陳永澤 周 宇 吳巍蕓

廣東醫(yī)科大學附屬醫(yī)院消化內科(524001)

微小RNA(miRNA)是一種長度為20～25 bp的非編碼單鏈內源性RNA，通過與靶mRNA的3’非翻譯區(qū)(UTR)結合來調節(jié)其轉錄、翻譯, 廣泛參與細胞增殖、凋亡、代謝以及分化等過程[1]。MiRNA異常表達導致多種消化系統(tǒng)疾病的發(fā)生、發(fā)展，包括結直腸癌(CRC)、原發(fā)性肝細胞癌(HCC)、食管癌、胃癌等腫瘤性疾病以及潰瘍性結腸炎(UC)、非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)、肝纖維化等非腫瘤性疾病。本文就消化系統(tǒng)疾病中miRNA異常表達調控機制的研究進展作一綜述。

一、MiRNA的生物合成和生物學功能

研究[2]表明，一部分miRNA來源于編碼蛋白基因的內含子區(qū)域，既可與宿主基因共享啟動子和調節(jié)元件，與宿主基因的表達水平一致，亦可有特定啟動子的存在，與宿主基因的表達無相關性。另有一部分miRNA來自于獨立的非編碼轉錄本，其中多數位于轉錄本的內含子區(qū)，少數位于外顯子區(qū)[3]。細胞核內編碼miRNA的基因在RNA聚合酶Ⅱ的催化下，轉錄成含有5’帽結構和3’多聚A尾結構的初始miRNA(pri-miRNA)，隨后Ⅲ類RNA酶Drosha將pri-miRNA切割成70～100個核苷酸的前體miRNA(pre-miRNA)[4]；再由輸出蛋白5輸出至細胞質中，而后pre-miRNA被另一種Ⅲ類RNA酶Dicer加工成約22個核苷酸長度的成熟雙鏈RNA[5]；接著在解旋酶的作用下，雙鏈miRNA分子被分解成為單鏈。MiRNA與Ago蛋白等組成RNA誘導沉默復合體(RISC)，通過完全互補的方式與靶mRNA的3’UTR結合并使其裂解, 或通過不完全互補的方式與靶mRNA的3’UTR結合并抑制其蛋白翻譯, 從而在轉錄或轉錄后水平調控靶基因的表達[6]。

二、MiRNA表達的調控

MiRNA表達在生物體內呈時間和空間的特異性。時間特異性是指miRNA在不同時間或發(fā)育階段的表達存在差異[7]；空間特異性指miRNA在不同細胞或組織中的表達水平不一致[8]。MiRNA異常表達會引起下游靶基因失調，導致疾病的發(fā)生、發(fā)展。故miRNA的合成和降解均受精密調控。目前認為，對miRNA的調控主要包括以下幾個方面：①表觀遺傳調控：常見DNA甲基化和組蛋白修飾，DNA甲基化能引起染色質結構、DNA構象、DNA穩(wěn)定性以及DNA與蛋白質相互作用方式的改變，從而調控基因表達[9]。如miR-125在CRC中的表達下調是由于其啟動子區(qū)甲基化所致[10]。一般情況下，組蛋白乙?；欣贒NA與組蛋白八聚體解離，核小體結構松弛，從而使各種轉錄因子和協(xié)同轉錄因子能與DNA結合位點特異性結合，激活基因轉錄，而組蛋白的去乙?；瘎t發(fā)揮相反的作用。②轉錄水平調控：miRNA基因轉錄水平的調控與普通蛋白編碼基因的調控相似，其啟動子區(qū)亦存在CpG 島、TATA盒、起始元件和組蛋白修飾等，表明轉錄因子、增強子、沉默元件和染色質修飾等可通過參與調控miRNA啟動子來發(fā)揮生物學效應[11]。Liu等[12]的研究顯示，轉錄激活因子2(ATF2)在胃癌細胞中能與miR-132的啟動子區(qū)相互作用，并促進其表達。③轉錄后調控：miRNA基因轉錄后，從pri-miRNA形成開始到最后加工成熟并組合成RISC的過程均受到調控，其機制主要有RNA編輯、miRNA微加工復合物的調控以及RNA結合蛋白對特異性miRNA的調控[13]。當RNA編輯發(fā)生在pri-miR-142和pre-miR-151上的相應位點后，可分別對Drosha和Dicer的加工處理過程產生抑制效應，從而抑制pri-miR-142和pre-miR-151的加工成熟過程[14]。④降解調控：miRNA成熟后的降解調控對維持體內miRNA的動態(tài)平衡具有重要意義，主要包括形成RNA-蛋白質復合體、順式作用的修飾以及核酸酶降解等，上述機制可互相配合，共同調控miRNA的穩(wěn)定性[15]。種系發(fā)育因子2(germ-line-development factor 2, GLD-2)是一種細胞質多聚A聚合酶，其可在成熟miR-122的3’端加入單個腺嘌呤殘基，使miR-122更穩(wěn)定，抑制其降解[16]。此外，隨著近年對長鏈非編碼RNA(lncRNA)和環(huán)狀RNA(circRNA)研究的興起，諸多研究結果表明lncRNA和circRNA可調控miRNA的表達，最常見的機制是lncRNA或circRNA作為與miRNA結合的競爭性內源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)，將miRNA與目標mRNA隔離，通過充當分子海綿來調控miRNA對靶基因的作用。Miao等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA NORAD在胃癌中可作為miR-618的ceRNA上調miR-618下游靶基因FOXO6表達，進而發(fā)揮促癌效應。He等[18]的研究結果顯示，circVRK1通過競爭結合miR-624-3p，正性調控其下游靶基因PTEN的轉錄，從而抑制食管癌的發(fā)展。

