MicroRNA相关单核苷酸多态性与眼部疾病关系的研究进展△

张沐 康丽华 管怀进

【文献综述】

MicroRNA相关单核苷酸多态性与眼部疾病关系的研究进展△

张沐 康丽华 管怀进

小分子RNA；单核苷酸多态性；圆锥角膜；葡萄膜炎；白内障

MicroRNA是一类长为18～25 nt的小分子非编码RNA，它们通过与靶mRNA的3’UTR区结合来调控基因表达。单核苷酸多态性与眼部疾病的发生发展密切相关。近年来研究发现，microRNA相关单核苷酸多态性与某些眼部疾病的发生、发展和预后有关联，这些单核苷酸多态性可发生在microRNA基因(pri-、pre-和mature-miRNA)序列中，也可发生在与靶基因mRNA的结合位点。本文就此研究进展作一简要综述。

[眼科新进展，2014，34(11)：1083-1086]

小分子RNA(microRNA，miRNA)是一类长度为18～25 nt的小分子非编

码RNA。第一个被确认的miRNA是在线虫中发现的lin-4和let-7[1]，随后多个研究小组在包括人类、果蝇、植物等多种生物物种中鉴别出数百个miRNA，它们在动植物中参与转录后基因表达调控。过去大量遗传关联研究发现一些编码基因中的单核苷酸多态性(single-nucleotide polymorphism，SNP)与眼部疾病的易感性相关，但是很少涉及到一些非编码基因如miRNA基因的遗传关联研究。近年来越来越多的研究表明，miRNA调控网络中的SNP可影响miRNA的结构、miRNA与靶基因的识别和成熟miRNA的表达水平等，从而参与眼部疾病的发生发展。本文结合最近几年关于miRNA相关的遗传变异的研究进展，对miRNA基因中的SNP与眼部疾病的易感性进行综述。

1 MiRNA的生成及作用机制

MiRNA首先在细胞核内转录成前体分子，通常为单个基因或为基因簇，再由RNA聚合酶II转录形成长为100～1000 nt的茎-环前体，称为pri-miRNA，之后被核内Rnase III酶家族成员Drosha以及双链RNA结合辅助因子DGCR8(DiGeorge syndrome critical region gene 8，DGCR8)等组成的DROSHA复合物加工成为长约70 nt的茎环结构pre-miRNA，pre-miRNA再经过Dicer酶酶切成为长20～24 nt的双链miRNA[2]，随后双螺旋解旋，其中一条与互补序列结合，形成基因诱导沉默复合体(RNA-induced silencing complex，RISC)[3]。成熟的miRNA在RISC的引导下与靶mRNA的3’端非翻译区(3’ untranslated region，3’UTR)互补配对。如果miRNA与靶mRNA完全互补，则该复合体降解mRNA；若两者序列部分互补，尤其是miRNA的5’端第2-8个被称为种子序列的核苷酸与靶mRNA完全互补，则通过抑制靶mRNA的翻译来沉默靶基因。证据表明miRNA参与了多种生物进程[4]，例如胚胎发育、细胞增殖、细胞分化及凋亡和胰岛素分泌。经生物信息学分析并预测，人类基因组中有约30%编码蛋白质的基因可受miRNA调控[5]。

2 MiRNA相关的SNP

既往针对miRNA的研究多集中于其差异性表达对靶基因及蛋白水平的影响，对其本身基因多态性及突变的研究极少。而鉴于结合位点的序列互补性及相关热力学在miRNA与其靶点相互结合中的重要性，miRNA相关的SNP等受到越来越多学者的关注[6]。SNP指的是在基因组水平上由单个核苷酸改变时发生的DNA序列多态性，即基因组内特定核苷酸位置上存在2种不同的碱基，其中最少1种在群体中的频率不小于1%。SNP在人类基因组中广泛存在，平均每500～1000个碱基对中就有一个，是人类最常见的一种可遗传变异，占所有已知多态性类型的90%以上[7]。SNP可以发生在miRNA基因的任何地方，也可以发生在靶基因mRNA的结合位点。发生在pri-miRNA和pre-miRNA上的SNP可能会影响Dotsha或Dicer酶的酶切效应，降低成熟miRNA的表达；而发生在miRNA种子区域(第2-8位核苷酸)的SNP会导致新miRNA生成或影响miRNA与靶基因结合。这些SNP能够减弱miRNA对靶基因的抑制效应，从而增加靶基因的表达。发生在miRNA靶基因mRNA结合位点上的SNP，可以减弱相应miRNA对靶基因的翻译抑制效应，增强靶基因表达，或者形成新的miRNA结合位点，从而抑制靶基因的表达。目前通过分析人类基因组的数据可以计算出在miRNA结合位点上的SNP约有 20 000 个。如PolymiRTS数据库(http：//compbio.utmem.edu/miSNP)和MirSNP数据库(http：//202.38.126.151/hmdd/mirsnp/search/)均可查询基因3’UTR的SNP。近年来的许多研究表明[8-10]，位于靶基因miRNA结合位点的一个或多个SNP位点与许多人类疾病，例如结直肠癌、精神分裂症以及白血病等疾病在流行病学上存在显著相关性。由于miRNA水平的微小改变即可对靶基因的表达产生巨大影响，并且能影响多种细胞信号通路[11]，miRNA相关基因的SNP对细胞内蛋白质翻译的调控作用极具意义[12]。

