MicroRNA183家族与听力损失

张志远 刘凯△ 综述 张剑 审校

MicroRNA183家族与听力损失

张志远1刘凯1△综述 张剑1审校

microRNA（miRNA）183家族由3个同源miRNA组成（miR-183，miR-96和miR-182），长约4 kb，在眼、鼻及内耳的特定感觉细胞中有充分的表达，对内耳的发展过程有着重要的影响［1，2］。因此，miRNA183家族在听觉及听力损失中的作用开始被关注，有观点认为其成员特定区域的突变可能为听力损失的重要因素之一［3］，但仍存在争议。本文拟通过对miRNA183家族成员与听力损失之间的关系进行综述，期望为听力损失的早期预防和诊治开辟新的途径提供参考。

1 miRNA的概述

miRNA是1993年在研究线虫突变体时发现的一类长约21～25个核苷酸的小分子非编码RNA，广泛存在于哺乳动物基因组中，具有高度的保守性［4］。在人和大鼠，约一半miRNA基因存在于内含子中，并与已知的蛋白编码基因一起表达。约三分之一与其他的miRNA基因串联在一起，显示一种协调性的表达［5］。miRNA是一类非常重要的转录后调控因子，研究发现，为数不多的miRNA可以决定约30%的蛋白编码基因的表达，同时miRNA与恶性肿瘤、心血管疾病以及正常的细胞增殖、分化、凋亡、应激、脂肪代谢、生长发育等密切相关［6］。miR-183家族很可能是多顺反子基因，在脊椎动物的单个基因座上共表达［7］。

2 miRNA183家族在内耳毛细胞中的表达

Lagos-Quintana等［8］应用克隆和排序的方法研究miRNA的表达发现，在不同的细胞类型与组织中存在大量独特的miRNA，而且许多是有区别的表达。miRNA在生物的发展过程中起着重要作用，包括脊椎动物的发展以及各种组织类型的细胞系分化过程。在脊椎动物中，miRNA以一种高组织特异性的方式表达，miR-183家族成员表达在不同器官的感觉细胞中，包括斑马鱼的嗅觉上皮组织、眼、耳和神经丘，小鼠的感觉神经以及眼、耳的感觉细胞［9］。

Wienholds等［9］研究发现，在斑马鱼的机械感觉器官中有一定的miRNA表达，miR-183家族在斑马鱼的内耳毛细胞以及神经丘上表达，并认为miRNA的表达有细胞特异性，可能对脊椎动物的内耳发育起着重要作用。Weston等［10］研究发现，在已知的miRNA中，约三分之一在大鼠的内耳表达，而且这种表达贯穿了从出生到成熟的整个过程，miRNA在内耳毛细胞中表达相当稳定，提示其在细胞发育和分化的胚胎期就已经存在。该实验也证实并补充了Wienholds等的研究结果，认为miR-183家族在整个哺乳类动物的听觉和前庭器官的毛细胞中广泛表达。miRNA在斑马鱼和哺乳动物的机械感觉毛细胞中表达的进化保守性，提示在不同生物体中其功能也具有同样的保守性。正是因为这些miRNA序列的高度保守性，使得其在内耳毛细胞等功能感觉细胞的发育过程中发挥重要作用［11］。

Sacheli等［12］应用LNA探针详细研究从胚胎到成熟期的小鼠内耳中miR-183家族成员的表达，发现在耳蜗结构成形和分化的顶峰期，miR-183家族成员呈现了一种受限并动态的表达，证实并补充了Weston等的研究结果，认为miR-183家族具有感觉组织特异性。更重要的是，其不同时间与空间的表达与内耳的功能成熟相关，起初在整个上皮细胞中都有表达，随后在前庭和听觉器官的高分化毛细胞中其表达受到限制。miRNA在多细胞生物中的表达呈现出时空及组织细胞特异性，其参与了组织的形态发生和细胞的分化［8］。因此，研究者认为miR-183家族成员的表达在管理前庭和内耳听觉部分的细胞分化和规范方面起到了重要作用。

