李 華

(江蘇聯(lián)合職業(yè)技術學院南京衛(wèi)生分院 南京衛(wèi)生學校 210038)

微RNAs (miRNAs) 最初由Lee等人于1993年發(fā)現(xiàn)，是一類長度約為18～25個核苷酸的非編碼單鏈RNA。miRNAs廣泛存在于生物界，在進化上十分保守，能參與真核生物基因表達的特異性調控。到目前為止，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)人類約有1500個miRNAs基因組，且人類約有60%的mRNA包含miRNAs的結合位點[1]。本文對miRNAs的生物學特性和相關疾病作一概述。

1 miRNAs的生物學特性

1.1 生物合成 miRNAs的生物合成始于由RNA聚合酶II(RNA polymerase II，POL II)催化的miRNAs基因的轉錄過程，轉錄產(chǎn)生幾千個堿基長度的初始microRNAs(pri-microRNAs)。繼而，由RNA酶III核酸內切酶(Drosha)及其輔助因子DGCR8(DiGeorge syndrome critical region 8)連同其他蛋白形成的復合物對pri-microRNAs進行剪切，生成一種具有發(fā)卡結構的長度約為60～100個核苷酸的miRNAs前體(pre-miRNAs)。

Pre-miRNAs在Exportin-5蛋白(RAN-GTP依賴性轉運蛋白)的幫助下，從細胞核運輸?shù)劫|膜。Pre-miRNAs一旦進入細胞質，就會在RNA酶III核酸內切酶(Dicer)、人類免疫缺陷病毒活化反應RNA 結合蛋白(the human immunodeficiency virus transactivating response RNA binding protein, TRBP)和argonaute2蛋白(AGO2)的共同作用下，最終產(chǎn)生18～25個核苷酸長度的成熟雙鏈miRNAs，即miRNA：miRNA*(其中的miRNA*表示miRNA的互補鏈)。隨后，雙鏈miRNAs中的一條鏈被降解，另外一條鏈以不完全互補配對的方式被裝載到RNA誘導的沉默復合物(RNA-induced silencing complex，RISC)中形成新的復合物miRNA-RISC，從而成為一個成熟的有生物學功能的miRNAs。miRNA-RISC復合物能識別并結合到mRNAs的特定序列如3′-非翻譯區(qū)(3′-UTR)上，并通過包括對翻譯和延長階段的抑制在內的多種機制，或使靶mRNA脫腺苷化，或將核酸內切酶裂解，來促使基因沉默，減少相應蛋白質的表達[1]，最終實現(xiàn)miRNAs的各種生物學調節(jié)功能。

1.2 生物學調節(jié)功能 miRNAs調節(jié)多種生物學過程，包括細胞凋亡、胰島素分泌、脂質代謝、干細胞分化、抗原呈遞等[2]。

1.2.1 調節(jié)細胞凋亡 細胞凋亡指由細胞發(fā)生自主且有序的死亡過程，具有維持生物機體內環(huán)境穩(wěn)定的作用。miRNAs的表達異?？蓪е录毎蛲鍪?，最終導致癌癥的發(fā)生。miRNAs在細胞凋亡的確切作用機制尚未完全研究清楚，但Cimmino等的研究顯示，miR-15和miR-16兩種miRNAs誘導的細胞凋亡通過錨定Bcl2蛋白來實現(xiàn)。miR-330能通過降低細胞轉錄因子E2F1介導的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(Akt)的磷酸化來誘導人前列腺癌PC-3細胞凋亡[2]。

1.2.2 調節(jié)胰島素分泌 糖尿病是世界上最常見的代謝紊亂性疾病。研究發(fā)現(xiàn)miRNAs參與胰島素分泌的各個生理過程以及體內葡萄糖的平衡。miR-375在胰島β細胞的增殖和分裂過程中都起著至關重要的作用。miR-375過表達可抑制葡萄糖誘導的胰島素分泌；而內源性的miR-375被抑制則促使胰島素分泌增強。且miR-375直接影響胰島β細胞對胰島素的胞吐過程。miR-9是胰島素釋放的負性調節(jié)因子。敲除β細胞中miR-24、miR-26、miR-182和miR-148可導致胰島素mRNA的水平降低[2]。

1.2.3 調節(jié)脂質代謝 miRNAs是脂質代謝過程中重要的調節(jié)因子。miR-143參與調節(jié)脂肪細胞的分化，其水平降低會影響甘油三酯的合成。miR-122被抑制后能降低血清膽固醇水平。此外，miR-33a參與膽固醇的轉運和脂肪酸的β-氧化，若被抑制則導致高密度脂蛋白水平的提高。miR-223能通過直接錨定并抑制清道夫β1受體來調節(jié)高密度脂蛋白膽固醇的攝取，并通過直接抑制膽固醇合成過程的限速酶3-羥基-3-甲基戊二酸單酰輔酶A還原酶來抑制膽固醇的生物合成[2]。