三、消化系統(tǒng)疾病中miRNA異常表達的調控

1. 消化系統(tǒng)腫瘤中miRNA異常表達的調控

①CRC：He等[19]對CRC的研究顯示，miR-214的宿主基因發(fā)動蛋白3(DNM3)啟動子區(qū)高度甲基化是導致miR-214表達沉默的原因，而轉錄因子FOXD3可與miR-214啟動子區(qū)結合，從而激活miR-214轉錄，表明miR-214在CRC中受表觀遺傳和轉錄因子的雙重調控。Li等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA H19可作為miR-194-5p的分子海綿，通過競爭性結合抑制其表達，使miR-194-5p下游靶基因FOXM1表達上調，最終促進上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)，從而參與CRC的發(fā)生和轉移。Wang等[21]的研究表明，lncRNA 34a可靶向與miR-34a啟動子區(qū)結合，并通過其側翼序列招募抗增殖蛋白2(PHB2)、DNA甲基轉移酶3A(DNMT3A)以及組蛋白去乙?；?(HDAC1)，使miR-34a啟動子區(qū)甲基化和去乙?；聊浔磉_，促進CRC的發(fā)生、發(fā)展。

②HCC：Xiao等[22]發(fā)現(xiàn)，DNMT3A能介導miR-639啟動子區(qū)CpG島高甲基化，從而下調miR-639在HCC的表達，促進腫瘤細胞遷移和侵襲。Zhou等[23]的研究顯示，lncRNA NEAT1通過直接結合并抑制miR-22-3p轉錄，從而間接激活miR-22-3p下游靶基因絲氨酸/蘇氨酸激酶2(AKT2)的表達，促進HCC發(fā)生、發(fā)展。此外，circ_0091579可與miR-490-3p的3’UTR結合抑制其轉錄，最終促進腫瘤細胞增殖[24]。

③食管癌：食管鱗狀細胞癌(ESCC)占全部食管癌的90%以上[25]。研究[26]發(fā)現(xiàn)，經去甲基化試劑5-Aza-dC處理ESCC細胞株后，miR-203a和miR-203b表達升高，上調的miR-203a和miR-203b可抑制腫瘤細胞的侵襲能力，推測在ESCC的發(fā)生過程中，作為抑癌miRNA，miR-203a和miR-203b受近端啟動子區(qū)甲基化調控而失活。Isozaki等[27]采用組蛋白去乙?；敢种苿〤HAP31處理ESCC細胞株并行miRNA陣列分析，發(fā)現(xiàn)miR-375上調最為明顯，提示miR-375在ESCC中的表達受組蛋白乙?；绊憽oumangoye等[28]的研究顯示，SRY-box轉錄因子4(SOX4)通過激活和穩(wěn)定Zeste增強子同源物2(EZH2)和HDAC3的表達，形成一個SOX4、EZH2和HDAC3的共抑制復合物，后者通過與miR-31啟動子區(qū)結合沉默miR-31表達，從而促進ESCC腫瘤細胞的生長、侵襲和遷移。Chu等[29]的研究顯示，lncRNA MNX1-AS1作為miR-34a的ceRNA，可通過調控miR-34a下游靶基因SIRT1的表達，導致ESCC的發(fā)生。

