miR-31免疫調節作用的機制研究進展

周方偉綜述 許昱審校

微小RNA(miRNA)是一類在進化上高度保守的單鏈非編碼RNA，長度為18～25個核苷酸,廣泛存在于植物、線蟲和人類的細胞中[1]。miRNA通過與靶基因mRNA3′非翻譯區(3′UTR)的序列元件完全或不完全配對，降解靶基因mRNA或抑制其翻譯并對蛋白編碼基因進行轉錄后調控，從而參與個體發育及細胞的分化、增殖、凋亡和應激等生物學過程[2]。有研究發現miRNA通過影響DNA甲基化及TLR信號通道等來調控免疫系統中的多種免疫細胞和免疫分子，并與其他系統之間相互作用，使得免疫應答維持在相對穩定水平[3]。盡管miRNAs只占人類基因組的3%，卻能調控大約90%的基因，形成了極其復雜的生理調控網絡，參與細胞增殖、分化、胚胎發育、腫瘤發生及免疫應答和炎性反應等各種生命活動[4]。近年來，越來越多的研究已證實miRNA參與腫瘤、心血管疾病、自身免疫性疾病和過敏性疾病等多種疾病的發病及發展過程，且其表達變化還與病變嚴重程度密切相關[5]。

研究表明，超過1 200種miRNA在人類表達，其中miR-31作為miRNA 家族中一員，廣泛參與了人類生育、胚胎發育、骨形成和肌細胞生成[6]。miR-31還參與了機體免疫應答的多個環節，與多種感染性疾病、自身免疫性疾病及腫瘤等疾病有關，在抑制免疫炎性反應的加重和維持免疫穩態的平衡中發揮重要作用[7]。miR-31作為重要的免疫信號調節分子，可以通過調節免疫相關基因或免疫細胞的某種細胞因子的表達，也可通過影響免疫細胞的發育和分化，從而多途徑調控免疫相關疾病的發生發展。研究發現miR-31與自身免疫性疾病、腫瘤、炎性反應及過敏性疾病的發生發展及治療、預后密切相關，可能是臨床疾病的治療靶點[8]。本文就miR-31免疫調節作用的機制研究作一綜述。

1 miR-31概述

miR-31是近年來較為熱門的miRNA之一，它不僅在胚胎早期發育過程中高表達，還在許多生物發育過程中發揮重要作用，包括生殖發育、胚胎植入、骨骼形成和肌肉生長等方面，且與免疫系統密切相關。miR-31在不同腫瘤組織中的表達有明顯的差異，其在肝癌、肺癌、結直腸癌等癌組織中呈高表達[9]。有文獻報道，過表達的miR-31可顯著抑制肺腺癌腫瘤干細胞的增殖，阻滯細胞周期并誘導細胞調亡[10]。在卵巢癌、前列腺癌和急性髓型白血病等腫瘤的發生發展過程中，miR-31的過表達并不是引起或加重腫瘤的原因，而是機體對腫瘤的發生、發展而自發形成的一種保護機制[11]。提示miR-31的過表達在抑制某些腫瘤方面能發揮重要作用，為治療腫瘤提供新的策略和方向。有學者發現，miR-31參與了脊髓損傷后內源性神經干細胞的激活、募集和促進其定向分化為神經元的作用，還可以調控脊髓損傷的炎性反應微環境[12]。在心血管系統方面，Michell等[13]通過基因芯片分析發現，miR-31在成年大鼠血管壁平滑肌細胞中含量十分豐富。楊四寶[14]發現miR-31在心肌梗死后心力衰竭的表達水平顯著升高，并且心功能惡化程度與其表達水平呈正相關。據文獻報道，miR-31在自身免疫性腦脊髓炎小鼠的致病性CD4+T細胞和脾細胞中高表達，而miR-31敲除后顯著降低了自身免疫性腦脊髓炎的嚴重程度[15]。

