miR-181基因家族在臨床常見疾病中的研究進展*

王春芳 綜述,柴 富 審校

右江民族醫學院附屬醫院檢驗科,廣西百色 533000

微小RNA(miRNA)是一類長約22個核苷酸的內源性非編碼小RNA分子,通過與目的基因信使RNA(mRNA)的3′非翻譯區(3′UTR)不完全互補配對結合,導致靶mRNA發生降解或沉默,從而在轉錄后水平參與靶基因表達的調控[1]。miR-181具有豐富的生物學功能,參與心臟、肺、骨骼肌和免疫系統的正常生長發育[2-3],其表達異常時可與多種人類疾病的發生、發展相關,在心血管、免疫系統疾病的發生中扮演著重要的角色,但具體機制仍有待進一步研究[4-6]。現將miR-181在系統性紅斑狼瘡(SLE)、白血病、腦卒中、肝癌、肺癌等疾病中的表達調控作用及具體機制進行綜述,以期為臨床治療和預后評估提供新的方向。

1 miR-181基因家族的基因結構

miR-181基因家族由miR-181a、miR-181b、miR-181c和miR-181d組成,表達出8個成熟序列,分別是miR-181a-3p、miR-181a-2-3p、miR-181a-5p、miR-181b-3p、miR-181c-3p、miR-181b-5p、miR-181c-5p和miR-181d-5p,其中miR-181c的成熟體有22個核苷酸,miR-181a、miR-181b 和miR-181d的成熟體有23個核苷酸。雖然miR-181a1、miR-181a2、miR-181b1 與 miR-181b2前體結構不同,但成熟體序列卻是一致的。miR-181所有成員含有共同的5′端“種子”序列ACAUUCA,造就它們成為在進化過程中基因組結構非常保守的關鍵序列,且常成簇地排列在染色體上,使其堿基序列相差甚微,功能相近,因此會協同表達及發揮功能[7]。

2 miR-181基因家族的生物學作用

miR-181基因家族是免疫系統調節的重要調控因子,可調控T細胞和B細胞的增殖、分化、免疫應答、免疫耐受等生理、病理過程[8-9]。大量研究表明,miR-181在多種疾病的病理、生理中發揮調控作用,其中包括炎癥反應、自身免疫及細胞的增殖分化[8-10]。miR-181a為miR-181家族重要成員,可表達于人體組織細胞中。有研究表明,miR-181a在胸腺T細胞發育和外周T細胞激活期間可以調節T細胞激活閾值,并且與老年人的抗病毒和疫苗反應密切相關[10]。miR-181a和miR-181b (miR-181a/b)位于1號和9號染色體上,miR-181a/b的調控機制復雜,與不同的靶基因直接相關,有研究表明,miR-181a/b在肺癌患者的腫瘤組織和血漿中存在異常表達[11]。miR-181c、miR-181d 2個miR-181家族成員也能參與免疫炎癥反應的發生。其中,miR-181c靶向結合炎癥因子白細胞介素(IL)-2的3′UTR,從而抑制CD4+T細胞的激活,參與免疫炎癥反應[12]。目前,miRNA在腫瘤的研究中有了很大進展,有研究表明,miR-181a在肝癌和乳腺癌的腫瘤組織中表達異常,同時還調控了腫瘤細胞的凋亡、侵襲、增殖和分化,并參與了Wnt/β-連環蛋白和轉化生長因子(TGF)-β信號通路的調控[13]。有研究發現,上調miR-181b可通過靶向結合炎癥細胞因子CXCL1和CXCL2來抑制乳腺癌細胞的遷移[14],也可通過靶向結合Sox6來抑制肺癌細胞的增殖和分化[15]。以上研究表明,miR-181家族在疾病的發生、發展中發揮著重要的作用。

