miR-155研究進展

李聰聰 趙金艷 吳姣 徐秋良

（河南牧業經濟學院動物科技學院 河南省畜禽遺傳資源保護工程技術研究中心，鄭州 450046）

microRNAs（miRNAs）是一類新發現的調節基因，通過抑制靶基因的表達來發揮其轉錄后調控作用［1-2］。miRNA的生成大多有以下兩步：首先，在細胞核內，初始轉錄本（pri-miRNA）經Ⅲ型RNA核酸酶和雙鏈RNA結合蛋白（Drosha/DGCR8）復合物作用產生miRNA前體（pre-miRNA）；其次，在細胞質內，miRNA前體（pre-miRNA）經Ⅲ型RNA核酸酶和反式激活應答RNA結合蛋白（Dicer/TRBP）復合物作用產生miRNA的成熟體［3］。人、小鼠、豬和雞miR-155基因分別定位于第21號、16號、13號和1號染色體，其中人、小鼠和豬miR-155前體均為65nt，雞miR-155前體為63nt；人和雞miR-155成熟序列完全一致，小鼠和豬miR-155成熟序列完全一致，前兩者與后兩者只有第12位C→U的一個堿基差異。由以上可知，miR-155在不同物種中的序列保守性較強。miR-155的宿主基因為一長鏈非編碼 RNA：B-cell Integration Cluster（BIC），BIC基因包含3個外顯子，但它并沒有一個明顯且長的開放閱讀框，采用Northern blot方法檢測發現其在雞的胸腺和脾臟中高表達［4-5］，筆者曾用熒光定量的方法檢測豬miR-155在大白豬脾臟中高表達［6］，用Northern blot方法檢測發現其在小鼠的胸腺和脾臟中高表達［7］。miR-155是一個明星基因，本文就miR-155在造血、炎癥、免疫、腫瘤、肌肉發育以及脂肪分化等功能研究進展作一綜述，旨在討論miR-155在參與機體多項生命活動中發揮的重要作用及意義。

1 miR-155與造血

miR-155參與機體造血分化這一重要的生命過程（圖 1）。Georgantas等［8］發現 miR-155在未分化的CD34+造血干細胞呈現高表達，它靶向PU.1、C/EBPβ、AGTR1、AGTR2及FOS等造血分化相關分子；miR-155轉染有多向分化潛能的K562細胞系，結果顯示K562細胞增殖能力不受影響，但紅系和巨核細胞分化細胞數目顯著減少；而且在CD34+造血干細胞中進行的造血集落試驗，miR-155轉染組髓系和紅系集落的生成少且小；這些數據證明，人類造血干細胞髓系和紅系細胞的分化受到miR-155的嚴密調控。用CSF、IL3、EPO等造血生長因子體外刺激純化的正常的人紅細胞祖細胞分化，結果表明miR-155在未分化的細胞中表達顯著上調，而在分化為成熟紅細胞的細胞中下調大約200倍，也即占據紅系祖細胞的1/200；而高表達的miR-155可限制多能干細胞分化成淋巴干細胞，表明miR-155在人紅血球生成過程中發揮重要調節作用，它嚴密調控紅系細胞的分化，是正常紅細胞分化的重要調節分子［9］。急性髓細胞性白血病（Acute myeloid leukaemia，AML）中，miR-155在FLT3基因發生內部串聯重復（FLT3-ITD）的患者中表達呈現上調［10］，揭示miR-155的失調表達可能是此類AML患者的發病機制。以上研究結果表明miR-155是維持機體正常造血功能的有力調節器。

