微RNA在眼部疾病中的研究进展

张万红(综述)，焦慧英(审校)

(天津市泰达医院眼科，天津 300457)



微RNA在眼部疾病中的研究进展

张万红(综述)，焦慧英※(审校)

(天津市泰达医院眼科，天津 300457)

摘要：微RNA(microRNA)为生物体内内源性小分子RNA，由约22个单核苷酸的非编码单链RNA 分子构成。microRNA参加生物体内多种生物学功能，包括转录调节、能量代谢、生长发育、繁殖及相关病例生理过程。microRNA是生物(包括人)体内重要的生物调节小分子，在体内行使多种生物学功能。近年来研究显示，microRNA在眼科疾病中同样发挥重要作用。因此，随着microRNA及眼科相关疾病的研究逐步深入，micorRNA有望成为眼科相关疾病的诊断与治疗开辟新的领域。

关键词：眼部疾病；微RNA；作用机制

微RNA(microRNA)是生物体内一类特殊的RNA分子，它由长度为22个核苷酸左右的非编码单链RNA 分子构成，microRNA在动植物中参与转录后基因表达调控。大多数microRNA 以单拷贝、多拷贝或基因簇的形式存在于细胞中。研究发现，microRNA参与人类各种生命活动的调节，例如发育、病毒防御、器官形成等[1]。最近的研究发现，RNA小干扰技术在眼科领域中有较大的潜在作用[2]，现就RNA小干扰技术近年来在眼科疾病中的应用及未来应用方向进行综述。

1microRNA的发现

20世纪90年代，Lee等[3]首先对一种简单的多细胞生物——秀丽杆线虫进行研究时发现该生物体内存在一种内源性小分子单链RNA(被命名为lin-4)。lin-4 由22个核苷酸组成，本身没有开放的阅读框，因而无法编码蛋白质。但进一步的研究发现，lin-4参与秀丽杆线虫的幼虫到成虫的发育过程，其作用机制可能与其抑制核蛋白体lin-14有关[4]。大多数学者认为是因为lin-14编码的小分子RNA 3′非编码区拥有上游调控序列与lin-4存在单核苷酸互补序列，从而造成上游转录调控机制发生改变，抑制了RNA聚合酶与lin-14的结合，进而降低了其表达水平[4]。5年后相似功能的microRNA被陆续发现，包括microRNA-let-7等[5-6]。此后，随着高通量测序、生物信息学等技术的发展，大量microRNA被陆续发现。

2microRNA作用机制

自1990年有研究者[7]将产生色素的DNA置于强启动子再导入牵牛花试图加深花朵紫色，但结果未见到深紫色花朵反而变成了白色，因此该研究者首先将这种现象命名为协同抑制，这种现象的发生不仅存在于植物牵牛花中，同时在真菌中也得到了证实，但当时各国学者并未关注。后续关于秀丽干线虫的实验表明，线虫消化道中注入双链DNA可以阻断线虫同源基因表达，还可导致同源基因沉默，后来称这种现象为RNA干扰[8]，并逐渐被关注。RNA的干扰过程可以在多种生物细胞(如昆虫、线虫、植物甚至于人体)中存在，此现象说明RNA干扰并非偶然而是在生命长期进化过程中产生的防御系统。RNA干扰现象成为许多学者研究的热点，RNA干扰作用机制并未明确，但经过大量研究总结其认同的机制有如下几点。由外源导入或病毒感染等引入双链RNA，并同双链RNA特异性核酸内切酶，即DICER酶-RNaseⅢ中的特异性核酸内切酶[9](包含1个N端RNA解旋酶、1个PAZ结构域、2个 RNA酶Ⅲ结构和1个末端双链RNA)相互作用。Dicer一般作用于长度为200~500 bp 双链RNA的末端，产生21~23 nt microRNA(小干扰RNA)，每个小干扰RNA末端均有核苷，Dicer酶通过PAZ结构域同Argonaute相互作用。核酸内切酶同Argonaute相连，再同小干扰RNA结合形成多个亚单元核苷酸复合物(RNA-induced silencing complex，RISC)。RISC解旋酶使用ATP将小干扰RNA双链解开，将同源信使RNA同小干扰RNA反义链互补。RISC将信使RNA降解并使其在细胞和机体内表达水平下降，从而降低或丧失其功能。此外，microRNA还可以进行表观遗传学修饰，包括组蛋白修饰(甲基化，乙酰化等)，DNA甲基化以及基因印迹等，从而使下游相关基因功能加强或降低来调控细胞和机体的生物学行为。

