miRNA在炎癥性腸病中的研究進展

王力田 楊立勝 劉剛

?綜述?

miRNA在炎癥性腸病中的研究進展

王力田 楊立勝 劉剛

炎癥性腸病（IBD）為一類反復發作的腸道慢性非特異性炎性疾病，主要包括潰瘍性結腸炎（UC）和克羅恩病（CD）。其病因及發病機制目前尚不明確，可能與多種因素有關。近年研究發現microRNA（miRNA）在IBD患者中表達異常，可能參與IBD的發生、發展。本文就IBD患者特異性miRNA表達異常的研究進展作一綜述，旨在探討miRNA在IBD發病機制、診斷和預后判斷中的價值，為其臨床應用提供依據。

消化系統； 結腸炎，潰瘍性； Crohn病； microRNA

炎癥性腸病（inf l ammatory bowel disease，IBD）是一類反復發作的腸道慢性非特異性炎癥性疾病，主要包括克羅恩病（Crohn disease，CD）和潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis，UC），其病因及發病機制尚未完全闡明，目前多數學者認為IBD的發生發展可能與異常免疫調節、環境變化、遺傳易感性、腸道持續感染、腸黏膜屏障損傷等因素有關［1-2］。近年來IBD的發病率逐漸增高，因其病程持久、病情反復而嚴重影響患者的生活質量，給社會帶來沉重的醫療負擔。

微RNA（microRNA，miRNA）是一類長約18～24個核苷酸的小分子非編碼RNA，由內源基因編碼，其通過與靶mRNA 3’UTR完全或不完全結合進行轉錄后水平調控，抑制mRNA的翻譯或降解靶mRNA而參與細胞的增殖、發育、分化、凋亡等過程［3］。近年研究發現miRNA在IBD患者中的表達水平與正常人相比有明顯差異，且異常表達的miRNA通過調節多種信號通路和基因表達參與IBD的發生發展過程。本文就IBD患者miRNA差異性表達的研究進展作一綜述，旨在探討miRNA在IBD發病機制、診斷和治療中的價值，為今后研究提供依據。

一、miRNA在IBD中的作用

（一）miRNA與IBD發病機制

有報道稱，目前已有100多個miRNAs在IBD患者中差異表達［4］，這些miRNAs構成了復雜的表達網絡，通過其表達水平的上調或下調，在轉錄后水平抑制或降解不同靶mRNA的表達繼而引起下游相應靶點基因的改變，最終導致腸道炎癥發生、腸黏膜屏障功能受損、黏膜通透性增加等變化，參與IBD的發病過程。

腸道炎癥是IBD的基本病理表現，近年發現多種miRNAs參與IBD腸道炎癥發生，如miR-214在UC炎癥過程中發揮重要作用，Polytarchou等［5］發現IL-6激活信號轉導與轉錄激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3），后者直接結合于miR-214基因啟動子區，使miR-214表達升高，繼而與磷酸酶-張力蛋白同源基因（phosphatase and tensin homolog，PTEN）、PDLIM2（PDZ and LIM domain 2）的3’UTR結合抑制二者mRNA和蛋白表達，表達下降的PTEN使Akt酶激活而有助于核因子（nuclear factor kappa-B，NF-κB）磷酸化，而PDLIM2的低表達則激活NF-κB誘導炎癥反應及IL-6表達，構成此正反饋通路，從而證實miR-214對UC炎癥過程具有促進作用。而CD患者結腸上皮miR-23a表達升高，與腫瘤壞死因子α抑制蛋白3（tumour necrosis factor alpha inhibitory protein 3，TNFαIP3）mRNA的3’UTR結合擾亂NF-κB的調節和腸道屏障的動態平衡，增強TNF-α作用和CD腸道炎癥［6］。近年報道IBD患者炎性結腸組織中miR-7表達下調，負性調控環指蛋白183（the RING fi nger 183，RNF183）的表達，升高的RNF183介導IκBα泛素化及降解從而激活NF-κB途徑，促進腸道炎癥的發生［7］。此外，miR-10a、miR-155、miR-511-3p等在IBD腸道炎癥中也具有一定作用［8-10］。

