HIV感染中微RNA的功能及臨床價值研究進展

唐 怡,楊才興,曾令偉

(重慶市渝北區人民醫院感染科，重慶 401120)

人類免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)感染及其導致的獲得性免疫缺陷綜合征(acquired immune deficiency syndrome，AIDS)是全球范圍內的嚴重公共衛生問題[1]。截至2015年，全球約有3 700萬HIV慢性感染患者，每年有超過100萬人進展為AIDS，在我國也有大量的HIV/AIDS患者，臨床發病率呈逐年上升趨勢[2]。HIV主要靶向攻擊CD4+T細胞，其他如樹突狀細胞、巨噬細胞、B淋巴細胞等也可被HIV感染，HIV感染可導致CD4+T細胞計數下降及免疫功能缺失，CD4+T細胞計數顯著下降(<500 個細胞/mL)的患者容易并發嚴重感染、自身免疫性疾病、惡性腫瘤等，并最終導致死亡。HIV感染導致宿主免疫功能缺陷的機制十分復雜，病毒、遺傳及宿主免疫等多因素參與其中[3]。微RNA(microRNA，miRNA)屬于無翻譯蛋白質功能的小分子非編碼RNA，已知人基因組中存在超過2 000種miRNA，這些miRNA可以直接調控特定靶向基因的表達，在機體生理及病理狀態下發揮特定的調節作用[4]。類似其他慢性病毒感染，HIV感染可導致宿主特異性miRNA表達譜出現異常，并通過特定的信號通路參與調控HIV侵襲、復制、潛伏及激活等過程，導致HIV/AIDS相關疾病進展。現對miRNA在HIV感染中的功能及相關臨床價值進行綜述，為臨床評估及治療提供參考。

1 miRNA參與HIV復制及潛伏感染的調控

1.1miRNA對HIV復制的影響 HIV感染以CD4+T 細胞為主的免疫細胞，HIV與宿主之間持續相互作用，導致宿主免疫功能逐漸受到影響，從而引發不同的臨床病理生理表現。作為宿主免疫功能的重要調節因子，特異性miRNA對HIV感染宿主后的復制、慢性感染、長期潛伏及激活有重要的調控作用，而且HIV-1誘導的CD4+T細胞miRNA表達譜改變也能增強HIV本身的復制，從而加重HIV/AIDS的進展[5]。Kapoor等[6]研究顯示，miR-34a可以通過靶向調節磷酸酶1核酸靶向亞單位(參與抑制HIV轉錄復合物形成的重要蛋白)相關信號通路來促進CD4+T細胞中HIV-1的復制。也有研究顯示未經高效聯合抗反轉錄病毒治療(highly active antiroviral therapy，HAART)的HIV-1患者外周血清miR-155水平顯著升高，且升高程度與CD4+T細胞計數減少存在相關性，機制研究發現miR-155主要通過靶向抑制包含細胞凋亡功能結構域的Fas相關蛋白(主要參與T細胞增殖及凋亡的調控)的表達來促進HIV的復制[7]。此外，HIV-1表達的Tat蛋白(調節HIV延長功能的蛋白質)可以誘導模型細胞的miR-21及miR-222表達升高，而miR-21 及miR-222能夠增強HIV-1感染的CD4+T細胞對凋亡作用的耐受，從而增強HIV的復制及感染能力[8]。提示特異性miRNA與HIV感染之間相互影響，并參與調控HIV的復制過程。

