白玉, 陸雯蕓, 韓凝, 邊紅武, 朱睦元

浙江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院遺傳所, 杭州 310058

自 1993年在線蟲(Caenorhabditis elegans)中首次發(fā)現(xiàn) microRNAs (miRNAs)以來[1], miRNAs作為一種重要的基因轉(zhuǎn)錄后調(diào)控因子受到了廣泛關(guān)注。目前除真菌外, 其他物種中均發(fā)現(xiàn)了 miRNAs。miRNAs是內(nèi)源的、非編碼的小 RNA分子, 與AGO(Argonaute)蛋白結(jié)合形成 RISC(RNA-induced silencing complex)復(fù)合體, 指導(dǎo)AGO蛋白與互補的mRNA結(jié)合, 并進一步剪切互補的mRNA或者抑制mRNA的翻譯[2]。隨著技術(shù)的發(fā)展及研究的深入, 人們發(fā)現(xiàn) miRNAs可參與諸多的生物進程, 包括細胞的增殖[3]、分化[4]、凋亡[5]、癌癥的形成[6]及抗病毒應(yīng)答反應(yīng)[7]。miR126在內(nèi)皮細胞及漿細胞樣樹突狀細胞中高表達, 有多個靶基因, 與血管的新生、癌癥的發(fā)生及遷移、先天性免疫有著密切的關(guān)系。miR126表達量的變化與多種癌癥相關(guān), 分析 miR126在不同腫瘤內(nèi)的表達水平有利于闡明腫瘤的發(fā)生、發(fā)展機制, 為癌癥的診斷及治療提供新的方法和策略。本文綜述了 miR126功能的多效性, 并著重介紹了miR126與先天性免疫的關(guān)系。

1 miR126序列及其保守性

2002年通過測序首次在小鼠(Mus musculus)的心臟中發(fā)現(xiàn)了miR126[8]。2010年miRBase數(shù)據(jù)庫公布了15種動物的miR126成熟體序列。從河豚(Fugu)到人類(Homo sapiens), miR126及miR126*非常保守(圖 1), 成熟體 miR126 序列為 5′-UCGUACCGUGAGUAAUAAUGCG-3′。在脊椎動物中, miR126 來源于Egfl7 基因的第7個內(nèi)含子[9,10], Egfl7編碼一種內(nèi)皮細胞(Endothelial cells, ECs)特異的分泌肽, 可以調(diào)控新生血管內(nèi)皮芽細胞的移動和定位[11]。

圖1 miR126的形成及在各物種中的保守性

2 miR126的功能

2.1 miR126促進血管新生

miR126在內(nèi)皮細胞中高表達, 可以促進血管的新生。內(nèi)皮細胞構(gòu)成了血管的內(nèi)表面, 與血管的形成、血管的完整性、血管損傷相關(guān)[12]。研究發(fā)現(xiàn), 敲除 miR126的小鼠體內(nèi)不能形成完整的血管, 并且有部分小鼠在胚胎期死亡, 即使存活下來的小鼠也會由于血管異常而導(dǎo)致心臟破裂、心肌梗塞, 最終死亡[9]。究其原因, miR126可以抑制 Spred1[9]及p85β(PI3KR2)[13]基因的表達, SPRED是MAPK途徑的抑制因子, PI3KR2是PI3K的亞基。當miR126下調(diào)時, SPRED和PI3KR2的過表達會抑制MAPK和PI3K信號途徑, 影響血管新生因子(VEGF和 FGF等)信號的傳遞, 導(dǎo)致血管生成受阻(圖2)。最新研究顯示, 通過脂質(zhì)體包裹技術(shù)(Bubble liposomes, BLs)將 miR126導(dǎo)入到后肢缺血的小鼠體內(nèi), 注射后的小鼠體內(nèi)血管新生因子表達量上升, 血流量增加。因此, 這一技術(shù)有望應(yīng)用于后肢缺血的治療[14]。

