MicroRNA與炎癥性腸病

王玥梅 吳巧鳳

成都中醫藥大學針灸推拿學院（成都610075）

炎癥性腸病（inflammatory bowel disease，IBD）是一種腸道慢性非特異性炎癥性疾病，其以腹瀉、腹痛、血便為主要臨床表現，主要包括潰瘍性結腸炎（ulcerative colitis，UC）和克羅恩病（crohn′s disease，CD）。在過去的二十余年中，由于社會發展和人類飲食的變化，IBD的發病率呈持續增加的趨勢，對人們的日常生活造成眾多負面影響［1］。IBD的發病機制仍未完全揭示，已有研究指出免疫、環境、遺傳等因素與IBD的發生發展息息相關。小分子RNA（MicroRNA，miRNA）是一類長度約為20～22個核苷酸的單鏈非編碼RNA，在翻譯后水平抑制靶基因表達，參與調控細胞增殖、分化、凋亡等。已有研究表明，MicroRNA的表達差異性在IBD的發病過程中起到重要作用［2］。現階段MicroRNA在炎癥性腸病中的作用已是研究熱點，本文就MicroRNA與IBD相關性的具體研究現狀作一概述。

1 MicroRNA概述

人類首先發現的MicroRNA是LEE等［3］于1993年從秀麗線蟲中發現的lin-4，這打開了MicroRNA科學研究的大門。MicroRNA的合成首先是在RNA聚合酶Ⅱ作用下轉錄成初級MicroRNA，在細胞核中，RNA結合蛋白DGCR8結合RNA特異性內切核糖核酸酶（核糖核酸酶III）Drosha形成微處理器復合體，從而觸發MicroRNA加工，將初級MicroRNA剪切為含莖環結構的前體MicroRNA。前體MicroRNA被輸出到細胞質中，通過Dicer核糖核酸酶進一步裂解，以去除莖環，構成長度約為22個核苷酸的MicroRNA雙鏈［4］。MicroRNA雙鏈中一條單鏈與RNA誘導的沉默復合體結合為成熟MicroRNA，另外一條則被降解。成熟的MicroRNA與mRNA的3′非翻譯區不完全互補，從而通過作用于靶基因3′-非編碼區（3′-UTR）使靶基因轉錄抑制或降解發揮轉錄后調節作用，參與細胞分化、增殖、代謝、死亡等生命活動［5］。迄今研究已發現在IBD患者炎癥腸黏膜組織中普遍存在多種MicroRNA表達異常，這與IBD患者腸道炎癥、腸黏膜內免疫功能紊亂、腸上皮細胞屏障功能損傷等相關［6］，從而使MicroRNA與IBD的發病、發展存在密不可分的聯系。

2 MicroRNA在IBD患者結腸組織、外周血中的表達

WU等［7-8］分析了IBD和正常對照組腸黏膜組織中MicroRNA的表達，他們通過MicroRNAs芯片和逆轉錄定量PCR技術發現miR-21，miR-23b，miR-29a，miR-106a，miR-107，miR-126，miR-191，and miR-200c在CD患者結腸黏膜中表達顯著上調；而miR-19b，miR-629在CD患者結腸黏膜中表達明顯下調，同時研究者注意到在活動性UC患者結腸黏膜中miR-422b、miR-192、miR-375表達明顯下調，而miR-106、miR-23b和miR-191的表達明顯上調。同時近期有研究發現CD或UC患者結腸黏膜組織中miR-31表達增加，通過阻止炎性細胞因子受體（Il7R和Il17RA）和信號蛋白（GP130）的表達，能減輕結腸上皮細胞的炎癥狀態［9］。MicroRNA-155在IBD患者的結腸粘膜和外周血中高表達，顯示出MicroRNA-155作為IBD診斷的生物標志物的前景［10］。在對MicroRNA在IBD患者外周血中的表達研究中，ZAHM等［11］發現兒科UC患者血清中miR-21、miR-142-3p表達水平較健康組增加，而miR-150和miR-505表達含量較健康組下降。OMIDBAKHSH等［12］發現，與對照組相比，CD和UC患者外周血中miR-106a和miR-362-3p的表達水平顯著升高，且miR362-3p在活動性UC中較非活動性UC中表達升高更明顯。他們推測這些MicroRNA可用作診斷和監測疾病活性的潛在生物標志物。MOHAMMADI等［13］使用 NanoString數字基因定量技術測量MicroRNA表達發現，與健康對照組相比，CD患者外周血單核細胞中miR-4448，miR-548g-3p，miR-4536-5p，miR-30a-3p，miR-548q，miR-4461，miR-133a-3p，miR-597-5p，miR-619-3p，miR-644a，miR-4448表達明顯上調。這些差異表明MicroRNA可能參與調節IBD的發生發展，從而有可能成為IBD生物學診斷和治療的靶標。