3microRNA在眼科疾病中的应用

由于内源性microRNA存在众多生物学功能，因而采用腺病毒或脂质体转染试剂包装的外源性microRNA转染哺乳动物，可在动物体内发挥类似内源性microRNA的作用。该研究方法是目前microRNA研究的方向和重点[10]。同时眼是人体相对独立的组织器官，在一定情况下不受机体免疫功能的监控和影响，因而给microRNA的治疗提供了较大空间。Mysara等[11]的研究中，将小干扰RNA于玻璃体中注射，很快可在眼组织中扩散，且维持时间久，对其他组织影响小。利用RNA干扰治疗可有效沉默眼部基因，避免其他部位同种基因的“脱靶”效应，这也为眼部“基因敲除”提供有效途径。

3.1microRNA与眼科新生血管性疾病血管性疾病在眼科较为常见，也是导致患者视力发生改变的重要原因之一。有学者发现了血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)与多种眼科血管增生性疾病有关，同时进一步的研究显示，通过单克隆抗体抑制VEGF的表达或其内源性活性可以提高患者的视力水平[12]。动物研究显示，将外源性表达VEGF/小干扰RNA采用腺病毒包装后在大鼠视网膜细胞进行注射，通过免疫检测发现靶向小干扰RNA可有效减少VEGF在脉络膜的表达[13]。随后他们在观察脉络膜的破裂并诱导新生血管生成的实验中发现，应用VEGF小干扰RNA治疗眼新生血管面积显著高于荧光蛋白组，说明靶向小干扰RNA抑制VEGF可减少脉络膜血管新生。Takeuchi等[14]进行了相应的实验检测VEGF小干扰RNA在动物体内的安全性，通过检查视网膜荧光造影，观测激光光凝后的破裂脉络膜发现，VEGF小干扰RNA对视网膜电图并无影响。一次玻璃体内注射可抑制脉络膜新生血管形成，持续效果30 d以上，与对照组比较差异有统计学意义。

3.2microRNA与眼科纤维增生性疾病伤口过度修复会形成组织瘢痕纤维化，并发相关眼科疾病。研究表明，良好的滤过通道是青光眼手术的关键，纤维细胞过度增生使滤过泡瘢痕化是青光眼手术失败的重要原因，所以抑制瘢痕增生是研究重点[6]。转化生长因子β是转化生长因子的一个亚型，于伤口愈合瘢痕形成中起重要作用。Chang和Wu[15]采用靶向转化生长因子β2型受体的小干扰RNA培养的人角膜成纤维细胞，可有效抑制转化生长因子β表达和结膜下炎性细胞的沉积。

3.3microRNA与细胞凋亡性眼病神经节细胞变形凋亡是青光眼和视神经损伤后丧失视力的主要原因。Wallace和Cotter[16]将凋亡激酶活化因子1的靶向小干扰RNA注射到视神经残端观测神经节细胞的存活，结果凋亡激酶活化因子1靶向小干扰RNA促进了视网膜神经节细胞的存活，但Bax靶向小干扰RNA并未对横断的视网膜细胞数量产生影响。故可以利用凋亡激酶活化因子1基因在视网膜神经细胞凋亡过程的促进作用进行RNA干扰降低细胞凋亡。

