肝臟再生的MicroRNA調控

摘要：肝臟在部分切除術或損傷后具有較強的再生能力。自從十余年前MicroRNAs的發(fā)現(xiàn)至今，MicroRNAs的研究幾乎涵蓋了生物學的方方面面，包括分化、生長、代謝、增殖、凋亡和病毒感染、腫瘤生成等等。MicroRNAs在肝臟再生、肝炎、肝硬化、酒精肝、脂肪肝、肝癌等疾病發(fā)生、發(fā)展過程中MicroRNAs都扮演著重要角色，本文就肝臟再生的最新觀點、肝臟再生各階段的MicroRNAs 調控機制作一綜述。

關鍵詞：肝臟再生；調控；MicroRNAs

肝臟細胞雖然是終端的分化類細胞，大部分時候都是處于靜止狀態(tài)，極少出現(xiàn)增殖。可是一旦出現(xiàn)肝臟損傷的情況，如部分肝臟切除、活體積肝移植、熱缺血、化學性或者病毒性肝臟損傷、肝臟腫瘤等不良因素而導致的肝臟細胞損傷、壞死與肝細胞功能超載，都會立刻開啟肝細胞增殖與肝臟的再生[1]。過去的研究一般都是集中在單個分子信號，以及一些重要的轉錄因子和關聯(lián)性較強的靶基因與信號通路的研究等等。隨著研究者對miRNAs認識的日益深入，miRNAs調控肝臟再生的研究成為新的熱點。MiRNAs是一類非編碼單鏈小RNA分子，長度約21～25 nt，是由Ambros 等3位科學家在約20年前研究線蟲發(fā)育過程中首次發(fā)現(xiàn)，miRNAs幾乎存在于所有已知生物體內，miRNAs與靶基因mRNA3'端非翻譯區(qū)（Untranslated Regions UTR）特異性序列結合，引起mRNA 切割或翻譯抑制，從而在轉錄后水平干擾靶基因的蛋白質合成[2]，miRNAs在肝臟表達極其豐富，成為研究肝臟各種生理、病理機制的有利工具。

1肝臟再生的最新觀念

肝臟是人體唯一個部分切除或損傷后可以100%回復到原有體積和功能的器官。肝臟損傷或部分肝葉切除術后，肝臟的再生主要是通過成熟肝細胞的有絲分裂來實現(xiàn)的，而當肝組織巨大損傷后肝干/祖細胞的激活也參與其中。在肝臟再生的啟動階段，肝細胞在腫瘤壞死因子（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、白介素-6（ Interleukin-1，IL-6）和生長因子調控作用下進入至G1期間內，隨后在細胞周期蛋白與細胞周期蛋白依賴性激酶（cyclin and cyclin dependent kinases ，cyclin-CDKs）系統(tǒng)作用下快速進入到S期內，機體分泌一系列促進肝再生的細胞因子，從而激發(fā)一系列的生物放大效應，進入增殖階段，最終達到肝再生的目的[3-4]。肝再生進入終止階段后，轉化生長因子-β（transforming growth factorβ，TGF-β）和凋亡系統(tǒng)加入至調控過程之中，細胞不再增殖，再生過程停止。近年來研究表明，除上皮生長因子、胰島素、腎上腺素等因素外，肝特異性的生長因子也參與了肝組織生長和再生的調節(jié)，肝臟再生是由多條通路、多種因素共同參與的復雜調控過程[5]。各種細胞因子與生長因子、代謝及免疫相關因子、細胞外基質之間相互作用，其調控機制復雜且尚未完全清楚，miRNAs是多種細胞因子、生長因子、信號通路的媒介，研究miRNAs在肝臟再生的作用有助于進一步闡明肝臟再生過程中的多因素調控機理。

2肝損傷與MiRNAs

導致肝臟損傷，肝細胞受損的原因包括肝臟切除術、肝移植術、缺血再灌注、腫瘤、酒精、病毒、藥物等，所有這些因素都可以刺激肝臟再生，可以說，有損傷才有再生，損傷是再生的開端。在肝臟損傷階段有變化或者有調控作用的miRNAs還有可能在再生階段繼續(xù)發(fā)揮作用。miR-122是在酒精、病毒、藥物等所致的肝損傷模型中的血漿特異性miRNAs，miR-122 對肝臟和骨骼肌的損傷較ALT、AST 等傳統(tǒng)標志物更具特異性，在輕微組織損傷中遠較ALT 和AST 敏感，且與肝臟組織病理學變化更具相關性[6]。YiZhang[7]等從動物實驗和臨床試驗兩個水平評價了miR-122 在肝臟損傷性疾病中的診斷意義，提示miR-122 是一種敏感而且特異性的優(yōu)秀肝臟損傷標志物。