3 MicroRNA與IBD腸道免疫與炎癥

MicroRNA在許多生物過程中發揮重要作用，腸道炎癥是其重要方面［14］。細胞應激、炎癥等因素可誘導MicroRNA表達，從而影響多種生物學過程，起到致炎或抗炎作用。MicroRNA的基因變異、滅活等會導致MicroRNA表達下調或過表達，這與腸道免疫與炎癥密切相關。表1總結了部分miRNA參與調節IBD腸道免疫與炎癥的方式。

3.1 MicroRNA調節IBD中NF-kB介導的炎性反應NF-kB通路是炎性反應的觸發點之一，在炎性應答中起重要作用。NF-kB介導的炎性反應對病原菌起抵御作用，但炎性反應過度或失調時可以引起機體組織損傷。有文獻表明在IBD患者的結腸組織中可檢測到NF-kB的過度活化，NF-kB介導的炎性應答被認為在IBD的致病過程中發揮著重要的作用。miR-5112可以通過靶向調節NF-kB信號通路中關鍵信號分子IKKγ的表達進而調節IL-1、IL-6和TNF-α等炎性因子的表達，可抑制DSS誘導的結腸炎小鼠的炎性反應［15］。SANCTUARY等［16］研究發現miR-106a的表達下調可減弱TNF-α介導的腸道炎癥，miR-106a敲除后可減輕小鼠慢性回腸炎，并指出通過NF-kB啟動子結合以抑制IL-10釋放的轉錄后調節有關，證明了miR-106a具備治療包括IBD在內的慢性炎癥的潛力。此外，UC患者結腸粘膜中miR-16過表達，其通過抑制結腸中A2a受體的表達來抑制NF-kB信號通路的激活，從而調節免疫和炎癥反應［17］。

3.2 MicroRNA調節IBD中Th17/Treg細胞平衡輔助性T細胞17（Th17）和調節性T細胞（Treg）是介導適應性免疫應答的CD4+T細胞的兩個亞群，兩者之間相互調節共同發揮免疫效能。大量研究證實Th17/Treg細胞失衡與IBD發生發展密切相關。MicroRNA能夠調控腸道免疫相關信號通路，從而影響Th17/Treg細胞分化，對IBD腸道免疫起到調節作用。在UC患者腸道組織中miR-155表達升高，能與其細胞因子信號轉導抑制因子SOCS-1的mRNA結合，使SOCS-1表達下降，降低對Janus激酶（JAK）/信號轉導子與轉錄激活子（STAT）信號途徑和樹突狀細胞的抗原遞呈功能的抑制，導致Th17細胞分化增多［18-19］。同時有研究表明［20］，IBD患者結腸粘膜中miR-425明顯上調，其通過下調靶基因Foxo1導致Th17細胞分化增加，加重TNBS誘導的小鼠結腸炎的疾病嚴重程度。

