miRNA-125家族與自身免疫性疾病關(guān)系的研究進展

武志慧孫曉林王 慧

(1.包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院中心實驗室(內(nèi)蒙古自治區(qū)自體免疫學(xué)重點實驗室),內(nèi)蒙古 包頭 014010;2.包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院風(fēng)濕免疫科,內(nèi)蒙古 包頭 014010)

自身免疫性疾病(autoimmune disease,AID)是機體免疫功能紊亂、免疫細胞活化、自身抗體和免疫復(fù)合物大量產(chǎn)生導(dǎo)致多種組織器官功能受損為特征的一大類疾病,主要包括類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡、干燥綜合征等[1]。近年來,AID患病率呈上升趨勢,已成為危害人類健康的重要疾病之一[2]。臨床中通常以非甾體抗炎藥[3]、改善病情抗風(fēng)濕藥[4]等藥物治療為主。雖然AID的診斷及治療已經(jīng)取得了顯著進展,但仍會出現(xiàn)胃腸道癥狀、造血系統(tǒng)異常、肝腎功能異常等不良反應(yīng)[5-6],患者預(yù)后不理想。近年來,國內(nèi)外研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)微小RNA(microRNA,miRNA)參與多種AID的病理過程[7-8],其中miRNA-125在AID中的作用備受關(guān)注。Xiu等[9]發(fā)現(xiàn)miRNA-125b-5p對甲狀腺功能減退有調(diào)控作用,還有研究發(fā)現(xiàn)miRNA-125家族(包括miRNA-125a、miRNA-125b1、miRNA-125b2)在過表達時,通過促進細胞增殖、減少細胞凋亡對小鼠造血系統(tǒng)起到調(diào)控作用[10],Vasu等[11]研究證實Ⅰ型糖尿病患者血清中miRNA-125水平與胰島自身抗體水平呈正相關(guān)。以上研究表明,miRNA-125家族在AID中起到一定的調(diào)控作用,本文對miRNA-125家族與AID關(guān)系的研究進展作一綜述,旨在為AID的研究和治療提供新思路。

1 miRNA的表達與功能

miRNA是一類單鏈非編碼小分子RNA,在多種生物學(xué)過程中調(diào)控基因的表達[12],包括細胞的增殖、分化和凋亡等生理過程[13-15]。miRNA通過RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄形成一條內(nèi)部具有發(fā)夾結(jié)構(gòu)的雙鏈miRNA(pri-miRNA)。細胞核內(nèi)的pri-miRNA在RNA結(jié)合蛋白Dgcr 8和RNase III DROSHA共同作用下切割成一個長度約60 nt的前體miRNA(premiRNA)。pre-miRNA與核輸出蛋白Exportin-5結(jié)合后共同出核轉(zhuǎn)運至細胞質(zhì),在細胞質(zhì)中被RNase III Dicer切割成一條長約22 nt的成熟的miRNA[16-17]。該雙鏈RNA被整合形成RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體(RISC),RISC通過引導(dǎo)鏈miRNA的Argonaute(AGO)蛋白與靶miRNA中的3’非翻譯區(qū)(UTR)結(jié)合,抑制蛋白翻譯或促進mRNA降解。以上為miRNA生物合成的經(jīng)典途徑。除典型途徑外,還存在一些非經(jīng)典途徑,如部分miRNA可來源于RNA內(nèi)含子[18]。大多數(shù)miRNA對基因表達起下調(diào)作用,部分miRNA促進基因的表達[19-21]。此外,miRNA與其靶mRNA之間并非一一對應(yīng)的關(guān)系,一種miRNA可能調(diào)控多個mRNA靶點,一個mRNA靶點也可以被多種miRNA調(diào)控[22]。

2 miRNA-125概述

1993年在線蟲中發(fā)現(xiàn)第一個miRNA(lin-4和let-7)[23-24],至今,人類基因組中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)2000個miRNA,在過去miRNA 的潛在作用被忽略,但已有研究證實miRNA的異常表達在自身免疫性疾病的發(fā)病機制中具有至關(guān)重要的作用[22],其中高度保守的microRNA-125(miR-125)家族受到廣泛關(guān)注。

