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        miRNA在開發(fā)抗流感病毒藥物中的研究進(jìn)展Δ

        2017-01-17 14:20:33李日嬋楊潔南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院廣州510515
        中國(guó)藥房 2017年4期
        關(guān)鍵詞:研究

        李日嬋,楊潔(南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院,廣州 510515)

        miRNA在開發(fā)抗流感病毒藥物中的研究進(jìn)展Δ

        李日嬋*,楊潔#(南方醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院,廣州 510515)

        目的:為開發(fā)新型抗流感病毒藥物提供參考。方法:以“流感”“抗病毒”“microRNA(miRNA)”“Influenza”“Anti-virus”等為關(guān)鍵詞,組合查詢2001年1月-2016年3月在PubMed、中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方、維普等數(shù)據(jù)庫(kù)中有關(guān)miRNA在抗流感病毒方面的文獻(xiàn),對(duì)內(nèi)源性miRNA和外源性植物miRNA的抗流感病毒作用及其機(jī)制進(jìn)行綜述。結(jié)果與結(jié)論:共檢索到相關(guān)文獻(xiàn)265篇,其中有效文獻(xiàn)37篇??沽鞲胁《镜膬?nèi)源性miRNA和外源性植物miRNA對(duì)病毒基因的表達(dá)具有調(diào)控作用。這些miRNA能靶向流感病毒的基因,如PB1、PB2、NP、M1、NS1等,抑制相應(yīng)蛋白的表達(dá),影響病毒的復(fù)制與轉(zhuǎn)錄,從而發(fā)揮抗病毒作用。miRNA在抗流感病毒中發(fā)揮著重要作用,但存在很多未知領(lǐng)域,更多的抗病毒miRNA有待發(fā)現(xiàn)。為進(jìn)一步了解miRNA在病毒與宿主間所充當(dāng)?shù)慕巧约伴_發(fā)新型抗流感病毒藥物,還需深入研究miRNA的作用機(jī)制、調(diào)控途徑以及生物學(xué)功能。

        miRNA;流感病毒;抗病毒藥物

        MicroRNA(miRNA)是一類長(zhǎng)度約為19~25個(gè)核苷酸的非編碼RNA小分子,參與后轉(zhuǎn)錄水平基因表達(dá)的調(diào)控,介導(dǎo)靶基因的降解或抑制靶基因的表達(dá),是大多數(shù)真核生物生命進(jìn)程中必不可少的調(diào)節(jié)因子[1-2]。甲型流感病毒是人類呼吸道疾病的主要病原體,容易造成季節(jié)性流感和周期性大流行[3]。迄今為止,抗流感病毒的策略主要是研究開發(fā)新的疫苗和抗流感病毒藥物。miRNA在抗流感病毒中發(fā)揮著重要作用,除了宿主中的miRNA能靶向病毒的基因、調(diào)控病毒的復(fù)制之外[4],植物miRNA還可作為外源性miRNA,被人體通過日常飲食攝取,在體內(nèi)積累[5];且這些植物miRNA與宿主細(xì)胞基因表達(dá)有關(guān),參與疾病的治療[6-9]。筆者以“流感”“抗病毒”“microRNA(miRNA)”“Influenza”“Anti-virus”等為關(guān)鍵詞,組合查詢2001年1月-2016年3月在PubMed、中國(guó)知網(wǎng)、萬(wàn)方、維普等數(shù)據(jù)庫(kù)中有關(guān)miRNA在抗流感病毒方面的文獻(xiàn)。結(jié)果,共檢索到相關(guān)文獻(xiàn)265篇,其中有效文獻(xiàn)37篇?,F(xiàn)就內(nèi)源性miRNA和外源性植物miRNA的抗流感病毒作用及其機(jī)制進(jìn)行綜述,以期為開發(fā)新型抗流感病毒藥物提供參考。

        1 流感病毒及抗流感病毒藥物

        流感病毒屬于正黏病毒科的單股負(fù)鏈RNA病毒,分為甲、乙、丙3種亞型。甲型流感病毒容易發(fā)生抗原變異、適應(yīng)和重組,會(huì)形成新的高致命性毒株而引起世界性大流行。而流感暴發(fā)波及范圍廣,發(fā)病率和病死率高,如1918-1919年的流感大流行造成了全球5 000萬(wàn)到1億人口的死亡[10];2009年新型的甲型流感病毒席卷了全球214個(gè)國(guó)家,引起的死亡病例至少有1.8萬(wàn)[11]。2012年的兩項(xiàng)研究表明,H5N1禽流感病毒的血凝素蛋白僅需發(fā)生4個(gè)位點(diǎn)的突變(N1581D/N2241K/Q2261L/ T3181I),就能在雪貂間進(jìn)行空氣傳播[12-13]。雪貂是常用的預(yù)測(cè)流感人與人傳播的動(dòng)物模型,若這種具有高致死率的H5N1禽流感發(fā)生突變后導(dǎo)致人傳人,后果將不堪設(shè)想。