此外多種MicroRNA能通過不同信號通路途徑，對IBD患者Treg細胞的分化與功能產生影響。miR-125a在T細胞中高度表達，并通過IL-6-STAT3信號傳導途徑調節Treg的功能［21］，研究表明miR-125a可減輕腸黏膜炎性損傷，而IBD患者結腸腸黏膜中miR-125a表達降低，Treg細胞分化減少，一定程度上加重腸道炎癥；同時有研究發現miR-155的過度表達可導致卵泡Treg（Tfr）細胞和中央Treg（cTreg）缺乏，而DSS造模后進一步損傷Tfr細胞。miR-155可以靶向cTreg和Tfr中CTLA-4的表達，直接抑制Tfr細胞產生，并促進生發中心（GC）B細胞活化和自身抗體過量產生，這可能是自身免疫性IBD患者嚴重腸損傷的原因［22］。故MicroRNA能對Th17和Treg細胞的功能起到調節作用，進而影響IBD中Th17/Treg細胞平衡，與腸道免疫調節有密切聯系。

表1 部分miRNA參與調節IBD腸道免疫與炎癥的方式Tab.1 Partial miRNAs are involved in the regulation of intestinal immunity and inflammation in IBD

4 MicroRNA與IBD腸道穩態

腸道穩態是由含腸道黏膜在內的多種腸道成分、含腸道菌群在內的腸道內環境、以及神經-內分泌調節下交互作用所構成的動態平衡狀態。IBD患者的腸道穩態失調，與腸道菌群和腸黏膜屏障的調控相關。研究發現腸道菌群能調控MicroRNA的生成，而MicroRNA也能調節腸黏膜屏障功能，進而調控腸道穩態［23］。

4.1 MicroRNA與腸道菌群腸道菌群在正常狀態下能促使胃腸道免疫功能成熟、對抗病原菌，從而增強腸道屏障功能，維持腸道穩態。MicroRNA在腸道菌群與宿主間相互作用中可能起紐帶連接作用，MicroRNA可以影響腸道菌群，而腸道菌群也可以調控MicroRNA的表達。

近年許多研究發現在IBD患者中MicroRNA表達差異和腸道菌群變化與IBD受累部位、活動度等因素相關［24］。腸道菌群能調控MicroRNA表達。丁酸鹽（Butyrate）是由腸道菌群中厭氧菌分解膳食纖維產生，研究發現，與鄰近的正常結腸相比，結腸癌組織中miR-92a表達水平增加了7倍，使用丁酸鹽治療后，初級miR-17-92a的重要轉錄因子c-Myc表達減少，抑制miR-92a轉錄，初級miR-17-92a和成熟miR-92a產生減少，增加了miR-92a的靶基因即抑癌基因p57的表達，從而抑制結腸癌細胞增殖，降低了腫瘤發生率［25］。同時，有研究表明［26］，在IBD患者中，梭狀芽胞桿菌Ⅳ、人羅斯拜瑞氏菌等產生丁酸的細菌明顯減少，可能影響MicroRNA的表達。研究［27］發現，與正常對照組相比，miR-155和miR-223在DSS誘導的結腸炎小鼠中增加2倍，而使用布拉氏酵母菌口服治療后，能夠顯著下調miR-155和miR-223的表達，這可能與使促炎性細胞因子IL-1β的下調以及抗炎性細胞因子TGF-β的上調有關。

另一方面，MicroRNA也可影響腸道菌群，MicroRNA與腸道特定微生物群成員之間存在相互作用，有研究表明糞便MicroRNA譜可以被微生物群組特異性地影響［28］。LIU等［29］研究發現腸道上皮細胞和Hopx基因陽性細胞（如杯狀細胞、潘氏細胞等）的MicroRNA如miR-101，miR-876-5p等，可進入腸道細菌內，如厭氧菌核鐮刀菌（Fusobacterium nucleatum，Fn）和兼性厭氧菌大腸桿菌（Escherichia coli，E.coli），靶向調節Fn核酸序列、大腸桿菌核酸序列等相關基因轉錄，從而影響細菌生長；而IEC-MicroRNA缺陷型（Dicer1DIEC）小鼠較容易出現腸道菌群紊亂，經糞便MicroRNA移植后可重建其腸道菌群并減輕結腸炎。研究［30］發現MicroRNA對腸道微生物增殖活性有不同的影響。IBD患者糞便中存在miR-1226，miR-548ab和miR-515-5p的表達降低，同時miR-1226和miR-515-5p可抑制大腸桿菌的生長但促進節段絲狀細菌增長，而miR-199a-5p對大腸桿菌的的增殖無明顯影響但抑制節段絲狀細菌的增殖。因此，IBD患者中存在MicroRNA的表達差異和腸道菌群失調，且它們之間能相互影響，腸道菌群可調控MicroRNA表達，異常的腸道菌群變化可能通過MicroRNA而影響腸道穩態。部分miRNA與IBD中腸道菌群的關系，見表2。