3 MiRNA相关SNP与眼部疾病的关系

MiRNA相关SNP可能与眼部某些疾病的发生、发展以及预后有密切关系。目前已有多种方法应用于检测和鉴定功能性miRNA相关SNP，并证明了在某些眼部疾病中存在，由于临床样本量的相对限制，运用病例对照研究对这些SNP生物学意义的评估还处于初始阶段。

3.1 MiRNA相关SNP与眼表疾病

3.1.1 MiRNA相关SNP与圆锥角膜 圆锥角膜是以双眼的角膜扩张、中央变薄、向前突出呈圆锥形为特征的一种眼病，临床上表现为进行性近视和不规则散光，晚期会形成严重的角膜圆锥形突起、瘢痕、甚至失明。目前学者普遍认为圆锥角膜是一种表达多样的常染色体显性遗传疾病，尽管已经在圆锥角膜的患者中发现了视觉系统同源盒基因VSX1的突变[13-14]，但他们在发病机制中的作用是存在争议的，人们对圆锥角膜背后的病理机制仍了解甚少，有证据表明其发病机制与细胞凋亡的失调有关[15]。

Hughes等[16]对北爱尔兰的一个遗传圆锥角膜家庭研究发现，该家族三代38人中共有18人患病，通过对染色体15q22-q25上已知含有突变的一段长约5.5 Mb的连锁区域进行深度测序发现，miR-184种子区域存在突变miR-184(+57 C>T)，可导致严重的家族性圆锥角膜，包括早期的前极性白内障。在眼组织中，miR-184集中表达于中央角膜的基底和基底层细胞以及晶状体上皮细胞中[17-18]，并且在这两种组织中表达最高。Bykhovskaya等[19]报道了一个起源于西班牙的五世同堂家庭，其中一名9岁男孩及他的母亲、外祖母及曾祖母都患有先天性白内障和角膜异常，对家庭成员进行的基因测序发现该男孩及他的母亲和外祖母均携带miR-184(+57 C>T)突变。miR-205是由MIR205编码的一种在上皮中广泛表达的miRNA。Yu等[20]观察到，miR-184可以通过与miR-205竞争结合到靶基因INPPL-1(也称为SHIP2)的mRNA，通过这种机制，miR-184可以抑制miR-205对靶基因INPPL-1的沉默，从而保证INPPL-1的表达，最终通过维持Akt通路和Bcl-2相关死亡启动子的磷酸化水平来调节细胞凋亡。ITGB4基因的表达产物是连接角膜上皮与基底上皮细胞层半桥粒的重要结构蛋白，Hughes等[16]通过靶点预测发现，该基因的3’UTR区存在miR-184和miR-205的重叠靶位点，通过细胞转染和免疫印迹等方法，他们认为miR-184突变后，ITGB4 功能失调导致角膜基底上皮细胞层半桥粒的功能退化是圆锥角膜可能的发病机制；同时作为一种防御机制，角膜基底细胞损伤后的快速凋亡表明[15]，INPPL-1对细胞凋亡的调控在圆锥角膜及白内障的发生发展过程中起到至关重要的作用。Lechner等[21]通过对780例圆锥角膜患者的miR-184前体序列进行测序，在2例互无关联的受检者中发现新的杂合替代突变：miR-184(+8C>A)和miR-184(+3A>G)；通过建立计算机模型进行自由能分析，这些突变会改变miR-184茎环的稳定性和二级结构；离体miR-184的表达分析表明miR-184(+8C>A)几乎可以完全抑制miR-184的表达，miR-184(+3A>G)则可以降低约40%的miR-184表达；但对位于pre-miR-184上的SNP位点rs41280052进行的基因分型检测却显示该位点与圆锥角膜的发病无关。miR-184的靶基因及调节通路的鉴定也许可以解释在这2例患者的miR-184突变中观察到的表型谱，但更重要的是能够帮助确定新的圆锥角膜易感基因，从而提供新的基因治疗靶点。