        目前流感的防治形勢(shì)不容樂觀。甲型流感病毒的抗原容易發(fā)生變異,從而難以在流感暴發(fā)期間研發(fā)并生產(chǎn)及時(shí)、有效的疫苗。因此,抗流感病毒藥物仍然是應(yīng)對(duì)流感大暴發(fā)、治療流感的重要手段[14-16]。目前,美國(guó)FDA批準(zhǔn)上市的抗流感病毒藥物主要有兩類,一類是M2離子通道抑制劑,包括金剛烷胺和金剛烷乙胺;另一類為神經(jīng)氨酸酶抑制劑,主要有扎那米韋和奧司他韋,此外還有一個(gè)靜脈注射劑型的神經(jīng)氨酸酶抑制劑帕拉米韋于2010年1月和2013年4月分別在日本和中國(guó)獲批。奧司他韋仍然是目前抗流感病毒的首選藥。然而,甲型流感病毒的不斷演變和極速產(chǎn)生的耐藥性,尤其是對(duì)金剛烷胺和奧司他韋的耐藥,限制了這兩類藥物的使用[17-19]。因此,研究新型的抗流感病毒藥物和尋找有效的預(yù)防措施控制禽流感或人類大流行的甲型流感成為了當(dāng)今社會(huì)亟待解決的問題。

        2 抗流感病毒的內(nèi)源性miRNA

        人體內(nèi)存在著大量的miRNA,這些miRNA能在機(jī)體被病毒入侵時(shí)調(diào)節(jié)病毒生命周期和宿主細(xì)胞內(nèi)的復(fù)制轉(zhuǎn)錄過程,在病毒和宿主相互作用中發(fā)揮著重要作用。miRNA介導(dǎo)的RNA干擾(RNAi)提供了一種新型的抗病毒策略,已應(yīng)用到非典病毒[20]、人類免疫缺陷病毒[21]、丙型肝炎病毒[22]等多種病毒的臨床試驗(yàn)。隨著RNAi研究的深入,已逐漸發(fā)現(xiàn)人體內(nèi)存在著抗流感病毒的miRNA。

        流感病毒感染引起機(jī)體免疫損傷的同時(shí)還可激發(fā)機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答,這一系列免疫應(yīng)答的形成包括多種分子及細(xì)胞的參與,涉及多種信號(hào)通路。Li Y等[23]通過比較感染致命性重組1918流感病毒與感染非致命性季節(jié)流感病毒A/Texas/36/91的兩組小鼠肺細(xì)胞中miRNA的表達(dá)譜,發(fā)現(xiàn)130多種miRNA的表達(dá)模式有差異,其中許多miRNA參與調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、中性粒細(xì)胞活化及其介導(dǎo)的殺傷作用和核轉(zhuǎn)錄因子κB(NF-κB)信號(hào)通路,首次提出了miRNA可能調(diào)控流感病毒感染小鼠的基因表達(dá)。

        2.1 靶向流感病毒RNA聚合酶的miRNA

        流感病毒RNA聚合酶是由PB1、PB2、PA 3個(gè)亞基組成,因其是病毒轉(zhuǎn)錄與翻譯的關(guān)鍵性酶,且具有高保守性及低突變率,已成為抗流感病毒藥物研究和開發(fā)的新靶標(biāo)。其中,PB1亞基是RNA聚合酶的核心部分,可與病毒RNA(vRNA)的啟動(dòng)子和互補(bǔ)RNA(cRNA)結(jié)合,幫助RNA聚合酶完成病毒基因組的轉(zhuǎn)錄與復(fù)制[24]。PB1-PB2復(fù)合物連接區(qū)的渦輪狀結(jié)構(gòu)對(duì)RNA聚合酶的活性較為重要,相應(yīng)堿基的突變會(huì)大大降低酶的轉(zhuǎn)錄活性[25]。因靶向PB1既能影響病毒的轉(zhuǎn)錄又能影響病毒的復(fù)制,故PB1亞基已成為研究抗流感病毒藥物的新方向。