圖2 miR126參與血管新生形成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

2.2 miR126與癌癥

近幾年, 通過轉(zhuǎn)錄組分析及微序列分析揭示了許多與腫瘤相關(guān)的miRNAs, 如miR126。研究發(fā)現(xiàn),乳腺癌細胞中 miR126下降[15], 在裸鼠的原發(fā)性乳腺癌細胞中恢復(fù) miR126的表達可以抑制腫瘤的生長及轉(zhuǎn)移[16]。同時在肺癌[17]、胃癌[18]、宮頸癌[19]、膀胱癌、前列腺癌[20]中均發(fā)現(xiàn)了 miR126表達量的變化。miR126依賴于其靶基因行使功能, 由于miR126有不同的靶基因, 可以通過多種方式調(diào)控癌癥。其中VEGF-A(Vascular endothelial growth factor A)基因編碼血管內(nèi)皮生長因子, 該基因在多種癌細胞中表達量上升。miR126可以作用于VEGF-A的3′非翻譯區(qū)(3′ UTR), 降低該蛋白的積累水平, 導(dǎo)致肺癌細胞停留在G1期, 抑制癌細胞的生長[21]。信號接頭蛋白 Crk與細胞黏著, 與癌細胞遷移有關(guān),miR126可以通過剪切Crk基因的3′ UTR區(qū), 抑制乳腺癌、肺癌細胞的黏附、遷移及侵襲[22]。綜上所述,miR126是通過作用于不同的靶基因, 參與不同的信號通路調(diào)控癌癥的發(fā)生、生長及遷移。

2.3 miR126與先天性免疫

幾乎在所有的物種中均發(fā)現(xiàn)了病毒病原體, 為了防御病毒病原體的入侵, 有機體形成了相應(yīng)的感應(yīng)及防御機制[23]。真核生物通過先天性免疫(Innate immune)和獲得性免疫(Adaptive immune)來識別及清除入侵的病原微生物。雖然獲得性免疫具有專一性, 但是啟動獲得性免疫需要的時間較長。為了快速應(yīng)答病毒感染, 哺乳動物已經(jīng)進化出復(fù)雜的先天性免疫系統(tǒng)來抵抗微生物的侵襲。先天性免疫是動物體在長期種系發(fā)育和進化過程中不斷地與入侵的微生物作斗爭而逐漸建立起來的, 可遺傳給后代的生物體防御系統(tǒng)的總稱。這種免疫的作用廣泛, 能對抗多種微生物, 無專一性, 故又稱為非特異性免疫。先天性免疫通過特殊的模式識別受體(Pattern-recognition receptors, PRRs)并感知病原體關(guān)聯(lián)的分子模式(Pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)來識別入侵的病原體[24]。如漿細胞樣樹突狀細胞(Plasmacytoid dendritic cells, pDCs)可表達 Toll樣受體(Toll-like receptor,TLR)TLR7或者TLR9, 其中TLR7可以結(jié)合單鏈的RNA, TLR9可結(jié)合雙鏈的 DNA[25], 在病毒感染的刺激下, 能產(chǎn)生以干擾素 α(Interferon α, IFN-α)為主的細胞因子, 發(fā)揮抗病毒的作用[26]。研究顯示 TLRs信號與 miRNAs之間有著密切的關(guān)系[27], 其中miR146及miR155可以感應(yīng)未甲基化的 CpG或者 TLR配基的變化。在未甲基化的 CpG和 TLR配基存在時, 巨噬細胞(Macrophage)及樹突狀細胞(Dendritic cells, DCs)中的 miR146及 miR155表達量上升[28,29], 這些miRNAs可以在啟動先天性免疫后對先天性免疫進行調(diào)節(jié), 但是在穩(wěn)定狀態(tài)(Steady state)即感染之前,miRNAs是否可以調(diào)節(jié)機體對病毒的應(yīng)答呢?

最新研究表明, miR126是迄今唯一參與先天性免疫平穩(wěn)期病毒應(yīng)答反應(yīng)的 miRNA[30]。當注射TLR9拮抗劑(未甲基化的 CpG)或者 TLR7拮抗劑(R-848)后, 與野生型相比 miR126-/-(miR126基因敲除)小鼠體內(nèi)IFN-α及白介素6(Interleukin 6, IL-6)的表達量降低。體內(nèi)實驗證明, 當注射未甲基化的CpG 3 h后, miR126-/-小鼠體內(nèi)漿細胞樣樹突狀細胞的活力明顯下降, 并且遷移力受阻。綜上所述,miR126的缺失可以加速漿細胞樣樹突狀細胞的凋亡, 損壞先天性免疫對未甲基化的 DNA及單鏈RNA的應(yīng)答, 同時 miR126與漿細胞樣樹突狀細胞行使正常的功能相關(guān)。