2.1 miRNA-125家族的染色體定位

在人類基因組中,miR-125家族分為hsa-miR-125a、hsa-miR-125b亞家族,其中hsa-miR-125b亞家族又分為miR-125b-1和miR-125b-2[25]。轉(zhuǎn)錄miR-125a的基因位于靠近Hsa-miR-99b和Hsa-let-7e的19號染色體上。miR-125b由位于11號染色體上的Hsa-miR-100、Hsa-let-7a-2和21號染色體上的HsamiR-99a、Hsa-let-7c分別轉(zhuǎn)錄,并形成miR-125b-1和miR-125b-2[26]。根據(jù)pre-miRNA剪切位點不同(3’端和5’端),每個miR-125家族成員都可進一步分為pre-miRNA-3p和pre-miRNA-5p,其中miR-125-5p表達量更高[27]。

2.2 miRNA-125家族的表達調(diào)控

miR-125家族的生物學(xué)作用受到多種因素調(diào)節(jié)。在染色體水平上,主要通過染色體異位的方式進行調(diào)控,例如,t(2;11)(p21;q23)和t(11;14)(q24;q32)染色體易位導(dǎo)致骨髓增生異常綜合征和急性淋巴細胞白血病中miR-125b-1的過度表達[28-30]。在基因水平上,甲基化是一種普遍存在的RNA轉(zhuǎn)錄后修飾方式,RNA甲基轉(zhuǎn)移酶NSun2對pre-miR-125b 1/2、miR-125b 1/2的甲基化作用,可抑制pre-miR-125b2向miR-125的加工過程,減弱miR-125對RISC的招募,并可減弱miR-125b在沉默基因中的作用[31]。在轉(zhuǎn)錄水平上,PPARγ通過與miR-125b啟動子上游反應(yīng)元件的直接結(jié)合,促進miR-125b的表達[32]。此外,上調(diào)miR-125a和miR-125b的表達水平可抑制卵巢癌細胞的侵襲和遷移能力[33]。

3 miRNA-125家族與免疫細胞的關(guān)系

3.1 粒細胞

多能造血干細胞分化為髓系干細胞和淋巴系干細胞,其中髓系干細胞分化出粒細胞祖細胞,包括嗜酸性粒細胞、嗜堿性粒細胞和中性粒細胞[34]。

miR-125a在小鼠和人類造血干細胞(HSCs)中呈高表達,能夠增強小鼠HSCs和祖細胞的遷移能力、生存能力以及更新能力[35],其持續(xù)表達是誘導(dǎo)小鼠HSCs具有再生活性的必要條件[36]。miR-125b通過調(diào)節(jié)CBFβ、ETS1、c-JUN和STAT3等途徑影響髓系干細胞的分化及轉(zhuǎn)化[28,37-38],miR-125在中性粒細胞、T細胞、單核細胞、漿細胞樣樹突狀細胞中均有特異性表達[39],并對粒細胞的生成具有調(diào)節(jié)作用,miR-125a能促進未成熟粒細胞的增殖[40]。敲除小鼠的miR-125a基因會影響G-CSF信號傳導(dǎo),導(dǎo)致骨髓及循環(huán)系統(tǒng)中的中性粒細胞百分比降低,進一步研究發(fā)現(xiàn),粒細胞生成的關(guān)鍵抑制因子SOCS3是miR-125a的直接靶基因[41]。一項小鼠骨髓干細胞的體外研究發(fā)現(xiàn),過表達miR-125b通過靶向STAT3輔助因子c-JUN和Jund,阻斷G-CSF誘導(dǎo)的粒細胞分化[39]。在穩(wěn)態(tài)條件下,粒細胞中過表達miR-125b可抑制粒細胞趨化性,而在炎癥狀態(tài)下,過表達miR-125b會導(dǎo)致小鼠存活率顯著降低,總之,過表達miR-125b可能以炎癥依賴的方式負調(diào)控粒細胞功能[42]。