④胃癌：有研究[30]發(fā)現(xiàn)，DNMT3A在胃癌細胞中通過誘導miR-200c的CpG島啟動子甲基化，沉默miR-200c的表達。而miR-200c可直接靶向結合DNMT3A的3’UTR來抑制其轉錄，同時抑制腫瘤細胞的增殖和侵襲。miR-200c與DNMT3A形成一個反饋回路，表明miRNA可通過靶向結合DNA甲基轉移酶，從而調節(jié)基因表達的表觀遺傳調控機制。在胃炎相關胃癌中，白細胞介素-1(IL-1)可激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路的中介分子原癌基因JunD和ATF2，兩者作為轉錄因子，直接與miR-135b近端啟動子相結合，正性調控miR-135b的表達，發(fā)揮致癌作用[31]。Xu等[32]的研究發(fā)現(xiàn)，miR-214-3p可靶向抑制RUNX3的轉錄，促進胃癌細胞的增殖、侵襲和遷移，而lncRNA MT1JP通過共享miR-214-3p的反應元件，競爭性結合內源性miR-214-3p，從而上調RUNX3的表達，抑制胃癌的進展。

2. 消化系統(tǒng)非腫瘤性疾病中miRNA異常表達的調控

①UC：Qiao等[33]的研究發(fā)現(xiàn)，在UC中，lncRNA ANRIL通過分子海綿作用與miR-323b-5p競爭結合，從而上調Toll樣受體4(TLR4)的表達，激活核因子-κB(NF-κB)信號通路，促進UC的發(fā)生、發(fā)展。Law等[34]在葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導的小鼠實驗性結腸炎中發(fā)現(xiàn)，神經降壓素(neurotensin，NT)與其高親和力受體NADPH依賴性硫氧還蛋白還原酶(NTR1)偶聯(lián)后，可刺激miR-133α表達，從而激活MAPK和NF-κB信號通路，促進腸道炎癥，表明NT可通過對miR-133α的調控在UC中發(fā)揮致病作用。

②NAFLD：Liu等[35]的研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA H19作為miR-130a的ceRNA，可通過調節(jié)過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPARγ)的表達，促進脂肪變性并導致肝臟中脂質儲積。Vinciguerra等[36]的研究顯示，不飽和脂肪酸可激活哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)/NF-κB復合物，其中轉錄因子NF-κB p65可靶向與miR-21啟動子區(qū)結合上調miR-21的表達，增強其對下游靶點PTEN的抑制作用，促進肝臟脂肪變性，導致NAFLD的發(fā)生。

③肝纖維化：肝星狀細胞(HSC)激活所致的細胞外基質(ECM)蛋白沉積是肝纖維化發(fā)生的機制之一。Yu等[37]的研究發(fā)現(xiàn)，miR-9-5p可靶向抑制TGF-Smads信號通路中的關鍵分子轉化生長因子β受體1(TGFBR1)和TGFBR2轉錄，從而抑制HSC激活；而miR-9-5p在肝纖維化中受表觀遺傳的調控，其啟動子區(qū)高甲基化可沉默miR-9-5p的表達，導致HSC活化。亦有研究[38]發(fā)現(xiàn)，固醇調節(jié)元件結合轉錄因子2(SREBP2)可與miR-29的啟動子區(qū)結合正性調控miR-29的表達，賴氨酸的特異性去甲基化酶4B(KDM4B)作為SREBP2的輔助因子，可通過與SREBP2的相互作用形成KDM4B-SREBP2復合物，增強SREBP2對miR-29啟動子的激活效應，從而促進肝纖維化的進展。Fu等[39]對丙型肝炎病毒感染相關肝纖維化的研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA ATB可通過競爭結合miR-200a調節(jié)β-連環(huán)蛋白的表達，從而激活HSC。

四、結語和展望

MiRNA的異常表達在消化系統(tǒng)疾病的發(fā)生、發(fā)展中扮演著重要角色，闡明miRNA的調控機制有助于疾病的早期診斷和治療。目前對miRNA調控的研究除表觀遺傳學水平、轉錄水平、轉錄后水平和降解調控等，亦發(fā)現(xiàn)lncRNA和circRNA可通過發(fā)揮ceRNA的作用來影響miRNA表達。諸多miRNA 的失調與消化系統(tǒng)疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關，如今在消化系統(tǒng)疾病領域，已開展基于miRNA的分子靶向治療，通過miRNA的上游調控來改變病變組織或細胞的miRNA水平，從而影響其特異性靶蛋白的表達，發(fā)揮延緩疾病進展的作用。隨著對miRNA失調機制的進一步深入研究，將為消化系統(tǒng)疾病的臨床診斷、預后以及治療開拓更廣闊的思路。