3 miRNA183家族对内耳发育的影响

尽管有上百种miRNA存在于斑马鱼和其他的脊椎动物的胚胎中，但目前对个别miRNA在发育过程中所起的作用仍不甚了解。Li等［2］通过研究斑马鱼胚胎发育，证实miR-183家族成员在内耳毛细胞和神经元的发育过程中起到了重要的作用，认为在排除转录因子（例如Atoh1）和Delta-Notch信号破坏等因素后，miRNA的错误表达能产生过多的毛细胞；而在miRNA沉默基因的过度表达时，会引起毛细胞数量明显减少。该研究结果显示了miRNA在确保感觉上皮细胞发育过程中，特别是对调节感觉细胞精确数量的必要性。因此，对毛细胞而言，miRNA的功能是调节靶基因的精确水平。

在斑马鱼的内耳中有神经细胞和毛细胞，研究发现［2］，两种细胞分化后表达的miR-183家族成员水平不同，神经细胞miR-183的表达水平低于毛细胞，而且在miRNA的超表达过程中呈现一种消极的影响，然而毛细胞在相同处理下体现了积极的影响，提示miRNA的许多靶向转录产物在初始的毛细胞中受抑制，但又可能是必需的。迄今为止，对于神经源性基因（包括特定的听平衡神经节神经元），在其转录产物上没有预测到miR-183家族成员的结合位点［2］。因为miRNA的功能是通过抑制其靶基因在转录后的水平来发挥作用，所以miRNA和靶基因是起决定性的作用。研究证实［2］，miR-183家族靶基因在其基因突变体中仍表达稳定，尽管如此，突变引起的功能丧失提示在毛细胞和神经细胞，三种miRNA的功能有重叠，它们可能至少拥有一些共同的靶基因。这也支持过量的miR-182能够部分缓和由miR-96基因沉默而引起的毛细胞缺失这一结果。另外，个别miR-183家族成员的超表达结果也显示了其在增加毛细胞数量和前感觉细胞形态大小上的不同能力，同时也暗示它们各自也结合了一些独特的靶基因［2］。Xu等［13］通过应用生物信息学为基础的靶基因预测也支持以上结论。靶基因的发现揭示了miR-183家族成员形态紊乱的潜在分子基础。

目前关于miR-183家族成员如何影响毛细胞的命运尚不清楚，可能是通过间接刺激毛细胞基因或抑制支持细胞基因，也可能是通过下调增殖所需蛋白质的转录过程等方式来起作用的［2］。哺乳动物内耳毛细胞的再生仍是一个很大的难题，鸟类和鱼的毛细胞是可以再生的［14］。尽管有研究者将Atoh1基因在体外可以成功地诱导生后大鼠和豚鼠的内耳毛细胞异位发育，但是许多毛细胞仍是不成熟的或者仍有形态学的缺陷［15］。因此，一个源于潜在支持细胞的毛细胞要想完整再生需要正反两面的细胞分化调控者，可能包括miRNA。miR-183家族在毛细胞上的大量表达与miRNA能诱导额外毛细胞的能力相符，同时也支持该家族在促使毛细胞再生方面潜在的治疗作用。此作用可能是通过促进毛细胞基因的表达或者抑制原始感觉和支持细胞基因来实现的［2］。在内耳毛细胞的发育、分化等过程中，单个miRNA的功能和机制一旦明确必定会加速人们对其作用途径和因子的了解，而且为miRNA参与基因治疗提供了设想，例如在干细胞向毛细胞再生的过程中影响细胞特性或细胞分化［16］。

4 miRNA183家族在听力损失中的作用

Friedman等［1］通过阻碍小鼠内耳miRNA的功能发现内耳毛细胞中的miRNA具有调节听觉功能的作用，这些miRNA一旦出现异常就会导致耳聋，表明miRNA相当于内耳毛细胞正常发育、存活的调节器，任何原因引起miRNA异常都可造成渐进性听力损失。