3.1.2 MiRNA相关SNP与EDICT综合征 EDICT综合征是一种常染色体显性遗传病，以眼前节发育不全为其显著特征，表现为内皮营养不良、虹膜发育不全、先天性白内障以及角膜基质变薄。

已有研究表明[22]，EDICT综合征的基因座定位与圆锥角膜重叠，提示了这两种疾病可能存在共同的致病突变。Iliff等[23]对来自一个EDICT综合征家庭的成员进行基因测序，发现miR-184上存在着单个碱基置换(+57C>T)，这与Hughes等[16]在北爱尔兰的圆锥角膜家庭中的发现一致。Iliff等[23]进一步通过软件计算自由能发现，该突变可以改变pre-miR-184的稳定性。这种碱基置换可能通过干扰Dicer酶的结合或裂解来降低miR-184的表达，或者通过阻止与RISC的配对来减少miR-184的活性，也可能通过改变Dicer酶在pre-miR-184上的酶切位点从而产生一个完全不同的成熟miRNA，这都为EDICT综合征的发病机制提供了可能的研究前景。

3.2 MiRNA相关SNP与葡萄膜炎

3.2.1 MiRNA相关SNP与Behcet病、Vogt-小柳-原田综合征和伴有葡萄膜炎的强直性脊柱炎 葡萄膜炎是世界范围内主要的致盲原因之一，多发于青壮年，常合并系统性全身免疫病，可引起严重的并发症甚至视力丧失。有文献报道，在三级转诊葡萄膜炎专科就诊的葡萄膜炎患者中接近半数伴发系统性炎症性疾病[24]。Behcet病、Vogt-小柳-原田综合征(Vogt-Koyanagi-Harada syndrome，VKH)和强直性脊柱炎是我国常见的三种可并发葡萄膜炎的全身性炎性疾病。Behcet病是一种累及眼、皮肤、口腔和生殖系统等多系统的慢性炎症性疾病，多发生于远东、中东和地中海沿岸，是我国葡萄膜炎常见类型之一。VKH是一种以双侧肉芽肿性全葡萄膜炎为特征的自身免疫性疾病，伴有白发、脱发、白癜风和中枢神经系统症状。强直性脊柱炎是一种以骶髂关节和脊柱的慢性进行性关节炎为特征的炎症性关节炎，约25%患者可伴发前葡萄膜炎。

Hu等[25]采用生物信息预测的方法，鉴定出4个位于pre-miRNA区域的常见SNPs(最小等位基因频率>5%)：miR-146a/rs2910164、miR-149/rs2292832、miR-196a2/rs11614913和miR-499/rs3746444。Zhou等[26]在中国汉族人群中收集了809例Behcet病患者、613例VKH患者和1132例正常对照者的外周血，以miR-146a及其调控分子ETS-1(V-Ets oncogene homologue 1)为切入点，选取ETS-1基因3’UTR区与miR-146a结合区域的2个SNP位点(rs1128334和rs10893872)以及位于pre-miR-146a上的3个SNP位点(rs2910164、rs57095329和rs6864584)进行基因分型，发现在Behcet病患者人群中rs2910164位点的CC基因型和C等位基因较正常人群有着显著的低表达，而GC基因型较正常人群则有显著的高表达，其他4个位点与Behcet病没有相关性。此外，这5个SNP位点的所有基因型和等位基因频率在VKH患者与正常人群间均没有统计学差异。通过进一步研究他们还发现，rs2910164位点GG基因型的正常人外周血单核细胞miR-146a的表达显著高于另外两种基因型，并且该位点CC基因型的正常人外周血单核细胞分泌的炎症性因子IL-17和IL-1β的水平要显著低于另外两种基因型。这些结果表明rs2910164位点与Behcet病有显著的相关性，这个位点不仅可以影响miR-146a基因的表达水平，同时也能影响促炎症因子的生成。在此基础上，Qi等[27]采用病例对照关联分析研究，证实了pre-miRNA-196a2上的SNP位点rs11614913与Behcet病发病风险存在显著相关性，同时该位点还与Behcet病主要临床表现之一的关节炎呈现显著关联，而与VKH及伴有葡萄膜炎的强直性脊柱炎无明显相关性；此外，rs11614913位点不同基因型能影响miR-196a及其靶基因Bach1的表达，并能调控IL-1β、MCP-1等促炎细胞因子的产生，这也为Behcet病发病机制的研究提供了新的线索。