1.2.4 調節(jié)免疫 CD34+造血干細胞能表達33種miRNAs，其中miR-155能調節(jié)髓系和紅系生成。在胚胎干細胞(ES)中，miRNAs調節(jié)多功能轉錄因子SOX2、Nanog和Oct-4，這些轉錄因子在免疫中發(fā)揮重要的作用。miR-181a的過表達能降低CD8+T細胞的數(shù)量。在B細胞發(fā)育的早期敲除miRNAs生物合成所需的Dicer，能阻止前B細胞向原B細胞的轉變。Dicer缺乏還會使T細胞的發(fā)育和分化受損，且胸腺 CD8+和CD4+T細胞的數(shù)量都減少。Liu等的研究表明，miR-148和miR-152 負調控樹突狀細胞(dendritic cells，DC)的抗原呈遞并抑制細胞因子的產(chǎn)生。抗原特異性T細胞介導的免疫受miR-155抑制，且抑制miR-155能逆轉此作用[2]。

1.2.5 調節(jié)造血 miRNAs在血細胞生成過程中的每個階段都發(fā)揮至關重要的作用。Dicer是miRNAs生物合成過程中必不可少的酶，它的缺乏會導致胚胎造血干細胞系統(tǒng)受損，從而導致胚胎死亡。miR-15a的過表達能阻止粒細胞和紅細胞的分化。miR-221、miR-222和miR-24能抑制紅細胞生成[2]。

2 與miRNAs相關的疾病

miRNAs控制著人類大多數(shù)基因的表達，從而參與許多生理和病理過程。最近的研究發(fā)現(xiàn)，miRNAs與腫瘤、遺傳、免疫、神經(jīng)變性以及心血管疾病的發(fā)生有關。

2.1 miRNAs與腫瘤 越來越多的研究表明，miRNAs在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中起著關鍵作用。在腫瘤細胞，miRNAs的失調可由多種機制引起，包括編碼miRNAs的染色體區(qū)域缺失或擴增、miRNAs靶基因的突變、miRNAs的啟動子表觀遺傳沉默、細胞信號傳導和轉錄因子的失調等。在肺癌患者，miRNA-125A-5p能抑制細胞增殖和誘導細胞凋亡，從而具有抑制腫瘤的轉移和侵襲的關鍵作用。Nishida等則提出miRNA-125A-5p可作為胃癌預后的獨立標志物。但是，Odar K等的實驗表明，在頭頸部鱗癌患者miRNA-125A-5P沒有發(fā)生明顯的變化[3]。研究還發(fā)現(xiàn)肝癌、肺癌、胃癌和多發(fā)性骨髓瘤患者的miR-194降低，且miR-194通過抑制PDK1/ AKT2/ XIAP信號轉導通路來抑制大腸癌的發(fā)生[4]。miR-21和miR-210通過誘導癌細胞，使其適應于快速增長時的缺氧條件來直接參與神經(jīng)膠質瘤的發(fā)展和演變[5]。miR-148A通過甲基化來下調鼻咽癌細胞株的數(shù)量[6]。而miR-221的表達降低則會增加前列腺癌手術后復發(fā)的風險[7]。

2.2 miRNAs與心臟疾病 研究已經(jīng)明確心肌特異性的miRNAs有5個，包括miR-1、miR-133、miR-206、miR-208和miR-499。實驗室檢測發(fā)現(xiàn)，心肌梗塞患者體內miR-1、miR-29、miR-133、miR-146、miR-150、miR-155、miR-208、miR-186、miR-210和miR-451都出現(xiàn)不同程度的上調或下調，它們通過各種路徑誘導細胞凋亡。柯薩奇病毒引起的急性心肌炎患者的心肌組織內miR-155和miR-148a的表達顯著上調。小鼠體內實驗還證明miR-155過表達能通過抑制NF-κB通路來調控柯薩奇病毒引起的免疫反應，從而提高柯薩奇病毒感染小鼠的存活率。冠心病患者與健康對照組相比較，其血清miR-135a水平增加、miR-147水平降低，與炎癥相關的miR-155和與平滑肌細胞相關的miR-145則均減少。