3 miR-181基因家族與疾病的相關性

3.1miR-181與SLE 多種miRNA目前被證實與SLE的發生、發展密切相關[16-18],miR-181在其發病過程中扮演重要角色。SLE是一種多器官受累、臨床異質性明顯、免疫耐受失調的自身免疫性疾病,自身抗體的產生及免疫復合物的不同臟器累積是其標志性特征,其中狼瘡性腎炎(LN)是最常見的并發癥。SLE在西方國家、日本的發病率和病死率有下降趨勢,但在我國的形勢依然嚴峻。有研究發現,miR-181a在調節T細胞和B細胞分化及免疫應答中起著關鍵作用,并在SLE患者血清中存在差異表達[19]。ALEXANDER等[20]研究顯示,miR-181a通過靶向調控IL-8、IL-1α、IL-1β、IL-6等免疫炎癥因子的表達參與SLE的病理進程。有研究表明,在缺血/再灌注(I/R)暴露的腎臟中miR-181d-5p的表達下調,可以改善腎臟功能,減少細胞凋亡和炎癥反應[21],然而有關miR-181d在SLE的發生、發展中的作用機制仍未被充分研究。上述研究表明,miR-181可能成為評估SLE病情發展的關鍵性標志物。

3.2miR-181與白血病 白血病是一種造血系統的惡性腫瘤,由于發病機制復雜,導致治療難度較大。有充分的證據表明,miRNA在白血病患者中異常表達,參與了疾病的發生、發展[22]。目前,臨床藥物治療白血病不良反應明顯,很多患者都存在耐藥現象,所以急需發現白血病新的潛在作用機制,尋求新的治療方式。VERMA等[23]研究表明,miR-181家族成員與IL-1β、Toll樣受體(TLR)介導的白血病TCL1原癌基因及免疫相關基因表達呈負相關,miR-181a的表達水平在M1/M2型患者較M3/M4型患者細胞中明顯升高。有研究發現,miR-181b表達水平在慢性淋巴細胞白血病(CLL)患者體內表達下調,這可能與CLL患者預后不良相關[24]。多年來,化學免疫療法氟達拉濱-環磷酰胺-利妥昔單抗(FCR)是一線治療癥狀性B-CLL患者的金標準,有研究發現,血液miR-181c是FCR療效的有效預測生物標志物[25]。此外,ZHU等[26]研究表明,miR-181a/b在慢性粒細胞白血病(CML)中表達下調,且其下調與不良預后有關。體外動物研究發現,miR-181a/b可以調控靶基因BCL-2、MCL-1和XIAP,同時BCL-2、MCL-1和XIAP的表達下調與白血病細胞對化療藥物的耐藥有關,提示miR-181a/b與白血病細胞對化療藥物的耐藥密切相關。有研究發現,miR-181d在CML中呈過表達,通過靶向結合組蛋白去甲基化酶(RBP2)促進白血病細胞增殖[27]。以上研究表明,miR-181家族參與了白血病的多個生物學過程,可以在疾病的診斷和治療中發揮重要作用,有望成為白血病的預后評估指標。

3.3miR-181與腦缺血損傷 腦卒中是一種嚴重威脅人類健康的腦血管疾病,由于該疾病的發病因素較多,發病率高,預后差,早期預防成為疾病治療的關鍵。目前,研究已經發現miR-181基因家族可通過調控NF-κB信號通路參與炎癥反應,而炎癥反應是腦卒中的重要并發癥,可見miR-181與腦卒中的病理進程密切相關。目前研究發現,能量衰竭、興奮性氨基酸細胞毒性作用、氧化應激、免疫反應、凋亡是缺血性腦卒中主要的發病機制,其缺血性炎癥反應過程可能通過激活TLR來發揮炎癥作用。研究發現,miR-181c通過其3′UTR末端負向調控TLR4信號的表達,抑制NF-κB的激活,進一步抑制炎癥因子TNF-α、IL-1α和IL-1β的表達。miR-181c可減少神經膠質細胞釋放TNF-α,進而也減少了神經細胞的凋亡[28];miR-181a可通過直接下調單核細胞和巨噬細胞釋放的IL-1α,從而達到抗感染作用,miR-181a從整體上能引起星狀膠質細胞功能障礙。上述研究表明,miR-181家族分子在腦卒中發展過程中發揮著重要的作用。有趣的是,目前鮮有miR-181d與腦卒中的相關報道,可以作為研究的新方向。但是一種miRNA往往存在多個作用靶點,盲目地選用miRNA反而會不利于疾病的治療,所以臨床要依據miRNA的功能基礎實施治療。