3.2.2 MiRNA相关SNP与Fuchs综合征 Fuchs综合征(Fuchs Syndrome，FUS)是一种慢性炎症性眼病，通常表现为单侧的葡萄膜炎与KP，以及不同程度的虹膜脱失或异色，常发生于青壮年，并且易并发青光眼和白内障[28]。虽然FUS的病因尚未明确，有研究表明，一些病毒感染和遗传危险因素可能与其发病有关[29]。病毒感染最初被包括Toll样受体在内的模式识别受体识别，并且能够上调或下调miRNA在宿主细胞中的表达[30]。

Zhou等[26]对ETS-1基因3’UTR区miR-146a结合位点的2个SNP(rs1128334和rs10893872)以及位于pre-miR-146a上的1个SNP(rs2910164)，分别在219例FUS患者及612例正常人群中的等位基因频率进行了研究，遗憾的是并未发现这3个多态性位点与FUS在中国汉族人群中的易感性有何关联。由于该研究具有种族和样本量等方面的局限性，并不能排除其他miRNA结合位点的SNP与FUS的相关性。

4 展望

MiRNA在眼部疾病的发生发展及预后治疗中发挥着重要作用，迄今为止已有上百种miRNA在眼部组织中被发现，并且已发现多种miRNA与其他眼部疾病如年龄相关性黄斑变性、年龄相关性白内障等的发病存在显著联系，而其多基因多通路参与特征使得这方面的研究极具意义。随着生物学技术发展，miRNA相关SNP的发现进一步补充和丰富了miRNA参与眼部疾病的分子生物学和遗传学机制，因此有可能以这些miRNA为靶点来设计特定的药物，并可能作为眼部疾病早期诊断的分子标志物。目前相关研究尚处于起始阶段，除需继续寻找与眼部疾病miRNA相关的SNP外，原已发现的SNP的具体功能及临床意义也有待于进一步研究。

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date：Mar 25，2014

Accepted date：May 26，2014Foundation item：National Natural Science Foundation of China(No：81270987，81470616)From theDepartmentofOphthalmology，AffiliatedHospitalofNantongUniversity，Nantong226001，JiangsuProvince，China

Responsible author：GUAN Huai-Jin，E-mail：guanhjeye@126.com

Recent advances in relationship between microRNA-related SNPs and ocular diseases

ZHANG Mu，KANG Li-Hua，GUAN Huai-Jin

microRNA；single nucleotide polymorphism；keratoconus；uveitis；cataract

MicroRNA is a class of about non-coding micro molecule RNA with 18-25 nucleotides long.They can regulate gene expression through binding to 3’UTR region of target mRNA.Single nucleotide polymorphisms(SNP) plays an important role in the development of eye diseases.The recent research indicates that microRNA-correlated SNP is related to the occurrence，development and prognosis of some eye diseases.These SNP may occur not only in the sequence of microRNA gene(pri-，pre- and mature-miRNA)，but also in the binding sites of the target mRNA.This article reviews these progress.

张沐，康丽华，管怀进.MicroRNA相关单核苷酸多态性与眼部疾病关系的研究进展[J].眼科新进展，2014，34(11)：1083-1086.

10.13389/j.cnki.rao.2014.0301

张沐，女，1989年1月出生，江苏南通人，在读硕士研究生。联系电话：15851210012；E-mail：zhangmu5585766@163.com

About ZHANG Mu：Female，born in January，1989.Postgraduate student.Tel：15851210012；E-mail：zhangmu5585766@163.com

2014-03-25

国家自然科学基金资助(编号：81270987、81470616)

226001 江苏省南通市，南通大学附属医院眼科

管怀进，E-mail：guanhjeye@126.com

修回日期：2014-05-26

本文编辑：付中静

[Rec Adv Ophthalmol，2014，34(11)：1083-1086]