        目前,已有研究發(fā)現(xiàn)宿主細(xì)胞內(nèi)的miRNA能靶向流感病毒的PB1基因,抑制流感病毒的復(fù)制。如miR323、miR491和miR654均包含相同的核苷酸序列,能結(jié)合到甲型流感病毒H1N1(A/WSN/33)PB1基因的保守區(qū)域[26]。當(dāng)miRNA與靶基因完全匹配時(shí),能降解mRNA;不完全匹配時(shí),則可抑制mRNA的翻譯。然而,這3個(gè)miRNA與PB1基因之間是不完全配對(duì)關(guān)系,不是抑制PB1基因mRNA翻譯,而是通過降解mRNA來(lái)下調(diào)PB1基因的表達(dá),從而抑制病毒在細(xì)胞中的復(fù)制。因?yàn)椴粩嘤行卵葑兞鞲胁《镜某霈F(xiàn),因此急需尋找新型的可針對(duì)多種亞型流感病毒的抗病毒藥物。近年來(lái),研究發(fā)現(xiàn)了另一種miRNA——miR3145,其能抑制H1N1、H5N1、H3N2這3種亞型的甲型流感病毒的復(fù)制,其作用機(jī)制是引起病毒PB1基因的沉默、降低基因的表達(dá),從而影響病毒的轉(zhuǎn)錄與復(fù)制[27]。但是,該研究亦發(fā)現(xiàn),miR3145在非感染或者感染病毒的人肺癌細(xì)胞A549中表達(dá)量均較低,說(shuō)明miR3145在正常的呼吸道上皮細(xì)胞或者感染病毒的細(xì)胞中不能持續(xù)表達(dá)。因此,不管是miR3145還是其他的miRNA,了解其在機(jī)體中產(chǎn)生的機(jī)制,將有助于研究和開發(fā)新型抗流感病毒藥物。

        2.2 靶向流感病毒M1基因的miRNA

        流感病毒的基質(zhì)蛋白(M)是由病毒基因組片段7編碼的,該片段可轉(zhuǎn)錄出2個(gè)mRNA,分別翻譯成M1蛋白和M2蛋白。M1蛋白是流感病毒的主要結(jié)構(gòu)蛋白之一,具有多種功能,除了維持病毒的形態(tài)結(jié)構(gòu)和完整性之外,還參與病毒轉(zhuǎn)錄復(fù)制的多個(gè)環(huán)節(jié),協(xié)助被感染細(xì)胞的細(xì)胞漿與細(xì)胞核之間的物質(zhì)運(yùn)輸,以及在子代病毒的裝配出芽過程中發(fā)揮重要作用[28]。因此,阻斷M1蛋白基因的表達(dá)可有效地抑制病毒的復(fù)制。

        Ma YJ等[29]在感染流感病毒的A549細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了miR-let-7的表達(dá)明顯上調(diào)。生物信息學(xué)研究以及熒光報(bào)告發(fā)現(xiàn),miR-let-7的靶基因是病毒M1基因,可直接靶向M1基因cRNA的3′非翻譯區(qū)(3′-UTR),抑制M1基因vRNA的合成,下調(diào)M1蛋白在細(xì)胞中的表達(dá),進(jìn)而發(fā)揮抗病毒作用。此外,Nadiminty N等[30-31]研究發(fā)現(xiàn),抑制前列腺癌細(xì)胞中miR-let-7的表達(dá)可增強(qiáng)雄激素敏感性癌細(xì)胞生長(zhǎng)的能力,即miR-let-7相當(dāng)于一個(gè)腫瘤抑制因子,可抑制前列腺癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。因此,miR-let-7在宿主細(xì)胞內(nèi)可能存在著多種生理作用,深入了解miR-let-7在宿主細(xì)胞中的作用,有助于充分挖掘其抗流感病毒的作用。

        2.3 靶向流感病毒NP基因的miRNA

        流感病毒的基因組為單股負(fù)鏈RNA,這些RNA與核蛋白(NP)、RNA聚合酶共同構(gòu)成了核糖核蛋白復(fù)合體(vRNP)。病毒感染細(xì)胞后,vRNP被釋放進(jìn)細(xì)胞質(zhì)中,隨后進(jìn)入細(xì)胞核,在核內(nèi)進(jìn)行復(fù)制與轉(zhuǎn)錄后,出核,與基質(zhì)蛋白一起組裝成子代病毒釋放到胞外。在這個(gè)過程中,NP蛋白是vRNP核運(yùn)輸?shù)臎Q定因素,因其高度保守已成為抗流感病毒藥物研究和開發(fā)的新靶點(diǎn)。