miR-146a有多種生物學功能，是腫瘤發(fā)生、炎癥反應的關鍵分子，最新研究表明，miR-146a是缺血再灌注損傷密切相關的miRNAs，Q. Chen[8]等在體外及體內動物實驗中已經(jīng)證實miR-146a在缺血再灌注損傷的早期階段明顯下調 。Jiang W[9]等在小鼠缺血再灌注損傷模型實驗發(fā)現(xiàn)miR-146a通過抑制白介素-1受體相關激酶 （ Interleukin -1 receptor-associated kinase，IRAK1） 和腫瘤壞死因子相關因子6（tumor necrosis factor receptor-associated factor 6，TRAF6）的表達而改善小鼠肝臟缺血再灌注損傷。

3肝臟再生相關MiRNAs及其生物學作用

MiRNAs調控肝臟再生是一個復雜的過程，miRNAs調控基因的方式是多對多的，一個m iRNA分子可以有多個靶基因，它可以在一個細胞里同時調控多個靶基因來影響該細胞的生長發(fā)育，與此同時，一個基因的非翻譯區(qū)可能有不止一個miRNA調控位點，也就是說，一個基因可以同時被多個miRNAs所調控。

3.1肝臟再生啟動階段MiRNAs調控 可能參與到肝臟再生啟動階段的miRNAs有Let-7，miR-17，miR-29，miR-30，miR-21，miR-127，miR-424[10]。其中miR-21是研究較為深入的miRNA，現(xiàn)已被證實在細胞周期和DNA 復制中調控多種基因，被認為是調控肝臟再生啟動階段的關鍵miRNA。Marquez等[11]在小鼠肝臟部分切除術后miR-21的表達在1、6、12、24和48 h與切除術前相比明顯上調，并在12、24 h達到高峰，提示miR-21在肝再生早期可能參與基因表達調控，miR-21 通過促進細胞周期蛋白D1 的翻譯過程從而啟動肝細胞增殖[12]。

Pan C[13]等在大鼠肝部分切除術后24 h行qRT-PCR檢測出肝臟組織的miR-127表達量較假手術組下調近4倍，與此同時，與肝細胞增殖相關的基因Bcl-6所編碼的mRNA及蛋白卻明顯升高。在體外實驗中，分別構建miR-127的模擬物（mimics）及阻遏物（inhibitor）轉染到大鼠BRL-3A肝細胞，發(fā)現(xiàn)下調的miR-127促進了肝細胞的增殖，相反，上調的miR-127抑制了細胞增殖。結合體內外實驗可得出這樣的推論：miR-127具有抑制細胞增殖、促進細胞凋亡的作用，在肝臟再生的早期階段，下調miR-127可加強Bcl-6的表達，從而促進肝細胞增殖。

3.2肝臟再生增殖階段MiRNAs調控 肝臟再生的啟動階段和增殖階段并沒有鮮明的時間界限，在肝臟再生增殖階段，DNA復制活躍，各種信號通路相繼激活，miRNAs的表達也最為豐富。此時，原本處于靜止期的肝細胞進入細胞周期，分化為實質細胞和間質細胞，肝組織結構得到恢復。這個過程受到相關基因復雜而精確的調控，其具體表達、調控過程尚未完全闡明，而miR-21作為一個具有調節(jié)作用的小分子RNA，在肝細胞增殖過程中發(fā)揮了重要的作用。在Marquez的研究中，miR-21在肝再生的增殖期表達上調，而核因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB） 相關信號通路在早期參與啟動了miR-21表達后卻在增殖期受到抑制。因此推斷，NF-κB與miR-21之間存在著負調控，通過這種精細的微調方式來控制肝細胞的增殖[10]。

miR-26a最早在腫瘤細胞再生MiRNAs的研究中被發(fā)現(xiàn)[14]。Zhou[15]在小鼠70%肝切除術后120 h，發(fā)現(xiàn) miR-26a表達比假手術組顯著下降，靶基因預測發(fā)現(xiàn)miR-26a的目的基因有周期素D2 （cyclin D2，CCND2），周期素E1 （cyclin E1，CCNE1），周期素E2 （ cyclin E2，CCNE2），和周期素依賴性激酶6（cyclin dependent kinase 6，CDK6），它們都是調控細胞周期的關鍵基因。通過構建anti-miR-26a載體轉染小鼠活體肝臟組織抑制miR-26a表達，再行Western blot檢測發(fā)現(xiàn)CCND2、CCNE2的表達明顯升高，與對照組相比有統(tǒng)計學差異。據(jù)此推測miR-26a 可能通過調節(jié)G1/S 期特定細胞周期D2 和G1/S 期特定細胞周期E2 的蛋白表達從而促進肝細胞增殖。另外，Zhou的實驗還發(fā)現(xiàn)miR-26a在肝切除術后的24 h內表達也有下調，提示miR-26a在肝臟再生的早期可能也是一個有價值的負調控因子，這有待進一步研究。

