microRNA-155與支氣管哮喘的研究進展

周好好 黃翠萍

(湖北醫藥學院,十堰442000)

支氣管哮喘是一種以嗜酸性粒細胞、肥大細胞和氣道黏膜下層CD4+T淋巴細胞浸潤為主的免疫功能異常的慢性炎癥性疾病，炎癥進程與黏液高分泌、氣道重塑和氣道高反應性相關。miRNA是一類小的非編碼單鏈RNAs，作為基因表達的轉錄后調節因子，已被證明與過敏性哮喘相關。最近的一份報告證明HLA-G(一種哮喘易感基因)的3′-UTR上的單核苷酸多態性影響三種miRNA與該基因的結合[1]。由于哮喘肺組織中基因和蛋白表達與其發病機制密切相關，過敏性氣道炎癥可能對miRNA的調節特別敏感。microRNA-155是研究最為深入的免疫系統相關的miRNA之一，通過參與免疫細胞的發育和免疫應答過程而在人類免疫功能中發揮重要作用，其表達在多種激活的免疫細胞中顯著上調，可通過多種途徑參與哮喘發生發展過程。

1 miRNA-155結構及功能

微小RNA(microRNA，miRNA)是一類具有19～24個核苷酸的內源性非編碼RNA分子，主要存在于真核生物中，具有高度保守性、時序性和組織特異性。miRNA通過將3′-UTR區與靶基因完全或不完全互補結合，誘導靶mRNA的降解或翻譯的抑制，從而調控靶基因的轉錄和表達，在各種生物過程中發揮重要作用，其包括細胞凋亡、腫瘤的形成及炎癥的發生等。miRNA可以作用于多個靶位基因，靶位基因也可以由多個miRNAs調控，其對多種疾病具有網絡調控作用[2]，是免疫系統中基因表達的重要調節因子。miRNA表達失調與人類疾病密切相關，最近的研究證實了miRNA在變應性氣道炎癥中發揮重要作用[3,4]。在過敏性氣道炎癥模型中:miR-21通過IL-12p35的負調控在Th2細胞的極化中起作用；miR-126與變應性氣道炎癥的房塵螨小鼠模型中的天然和適應性免疫應答相關，其拮抗作用顯著抑制Th2細胞的效應功能和嗜酸性粒細胞氣道炎癥的發生；miR-145的拮抗作用表現出對嗜酸性氣道炎癥、Th2細胞因子產生、黏液分泌過多和氣道高反應性的抑制作用。上述研究突出了miRNA對過敏性疾病發病機制的調控作用及其作為抗炎靶標在治療過敏性疾病中的潛在作用。已有研究表明，通過增強或抑制相關miRNAs表達來控制氣道炎癥可能會成為哮喘治療的新方法，也是哮喘研究的新熱點[5]。

miRNA-155作為研究熱點之一，是位于人類第21號染色體的BIC基因外顯子3編碼的一種多功能RNA，在人類脾臟、胸腺、肝和肺以及腎臟中大量表達[6]，主要參與免疫細胞的發育、分化、活化、增殖及免疫應答等生物學過程。Calame認為[7]，miR-155是清除病原體和凋亡細胞免疫效應階段的關鍵調節劑，為B細胞抗原特異性抗體的產生和生發中心反應所必需，參與B細胞成熟、分化和感染反應期間的抗體類轉換。據報道，糖皮質激素通過下調miR-155的表達來減弱脂多糖(LPS)誘導的炎癥反應和敗血癥。實際上，糖皮質激素的抗炎作用可以通過抑制miR-155的表達來逆轉，因此，miR-155的類固醇抑制可能是免疫反應中的一種新的功能途徑[8]。同時，人類基因Bic/miR-155與哮喘及花粉過敏癥相關基因均位于染色體21q21區域，哮喘的發生發展與miR-155的高表達密切相關[9]。

2 miRNA-155通過不同途徑調控哮喘的發生發展

2.1miRNA-155通過調控Th1/Th2參與哮喘發生發展 Th1細胞和Th2細胞為CD4+T細胞的兩個細胞亞群，根據細胞因子分泌的不同，它們在免疫應答中發揮著不同的作用。Th2細胞產生大量的細胞因子，如IL-4、IL-5和IL-13，這些細胞因子在哮喘的發病機制中具有關鍵性的作用。IL-4可以促進變應性致敏及IgE的產生，IL-5的產生對于嗜酸性粒細胞滲入氣道這一關鍵過敏性疾病病理特征是至關重要的，IL-13對于增加氣道高反應性和黏液產生也是極為重要的，在哮喘發展中發揮促炎作用。在缺失Th1細胞主要轉錄因子T-bet的小鼠模型中，引起小鼠自發性氣道高反應性和IL-13相關性嗜酸粒細胞增多癥[10]，哮喘加重時，外周血中Th1和Th2細胞的數量都明顯增加，Th1細胞能直接抑制Th2細胞的生成[11]。Th1/Th2反應失衡導致Th2細胞過度激活是哮喘的重要免疫學機制之一。Th2細胞亞群數目增多或功能亢進，Th1細胞亞群數目減少或功能低下而導致Th1/Th2失衡，從而誘導哮喘發作。