3.2 巨噬細胞

單核細胞分化為兩種不同極化類型的巨噬細胞。經(jīng)典活化途徑是由Toll樣受體(TLR)配體(如LPS、IFN-γ)刺激巨噬細胞誘導(dǎo)產(chǎn)生具有促炎性的M1型巨噬細胞,替代活化途徑是由Th2樣細胞因子(如IL-4)刺激巨噬細胞誘導(dǎo)產(chǎn)生具有抗炎性的M2型巨噬細胞[43-44]。

miRNA在巨噬細胞極化和炎癥反應(yīng)中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。miR-125a在M1巨噬細胞中通過Notch信號通路與宿主基因RBP-J位點結(jié)合而表達水平上調(diào)[45]。miR-125a-5p在M2巨噬細胞中可能抑制了TNFAIP 3編碼的負調(diào)節(jié)因子A20的表達,增強了NF-κB信號通路而表達上調(diào)[46],并通過靶向B7-H4調(diào)節(jié)巨噬細胞的炎癥狀態(tài)[47]。miR-125b通過抑制促凋亡蛋白BIK和MTP 18的表達影響線粒體的功能,促進細胞凋亡,從而調(diào)節(jié)M1巨噬細胞對炎癥的適應(yīng)性[48],其在巨噬細胞中的表達量高于其他免疫組織,并可促進M1巨噬細胞和T細胞活化、改善抗原呈遞[49]。在全身炎癥反應(yīng)中,miR-125b可抑制TNF-α mRNA的翻譯[50],并在人巨噬細胞NF-κB通路中起負調(diào)節(jié)作用[51]。在小鼠巨噬細胞中,miR-125b過表達增加了IFN-γ的表面激活標記物的表達,抑制M1型巨噬細胞活化的負性調(diào)控因子—IFN調(diào)節(jié)因子4(IRF 4)的表達,從而影響巨噬細胞的分化[49],并通過靶向調(diào)控STAT3影響細胞的增殖與分化[38]。miR-125b還是單核細胞和CD8+T細胞內(nèi)高表達的炎性趨化因子配體4(CCl4)的負調(diào)節(jié)因子,參與了與年齡相關(guān)的免疫功能的改變[52]。

3.3 T細胞

T細胞需要經(jīng)歷一個多階段的發(fā)育過程。HSC/MPP細胞分化為共同淋巴前體(CLP)細胞,在胸腺中進一步分化為雙陰性(CD4-、CD8-)、雙陽性(CD4+、CD8+)和單陽性(CD4+為輔助性T細胞、CD8+為殺傷性T細胞)胸腺細胞。并逐步發(fā)育為各種效應(yīng)T細胞[53]。T細胞通過T細胞抗原受體(TCR)識別抗原,大多數(shù)TCR由α、β鏈或γ、δ鏈組成,分別定義為αβT細胞和γδT細胞[54]。