圖1 miR-155與造血分化

2 miR-155與炎癥

miR-155在機體先天性免疫中發揮重要調控作用，主要體現在其與炎癥的密切關系（圖2）。大量研究表明miR-155的表達水平與炎癥因子密切相關，它是個親炎癥（Pro-in fl ammtory）分子。研究者用聚肌胞（Poly I∶C）和IFN-β刺激鼠源性巨噬細胞RAW264.7，而后采用基因芯片的方法檢測相關miRNA的表達變化，結果發現受這兩種因子刺激后持續上調表達的miRNA只有miR-155，進一步用藥物抑制激酶JNK能阻斷Poly I∶C或IFN-β誘導生成miR-155，這表明JNK信號通路調控誘導產生miR-155［11］。Tili等［12］發現用脂多糖（LPS）刺激RAW264.7，miR-155的表達顯著上調，miR-125b的表達下調，腫瘤壞死因子（TNF-α）表達顯著上升，同時用LPS腹腔注射C57BL/6小鼠進行體內試驗，體內試驗結果與體外實驗相符合。Ruggiero等［13］發現LPS刺激RAW264.7細胞，miR-155的上調表達歸結于其自身從前體到成熟體的生成過程——KSRP，Drosha、Dicer復合物組成部分，單鏈RNA結合蛋白KH型剪接調控蛋白結合在miR-155前體的終環上，促進miR-155前體成熟，從而提高miR-155成熟體的產生；其中KSRP可促使富含AU元件的mRNA降解，而miR-155所調節的炎癥因子mRNA的3’UTR都含有AU元件；在KSRP敲低的小鼠中，miR-155的生成被抑制，LPS 誘導產生的炎癥因子顯著增加；以上結果表明LPS、miR-155以及炎癥因子組成一個負反饋調節通路：LPS誘導miR-155持續上調表達，miR-155負反饋調節LPS誘導產生炎癥因子。另外，作者分別用 IFN-γ，TNF-α，poly（I：C）刺激RAW264.7細胞，結果與LPS刺激效果相一致，miR-155的表達全部上調。Quinn等［14］進行miR-155、LPS與IL10的轉錄調控研究中發現，轉錄因子Ets結合于miR-155的啟動子區域；在Ets2缺陷小鼠中，結合在miR-155的啟動子區域的Ets2有增加，但LPS對miR-155的表達沒有影響，LPS誘導miR-155高表達必須有Ets2；抗炎介質IL10可抑制Ets2的mRNA和蛋白表達，減弱Ets2在miR-155初始轉錄本啟動子區域功能的發揮，導致miR-155的表達降低。此研究證明轉錄因子Ets2是miR-155在炎癥反應發揮精細調控作用所必不可少的，IL10抑制miR-155的表達。MiR-155在類風濕性關節炎（Rheumatoid arthritis，RA）等炎癥性疾病中高表達。Stanczyk等用TNF-α刺激風濕性關節炎患者和骨關節炎患者的滑膜成纖維細胞，發現類風濕性關節炎患者細胞中的miR-155表達量顯著上調并高于骨關節炎患者；類風濕性關節炎患者的滑膜組織中的 miR-155 可以被 TNF-α、IL-1β、LPS、poly（I∶C）和細菌脂蛋白進一步誘導上調，表達量同樣高于骨關節炎患者；上調表達的miR-155抑制Toll樣受體配體，抑制RA患者損傷程度標志基因基質金屬蛋白酶MMP-3和MMP-1的表達；作者推測MiR-155是一個保護性的miRNA，降低MMP-3和MMP-1的表達，減少組織損傷引發的炎癥反應，減緩類風濕關節炎對機體的破壞性［15］。另外，在類風濕性關節炎患者的外周血中，miR-155的表達水平與炎癥因子TNF-α，IL1β的釋放存在正相關，是通過miR-155靶向調節SOCS1的表達來實現的［16］。以小鼠為模型研究人類關節炎疾病發現，miR-155敲除小鼠，炎癥因子IL6、TNFα的產生都受限，miR-155發揮促炎作用［17］。在人類囊性纖維化中，miR-155呈現高表達，高表達的miR-155誘使炎癥因子IL8的釋放增多，加強了炎癥反應［18］。用土拉弗朗西斯菌（Francisella tularensis）（能引發兔熱病的一種革蘭氏陰性菌）感染人單核細胞，檢測到miR-155表達顯著增加，并且上調表達的miR-155對促炎因子TNFα、IL1β、IL6 的生成發揮正調控作用［19］。筆者用Poly I∶C或LPS刺激PK15細胞，發現miR-155表達顯著上調，TLR3/4下游的marker基因CD80、CD86、IL6和IL1β表達模式與miR-155相同；miR-155過表達情況下，CD80、CD86、IL6和IL1β表達也有顯著增加，Poly I∶C、LPS刺激效果更強，miR-155發揮正調控作用［6］。MiR-155與炎癥因子的關系十分復雜，它不但發揮促炎作用，也發揮抑制炎癥作用，是個分子變阻器。