1.2miRNA對HIV潛伏感染的影響 HIV患者的感染潛伏期存在較大的個體差異，雖然有超過40%的HIV患者進展為AIDS的中位時間長達7.0年(90%CI0.5～15.0年)，但也有部分患者在HIV感染后數月內進展為AIDS，從而導致臨床預后的不同[9]。HIV潛伏及再激活的相關機制尚未完全闡明，特異性miRNA的異常表達也可能參與對HIV持續潛伏感染的調控。Monteleone等[10]基于長期隨訪患者隊列探討了miR-29家族表達情況與抗HIV應答及免疫指標的相關性，結果顯示，HIV-1患者血清miR-29b水平較健康對照顯著升高，而基線高HIV-1載量患者的miR-29c水平較低HIV-1載量患者高，CD4+T細胞計數較低HIV-1載量患者低，認為miR-29的表達可在一定程度上反映HIV-1的感染潛伏狀態及宿主免疫應答情況。也有研究發現，miR-155表達升高有助于促進HIV-1在CD4+T細胞中長期潛伏，機制分析顯示miR-155的這一作用主要是通過靶向抑制TRIM32基因(參與協助潛伏 HIV的激活)表達，從而降低核因子κB信號通路中核因子κB抑制劑激酶活性來實現的[11]。此外，流行病學資料顯示HIV-2的感染及傳播能力均弱于HIV-1，且HIV-2感染患者病程進展更慢，進展為AIDS的時間更長，比例更低[12]。目前對造成此種差異性預后的相關調節機制尚不清楚。而Devadas等[13]基于細胞模型的研究顯示，HIV-1及HIV-2感染后宿主miRNA的表達情況不同，miR-541-3P、miR-518f-3p及miR-195-3p在HIV-1感染細胞株中持續升高，而在HIV-2感染細胞系中無此現象。上述差異性miRNA的調控靶點及信號通路主要為鉤狀微管蛋白-3及鈣連蛋白-11X 基因，其表達異常與細胞的死亡、代謝及信號轉導功能異常相關，提示差異性miRNA表達改變是導致HIV-1及HIV-2不同致病表現的可能機制。

2 miRNA用于HIV感染并發癥的診斷評估

慢性HIV感染及AIDS患者的預后與免疫功能缺陷程度及相關致死性并發癥的發生密切相關。慢性HIV感染患者一旦進展為AIDS或發生機會感染、惡性腫瘤等嚴重并發癥可在短期內死亡。基于HIV/AIDS患者存在的miRNA表達譜異常，特異性miRNA可能作為臨床診斷及評估的新參考指標。

2.1miRNA用于HIV相關并發癥的診斷 HIV-1感染作為全身性疾病，常可導致宿主發生多器官并發癥。如HIV-1感染后可導致腸道淋巴組織損害，從而導致腸道免疫屏障功能缺陷，加重AIDS進展。Xu等[14]分析伴有腸道免疫屏障缺陷的AIDS患者(n=416)miRNA表達情況，發現10種miRNA表達升高，而391種miRNA表達降低，KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)分析顯示，這些異常表達的miRNA主要影響與CD4+T細胞活化相關的細胞外基質及趨化因子調節通路，從而參與調控腸道免疫功能。此外，miR-32-5p、miR-195-5p、miR-20b-5p、miR-590-5p表達程度改變最為顯著，具有評估HIV相關腸道免疫屏障損傷的價值。HIV相關腦病是HIV感染所致的嚴重并發癥，超過25%的HIV/AIDS患者會出現腦病相關癥狀[15]。Xu等[16]的研究分析了HIV腦病患者腦組織中17種 miRNA的表達情況，發現miR-500a-5p、miR-34c-3p、miR-93-3p及miR-381-3p表達升高，在外周循環的巨噬細胞中也觀察到相似結果，而且這4種miRNA的升高程度與腦病嚴重程度呈正相關，提示miRNA具有用于HIV相關腦病診斷及預后的臨床價值。此外，與健康對照相比，HIV相關神經認知異常患者有9種血漿miRNA的表達水平升高(均升高超過2倍)，且在另一個相似患者的隊列中也發現上述9種miRNA中miR-3665、miR-4516及miR-4707-5p表達升高，這3種miRNA用于診斷HIV相關神經認知異常的準確度可達0.870，信號通路分析顯示上述miRNA的主要調節位點集中于與神經細胞的炎癥、凋亡及細胞因子分泌等功能相關的基因[17]。Thapa等[18]研究發現，部分血清miRNA可用于HIV相關非霍奇金淋巴瘤的臨床早期診斷，如miR-222不僅在HIV感染患者中升高，診斷HIV相關大B細胞淋巴瘤及原發性中樞神經淋巴瘤的準確度分別為0.777及0.792，提示miR-222可作為無創診斷指標。