在活化的B細胞、T細胞、巨噬細胞和樹突狀細胞中,miR-155的表達均顯著增加，這與免疫細胞的活化、增殖、分化和免疫應答密切相關，被認為在維持人類免疫系統功能中發揮重要作用[8]。既往有體外研究顯示，缺乏miR-155的樹突狀細胞不能有效激活T細胞[12]，IL-4刺激缺乏miR-155的CD4+T細胞分化為Th2細胞，IFN-γ刺激過度表達miR-155的CD4+T細胞分化為Th1細胞[13]。Finotto等[10]研究表明，miR-155直接作用特異性Th2細胞轉錄因子C-maf(啟動子的反式作用因子細胞肌腱膜纖維肉瘤癌基因)，從而調節T細胞向Th1細胞分化，抑制Th2類免疫應答。因此，在早期的研究中，miR-155被認為是“Th2抑制因子”[13,14]。但是，最近有越來越多的研究顯示miR-155對促進Th2細胞功能是必不可少的。Malmhall等[15]通過利用卵清蛋白分別致敏敲除miR-155基因的小鼠和野生型小鼠，證實卵清蛋白致敏的小鼠肺內miR-155表達量顯著升高，敲除miR-155的小鼠肺內嗜酸性粒細胞炎癥和黏液分泌明顯下降，伴隨有Th2細胞數、Th2類細胞因子以及抗原誘導的氣道嗜酸性粒細胞活化趨化因子eotaxin-2水平下降。過繼轉染來源于卵清蛋白致敏的WT小鼠特異性CD4+T細胞至miR-155敲除小鼠中，Th2細胞功能逆轉，提示miR-155促進過敏性氣道炎癥，并且證實該作用是通過轉錄因子PU.1(Th2細胞因子產生的負調控因子)調控Th2免疫應答介導。造成這種相反結論的原因可能與實驗樣本的來源以及miRNA-155亞型有關[16]。

miR-155促進Th2細胞免疫的觀點也得到Okoye[17]的支持，通過基因組學研究，Okoye證實敲除T細胞中miR-155基因的小鼠對Th2細胞的免疫反應能力均下降，氣道嗜酸性粒細胞和IL-13的產生下降，提示miR-155在Th2免疫應答所介導的免疫反應中發揮關鍵性作用，是減輕這類反應的潛在的治療靶分子。

2.2miRNA-155通過調控ILC2s參與哮喘發病 2型固有淋巴細胞(ILC2s)是一種新近發現的淋巴細胞，由細胞因子IL-33、胸腺基質淋巴細胞生成素(TSLP)和IL-25激活，從而增強Th2類細胞特異性轉錄因子GATA-3和RORα的表達以及IL-4、IL-5、IL-9和IL-13的生成[18]。ILC2s之間通過其表面共刺激分子(ICOS)/ICOS-L交聯及STAT5通路產生IL-13，引起氣道高反應和調節性T細胞的增殖活化[19，20]。最近的研究表明，ILC2s對于啟動T細胞介導的Th2類反應必不可少，在先天性和適應性免疫反應方面至關重要[21-23]，并且可促進CD4+T淋巴細胞缺乏時哮喘小鼠嗜酸性粒細胞炎癥反應[24]。內源性IL-33刺激促進卵清蛋白誘導的IL-33缺陷小鼠氣道急性過敏性炎癥和外周抗原特異性應答，提示IL-33對于過敏性肺組織炎癥反應是充分和必需的[15]。在IL-33刺激下，ILC2s能產生大量的IL-5和IL-13，其能力超過CD4+Th2細胞，介導2型免疫應答，促進過敏性氣道疾病[25,26]。

Bartemes等[27]通過以變應性哮喘(AA)、變應性鼻炎(AR)、健康對照(HC)3組受試者為研究對象，發現AA組受試者外周血中ILC2s的數量明顯高于AR組和HC組。Smith等[24]研究結果顯示，嚴重哮喘患者與輕癥哮喘患者相比，誘導痰和外周血中ILC2s顯著增加，其可通過促進IL-5和IL-13表達從而使哮喘患者氣道嗜酸性粒細胞持續增多。過敏性鼻炎患者中，高表達的miR-155可能通過促進ILC2的表達來促進IL-4的表達，從而促進Th2的炎癥反應[28]。因此ILC2s被證明可以驅動氣道嗜酸性粒細胞炎癥，促進Th2類反應，在過敏性疾病和哮喘的發生發展中發揮重要作用。