2 miR-31與免疫細胞

在免疫細胞中，miR-31主要表達在T細胞并調控T細胞的分化與成熟。調節性T細胞(Treg細胞)是一類具有獨特免疫抑制作用的T細胞，通過分泌IL-10、TGF-β發揮免疫調節作用[16]。免疫系統的穩態主要是由Treg細胞所介導,miR-31可以通過多種機制參與Treg細胞的調節，從而對免疫系統的穩態進行調節。叉頭狀螺旋轉錄因子(FOXP3)是Treg細胞發育和發揮功能的主調控因子，不僅是因為它在T細胞中的表達會影響Treg細胞的表型和功能，還因為它的缺失、失活和突變是多種免疫疾病的基礎。Sun等[17]發現miR-31可通過直接與FOXP3mRNA的3'UTR中的潛在靶點結合，負性調控FOXP3的表達，從而對Treg細胞進行調節。此外，miR-31還可以抑制外周來源的Treg細胞的產生。外周衍生性Treg細胞的產生是由視黃酸誘導蛋白3所介導，miR-31可以抑制視黃酸誘導蛋白3的表達，最終抑制外周衍生性Treg細胞的分化進而導致自身免疫性疾病的發生[18]。miR-31在哮喘CD4+T細胞中表達升高，其主要是能通過結合FOXP3mRNA的3'UTR，抑制FOXP3的表達，從而抑制Treg細胞發揮作用，加重氣道的炎性反應[19]。Catalfamo等[20]發現在慢性感染中miR-31是T細胞衰竭的重要調控因子，可以增加T細胞對Ⅰ型干擾素的敏感性，并干擾效應T細胞功能，同時增加與T細胞功能障礙相關蛋白的表達。

3 miR-31與相關疾病

3.1 miR-31與自身免疫性疾病 miR-31在多種免疫系統疾病中發揮重要作用，其中以系統性紅斑狼瘡和銀屑病為代表。在系統性紅斑狼瘡患者的T細胞中，miR-31的水平與正常對照組相比顯著降低[21]。miR-31是通過抑制歸巢淋巴細胞的感染關鍵基因RHOA(Ras同源家族成員A)來調控系統性紅斑狼瘡，而RHOA能夠通過干擾活化T細胞核因子的活性來降低乙酰化組蛋白3在IL-2啟動子的表達，間接抑制IL-2的轉錄[22]。其中IL-2是一類多功能的細胞生長因子，對于T細胞活化和增殖至關重要。與正常人相比，系統性紅斑狼瘡患者T細胞中miR-31的表達水平顯著下降，miR-31的低表達使得RHOA累積，抑制了IL-2的轉錄從而導致免疫應答系統性失調。

銀屑病是一種慢性自身免疫性疾病，其特征是皮膚上形成發癢的銀白色鱗片。Xu等[23]發現miR-31在銀屑病患者的角質細胞中過表達，導致了趨化因子和細胞因子表達上調，增強了角質細胞招募白細胞的能力，最終引起了表皮的炎性反應。miR-31主要是通過間接激活NF-κB信號通路增加銀屑病表皮的炎性反應，并直接抑制PPP6C(一種編碼G1-S期的負調控因子)從而調節角質細胞的增殖。此外，角質細胞的分化是銀屑病發生的另一重要生物學過程，上皮細胞中miR-31的過表達直接抑制多功能羥化酶(FIH1)從而間接激活NOTCH信號通路，進而導致角質細胞的分化增加[24]。抑制miR-31可減少表皮的增生，降低疾病的嚴重程度，這就使得miR-31可能成為治療銀屑病的潛在靶點。

3.2 miR-31與腫瘤 越來越多的證據表明, miR-31在不同的腫瘤中可表現出不同的功能,它可以促進胰腺癌、結直腸癌等腫瘤的發展，但是卻可以抑制卵巢癌、前列腺癌等腫瘤的發生。miR-31在腫瘤中的功能取決于所處的微環境及與其他免疫調節因子復雜的相互作用，可能是與RAS/MARK、PI3K/AKT、RB/E2F等多種信號通路相互作用出現的結果[25]。Hassan等[26]發現miR-31在卵巢癌中的缺失會導致機體對酪氨酸激酶受體(MET)的抑制減弱，從而增加抗腫瘤藥物紫杉醇的耐藥性。MET是一個跨膜受體，有助于細胞獲得化療時的凋亡抗性。miR-31低表達導致MET的積累，使得癌細胞在化療時免于凋亡。在血液系統腫瘤中，miR-31在慢性髓型白血病及T細胞白血病中表達下調[27]。miR-31可通過靶向抑制HuR基因，以抑癌基因的方式參與急性髓型白血病的調控，可作為急性髓型白血病早期診斷和治療的潛在靶點。此外，miR-31可作為一種促癌的miRNA(oncomiR)發揮作用。miR-31在結腸癌中發揮oncomiR作用已被廣泛報道，靶基因中包括一些重要的腫瘤抑制因子，如E2F2、SATB2、RASA1等。miR-31在結腸癌細胞中下調會導致癌細胞對化療藥物氟尿嘧啶的敏感性增加，提示miR-31可能是結腸癌的治療靶點。Yu等[28]報道miR-31在宮頸癌中可直接促進腫瘤抑制因子激活基因轉錄染色質的重構，導致癌細胞生長停滯和遷徙能力減弱。miR-31在肺癌中也可起到oncomiR的作用，可直接靶向調控腫瘤抑制因子，如大型腫瘤因子2、肺癌易感基因1相關蛋白[29]。雖然miR-31在大多數類型肺癌中呈現高表達，但在一些肺癌中仍出現低表達現象，這說明miRNA只是腫瘤調控的一種途徑。