3.4miR-181與肝癌 肝癌是我國最常見的實性腫瘤,分為原發性肝癌和繼發性肝癌兩大類,原發性肝癌是我國常見的惡性腫瘤之一,高發于東南沿海及廣西地區。最新研究表明,肝細胞癌可以釋放大量的miRNA,miRNA可以直接或間接地通過靶向有關蛋白來參與腫瘤調控,同時miRNA可以改變腫瘤的微環境。研究發現,miR-181基因家族miR-181a、miR-181b、miR-181c和miR-181d在肝細胞癌中的表達均明顯上調,并且通過直接靶向調控細胞分化相關的轉錄因子CDX2、GATA6及Wnt信號通路抑制因子NLK的表達,達到維持肝癌細胞的特性[8],提示miR-181有望成為治療肝癌的分子靶標與生物標志物。ZHAO等[29]研究證實,高轉移性結直腸癌細胞釋放的富含miR-181a-5p的細胞外囊泡通過激活肝星狀細胞和重塑腫瘤微環境促進肝轉移,為肝轉移機制提供新的見解。WANG等[30]研究發現,miR-181b和miR-181d高表達于被喂食無膽堿與限定氨基酸誘發的肝癌小鼠肝組織中,調控金屬蛋白酶組織抑制因子-3(癌癥抑制因子)的表達明顯降低,同時發現miR-181b在肝癌細胞中呈高表達,其表達水平受到TGF-β的調控,但是其作用機制尚未明確。WEI等[31]研究發現,肝癌細胞來源的外泌體通過miR-181d-5p的傳遞和SOCS3/FAK/Src通路在骨髓間質干細胞分化和肝癌轉移中發揮作用。上述研究提示,miR-181在肝癌的發生、發展過程中扮演重要的促癌基因角色。

3.5miR-181與肺癌 肺癌是全球發病率最高的癌癥,大多數患者為非小細胞肺癌(NSCLC)。肺癌的治療仍存在很多困難,如患者后期易出現多重耐藥和癌細胞的轉移。有研究指出,miRNA可以作為肺癌診斷和預后的重要標志物,其中miR-181與肺癌調控作用密切相關。CHEN等[32]通過微陣列表達譜檢測篩選發現15種miRNA在耐放療NSCLC患者及非耐放療NSCLC患者肺癌組織中存在明顯差異,且發現miR-181a的靶基因在磷脂酰肌醇3-羥基激酶(PI3K)/蛋白激酶B (AKT)信號通路、NSCLC信號通路等癌癥信號通路中明顯富集,靶向結合會對NSCLC的放射敏感性產生影響。有研究表明,小細胞肺癌(SCLC)患者體內miR-181d的表達水平升高,可以靶向結合BCL-2,抑制腫瘤細胞的增殖[33]。ZHU等[34]進行了人肺癌細胞多藥耐藥性研究,發現與親本細胞比較,耐藥細胞株中miR-181b 的表達水平明顯下調,且通過外源性轉染過表達miR-181b,使耐藥細胞可恢復相應藥物敏感性,此外,miR-181b主要通過對Bcl-2的調控而發揮作用。疾病的早期診斷至關重要,目前miRNA可以對多種疾病患者進行生存預測,起到輔助治療的作用,但miR-181在肺癌組織中的作用機制及靶標調控仍有待進一步研究。