3.4microRNA与氧化损伤性眼病氧化损伤是造成多种眼病的重要原因，如白内障、视网膜色素变性等。Yeh等[17]通过培养p66Shc靶向小干扰RNA，可抵抗因为H2O2引起的视网膜上皮细胞氧化损伤，他们通过观察视网膜电图证实了这种小干扰RNA对于视网膜具有保护作用。Nakatsugawa等[18]用RNA干扰晶状体上皮中蛋氨酸亚砜还原酶基因A的表达，发现晶状体上皮细胞容易受到氧化损伤，但过度表达蛋氨酸亚砜还原酶基因可减少氧化损伤，说明RNA干扰可作为分析基因功能的有效途径。

3.5microRNA与视网膜母细胞瘤视网膜母细胞瘤是婴幼儿时期的常见恶性肿瘤。视网膜母细胞瘤的病理发展过程中，VEGF为肿瘤的新生起重要作用。可以通过RNA干扰造成基因沉默抑制新生血管的生长，从而控制肿瘤。Jia等[19]在视网膜母细胞瘤株中观察到了小干扰RNA对VEGF具有抑制效果，再将肿瘤细胞株接种到大鼠皮下，于瘤体内注射抗VEGF的小干扰RNA发现该类瘤体内局部应用小干扰RNA可显著抑制VEGF表达，在治疗1周后，VEGF小干扰RNA的瘤体体积减少了67%，这可能成为今后基因治疗视网膜母细胞瘤的新方向。

3.6microRNA与促进视神经再生视神经是中枢神经，轴突损伤后神经节的存活或再生是近年研究重点。研究发现，视神经所处微环境中存在3种抑制因子，但它们均通过共同受体——抑制分子受体发挥抑制作用[20-22]。对成年大鼠髓鞘蛋白进行主动免疫后，被夹伤的视神经可显著再生，但构成髓鞘蛋白的有效成分难以确定[23]。但可以确定的是，目前针对抑制分子受体的单克隆抗体可中和髓鞘中的抑制蛋白作用，加速体外神经元再生，但难以在体内作用。既往的一项研究中，通过对腺病毒携带的抑制分子受体小干扰RNA进行转染后可抑制抑制分子受体表达，并促进受损视神经轴突再生[24]。

4结语

目前RNA干扰现象在人类多种慢性疾病及恶心肿瘤中发挥重要作用，microRNA在人类疾病的病因、诊断及治疗方面有广阔的应用前景。而眼部组织结构特殊，一直是作为基因治疗的理想器官。虽然目前RNA干扰技术于眼科疾病的治疗方面尚处于实验阶段，但随着RNA干扰技术的完善与发展，以及该技术在其他领域中的成功应用预示RNA干扰同样会在眼科治疗中得到更多应用[25]，并为眼科学的发展提供有力的分子生物学工具。

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致作者：

1.文章中使用缩略语、略称、代号时，在首次出现时必须加注中文并写出英文全称，如：肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF)。

2.参考文献的书写要规范(包括标点符号)，格式如下：

①期刊： 作者.文题[J].刊名，年，卷(期)：起-止页码.

②专著： 著者.书名[M].版次.出版地：出版者，出版年：起-止页码.

Research Progress on MicroRNA in Eye DiseasesZHANGWan-hong，JIAOHui-ying.(DepartmentofOphthalmology,TianjinTEDAHospital,Tianjin300457,China)

Abstract:MicroRNA(miRNA) is a kind of endogenous small RNAs in organisms,consisting of about 22 nucleotides around noncoding single-stranded RNA molecules.It has been revealed that miRNA involves in a variety of biological functions,including transcriptional regulation,energy metabolism,growth,reproduction and related cases of physiological processes.MiRNA is an important small molecule in biological organisms(including human),acting on a variety of biological functions.Recent studies have shown it also plays an important role in eye diseases.Therefore,as the study on miRNA and eye disease develops,miRNA may bring new direction for the diagnosis and treatment of eye diseases.

Key words:Eye diseases; MicroRNA; Mechanism

收稿日期：2014-06-19修回日期：2014-11-17编辑：相丹峰

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.13.020

中图分类号:R771.3

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)13-2356-03