圖2 miR-155與炎癥反應

3 miR-155與免疫

免疫系統最基本單位是免疫細胞，參與先天性免疫反應的有：巨噬細胞、樹突狀細胞、單核細胞和中性粒細胞等；參與獲得性免疫反應的細胞主要有：B細胞和T細胞。近年來眾多研究表明 miR-155在機體免疫調節中發揮重要作用（圖3），miR-155在激活的免疫細胞（巨噬細胞、淋巴細胞等）中是高表達的［11，20-21］。Rodriguez 等［22］發現，miR-155敲除小鼠的T淋巴細胞、B淋巴細胞以及DC（樹突狀）細胞的功能都遭到破壞，說明miR-155對于維持機體正常的免疫功能是必不可少；敲除miR-155基因，致使其它基因的活性改變，有效的免疫反應活動受到抑制，容易發生自身免疫和感染。Wang等［20］用RNA病毒感染小鼠巨噬細胞，結果發現miR-155上調表達，進而增強I型干擾素信號通路，達到減弱病毒復制的目的。進一步研究發現是通過miR-155靶向抑制SOCS1表達的途徑，通過去除SOCS1對I型干擾素信號通路的反饋抑制，來增強巨噬細胞抵抗微生物的能力。Ceppi等［21］用LPS刺激樹突狀細胞，在其成熟過程中，miR-155上調表達，靶向抑制重要轉錄因子TAB2的表達，通過抑制Toll樣受體/IL1信號通路而負反饋調節機體在微生物入侵后產生炎癥性細胞因子的能力。

MiR-155在系統性紅斑狼瘡等自身免疫性疾病中高表達。Zhou等［23］研究發現在激活的漿細胞樣樹突狀細胞（pDC）中，MiR-155*在早期被誘導，它通過靶向IRAKM促進I型干擾素的產生；miR-155在刺激的后期被誘導，它通過靶向TAB2抑制I型干擾素的產生；同時發現pDC自身分泌的I型干擾素以及被激活的KHSRP蛋白可以在轉錄后水平反向調控miR-155和miR-155*的產生，揭示了來自于同一前體的miR-155*和miR-155卻能在不同的時間點被誘導的原因。由于miR-155的上調表達抑制靶基因SHIP1的表達，導致B細胞過度激活而引起自身抗體的過度產生。Thai等［24］用實驗室狼瘡小鼠作為模型，刪除miR-155之后，有害抗體產生受到阻止，從而緩解狼瘡小鼠的疾病癥狀。Leiss等［25］用異十八烷誘導miR-155缺失的小鼠發生狼瘡，發現miR-155缺失的小鼠可降低自身抗體水平，并減輕腎炎和肺炎的癥狀。暗示在未來中和或降低miR-155水平會是治療系統性紅斑狼瘡的一種有效途徑。

MiR-155在活化的B淋巴細胞和T淋巴細胞中上調表達，調節機體獲得性免疫反應。MiR-155調控由活化的B淋巴細胞增殖形成的生發中心，并靶向調控c-Maf、PU.1和AID等基因在B淋巴細胞中的成熟以及作用發揮，促進高親和力抗體的產生，形成記憶性B淋巴細胞。MiR-155缺失，降低B細胞濾泡外和生發中心的反應，減少高親和力IgG1抗體的產生，當在B細胞中miR-155下調表達時，PU.1表達上調，IgG1抗體的產生降低，PU.1參與調節miR-155缺失表型［26］。AID（活化誘導胞嘧啶核苷脫氨酶）是B淋巴細胞免疫球蛋白基因多樣化所必須的，并促進染色體易位。MiR-155通過靶向降低由AID產生的潛在的致癌染色體易位發揮腫瘤抑制器作用［27-28］。