3.3 miR-31與過敏性疾病 miR-31能夠直接靶向抑制FOXP3的表達水平而拮抗Treg細胞的表型，從而影響過敏性炎性反應的進展。在過敏性炎性反應中，腫瘤壞死因子能夠增強miR-31的表達而導致內皮黏附分子選擇素表達下調，進而抑制內皮細胞和中性粒細胞間的相互作用，最終觸發炎性反應信號通路的負反饋[30]。Ge等[31]發現miR-31與小鼠過敏性氣道疾病的進展有關，與免疫顯性變應原及氣道中性粒細胞募集程度呈正相關，與氧化應激反應蛋白1(OXSR1)和N-乙基馬來酰亞胺敏感融合蛋白(NSF)水平呈負相關。NSF參與了變態反應中囊泡的轉運和分解，而OXSR1則可以防止氧化應激發生在許多過敏性疾病和自身免疫性疾病。OXSR1和NSF均含有miR-31結合位點，二者皆受到miR-31調控。此外，Li等[32]發現miR-31在哮喘患者的上皮細胞和血漿中表達增強，可通過直接結合CD44基因啟動子區域調控哮喘的進展，而CD44表達的再抑制和恢復逆轉了miR-31對哮喘相關細胞因子表達的影響。

3.4 miR-31與炎性疾病 miR-31在炎性疾病中發揮著重要作用，其中最具代表性的是參與了膿毒癥和炎性反應性腸病的免疫調節。有研究發現miR-31在膿毒癥中表達下調與NF-κB誘導激酶、HIF-1α、SLAM相關蛋白的表達密切相關，從而促進CD4+T細胞向Th2表型轉變[33]。miR-31還可以支持Th1細胞因子轉錄和防止Th2細胞因子過度轉錄，維持Th1/Th2細胞因子轉錄的平衡。在膿毒癥中，miR-31可以提高IFN-γ和IL-4的mRNA轉錄，而IFN-γ和IL-4在膿毒癥期間復雜的免疫反應網絡中發揮重要作用。此外，miR-31與炎性反應性腸病的發生、發展密切相關。Simon等[34]發現miR-31在潰瘍性結腸炎患者的結腸組織中表達上調，靶向抑制胸腺間質淋巴生成素在CD4+T細胞中的表達，促進了潰瘍性結腸炎的發展。近來研究表明，miR-31/IL-25信號軸調控Th1/Th17介導的炎性反應，從而對克羅恩病進行調節。通過結腸內給予miR-31抑制劑，恢復結腸中IL-25的表達和阻斷Th1/Th17反應，可能是治療克羅恩病的一種有希望的方法[35]。

4 展望

綜上所述，miR-31在免疫調控中發揮著重要作用，不僅可以調節免疫細胞，且與自身免疫性疾病、腫瘤、炎性反應及過敏性疾病密切相關。miR-31的作用靶點分布廣泛，決定其調控方式不是單一的代謝途徑，而是復雜的代謝調控網絡。miR-31可能是一個極具潛力的免疫相關疾病診斷及預后評估的新靶點，進一步研究miR-31在免疫調節中的作用機制，將有利于闡明miR-31與疾病發生、發展之間的聯系，并為miR-31的臨床應用提供可靠的科學依據。