miR-125家族在各種T細胞類型中具有不同的表達譜。在γδT細胞中miR-125b-5p的表達量低于αβT細胞,miR-125b-5p過表達可抑制γδT細胞活化,并促進其凋亡,敲低miR-125b-5p可促進γδT細胞的體外細胞毒性[55],miR-125b-5p還可以調(diào)控白三烯合成的關(guān)鍵酶5-脂氧合酶(5-LO)參與免疫炎癥反應(yīng)[56]。Rossi等[57]研究發(fā)現(xiàn),miR-125b通過調(diào)控分化過程中的多個編碼基因來抑制CD4+T細胞分化,維持CD4+T細胞的初始狀態(tài)。過表達miR-125b可通過靶向腫瘤壞死因子-α誘導(dǎo)蛋白3(A20)增加急性T淋巴細胞白血病CD4-細胞的數(shù)量,增加T細胞的葡萄糖攝取和耗氧量[58]。miR-125a在T細胞中高表達,通過IL-6-STAT3信號通路調(diào)節(jié)Treg的功能[59],微RNA-125a通過靶向ETS-1抑制炎癥性腸病患者的腸黏膜炎癥此外,通過抑制效應(yīng)T細胞因子(Stat3、IFN-γ和IL-13)來穩(wěn)定Treg細胞的免疫調(diào)節(jié)能力[60]。一項納入30例ITP患者的研究表明,miR-125a-5p可以降低ITP患者血漿中CD4+T細胞CXCL 1的水平[61],過表達miR-125a-5p可促進Foxp 3的表達,抑制RORγt的表達,參與誘導(dǎo)ITP中Treg/Th17的免疫失衡[62]。在膿毒癥小鼠中過表達miR-125可以增加T細胞、NK細胞活性及免疫球蛋白的表達,并抑制炎癥因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)的釋放和T細胞的凋亡[63]。而miR-125a作為Lnc-ITSN1-2的海綿,可以刺激IBD患者血液中Th1/Th17細胞的分化[64],通過靶向ETS1抑制IBD患者的腸黏膜炎癥反應(yīng),促進了IBD CD4+T細胞向Th1細胞分化[65]。

3.4 B細胞

B細胞經(jīng)歷發(fā)育和分化兩個階段,在骨髓中從CLP細胞發(fā)育為未成熟B細胞,進入循環(huán)系統(tǒng)后,在外周淋巴器官中,B細胞在抗原的刺激下分化為免疫能力強的并可與特異抗原結(jié)合的成熟B細胞[66]。

正常B細胞的發(fā)育需要miR-125表觀沉默[27],miR-125a通過調(diào)節(jié)NF-κB通路,抑制急性髓系白血病(AML)HL 60細胞增殖和侵襲能力,阻斷細胞G2/M期的周期[67]。miR-125b在骨髓細胞中表達明顯,但在B淋巴細胞分化過程中表達沉默,過表達miR-125b導(dǎo)致骨髓竇內(nèi)未成熟B細胞滯留并導(dǎo)致其凋亡增加,進一步研究發(fā)現(xiàn),骨髓釋放未成熟B細胞過程的關(guān)鍵調(diào)控因子S1PR1是miR-125b的直接作用靶點。強制表達S1PR1或采用CRISPR/Cas9介導(dǎo)的基因工程技術(shù)(在S1PR1 3’UTR中編輯miR-125b的結(jié)合位點),可以改善B細胞的滯留情況[27]。在多發(fā)性骨髓瘤和自身免疫性疾病中B淋巴細胞誘導(dǎo)成熟蛋白1(BLIMP-1)和IFN調(diào)節(jié)蛋白-4(IRF-4)呈高表達,并且是漿細胞分化所必需的轉(zhuǎn)錄因子,miR-125a、miR-125b在淋巴濾泡生發(fā)中心(GC)的B淋巴細胞中優(yōu)先表達,miR-125b的表達水平比miR-125a高1000倍,并可與BLIMP-1、IRF-4結(jié)合。miR-125b過表達可抑制脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的B淋巴細胞中BLIMP-1的表達和IgM的分泌,抑制了B細胞向漿細胞分化,而對B細胞活力無明顯影響[26]。以上結(jié)果表明,miR-125b通過表觀遺傳調(diào)控影響B(tài)淋巴細胞的發(fā)育和分化。

3.5 其它免疫細胞

miRNA轉(zhuǎn)錄起始位點H3K4me3和H3K27 me3的修飾可調(diào)控樹突狀細胞(DC)中miRNA的表達水平[68],miR-125b和miR-99a在DC中優(yōu)先表達[69],當(dāng)用TGF-β處理單核細胞來源的DC時,miR-125b-1的轉(zhuǎn)錄起始點會富集H3K27me3,從而導(dǎo)致miR-125b-1表達減少[68]。一項采用盲腸結(jié)扎穿孔誘導(dǎo)的膿毒癥小鼠模型中觀察到外源性轉(zhuǎn)染miR-125后,可提高NK細胞活性,并抑制炎癥因子的釋放和T淋巴細胞的凋亡[63]。