单核苷酸多态性（SNP）即在基因组上单个核苷酸的变异会引起DNA序列多态性，在人类基因组中大概每1 000个碱基就有一个SNP。有研究发现，编码合成人类miRNA的基因及miRNA的靶基因结合序列内也存在SNP，并通过影响miRNA的合成和成熟，导致新的miRNA形成以及影响靶序列识别，从而影响相关疾病的易感性［17］。Mencia等［3］发现miR-96种子区域SNP与家族遗传性听力损失密切相关；在研究两个常染色体显性遗传导致的进行性非综合征型听力损失（NSHL）的西班牙家族时发现，在miR-96种子区域有两处突变（+ 13G＞A和+14C＞A）影响了脊椎动物（从鱼到人）中呈完全保守性的核苷酸，同时也将突变引起的听力损失与其他原因引起的听力下降相区别。在He-La和NIH-3T3细胞中，通过分析这些突变对miR -96的加工及靶基因识别等的影响，显示这两处突变导致了成熟miRNA水平降低并隐藏了基因沉默的能力。Lewis等［18］在建立小鼠耳聋模型对该SNP位点进行了功能验证，进一步阐明了miR-96种子区域SNP在遗传性聋中的作用。

近期有研究发现了与Mencia等不同的结果，Hildebrand等［19］对150个有常染色体显性NSHL的美国家庭进行了重复性的研究，未发现miR-96种子区域的突变存在，因此认为miRNA的突变并不是耳聋的常见原因。Soldà等［20］通过对大量意大利人群的筛选，确认在miR-96基因中存在一个异常的可引起NSHL的突变（+57T＞C），与以前所报道的突变不同的是，此突变并未影响到miR-96的种子区域，但却改变了miR-96的同伴基因（miR -96*）的序列；而且，此研究证实该突变通过改变前体miRNA（pre-miRNA）的二级结构来损害成熟miR-96的产物，同时间接影响miR-96目的基因的正常调节，结果提示，miR-96的一个定量缺陷足以引起听力下降［20］。

最近有学者在新生及成熟的动物内耳中发现了毛细胞的原始细胞，即干细胞［21，22］，通过促进原始细胞向毛细胞分化将有助于恢复听觉功能［23］。当前学者们认为许多感觉上皮细胞是从相同的祖细胞发展而来，祖细胞经历了一系列起始到成熟的过程，最后成为功能性的毛细胞。通过对候补基因的敲入敲除实验，在起始或早期的耳基板和听泡上发现了少量的分泌蛋白，例如骨形成蛋白4（BMP4）、T-box1（Tbx1）和Notch1［24］。通过在斑马鱼中抑制或超表达miR-183家族成员，Li等［2］发现miR-182的超表达扩大了听平衡神经节听觉区域的缺陷，同时miR-96扰乱了前感觉及听平衡神经节的结构。miR-183家族的成员同时沉默将引起半规管和内耳的缺陷。Wang等［25］通过培养胚胎小鼠的内耳干细胞发现，在内耳干细胞向毛细胞样胞体分化过程中有miR-182的表达，异位的miR-182能促使内耳干细胞向毛细胞样胞体分化。其功能可能与公认的目的基因T-box1相关，提示miR-182和T-box1能促使内耳干细胞分化成毛细胞。因此，这可能是解决毛细胞缺失造成听觉障碍的一条新途径。

miRNA在生物发育过程中的作用已被广泛研究，许多高保守性的miRNA在特定的细胞、器官和生物过程（包括疾病）中的作用也得到了充分的认识。miR-183家族在内耳发育中有重要的调控作用，与听力损失也有密切的关系，因此，miR-183家族与听力损失的相关性将成为未来的研究热点之一，尤其是在促使毛细胞再生领域及听力提高等方面，有望探索基因治疗方法。

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（2012-10-12收稿）

（本文编辑 周涛）

10.3969／j.issn.1006-7299.2013.04.031

时间：2013-5-9 13：58

R764.43

A

1006-7299（2013）04-0425-03

1 南昌大学第一附属医院耳鼻咽喉头颈外科（南昌 330006）通讯作者：张剑（Email：zhangjian115123＠126.com）

△ 为并列第一作者

网络出版地址：http：／／www.cnki.net／kcms／detail／42.1391.R.20130509.1358.007.html