T淋巴細胞據其表面標志和功能特征分為輔助性T細胞（Th），調節性T細胞（Treg）等幾個亞群。Th又可根據分泌細胞因子的不同再次分類：Th1分泌 IFNγ，Th2分 泌 IL4，Th17分 泌 IL17、IL23；Treg是一類發揮抑制作用的CD4+T淋巴細胞亞群。Rodriguez等［22］發現，抗原刺激miR-155敲除小鼠，Th0細胞偏向Th2分化，表現出Th1/Th2分化不平衡，究其原因發現miR-155的缺失，導致其靶基因c-maf表達上升，致使IL4的產生增加。該結果在后來的研究中也進一步得到證實：Th細胞活化過程中，miR-155上調表達，促進Th0分化為Th1細胞；相反，miR-155缺失條件下，促進Th0分化為Th2細胞；缺失miR-155的CD4+T細胞偏愛向Th2細胞分化，而在活化的CD4+T細胞中過表達miR-155，則向Th1細胞分化，表明單個miRNA的缺失可影響CD4+T細胞的分化。在活化8 d的T細胞中，可檢測到影響IL4產生的miR-155的靶基因c-Maf的表達，miR-155的靶基因SOCS1也通過負調控細胞因子信號通路影響Th1和Th2的分化，揭示了miR-155調控 Th1/Th2分化平衡機制［29］。Lu等［30］發現轉錄因子Foxp3影響miR-155的表達，miR-155通過靶向調控SOCS1的表達影響Treg細胞的功能。O’Connell等［31］發現miR-155促進Th17和Th1細胞亞群等促炎性T細胞發育，而在敲除miR-155的小鼠中T細胞呈現缺陷發育，Th17和Th1細胞亞群表達量減少，使敲除小鼠呈現對實驗性自身免疫性腦脊髓炎（Experimental autoimmune encephalomyelitis，EAE）高度耐藥。在人類多發性硬化癥中，也發現miR-155調控Th17和Th1細胞亞群的分化［32］。另外，CD8+T細胞反應也受miR-155的調控，超表達miR-155可增強CD8+T細胞免疫應答，與之相反，缺失miR-155則抑制CD8+T細胞［33］。以上研究表明miR-155對T細胞發育發揮重要調控作用。

圖3 miR-155與免疫應答

4 miR-155與腫瘤

眾所周知，miR-155是一個原癌基因。它在多種腫瘤中高表達，如乳腺癌、淋巴癌、胰腺癌、白血病和肺癌等［4，34-37］。miR-155與腫瘤的發生密切相關（圖4）。研究發現丙型肝炎病毒（HCV）患者的miR-155呈現高水平表達，miR-155的轉錄受到核因子-kappa B（NF-κB）的調控，且p300可以提高NF-κB依賴的miR-155的表達。miR-155過表達顯著抑制肝細胞凋亡，促進細胞增殖。當miR-155受到抑制時，誘導G0/G1細胞周期發生阻滯。miR-155的上調表達導致β-catenin核積聚以及cyclin D1、c-myc和survivin的伴隨增高。體內外獲得及喪失功能（Gain/loss-of-function）研究證實miR-155通過增強Wnt信號促進了肝細胞增殖和腫瘤形成。當Wnt信號抑制子DKK1過表達時肝細胞中miR-155生物作用受到抑制。此外，負調控Wnt信號的結腸腺瘤性息肉病基因（Adenomatous polyposis coli，APC）是miR-155的直接和功能性靶點。即HCV誘導miR-155上調通過激活Wnt信號促進肝癌形成［38］。Zhang等［39］研究發現miR-155是惡性腫瘤甲狀腺乳頭狀瘤（PCT）的致癌因子。體內或者體外過表達miR-155能顯著促進PTC細胞的細胞活性和增殖，miR-155能促進腫瘤生長。miR-155通過靶向抑制APC基因的表達，激活Wnt/β-catenin信號，調節下游基因c-Myc、cyclinD1、TCF-1和LEF-1的表達，據此作者推測miR-155有望作為PCT的潛在治療靶點。乳腺癌中，miR-155表達上調，導致靶基因TRF1（Telomeric repeat binding factor 1）蛋白表達受到抑制，進一步導致端粒脆性增加，影響細胞中期的結構；降低miR-155的表達水平，則可增強端粒功能和基因組的穩定性［40］。另外，有觀點認為由機體細胞的突變累積引發腫瘤。Tili等［41］研究發現miR-155靶向調控WEE1基因，WEE1基因可停止細胞分裂過程，讓受損的DNA得以修復；而當乳腺癌細胞暴露在TNFα或LPS炎癥因子下，miR-155表達增加，高水平的miR-155導致WEE1表達下調，低水平的WEE1讓存在DNA損傷的細胞繼續分裂，使得更多突變產生。MiR-155提高了突變率，可能在炎癥引發的腫瘤中扮演了關鍵角色。以上研究表明miR-155 在許多腫瘤組織上調表達，這提示我們它可能在腫瘤診斷和治療中具有重要意義［42］，有研究者預測：監測機體組織或者體液中miR-155 的表達水平，或許可作為腫瘤診斷和預后的分子標記［43］。研究表明血漿中miR-155被確認為早期胰腺癌診斷的標志物［44］；胰腺癌患者血清中miR-155同樣呈現高表達，血清miR-155也是對胰腺癌診斷和預后有價值的標志物［45］。膿毒癥患者血清中miR-155-5p表達上調，可作為影響膿毒癥診斷和預后判斷的標志物［46］。肺結核患者中miR-155-5p呈現高表達，miR-155-5p可能是肺結核感染者的生物診斷標志物［47］。在肺癌患者中，過表達的miR-155可能是良好預后的標志物［37］。在甲狀腺機能亢進（Graves’ disease，GD）的患者中，miR-155在GD的發病機理中發揮重要作用，而且miR-155的表達水平是GD疾病診斷的標志物［48］。在以上研究表明miR-155確實是一些疾病診斷或預后評估有價值的分子標志物。