miR-221 在血細胞生成、血管生成、乳腺的發(fā)育與泌乳、細胞增殖、肝癌、乳腺癌、甲狀腺癌、胰腺癌、惡性膠質瘤等生理、病理過程中扮演著重要的角色，其靶基因涉及了GHR、p27、p57、Bmf、c-kit 等[16]。Yuan[17]等在小鼠活體實驗中證實miR-221通過影響芳香族碳氫合物核轉移子 （aryl hydrocarbon receptor nuclear translocator ，ARNT），繼而調控p27的表達來調控肝再生中調控肝細胞增殖，所以miR-221 被定義為一種促增殖基因[18]。

3.3肝臟再生終止階段MiRNAs調控 MicroRNAs在調控肝臟再生終止階段的研究沒有增殖階段那樣深入，然而，最新研究也取得了進展。Bin Yuan等[19]在大鼠70%肝切除術后72小時即肝臟再生的終止階段發(fā)現(xiàn)miR-23b的表達開始下調。在肝再生終止階段，TGF-β和激活素A（Activin A）抑制肝細胞增殖，誘導肝細胞凋亡，是肝再生的重要的負調控因子[20]。Bin Yuan等通過靶基因預測發(fā)現(xiàn)miR-23b的靶基因有Smad3，Smad3是TGF-β和Activin A在Smad信號通路中共同的關鍵信號蛋白[21]，并在體外培養(yǎng)的BRL-3A 細胞中進一步證實上調miR-23b可以使Smad3表達下降，從而抑制TGF-b1誘導的細胞凋亡。因此推測，下調miR-23b激活了TGF-β1/Smad3信號通路，促進TGF-β和Activin A的作用，從而抑制肝細胞增殖，成為肝臟再生進入終止階段的一個信號。

另一項研究中，Chen H等[22]在大鼠肝部分切除術后發(fā)現(xiàn)Mir-34a的表達在早期無變化，中期逐漸增加，晚期第5天達到峰值，是假手術組的6倍，之后又開始逐漸下降。在術后第5 d檢測抑制素β-B（inhibin β-B，INHBB）和 Met的mRNA 和蛋白的水平同時下降，經(jīng)靶基因驗證Mir-34a的目標基因正是INHBB和 Met，而INHBB和 Met基因是已知的促增殖基因，由此推測Mir-34a可能是肝臟再生終止階段抑制肝細胞增殖的又一停止信號。

4結論

MiRNAs調控肝臟再生的研究往往是單一、獨立的，而miRNAs的作用則是多元、復雜的。同一個miRNA可以表現(xiàn)出不同的生物學效應，而不同的miRNAs有可能同時參與調控同一個信號通路。在腫瘤研究中發(fā)現(xiàn)的miRNAs在肝臟再生中可能也有重要作用；參與起始階段調控的miRNAs，在增殖階段可能仍然在發(fā)揮作用。MiRNAs的研究使得肝臟再生調控機制的認識更加深入，能幫助研究人員找到有效延長肝臟再生、細胞增殖時間的方法，這對于提高肝移植，尤其是活體肝移植、肝葉切除術后的生存質量，對延緩肝硬化到肝癌的進展有非常重要的意義。為酒精肝、脂肪肝、病毒性肝炎、藥物性肝損傷的診斷、治療提供了新的思路，除此以外，研究肝再生miRNAs終止機制對治療肝癌新靶點的探索也具有積極意義[23-24]。

MiRNAs在肝臟再生過程中的調控雖然有了諸多進展，但也面臨一些亟待解決的問題，在已知的MiRNAs中，還有多少MiRNAs有調控肝臟再生的作用，又如何發(fā)現(xiàn)更多未知的miRNAs。MiRNAs之間是否也存在著調控網(wǎng)絡，相互之間是如何影響？另外，目前所研究的miRNAs調控機理大多局限于體外培養(yǎng)的細胞，活體研究鮮有報道，如何將miRNAs成功轉入體內到達靶器官并有效發(fā)揮其生物學功能是當下miRNAs研究的一個難題。

編輯/張燕