2.2miRNA用于HIV/HCV合并感染預后的價值 由于丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)與HIV具有相似的傳播途徑，包括性傳播、靜脈藥癮及垂直傳播等方式，HIV與HCV共感染在臨床上十分常見。與單獨感染HIV或HCV的患者相比，HIV與HCV共感染患者通常病毒(HIV及HCV)復制水平更高，且肝病進展更為迅速，預后更差。研究HIV/HCV共感染時特異miRNA表達情況，有助于了解病毒相互影響的機制及篩選診斷預后指標。Peng等[19]基于細胞模型的研究顯示，HIV表達的R病毒蛋白(Vpr蛋白)能夠增強宿主miR-122的表達，而miR-122同時能夠增強HCV RNA的5′非翻譯區活性，從而促進HCV的快速復制，加入miR-122阻斷劑能顯著抑制HCV復制。提示，HIV與HCV可以通過特定的miRNA表達來互相影響。Anadol等[20]研究證實，特異性循環miRNA可以作為HIV/HCV共感染患者肝病嚴重程度的評估及預后指標，與健康對照、HIV或HCV單獨感染患者相比，HIV/HCV感染患者的血清miR-122、miR-22及miR-34a水平均顯著升高，上述miRNA也是肝臟炎癥損傷(天冬氨酸轉氨酶>2倍正常上限)的獨立危險因素。同時，血清miR-122及miR-22水平與肝纖維化程度呈正相關，是HIV/HCV感染患者肝纖維化進展的獨立危險因素。Jansen等[21]納入了74例HIV/HCV共感染患者研究血液循環中miR-122水平與肝病嚴重程度的相關性，結果顯示，miR-122水平與丙氨酸轉氨酶及天冬氨酸轉氨酶呈正相關，miR-122預測肝靜脈壓力梯度≥5 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)的準確度為0.639，診斷肝靜脈壓力梯度≥10 mmHg的準確度為0.730。上述研究結果均提示，特異性miRNA，尤其是miR-122在HIV/HCV共感染致病中發揮了重要的調節作用，有一定的臨床診斷評估價值。

3 miRNA與HIV的治療

臨床上一直在尋找更為安全有效的靶向治療HIV藥物，由于特異性miRNA在HIV致病的多個方面發揮重要的調控作用，也有學者嘗試對基于特異miRNA靶向治療HIV感染的方法進行研究[22]。然而由于藥物設計方法的限制以及安全性的不確定，目前尚無基于靶向miRNA的HIV治療藥物應用于臨床或開展臨床試驗，相關的探索性研究均停留在模型細胞或動物水平。但相關的研究結果為開發新的HIV靶向治療藥物提供了重要的思路及參考。

3.1miRNA參與抑制HIV進入靶細胞 HIV進入CD4+T細胞有著特定的受體和機制，而通過調控CD4+T細胞表面特定受體的表達可能阻斷HIV進入靶細胞，從而獲得避免HIV感染的效果。相關研究也取得了一些進展：Quaranta等[23]發現，miR-126a能夠直接影響CD4+T細胞表面的趨化因子受體-4及腫瘤壞死因子受體相關因子-6的表達，趨化因子受體-4是協助HIV-1進入T細胞及髓樣細胞的CD4分子的共同受體，而腫瘤壞死因子受體相關因子-6則參與針對HIV的特異免疫應答。此外，研究還發現，抑制miR-126a表達能夠顯著增強趨化因子受體-4及腫瘤壞死因子受體相關因子-6的表達，而使用普樂沙福(趨化因子受體-4抑制劑)增強miR-126a的表達后可減弱HIV-1對CD4+T細胞的感染能力。Ma等[24]的研究發現，miR-1236可以通過抑制細胞因子VprBP(Vpr-綁定蛋白)的翻譯來減弱HIV-1感染單核細胞的能力，靶向沉默miR-1236能夠促進單核細胞中VprBP的合成，從而增強HIV-1的感染能力。此外也有研究發現，宿主表達的miR-221及miR-222能夠抑制HIV-1進入CD4+T細胞，而上述miRNA的這一功能主要通過靶向抑制CD4+T細胞表面的CXC家族趨化因子受體4/5(第2受體)的表達來實現[25]。Yahyaei等[26]研究了反復暴露于HIV-1而血清HIV抗體仍為陰性的患者(n=30)的miRNA表達情況，結果顯示，暴露者的外周血單核細胞中miR-223及miR-29a表達水平較HIV感染者或健康對照均顯著升高，提示miR-223及miR-29a可能參與宿主對HIV-1暴露的耐受。這些研究也為尋找新的HIV治療靶點，特別是通過阻斷HIV侵襲靶細胞來治療HIV感染提供了思路。