        郭振東等[32]研究發(fā)現(xiàn)了靶向流感病毒NP基因的miRNA,即miR-769-3p。該研究通過構(gòu)建NP基因螢光素酶報(bào)告基因與miR-769-3p真核表達(dá)載體,采用雙螢光素酶報(bào)告基因與Western blot法檢測(cè)miR-769-3p對(duì)NP蛋白表達(dá)的影響,發(fā)現(xiàn)miR-769-3p可靶向結(jié)合在NP基因mRNA上,抑制NP蛋白的表達(dá),從而抑制病毒的復(fù)制。盡管尚未報(bào)道m(xù)iR-769-3p抑制甲型流感病毒的作用效果與機(jī)制,但是這為研究和開發(fā)抗流感病毒的miRNA藥物提供了依據(jù)以及潛在的藥物作用靶點(diǎn)。

        Hu Y等[33]研究發(fā)現(xiàn),miR33a是流感病毒復(fù)制的抑制因子,能靶向外殼蛋白Ⅰ(COPI)復(fù)合物亞基ARCN1基因的3′-UTR,降低ARCN1基因表達(dá),抑制vRNP的活性,進(jìn)而影響病毒的復(fù)制。綜上所述,內(nèi)源性的miRNA具有直接或者間接的抗流感病毒作用。因此,從miRNA出發(fā),研究和開發(fā)新型抗流感病毒藥物將會(huì)成為抗病毒的新策略。

        3 抗流感病毒的外源性植物miRNA

        當(dāng)流感病毒感染宿主細(xì)胞時(shí),細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生miRNA來(lái)抵抗病毒的侵染,這是內(nèi)源性miRNA發(fā)揮的抗病毒作用。Zhou Z等[34]從金銀花中提取出來(lái)的miR2911能直接靶向多種甲型流感病毒,能有效抑制病毒對(duì)宿主細(xì)胞的感染。

        3.1 植物miRNA的吸收代謝途徑

        Zhou Z等[34]在闡明miR2911具有抗流感病毒的作用時(shí),亦研究了小鼠體內(nèi)miR2911的分布狀況。miR2911在金銀花煎劑中穩(wěn)定存在,小鼠連續(xù)飲用或者灌胃給予煎劑后,小鼠外周血和肺中miR2911的濃度顯著上升。由此提示,金銀花中的miR2911也許是通過消化道系統(tǒng),重新包裝進(jìn)入腸道上皮細(xì)胞的微泡,最后進(jìn)入體內(nèi)循環(huán)。而這種植物miRNA被哺乳動(dòng)物(包括人類)從食物中攝取,通過胃腸道進(jìn)入血液循環(huán)和器官,從而在動(dòng)物體內(nèi)積累的現(xiàn)象并不是首次被報(bào)道。

        Zhang L等[5]研究發(fā)現(xiàn),人的血清中積累了富含于大米中的miR168a,體內(nèi)外研究均顯示miR168a能結(jié)合表達(dá)低密度脂蛋白受體銜接蛋白1(LDLRAP1)的mRNA,抑制LDLRAP1在肝中的表達(dá),減少低密度脂蛋白在血漿中的清除,而低密度脂蛋白過量能引起動(dòng)脈粥樣硬化。Wang K等[35]也在人血漿中發(fā)現(xiàn)了大量外源miRNA,這些miRNA大多數(shù)來(lái)源于膳食植物,包括玉米、大米、大豆、番茄和葡萄。這些都表明了植物miRNA能夠在動(dòng)物體內(nèi)積累。假如植物miRNA在發(fā)揮活性時(shí)能在動(dòng)物體內(nèi)積累,從植物食品轉(zhuǎn)移到動(dòng)物,并調(diào)控動(dòng)物基因的表達(dá),即miRNA在植物界和動(dòng)物界之間可以實(shí)現(xiàn)“跨界基因調(diào)控”,是否可用此途徑來(lái)研制口服抗流感病毒新藥值得進(jìn)一步深入研究。

        3.2 miR2911的作用機(jī)制

        生物信息學(xué)的預(yù)測(cè)和熒光報(bào)告結(jié)果顯示,miR2911能靶向多種甲型流感病毒,包括H1N1、H5N1、H7N9,其靶點(diǎn)是PB2和NS1基因。體內(nèi)外研究均證實(shí),miR2911能抑制甲型流感病毒H1N1、H5N1、H7N9的復(fù)制,能抑制H1N1 PB2和NS1蛋白的表達(dá),降低病毒侵染引起的小鼠體質(zhì)量減少,從而降低感染小鼠的病死率。