Johansson等[29]通過變應原刺激或重組鼠IL-33刺激miR-155缺陷小鼠(miR-155-/-)和野生型(WT)小鼠兩種模型，以研究miR-155在過敏性氣道炎癥中對ILC2s的調節作用，結果發現:miR-155-/-小鼠肺組織中無炎癥細胞浸潤，IL-33水平顯著降低，ILC2s的數目顯著減少；IL-33刺激WT小鼠ILC2s受體(ICOS/CD25/ST2)表達顯著增加，ILC2s中miR-155明顯上調，此外，小鼠肺組織表現出氣道壁增厚、GATA-3表達升高、IL-13產生增強，提示miR-155是IL-33刺激ILC2增多和嗜酸性粒細胞氣道炎癥不可缺少的，過敏性哮喘氣道炎癥中ILC2和IL-33信號通路受miR-155調控。

2.3miR-155通過調控COX-2/PGE2參與哮喘發生發展 環氧合酶(Cyclooxygenase，COX)又稱前列腺素內氧化酶還原酶，是一種具有環氧化酶和過氧化氫酶活性的雙功能酶，通過調節花生四烯酸轉化為前列腺素的代謝過程直接參與哮喘氣道炎癥。研究顯示哮喘患者支氣管黏膜、誘導痰和外周血中COX-2表達以及活性均增強[30,31]，卵清蛋白刺激的COX-2缺陷(COX-2-/-)小鼠肺、淋巴結和支氣管肺泡灌洗液中Th17細胞分化明顯下降，提示COX-2是Th17細胞分化的關鍵調節因子，參與過敏性肺部炎癥[32]。炎癥介質刺激人氣道平滑肌細胞COX-2表達上調，PGE2分泌增多，激活cAMP/PKA途徑，破壞β2腎上腺素能受體G蛋白α亞單位的結合，降低β2腎上腺素能受體激動劑反應性，是導致哮喘患者癥狀不能有效控制的重要原因之一[33]。進一步的研究證實，COX-2表達的調節與組蛋白翻譯后修飾和miRNAs(如miR-155)等有關[34,35]。

細胞因子相關基因表達增多是氣道平滑肌細胞分泌活性的重要特征，也是哮喘氣道炎癥環境形成的原因。Come等[36]從哮喘患者和非哮喘患者肺組織分離原代人氣道平滑肌細胞(hASMCs)，研究表明，IL-1β、TNF-α和IFN-γ組成的細胞因子混合物處理hASMCs，COX-2和miR-155的表達以及PGE2分泌均升高，其在哮喘患者中的升高更加明顯，同時證實miRNA-155表達與哮喘hASMCs中COX-2的表達呈正相關。Cytomix刺激轉染miR-155類似物的非哮喘患者hASMCs，COX-2的表達水平高于哮喘患者hASMCs中COX-2表達，提示miR-155足以轉調非哮喘患者hASMCs成為哮喘表型。

Betel等[37]預測miR-155不直接靶向COX-2的3′-UTR區，但可能通過靶向細胞因子抑制因子信號-1(SOCS1)和含SH2-肌醇-磷酸酶-1(SHIP1)間接促進細胞因子應答基因表達。細胞因子應答基因表達的轉錄后調節(如COX-2和CXCL8)是高度保守的，這種機制可能是造成hASMCs中miR-155介導的COX-2表達增強的原因，同時證明miR-155可通過促進丁酸鹽應答因子1和K同源剪接調節蛋白的PI3K/AKT失活，從而增強COX-2mRNA穩定性來增強hASMC中的COX-2蛋白表達。利用miR-155抑制劑轉染哮喘患者和非哮喘患者hASMCs，COX-2表達和PGE2分泌明顯下降，進一步證實miR-155是COX-2表達和PGE2分泌的充分必要條件[36]。

3 結語

支氣管哮喘是一種發病機制復雜的變態反應性疾病，miRNA是免疫系統中基因表達的重要調節因子，miRNA-155作為研究最為廣泛的miRNA之一，通過多種途徑參與哮喘的發生發展過程，與哮喘關系密切。隨著miRNA-155及其抑制劑在哮喘調控中的作用進一步闡明，將為哮喘的臨床診斷和治療提供新的依據和方向。