與穩(wěn)定型心絞痛患者相比較，不穩(wěn)定型心絞痛患者的miR-134、miR-370和miR-198水平顯著上調，并且這種變化可以用來預測該病的臨床結果。動脈粥樣硬化閉塞性脈管炎患者血清中miR-21、miR-130a、miR-27b和miR-210增加，而miR-221和miR-222均降低。心臟衰竭時，多個miRNAs表達水平異常。其中miR-423-5p與心衰的關聯(lián)性最密切；miR-126能刺激心臟新血管形成并改善心功能。miR-423-5p的水平升高則與擴張型心肌病的嚴重程度有關[1]。

2.3 miRNAs與神經(jīng)系統(tǒng)疾病 缺氧缺血性腦損傷時，miR-9參與負性調控腦組織中少突膠質細胞系基因1，從而影響后者在缺氧缺血性腦損傷和髓鞘修復中的作用[8]。在神經(jīng)退行性疾病阿爾茨海默氏病(Alzheimer′s Disease，AD)大鼠體內，miR-26b水平顯著升高，且miR-26b在大鼠神經(jīng)元過表達可導致DNA復制和細胞周期的異常，同時還使tau蛋白(一種微管相關蛋白)磷酸化增加，這最終導致神經(jīng)細胞的凋亡。tau蛋白磷酸化和細胞周期的異常是AD患者腦神經(jīng)元的典型特征[9]。此外，Wu等還發(fā)現(xiàn)小鼠神經(jīng)損傷后miR-431通過沉默Wnt/β-catenin信號通路(Canonical Wnt/β-catenin pathway)的拮抗劑Kremen1來促進軸突再生長，從而確定了miR-431作為軸突再生長的重要調節(jié)器和治療靶點[10]。

2.4 miRNAs與消化系統(tǒng)疾病 研究發(fā)現(xiàn)，潰瘍性結腸炎患者體內miR-20b、miR-99、miR-203、miR-26b和miR-98的水平上調超過10倍，miR-125的水平上調超過5倍。而miR-141則通過錨定趨化因子CXCL12β來參與結腸炎炎癥過程中炎癥細胞的遷移[11]。miRNA-122在肝臟特異性表達，并在脂肪酸代謝過程中起著至關重要的作用，它能通過結合到丙型肝炎病毒(HCV)的5′-UTR來增強其復制[12]。

2.5 miRNAs與血液系統(tǒng)疾病 檢測結果發(fā)現(xiàn)，在急性髓系白血病(acute myeloid leukemia，AML)患者體內miR-22、miR-29、miR-125和miR-126水平往往失調；急性早幼粒細胞白血病(Acute Promyelocytic Leukemia，APL)患者體內miR-92a水平上調，且miR-92a被抑制后能降低急性早幼粒細胞白血病細胞系(HL-60)細胞的分裂增殖。

2.6 miRNAs與呼吸系統(tǒng)疾病 急性肺損傷時，miR-127能作用于巨噬細胞免疫球蛋白受體FcγRI(CD64)，從而使巨噬細胞釋放的炎癥因子顯著減少，最終促進肺部炎癥的減輕。Wu等通過測定肺結核患者、健康對照組以及鑒別診斷組(包括肺炎、肺癌、慢性阻塞性肺病)患者血清中的91種miRNAs，發(fā)現(xiàn)肺結核患者血清內HSA-miR-378、HSA-miR-483-5p、HSA-miR-22、HSA-miR-29、HSA-miR-101和HSA-miR-320b這6種miRNAs的含量明顯異常，且特異性高達90%以上；跟健康對照組比較，慢性阻塞性肺病患者血清中miR-20、 miR-28-3p、miR-34c-5p和miR-100下調，而miR-7上調；miR-21和miR-126的上調均與過敏性哮喘發(fā)生和治療相關聯(lián)[13]。

2.7 miRNAs與生殖系統(tǒng)疾病 研究表明，與健康對照組比較，多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)患者體內let-7i-3pm、miR-5706、miR-4463、miR-3665、miR-638這5個miRNAs顯著上調，而miR-124-3p、miR-128、miR-29a-3p和let-7c則下調[14]。

2.8 miRNAs與運動系統(tǒng)疾病 Duchenne型肌營養(yǎng)不良癥(Duchenne muscular dystrophy，DMD)的小鼠體內，將作為肌肉特異性基因的miR-486過表達能減少血清肌酸激酶水平，改善細胞膜的完整性，增加肌纖維的大小，并提高肌肉的生理功能[15]。

鑒于在細胞生理及疾病發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮的重要作用，miRNAs將有可能成為疾病診斷新的生物學標記以及藥物靶點，給人類疾病的檢測和治療提供新的手段。