目前已有較多研究顯示，異常的miRNA譜與腸道黏膜屏障受損密切相關，參與IBD的發病過程。miR-21可通過多種信號通路調節腸上皮功能，如PTEN/PI3K/Akt 通路和RhoB通路均在IBD發生發展中發揮作用。Zhang等［11］證實TNF-α通過激活NF-κB使結腸上皮細胞內miR-21表達上調，miR-21可促進Akt 磷酸化和抑制PTEN的表達，經PTEN/PI3K/Akt 信號通路引起腸上皮細胞屏障功能受損、增加腸黏膜通透性；Yang等［12］發現miR-21在UC患者結腸組織和血清中均表達升高，其通過降解RhoB mRNA破壞腸道上皮細胞間緊密連接而參與UC的發病。有報道稱miR-122在增加IBD患者腸上皮細胞間滲透性中也起著重要作用［13］，但隨后Chen等［14］卻發現miR-122通過調節NF-κB通路而使腸上皮細胞損傷減輕，改善腸黏膜屏障受損，兩種報道結果存在爭議，相信隨著miRNA研究的深入，IBD發病的確切機制也將會得到進一步闡明。

（二）miRNA在IBD診斷中的價值

1.miRNA與IBD診斷

目前IBD的診斷需要綜合患者的病史、臨床表現、實驗室檢查及其他檢查結果而得出，腸鏡作為其中一項重要的輔助檢查雖然可以直觀地判斷組織病變，卻是一種侵入性檢查方法，不易被患者接受，因而需要尋找IBD潛在的生物標志物用以診斷IBD。研究表明，除結腸組織和外周血外，miRNA還在IBD患者糞便、唾液中存在表達水平的變化，這些差異表達的miRNAs可能成為診斷IBD新型生物標志物。

有學者報道了IBD患者結腸、外周血中miRNA的表達情況［15］，發現在結腸活檢樣本中，UC組相比健康對照組有4個miRNAs（miR-19a，miR-21，miR-31，miR-101）表達上調，而CD組3個miRNAs（miR-31，miR-101，miR-146a）表達上調，僅miR-375表達水平下調；而在外周血中，UC組miR-21，miR-31和miR-146a呈現低表達，6個miRNAs（miR-19a，miR-101，miR142-5p，miR-223，miR-375，miR-494）呈現高表達；CD組miR-21，miR-31，miR-146a，miR-155表達降低，而miR-101和miR-375表達升高，提示6個miRNAs（miR-19a，miR-21，miR-31，miR-101，miR-146a，miR-375）可作為潛在標志物用于IBD的診斷與鑒別。另外，血清表達升高的miR-595和miR-1246也可能用來診斷IBD［16］。通過分析IBD患者糞便中miRNA表達情況，Yu等［17］發現糞便中表達升高的miR-155可作為診斷IBD的潛在標志物，而Yi等［18］同樣對IBD患者糞便miRNA進行研究，結果顯示miR-16-5p和miR-21-5p在UC患者表達水平升高，且靈敏度分別為83.3%和66.7%，特異度均為88.2%，而CD患者僅miR-16-5p升高，靈敏度為76.2%，特異度為88.2%，提示miR-16-5p和miR-21-5p也可作為診斷IBD的生物標志物，且價值優于ESR和CRP。除糞便外，IBD患者唾液中miRNA也存在異常表達，Schaefer等［15］首次發現miR-101在CD患者唾液中表達上調，而UC患者唾液中3個miRNAs（miR-21，miR-31，miR-142-3p）表達升高，miR-142-5p表達降低，因此唾液差異表達的miRNAs也可能在IBD的診斷中發揮作用。