表2 部分miRNA與IBD中腸道菌群的關系Tab.2 Relationship between partial miRNAs and gut microbiota in IBD

4.2 MicroRNA與IBD腸黏膜屏障腸黏膜屏障由腸上皮細胞與細胞間的緊密連接蛋白及其分泌的抗菌肽、黏液等組成。腸黏膜屏障是阻止腸腔中細菌抗原和毒素等侵入腸黏膜組織的天然防御屏障，在維持腸道穩態方面具有重要作用。有研究發現UC的發病機制與腸黏膜屏障的缺損有關［31］，同時MicroRNA作為其中的重要影響因素逐漸得到更加廣泛的重視。在兒童UC患者中，結腸組織中miR-124表達顯著降低，并且增加了腸道細胞信號轉導［32］，這可能是兒童潰瘍性結腸炎的發病因素之一。YANG等［33］研究發現在體外UC結腸上皮細胞模型中，miR-21可導致緊密連接蛋白減少及腸道通透性增加，損傷腸黏膜屏障。而miR-21基因敲除后，在DSS（dextran sodium sulfate）誘導的結腸炎小鼠模型較對照組腸上皮通透性降低，腸道炎癥減輕，一般情況改善，生存率有所增高［34］。因此，降低miR-21的表達能降低腸道炎性反應的程度，這可能成為UC預防和治療的新靶點。體外研究［35］發現IBD腸上皮細胞高表達miR-223，它可靶向抑制靶基因CLDN8。高表達miR-223的單層上皮細胞電阻抗顯著降低，表明miR-223可破壞上皮細胞形成的黏膜屏障。體內研究發現miR-223抑制劑可顯著減輕TNBS誘導的小鼠結腸上皮細胞通透性，其靶基因CLDN8表達同時相應增加，由此表明miR-223在IBD中通過靶向抑制CLDN8蛋白表達參與腸黏膜屏障損傷過程。此外，有研究發現miR-200b通過與TGF-b1結合，可抑制腸上皮-間質轉化，促進腸上皮細胞的增殖，起到維持腸黏膜屏障的完整性的作用［36］。由此可見，MicroRNA表達異常引起的屏障功能損傷與炎癥反應、腸上皮細胞通透性密切相關，MicroRNA是維持腸黏膜正常的免疫功能重要的一環，在IBD腸道免疫穩態中有不可忽視的作用。部分miRNA參與調節IBD腸黏膜屏障的方式，見表3。

5 小結

IBD是多種因素交互作用下引起的疾病，其發病機制仍未完全闡釋。miRNA與IBD之間關系密切，IBD的發病機制與多個信號傳導通路相關，多種miRNA通過參與NF-κB信號通路、調節腸道炎性反應、調節腸道穩態等對IBD的發生發展、治療等或多或少相關，對于研究此病的治療方案有重要作用［37］。MicroRNA與IBD腸道炎癥、腸道免疫的調控密切相關，隨著實驗新方法和新技術的發展，有關MicroRNA在IBD中的作用將進一步明確。相信在深入探索MicroRNA后，其有潛力作為診斷IBD的生物標記物，為今后IBD的發病機制、靶向特異性治療及改善預后等提供新的探索方向。

表3 部分miRNA參與調節IBD腸黏膜屏障的方式Tab.3 Partial miRNAs are involved in the regulation of the intestinal mucosal barrier of IBD