人們通常認為 miR126主要在在內(nèi)皮細胞中特異性表達[9], 但 Agudo等[30]研究結(jié)果顯示, 在小鼠及人類體內(nèi) miR126均在漿細胞樣樹突狀細胞中高表達; Tsc1是miR126的靶基因, 同樣在漿細胞樣樹突狀細胞中表達。TSC1是 哺乳動物類雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin, mTOR)的抑制因子, PI3K/mTOR信號通路通過感受生長因子的信號調(diào)控多種細胞的擴增及凋亡。在漿細胞樣樹突狀細胞中miR126除了影響Tsc1外, 還可以影響Kdr的表達, miR126-/-小鼠體內(nèi)漿細胞樣樹突狀細胞中該基因的表達量下降。Kdr可編碼 VEGFR2,VEGFR2是生長因子VEGF-A的受體。在穩(wěn)定狀態(tài)下, VEGFR2只在內(nèi)皮細胞中表達, 與內(nèi)皮細胞存活相關(guān)[31]。Agudo等[30]研究表明, miR126作用于Tsc1影響了 PI3K/mTOR信號通路, 最終通過 VEGFR2影響了漿細胞樣樹突狀細胞的穩(wěn)態(tài)及功能(圖3)。

3 miR126與癌癥治療

miR126的功能具有多效性, 可以通過不同的靶基因(表1)參與血管的新生, 抑制癌細胞的生長及增殖, 抑制漿細胞樣樹突狀細胞的凋亡及維持漿細胞樣樹突狀細胞的正常功能。

圖3 miR126作用于VEGF途徑并影響漿細胞樣樹突狀細胞的凋亡

表1 miR126的靶基因及其參與的生理活動

目前一部分治療癌癥的藥物是以VEGF信號通路為靶位點。VEGF-A可以促進來自動脈、靜脈及淋巴的血管內(nèi)皮細胞的生長[37], 誘導(dǎo)血管的生成[38]。VEGF-A結(jié)合兩個高度相關(guān)的受體酪氨酸激酶(Receptor tyrosine kinase, RTKs)—VEGFR1[39]和VEGFR2[40]。其中VEGFR2在血管生成過程中起著重要的作用, 在Flk-1缺失突變的小鼠體內(nèi)不能正常形成血管[41]。許多癌細胞系在體外會分泌VEGF-A,原位雜交顯示多種人類的腫瘤會表達 VEGF的mRNA[42], 同時許多遷移活動會促進VEGF的表達,癌細胞的突變及增大也會促進VEGF表達上調(diào)[43]。根據(jù)1993年的報道, VEGF-A的單克隆抗體可以阻止裸鼠體內(nèi)某些的腫瘤細胞的生長[44], 并且隨著臨床效果的確定, 美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)公布了一些以VEGF-A及VEGFR2為靶標治療癌癥的藥物, 如用于治療癌癥及黃斑變性的藥物Bevacizumb(Avastin)[45]。但值得深思的是, VEGFR2在抑制漿細胞樣樹突狀細胞的凋亡及維持漿細胞樣樹突狀細胞的功能方面起著重要的作用, 而漿細胞樣樹突狀細胞在先天性免疫中是必不可少的, 如若使用以VEGF及VEGFR2為靶標治療癌癥的藥物是以損壞先天性免疫為前提的, 那么是否繼續(xù)使用這些抗癌藥物還有待進一步的考證。

通過自身免疫來治療癌癥被 Science評為 2013年十大突破之首(http://scim.ag/med_6165)。但是利用自身免疫治療癌癥仍受到一定的限制, 主要因為癌細胞具有逃避免疫監(jiān)視和免疫攻擊的能力[46]。同時免疫治療具有一定的副作用, 如引起結(jié)腸炎、腦垂體炎及免疫系統(tǒng)紊亂等。而最新研究顯示, 可以利用人工構(gòu)建的hTIE2-IFN-mirT (以人類的TIE2為啟動子, 介導(dǎo)INF及 miR126靶序列的轉(zhuǎn)錄)慢病毒載體影響IFN-α的傳遞以阻止乳腺癌的演進[47]。因此,以 miR126靶分子有望為癌癥的診斷及治療提供一種新的途徑。值得注意的是, 若降低miR126的表達量會降低機體對病毒的免疫應(yīng)答并促進癌癥的形成,但 miR126表達量過高則會促進自身免疫并引發(fā)炎癥。因此, 如何使miR126的表達量達到平衡以避免引起不同的疾病還需進一步的研究。目前對miR126的研究已經(jīng)有一定的基礎(chǔ), 但是受技術(shù)的限制對其靶基因的認識仍然缺乏, 尚無法對其作用機制進行全面深入的研究。在治療方面, 如何將miR126導(dǎo)入到靶組織并保持其活性仍是個難題。盡管還有許多困難需要攻破, 但是 miR126在相關(guān)疾病的治療方面的前景是不容忽視的。

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