4 miRNA-125家族與AID的關(guān)系

4.1 miRNA-125家族與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎

類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)是一種慢性自身免疫性疾病,以進行性滑膜炎及關(guān)節(jié)軟骨損壞并伴有全身炎癥反應(yīng)和自身抗體產(chǎn)生為特征,發(fā)病率接近總?cè)丝诘?.5%～1%[70-71]。Murata等[72]對102例RA患者和102例健康者的血液樣品采用綜合陣列法對血漿中miRNA進行分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),即使RA患者抗瓜氨酸蛋白抗體(ACPA)陰性,其血漿中miR-125a-5p水平仍高于健康對照組兩倍,提示miR-125a-5p可能是RA的潛在診斷指標。Liu等[73]發(fā)現(xiàn)miR-125在RA模型大鼠滑膜組織和滑膜細胞中表達下調(diào),而PARP 2表達上調(diào),進一步研究發(fā)現(xiàn),miR-125可能通過調(diào)節(jié)PARP 2抑制PI3K/Akt/mTOR信號通路的活性來抑制RA的進展。

4.2 miRNA-125家族與系統(tǒng)性紅斑狼瘡

系統(tǒng)性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)是一種全身炎癥性自身免疫性疾病,其特點是產(chǎn)生特異性抗體導(dǎo)致皮膚、關(guān)節(jié)、腎和中樞神經(jīng)系統(tǒng)等多器官損害[74]。MiRNA是SLE相關(guān)信號通路和基因表達的重要調(diào)節(jié)因子[75],有研究學(xué)者發(fā)現(xiàn)SLE患者miR-125a表達降低,進一步研究發(fā)現(xiàn),miR-125a通過靶向活化T細胞中的KLF13,對炎性趨化因子RANTES的表達起負調(diào)控作用,miR-125a的低表達可能是SLE患者RANTES表達升高的原因之一[76]。通過納米給藥技術(shù),將miR-125a導(dǎo)入狼瘡小鼠脾臟T細胞中,發(fā)現(xiàn)miR-125a通過逆轉(zhuǎn)效應(yīng)T細胞與Treg細胞的失衡,顯著減輕SLE疾病的進展[77]。一項由50名SLE患者和26名健康對照者參加的基于微陣列分析的研究顯示,SLE患者中有37個miRNAs調(diào)控異常,其中miR-125b的表達下調(diào)并與狼瘡性腎炎呈負相關(guān),miR-125b通過調(diào)節(jié)ETS1和STAT3水平參與SLE的發(fā)展[78],高通量測序分析表明,miR-125b可能是SLE的潛在生物標記物[72]。雷公藤內(nèi)酯醇可誘導(dǎo)miR-125a-5p的表達上調(diào),降低MRL/LPR小鼠血清抗dsDNA水平、尿蛋白含量,改善腎組織的病理變化,提高Treg細胞比例[79]。紫外線B輻射通過下調(diào)SLE患者PBMCs中miR-125b-5p的表達,上調(diào)miR-125b-5p靶基因UVRAG的表達來增強自噬活性[80]。CircRNA與miR-125的相互作用在SLE的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。Has-circ-0010957通過調(diào)控CD4+T細胞中miR-125b/STAT3信號通路參與SLE的發(fā)病[81],而has-circ-0012919作為miR-125a-3p的海綿,對系統(tǒng)性紅斑狼瘡CD4+T細胞中CD11a和CD70的甲基化有一定的抑制作用[82]。在狼瘡小鼠中,組蛋白去乙酰化酶抑制劑(HDI)選擇性上調(diào)miR-125b的表達,使B細胞AID或Blimp-1的表達沉默,通過有效抑制類開關(guān)DNA重組(CSR)、體細胞高突變(SHM)和漿細胞分化來抑制ANA、抗dsDNA、IgG1、IgG2a等自身抗體的產(chǎn)生,可以顯著降低疾病活動度并延長了狼瘡小鼠的壽命[83]。