圖4 miR-155與腫瘤

5 miR-155與肌肉發育、脂肪分化

在大部分人們關注miR-155與機體造血、免疫炎癥及腫瘤密切關系的同時，部分研究者將目光轉向miR-155與肌肉發育、脂肪分化的關系（圖5）。2011年，一個課題組通過免疫組化染色，免疫印跡以及qRT-PCR等技術發現miR-155通過靶向抑制MEF2A（Myocyte enhancer factor 2A，肌細胞增強因子2A）的表達來抑制C2C12細胞成肌分化［49］；時隔3年，另一課題組構建miR-155過表達腺病毒載體，并感染C2C12細胞，通過形態學觀察，成肌marker基因的mRNA和蛋白水平的檢測，發現miR-155靶向抑制TCF4（T cell factor 4，T細胞因子4）表達，而且過表達miR-155抑制C2C12細胞成肌分化［50］。miR-155通過靶向調控OLFML3基因的表達，來調控豬骨骼肌發育［51］。另外，在3T3-L1前脂細胞系中，TNFα可上調miR-155的表達，miR-155通過靶向轉錄因子C/EBPβ來抑制脂肪生成［52］。Chen 等［53］通過體外和體內實驗驗證，miR-155通過一個雙穩態系統圖調控棕色脂肪的生成，在TGFβ信號通路的刺激下，miR-155表達上調，miR-155的表達上調導致其靶基因C/EBPβ表達受到抑制，從而影響棕色脂肪的生成；C/EBPβ在成脂激素的影響下表達上調，C/EBPβ的上調表達負反饋抑制miR-155的表達，從而影響前脂細胞的增殖。

圖5 miR-155與肌肉發育和脂肪分化

6 展望

近年來，隨著對miR-155的深入研究，miR-155的靶基因被越來越多地發現（表1），miR-155參與機體生命過程中的調控作用和機制不斷被闡明。miR-155調節造血細胞分化；miR-155調控各種免疫反應及在相關信號通路發揮重要調節作用；miR-155在多種腫瘤中高表達，與相關靶基因互作，還被作為一些疾病診斷或預后評估有價值的分子標志物；miR-155調控機體肌肉發育和脂肪分化，影響機體對肌肉發育和脂肪分化的精細調控。不斷闡明miR-155在機體生命過程中發揮的多種多樣生物學功能，將為miR-155被人們運用于多種疾病的治療中提供新思路、新方法。例如，對各種癌癥新藥的靶點開發，對心血管疾病、自身免疫性疾病、炎癥、腫瘤、免疫缺陷疾病和器官移植免疫等具有重要的臨床應用價值。

表1 miR-155的靶基因

續表