2.miRNA與IBD疾病活動度

IBD患者疾病活動期與緩解期相交替，對IBD疾病活動度的評估有助于提示IBD病情所處的時期，既可為選用治療方法提供依據，也可作為監測療效的指標。多項研究表明，在IBD患者結腸組織、外周血和糞便中差異表達的miRNAs可作為評估IBD活動度的潛在標志物。Iborra等［19］分析發現，與緩解期黏膜組織相比，活動期UC患者miR-650和miR-548a-3p表達上調，miR-196b、miR-489和miR-630表達下調，而活動期CD患者miR-18a*、miR-629*、let-7b和miR-140-3p表達升高，miR-422a、miR-885-5p和miR-328表達降低；該研究小組還分析了活動期和緩解期IBD患者血清miRNAs表達水平，發現UC患者活動期與緩解期miRNA表達水平無顯著差異，但活動期CD與緩解期CD之間卻存在6個差異表達的miRNAs（miR-188-5p，miR-877，miR-140-5p，miR-145，miR-18a，miR-128）；其它研究顯示相比緩解期，活動期IBD患者循環miR-16、miR-21、miR-155、miR-223表達升高，其中miR-223比ESR、hs-CRP具有更高的評估價值［20-21］；近年來又發現IBD患者糞便中升高的miR-16、miR-21、miR-155、miR-223、miR-320也可在評估IBD疾病活動度中發揮作用［21-22］，上述miRNAs在IBD病情不同時期表達水平亦不同，因而可作為潛在的IBD活動度標志物。

（三）miRNA與IBD治療

既往研究表明，miRNAs在多種疾病中差異表達，參與了疾病的發生、發展過程。許多領域學者設想將miRNAs作為核酸藥物或治療靶點用于疾病的治療，并進行了相關研究，如Ibrahim等［23］將聚乙烯亞胺/miR-33a復合物導入到患有結腸癌小鼠體內，miR-33a通過下調致癌激酶Pim-1而抑制癌細胞增殖，起到抑制腫瘤生長的作用；Lanford等［24］報道應用miR-122抑制劑可減低HCV感染的黑猩猩體內病毒載量，且該研究已處于II期臨床試驗階段。這些報道顯示出miRNA在疾病治療中的可行性，為IBD甚至IBD相關性腫瘤的治療提供了新思路。活動期UC患者結腸組織miR-192表達下調，使巨噬細胞炎性蛋白2-α（macrophage inf l ammatory peptide-2 alpha，MIP-2α）mRNA及蛋白表達升高導致腸道炎癥發生，Wu等［25］用miR-192擬似物轉染HT29細胞后可使MIP-2α mRNA表達下降，蛋白分泌減少，從而逆轉上述過程；Polytarchou等［5］發現miR-214抑制劑可減輕活動期UC結腸新鮮活檢標本炎癥程度，此結果在小鼠結腸炎模型中也得到證實；另外，miR-214抑制劑還能有效抑制結腸炎相關結腸癌動物模型的腫瘤生長發展，使腫瘤的體積變小，數量減少。由此可見，將miRNAs作為核酸藥物或治療靶點針對IBD患者異常的miRNA譜進行治療具有光明的前景，可能對IBD患者療效及預后產生深遠影響。然而，目前有關miRNA用于IBD治療的研究還處于初級階段，將其應用于臨床尚需解決一系列問題，如選擇何種miRNA載體，如何將miRNA準確遞送至效應細胞，miRNA如何在細胞內穩定存在不被降解，使用劑量如何制定、有無藥物毒性等［26］。

二、miRNA與IBD相關性腫瘤

結直腸癌（colorectal cancer，CRC）是IBD嚴重并發癥之一，IBD患者罹患CRC的風險明顯高于正常人群，據報道UC和CD患者發展成CRC的風險分別是正常人的30倍和5.6倍［27-28］。由于CRC起病隱匿、病死率高，若能早期發現IBD患者向CRC的轉變，將對IBD患者的預后產生深遠影響，因此尋找IBD相關CRC潛在標志物迫在眉睫。