4.3 miRNA-125家族與銀屑病

銀屑病是常見的慢性炎癥性皮膚病,在成年人中的發(fā)病率約在0.14%～6.60%,存在地域和種族差異[84],具體發(fā)病機制尚不明確,認為與遺傳、環(huán)境及免疫異常調(diào)節(jié)等有關(guān)[85]。與正常人相比,銀屑病患者血清中miR-125a、miR-125b水平顯著降低[86-87],miR-125b通過靶向調(diào)控成纖維細胞生長因子受體2(FGFR2)和泛素特異性肽酶2(USP2)來調(diào)節(jié)角質(zhì)形成細胞(HaCaT)的增殖和分化[88-89]。過表達miR-125b可抑制USP2的表達,并導(dǎo)致NF-κB依賴的細胞因子減少,減輕皮膚炎癥[50]。miR-125b還能抑制Notch信號通路上游蛋白BRD 4和配體Jagged-1的表達,通過激活BRD4/Notch信號通路來抑制銀屑病患者HaCaT的增殖[90]。AKT3是miR-125b的另一個靶基因,過表達miR-125b可阻斷AKT通路,抑制HaCaT的增殖[91]。在HaCaT 中p63是miR-125b的作用靶點,p63通過介導(dǎo)IKK和Jaggeg-1復(fù)合物的激活,在NF-κB和Notch信號通路中發(fā)揮重要作用[92-93]。EZH 2對HaCaT的增殖具有抑制作用,SFMBT1和EZH2在銀屑病皮膚組織中的表達顯著增加,而miR-125a-5p的表達水平與SFMBT1的表達水平呈負相關(guān),miR-125a-5p可通過轉(zhuǎn)化生長因子β/smad途徑降低IL-17A水平,從而減輕銀屑病的皮膚炎癥[94]。一項關(guān)于miR-125a水平與銀屑病嚴重程度及治療效果的研究發(fā)現(xiàn),應(yīng)用依那西普治療的銀屑病患者血漿中miR-125a水平升高,提示血清miRNA-125a的測定可以評估銀屑病患者治療效果[87]。

4.4 miRNA-125家族與其它

在橋本甲狀腺炎(HT)患者中,miR-125a-5p通過直接靶向MAF調(diào)節(jié)Th1細胞,參與HT的發(fā)病,是HT潛在的生物標志物[95],而PBMCs中miR-125a的表達與自身免疫性甲狀腺疾病(AITD)的發(fā)病及預(yù)后有關(guān)[96]。原發(fā)性干燥綜合征(PSS)患者CD4+T細胞中miRNA-125b-5p的表達水平與疾病活動性有關(guān)[97]。miR-125b-5p通過靶向骨性關(guān)節(jié)炎(OA)軟骨細胞的TRAF6/MAPKs/NF-κB通路,對包括MMP-13在內(nèi)的炎癥基因起負調(diào)控作用[98]。IFN-γ預(yù)處理骨髓間充質(zhì)干細胞,可通過增加與STAT3 3’UTR結(jié)合的miR-125a和miR-125b水平來抑制Th17細胞分化,提高Treg細胞比例,從而抑制結(jié)腸炎的發(fā)生[99]。

5 小結(jié)

在過去的幾年里,我們對miRNAs在自身免疫性疾病中的研究逐漸深入。根據(jù)最近的研究數(shù)據(jù)可以得出miR-125家族是自身免疫反應(yīng)中重要的調(diào)節(jié)因子,可調(diào)控自身免疫反應(yīng)中復(fù)雜的信號通路,可能成為潛在的診斷標記物(表1)。深入研究miR125在自身免疫疾病的作用機制,對開發(fā)出潛在而有效的治療方法是十分重要的,并可為自身免疫性疾病制定新的診斷標準和治療策略。

表1 miR-125在免疫細胞及自身免疫性疾病中的作用Table 1 Role of miR-125 in immune cells and autoimmune diseases