        從這一研究結(jié)果來(lái)看,體外引入的miRNA具有抗流感病毒的作用,那么感染病毒之后,機(jī)體產(chǎn)生的內(nèi)源性miRNA與外源性miRNA是如何達(dá)到平衡,共同抵抗流感病毒的侵染的呢?此外,既然在機(jī)體感染流感病毒時(shí),內(nèi)源性的多個(gè)miRNA共同調(diào)節(jié)病毒基因的表達(dá),那么從食物中攝取的miRNA是否也存在著多個(gè)外源性miRNA共同發(fā)揮抗病毒作用的情況呢??jī)蓚€(gè)或者兩個(gè)以上的miRNA之間的作用是協(xié)同還是拮抗呢?這些miRNA在發(fā)揮作用時(shí)的攝取量是如何調(diào)節(jié)的呢?過多的這些miRNA是否會(huì)對(duì)機(jī)體造成損害?顯然,從miRNA出發(fā)研究新型的抗流感病毒藥物還需要解決許多問題。但是,隨著生物信息學(xué)的發(fā)展和測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步,從傳統(tǒng)中藥發(fā)現(xiàn)的miRNA將會(huì)持續(xù)快速地增加,這使得開發(fā)出類似于miR2911這種能在動(dòng)物體內(nèi)穩(wěn)定存在且積累的新型抗流感病毒藥物成為了可能。

        4 結(jié)語(yǔ)

        流感病毒引起的流行性感冒是一種傳染性強(qiáng)、傳播速度快的疾病,極易發(fā)生大范圍流行。開發(fā)出新型的抗流感病毒藥物解決病毒變異耐藥的問題成為人們最為關(guān)心的事情之一。miRNA通過結(jié)合靶基因,導(dǎo)致靶基因的降解或阻斷靶基因的轉(zhuǎn)錄,進(jìn)而特異性地影響相應(yīng)基因的表達(dá),從而在許多細(xì)胞生命歷程中發(fā)揮著重要作用,其中包括細(xì)胞增殖、凋亡、體內(nèi)平衡和腫瘤形成[36]。在宿主抵抗病毒感染過程中,細(xì)胞miRNA能調(diào)節(jié)細(xì)胞的免疫應(yīng)答,參與細(xì)胞的炎癥反應(yīng),還可直接介導(dǎo)病毒基因的表達(dá)[37]。植物miRNA只靶向病毒基因,而對(duì)人類的基因組無(wú)影響,并且一個(gè)miRNA能抑制多個(gè)基因的表達(dá),這樣的特點(diǎn)使得植物miRNA可能成為副作用小、無(wú)耐藥性的抗流感病毒藥物,且比M2離子通道抑制劑和神經(jīng)氨酸酶抑制劑更有優(yōu)勢(shì)。然而,將miRNA開發(fā)成為抗病毒藥物還存在著很多問題。流感病毒的8個(gè)單股負(fù)鏈RNA片段共編碼10種蛋白,除了文章涉及的基因之外,靶向其他病毒基因的miRNA還有待發(fā)現(xiàn)。此外,內(nèi)源性miRNA和外源性植物miRNA的產(chǎn)生與代謝機(jī)制、多種生物學(xué)功能還有待研究,內(nèi)源性miRNA和外源性植物miRNA之間是否存在著協(xié)同抵抗病毒入侵的研究未見報(bào)道,植物miRNA的功能是否受到內(nèi)源性miRNA的影響也未得知。因此,miRNA的研究還存在著許多未知的領(lǐng)域,這需要深入研究miRNA的作用機(jī)制、調(diào)控途徑以及生物學(xué)功能,為進(jìn)一步了解miRNA在病毒與宿主相互作用間所充當(dāng)?shù)慕巧约伴_發(fā)新型抗流感病毒藥物提供參考。充分開發(fā)miRNA的使用價(jià)值將有望成為基因藥物和減毒活疫苗研發(fā)的重要突破口。

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        R966

        A

        1001-0408(2017)04-0554-04

        2016-06-14

        2016-09-09)

        (編輯:余慶華)

        廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(No.2014J2200033)

        *碩士研究生。研究方向:抗病毒藥物與分子病毒學(xué)。電話:020-61648590。E-mail:levine091@163.com

        #通信作者:副教授,碩士生導(dǎo)師,博士。研究方向:抗病毒藥物與分子病毒學(xué)。電話:020-61648590。E-mail:yj528@smu.edu.cn

        DOI10.6039/j.issn.1001-0408.2017.04.34

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