3.6miR-181與妊娠期高血壓疾病(HDCP) HDCP是一種產科常見的綜合征,是臨床上發病率較高的多器官受累性疾病,由于缺乏有效的預防及治療手段,HDCP嚴重危害著孕婦及胎兒的健康。HDCP以高血壓、蛋白尿、免疫系統失調為主要的臨床特征。由于miRNA在血液中表達水平較高且容易獲得,所以血液中差異表達的miRNA有望成為HDCP診斷的標志物。有研究發現,miR-181b可能在HDCP誘導的心臟病中起到保護心肌的作用,有望成為新的標志物[35]。研究指出,miR-181b在HDCP患者胎盤中高表達,主要作用機制是miR-181b的3′UTR末端能與纖溶酶原激活物抑制劑1(PAI-1) mRNA結合并調控PAI-1的表達,PAI-1在血管內皮細胞及血管平滑肌細胞上表達豐富,在血管平滑肌細胞的肥大、增殖、重塑中發揮至關重要的作用,表明miR-181b通過影響血管重塑可提高胎盤細胞的侵襲力,在HDCP的發生、發展中起重要作用[36]。有研究顯示,miR-181a在孕婦體內表達水平升高,尤其在子癇前期孕婦體內表達水平升高更明顯,可見miR-181a的異常表達在HDCP的發生、發展中具有重要的參考意義。

3.7miR-181與其他疾病 很多前瞻性研究報道了miR-181家族成員可能與心腦血管疾病、炎癥反應、腫瘤、病毒感染和神經系統疾病密切相關。JIN等[37]研究發現,miR-181a-2-3p在預測胃癌患者順鉑治療獲益方面有著重要的價值,靶向下調miR-181a-2-3p可抑制腫瘤生長,抑制順鉑介導的耐藥。此外,順鉑聯合miR-181a-2-3p下調可能是未來順鉑耐藥胃癌患者的一種有前途的治療選擇。有研究發現,在人表皮生長因子受體2 (HER2)陽性乳腺癌中觀察到高去甲基化酶(FTO)表達,則提示著乳腺癌晚期進展,通過FTO/miR-181b-3p/ARL5B信號通路促進乳腺癌細胞的侵襲和遷移的致癌活性[38]。LI等[39]報道表明,GSKIP基因是miR-181c-5p在宮頸鱗狀細胞癌(SCC)中的靶基因,而GSKIP是Wnt/β-catenin信號的激活劑,通過負向調節β-catenin抑制劑GSK3β,miR-181c-5p通過抑制GSKIP的表達來減弱SiHa細胞的干細胞特性。miR-181d是一種對腫瘤具有調控作用的microRNA,有研究發現miR-181d可以通過調節胞內PI3K/AKT途徑抑制胃癌細胞的增殖和轉移[40]。以上研究均表明miR-18的表達與多種疾病相關。

4 展 望

miRNA作為一類內源性非蛋白編碼基因,通過與目的基因mRNA的3′UTR不完全互補配對結合,從而精準地調控靶蛋白編碼基因的表達水平,已成為后基因組時代醫學及生物學領域的研究熱點之一。盡管miR-181在調控腫瘤、免疫系統及心血管等疾病發生、發展方面的研究已取得一定的進展,其主要研究著重于miR-181的表達調控作用,但miR-181如何導致其靶mRNAs抑制或沉默的機制仍未闡明,因此,有必要進行miR-181對特定靶基因具體調控機制的研究。另外,miR-181家族成員在相關疾病的動物模型或人體中發生了異常變化,但是其在人類疾病中的具體作用尚無確切的定論。然而,隨著分子遺傳學、分子生物學、人類基因組學研究的逐步深入,發現miR-181家族在肝細胞癌、口腔鱗狀細胞癌、膠質瘤、SLE等疾病的病理進程中扮演著重要的角色,有望成為一類新的生物標志物或治療靶標,為臨床診斷和治療及預后提供有利的方向。