許多研究發現結腸組織miRNAs參與了IBD患者向CRC演變過程，提示miRNAs可作為診斷IBD相關CRC的生物標志物。miR-21在IBD患者結腸異型增生組織中表達顯著升高，負性調控腫瘤抑制基因PDCD4（The programmed cell death 4）使其表達降低，Ludwig等［29］認為miR-21參與了IBD結腸組織的癌變過程；UC患者直腸和乙狀結腸組織中hsa-miR-141-3p表達上調，6個miRNAs（hsa-miR-146b-5p，hsa-miR-335-3p，hsa-miR-342-3p，hsa-miR-644b-3p，hsa-miR-491-3p，hsa-miR-4732-3p）表達下調，Ranjha等［30］從數據庫收集UC相關CRC資料發現，大部分病例CRC的發生部位在直腸乙狀結腸區，推斷這些差異表達的miRNAs可能促進了該區UC相關CRC的形成，監測上述miRNAs的表達變化有助于評估UC向UC相關CRC的進展。Olaru等發現與結腸炎性組織相比，22個miRNAs在IBD相關上皮內瘤變（IBD-related neoplasia，IBDN）組織中表達升高，10個miRNAs表達降低，進一步研究發現miR-31在正常組織-IBD-IBDN的發展過程中是逐步升高的，且顯著高于散發性CRC所表達的miRNA水平；該研究小組另一項研究證實miR-224在IBD向CRC發展過程中同樣是不斷升高的，提示miR-31和miR-224亦可作為早期檢測IBD患者由炎癥向腫瘤進展的生物標志物［31-32］。此外，近年研究顯示糞便microRNAs有望用于診斷IBD相關CRC，如糞便miR-34a可作為診斷結腸炎誘導的CRC潛在標志物［33］。

綜上，目前對IBD患者miRNA譜研究仍處于初始階段，其中存在的一個問題就是多個研究結果缺乏一致性，這主要受IBD發病部位、疾病活動度、分析系統、健康對照組等因素不統一，組織樣本異質性，研究對象遺傳及環境背景變異等影響。miRNA真正應用于臨床IBD的診斷和治療尚需經歷一定的時間，今后的研究尚需進一步擴大樣本量，建立統一的研究群體和組織收集方法，深入研究miRNA的表達及作用，這對于明確IBD的發病機制，診斷與鑒別IBD亞型，選擇IBD的治療靶點具有重要意義。

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Progress in study of microRNA in inf l ammatory bowel disease

Wang Litian, Yang Lisheng, Liu Gang.Department of General Surgery, The Tianjin Medical University General Hospital, Tianjin 300052, China Corresponding author: Liu Gang, Email: landmark1503@sina.com

Inflammatory bowel disease (IBD) is a chronic non-specific intestinal inflammatory disease，mainly including ulcerative colitis (UC) and crohn′s disease (CD). The etiology of IBD has not yet been clarif i ed, and it may be relevant to many factors. Recent studies have shown that expressions of microRNA (miRNA) were frequently altered in patients with IBD, and were involved in the development of IBD. This article reviewed the aberrant miRNA expressions in patients with IBD in order to discuss the value of miRNA in the pathogenesis, diagnosis and prognosis of IBD, and to further provide the evidence for its clinical application．

Digestive system; Colitis, ulcerative; Crohn disease; microRNA

2016-11-19）

（本文編輯：楊明）

10.3877/cma.j.issn.2095-3224.2017.03.012

黎介壽院士腸道屏障研究專項基金（No.LJS_201008）

300052 天津醫科大學總醫院普通外科

劉剛，Email：landmark1059@163.com

王力田, 楊立勝, 劉剛.miRNA在炎癥性腸病中的研究進展[J/CD].中華結直腸疾病電子雜志, 2017, 6(3): 230-233.