HT3受體亞單位 HTR3A和HTR3E的非翻譯區可能參與了疾病的發生機制。有學者對英國的200例IBS患者和100例健康對照者的標本進行了初步研究，發現女性 IBS－D患者HTR3E的3’非翻譯區變體 C端76位堿基出現G的幾率大于A。這種聯系在包含119例IBS－D患者的和195例對照的德國的一項重復研究中得到證實。兩組樣本綜合分析得出C端76位堿基出現G的幾率大于 A與女性 IBS－D患者顯著相關。在報告基因中，C端76位堿基出現G的幾率大于A，影響 miR－510與 HTR3E 3’－UTR 區域的結合，導致熒光素酶的高表達。原位雜交和 RT－PCR顯示HTR3E和miR－510共同位于腸上皮細胞。這是首次發現miRNA通過順式調節變體影響5－HT受體基因的表達，這種調節作用與女性IBS－D患者相關［8］。

4 展望

盡管將miRNA技術作為治療IBS是令人興奮的，但同時也面臨著許多挑戰，包括潛在的脫靶效應和傳遞問題［19］。最大的挑戰之一是體內的miRNA如何在細胞內準確的傳遞足夠高濃度的合成寡核苷酸分子，以達到對特定組織中的分子進行抑制或激活的目的［20］。第二個挑戰是，許多這些寡核苷酸在體內不穩定，大多會在血清或組織被蛋白酶降解。最后，寡核苷酸的大小和負極會成為橫跨各種細胞膜內吞作用的障礙。微泡可能會攜帶RNA、miRNA或小分子物質通過細胞膜以克服這些傳遞障礙。微泡可作為一種生理的傳播媒介傳遞不同的分子信號，如傳遞 miRNA或寡核苷酸的改變，到有一定距離的細胞和具體組織中。在 IBS－D患者中發現了獨特的微泡和 miR－29a超表達的聯系，這就證明了應用微泡傳遞信息的可行性［6］。

隨著對miRNA的不斷探索和了解，更多的研究是集中在惡性腫瘤等方面，而對其在消化系統良性疾病的發生、發展中的重要性報道很少。所以，對IBS的研究，我們認為尚有兩個問題有待解決:(1)找到最適合的 IBS動物模型。引用Naliboff［21］的一句話:建立一種“綜合的”IBS模型，這種模型集合了IBS有關的生理、認知、應激等各個組成部分，可以更好的使人認識IBS這一復雜的功能性腸道疾病，這也將是最符合人類發病機制的IBS模型。(2)通過IBS動物模型找出最全面的特異性miRNAs。而這方面的研究報道甚少，還處于起步階段。另外，IBS中究竟有多少種 miRNA參與其中，都是哪些miRNA，各個miRNA作用的靶基因是哪些，通過哪些具體的途徑來與靶基因發生作用，這些問題還有待進一步研究。所以不斷發掘出它們的生物學功能，最終探明其表達調控機理，對更好的了解IBS具有十分深遠的意義。因此，我們未來努力的方向就是應用體內微泡作為一種有效的傳遞介質為以miRNA為基礎(使用特定的miRNA抑制劑或模仿靶基因的表達)治療IBS提供幫助。

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Overview of Relevance between MicroRNA and Irritable Bowel Syndrome

ZHAO Hong－shu，CHEN Min－li
(Laboratory Animal Research Center，Zhejiang Chinese Medical University，Hangzhou 310053，China)

The irritable bowel syndrome(IBS)is a common disorder of unknown etiology.A group of dysregulated microRNAs(miRNAs)in blood microvesicles and in colon tissue have been identified in IBS patients.Research on miRNA，first phase may serve as a new way to further understand the pathophysiology of IBS characteristics，and eventually will leads us to use new strategy for diagnosis and treatment of IBS method by using miRNAs.Currently，there is not a lot of study with the role of miRNA in IBS.This paper summarize the work about miRNA on IBS.

Irritable bowel syndrome;MicroRNA

R332

A

1671－7856(2012)09－0068－04

10.3969.j.issn.1671.7856.2012.009.015

2012－08－18

浙江省教育廳重大科技攻關項目(ZD2009004);浙江省衛生高層次創新人才培養工程項目。

趙泓舒(1987－)，女，在讀碩士生，研究方向:中藥藥理。

陳民利(1963－)，女，教授、碩士，研究方向:實驗動物與比較醫學，E－mail:minlichen01@yahoo.com.cn。