3.2miRNA參與抑制HIV復制 HIV復制過程復雜，特異的miRNA可通過直接影響HIV復制過程中相關的功能基因表達來抑制HIV復制，為研究抑制HIV復制的生物靶向藥物提供參考。有研究顯示，在Jurkat細胞株中，miR-30a能與HIV-1的RNA合成酶Ⅱ的3′非翻譯區靶向結合，從而抑制RNA合成酶的表達，達到抑制HIV-1復制的目的[27]。Wang等[28]的研究發現，HIV-1潛伏感染患者外周血中miR-196b及miR-1290顯著升高，體外實驗(基于HEK-293T細胞株)顯示，抑制miR-196b及miR-1290的表達可增強HIV的復制能力。基于HIV-1感染的人源化模型小鼠的研究也顯示，在高表達miR-29的動物中也可以觀察到較低的血清HIV-1載量，通過靜脈注射白細胞介素-21能夠提高動物外周循環中miR-29的表達，而miR-29能夠通過靶向抑制信號轉導及轉錄激活因子-3基因(參與調節HIV相關蛋白的轉錄)，從而抑制HIV-1的復制[29]。這些研究雖然僅停留在細胞或動物模型水平，但也提示通過調節特異性miRNA表達來靶向抑制HIV復制的價值。

3.3miRNA用于評估HAART的療效 隨著分子生物檢測技術的發展，臨床上檢測miRNA的表達情況也更為簡便快捷。因此，通過檢測特定miRNA的改變情況，可能有助于評估患者接受HAART后的療效及安全性。Rosca等[30]基于HIV-1感染患者(n=165)隊列探討了miR-29a的表達及其與抗HIV治療預后的相關性，結果顯示miR-29a表達程度與血清HIV-1載量呈負相關，HAART失敗患者(CD4+T細胞計數<350 個細胞/mL)的miR-29a表達程度更低，miR-29a過低能夠提示HAART治療失敗。Munshi等[31]探討了miR-150用于HIV/AIDS臨床治療效果判斷的潛在無創生物學指標(n=37)，結果顯示，經HAART的患者外周血單核細胞中miR-150的表達程度與CD4+T細胞計數呈正相關(r=0.64，P<0.01)，而且miR-150還可以較好地預測HAART耐藥(失敗)與HAART治療有效的患者(準確度為0.82)。提示特異性miRNA表達程度的改變作為HIV感染者接受HAART療效評估指標，其有重要的臨床應用價值。

4 展 望

miRNA在HIV感染的致病及進展為AIDS中發揮調控作用，與HIV的侵襲、潛伏及進展存在相關性，可作為臨床評估的無創指標。此外，基于特定miRNA的治療方法雖然距離臨床實際應用尚有一定距離，但基礎研究顯示其可能為開發更為安全有效的HIV/AIDS治療藥物提供重要參考。然而，由于HIV/AIDS致病的長期性及復雜性，單一的miRNA表達改變并不能完全反映HIV/AIDS致病中的基因功能調控紊亂，針對miRNA在其中的具體功能機制還需要更為深入的研究探討。