MicroRNAs及其在NF-κB通路中的作用

·综述·

MicroRNAs及其在NF-κB通路中的作用

蒋艾豆，龚国清

(中国药科大学药理学研究室，江苏 南京 211198)

摘要：MicroRNAs是一类18～25个核苷酸组成的非编码的小分子RNA，许多研究都得出了一个共同的观点，miRNAs在肿瘤及炎症的发生和发展进程中都起到了很大的作用，且都是通过NF-κB来调控的。因此，很多研究学者都在研究miRNAs和它们在NF-κB信号级联通路中的靶基因以及对肿瘤恶性发展的关键调控点。本文就microRNAs及其在NF-κB通路中的作用的最新研究结果做一个综述。

关键词：MicroRNAs；NF-κB；炎症；肿瘤

基金项目：国家自然科学基金(No.81373415)

作者简介：蒋艾豆，女，研究方向：创新化合物抗炎作用及机理，E-mail:jiangaidoudou@sina.com

通讯作者:龚国清，男，博士研究生，副教授，研究方向:生化药理，Tel:13951637796,E-mail:gonggq@hotmail.com

中图分类号：R730.231文献标识码：A

MicroRNAs and its action in NF-κB signaling

JIANGAi-Dou,GONGGuo-Qing

(DepartmentofPharmacology,ChinaPharmaceuticalUniversity,Nanjing211198,China)

Abstract：MicroRNAs (miRNAs) are a class of short (18～25 nucleotides in length),no-coding,single-stranded RNAs that regulate gene expression.Numerous investigations have supported the role of miRNAs in the initiation and progression of human cancer,as well as in inflammation,which are also known to be regulated by NF-κB.This article summarized the latest research results on the action in NF-κB signaling.

Key words:MicroRNAs；NF-κb；Inflammation；Tumor

MicroRNA(miRNA)是一类由多细胞动物或植物基因组的前体mRNA内含子、mRNA独立转录单位或mRNA基因族编码的长约22个核苷酸的进化保守的内源性非编码单链RNA小分子。近年来microRNA一直是药学、生物学研究的热点。

1MicroRNAs的发现

MicroRNAs是1993年Lee等[1]对秀丽新小杆线虫(Caenorhabditis elegans)进行突变体遗传分析时发现，被命名为Lin-4。研究证实Lin-4RNA主要是通过与基因的3′端非编码区域特异性结合从而降低了Lin-14蛋白的表达水平，但对mRNA水平影响不显著。Reinahart等[2]发现另一个类似的转录后具有调节功能的小分子RNA：Let-7，它能调控线虫从幼虫到成虫的转变。随后Let-7的同源物在人类中被发现，其同样与靶目标mRNA的3′UTR结合引起靶目标mRNA的翻译抑制和降解。目前研究证实miRNAs基因在整个生物进化进程中都存在且具有进化保守性，足以展示出miRNA在机体生命活动中发挥着必不可少调节作用。为此科学家们将这一类内源性变大的、序列长度约18～25个核苷酸并且不编码蛋白质的单链小RNA命名为miRNAs[3]，由此引发了miRNAs的研究热潮。

2MicroRNAs的合成与作用机制

MicroRNAs对于靶基因的调节作用机制很特别，并非一对一的作用方式，而是采用一对多的作用方式，也就是说一个miRNAs分子可以同时作用于多个靶基因，并且一个基因可被多种miRNAs分子调节，足以说明miRNA的调节模式为组合模式。目前已被证明在转录后水平上调控基因表达[4]，miRNAs具有细胞和肿瘤的特异表达性。他们调控很多生物进程，包括细胞增值扩散、分化、发展、代谢、凋亡，分泌和细菌感染[5～7]。它们表达水平的异常和人类疾病息息相关，如肿瘤，糖尿病，神经系统紊乱，心血管疾病，哮喘和自身免疫性疾病[8,9]。

对于多数真核生物来说，miRNA首先在细胞核、细胞质中被转录成为略长的初始片段(pri-miRNAs)，随后经过一系列过程形成成熟miRNA，其大体过程共分3步：首先在细胞核中miRNA基因生成原始的转录片段，即pri-miRNAs；之后经RNA内切酶Ⅲ Drosha以DGCR8 (DiGeorge critical region-8)结合蛋白加工形成含有60～70个核苷酸的茎-环状结构的前体microRNA (pre-microRNA)复合物，该复合物在5′末端具有磷酸基，3′末端具有2个碱基突出[10]；然后转运蛋白Exportin 5 (为Ran-GTP依赖的细胞质转运蛋白)通过识别pre-microRNA的3′末端的二碱基突出信号而与pre-microRNA结合，依赖Ran-GTP将pre-microRNA输出到细胞质[11,12]。从细胞核内输出的pre-microRNA在Dicer酶的作用下，被剪切成21～25个核苷酸长度的双链microRNA分子[13]，随后在RNA解旋酶的作用下使双螺旋解旋，互补链被降解，另一条被PPD (PAZ and Piwi domain)蛋白家族识别，形成RNA-蛋白质复合体即microRNA核蛋白体(microRNP)，进而形成成熟的microRNA[14]。

成熟的miRNAs与miRNAs互补的序列相互结合完成双螺旋解旋[15]，其中一条结合到经RNA诱导的基因沉默复合物(RNA-induced silencing complex,RISC)中，继而形成了非对称的RISC复合物。非对称的RISC复合物结合到目标靶的mRNA位点上，该复合物中的单链miRNAs与目标靶的mRNA 3′UTR产生不完全互补配对，致使基因翻译过程中被阻止[16]。miRNA调控基因表达，具有细胞、组织特异性，高度保守性和表达时序性等显著特征。据推测，miRNA调节着人类三分之一的基因，参与机体诸多生理病理过程[17]。

3MicroRNAs在NF-κB信号通路中的作用

NF-κB的转录因子家族包括Rel(p65)，RelB，c-Rel，p50/p105(NF-κB1)，或者p52/p100(NF-κB2)[18]。参与免疫反应的早期、炎症反应各阶段及肿瘤的发生、发展过程中的许多分子都受NF-κB的调控。应答信号时，激活IκB激酶(IKK)复合体能使IkB磷酸化，随后使其降解，这样IκB就能与NF-κB(它含核定位信号)脱离，NF-κB随之入核与靶标结合，包括促存活基因和编码促炎因子、趋化因子、白细胞粘附分子的基因[19]。

许多研究表明，miRNAs在NF-κB介导的肿瘤及炎症的发生和发展进程中都起到了很大的作用[20]。因此，很多研究学者都在寻找miRNAs在NF-κB信号通路中对炎症及肿瘤恶性发展的关键靶点。下文将围绕NF-κB信号通路中关键的miRNAs做一个阐述。

3.1miR-146miR-146是第一个发现对免疫系统有调控作用的microRNA。Taganov等[21]将人的THP-1细胞暴露在脂多糖(LPS)下，miR-146a和miR-146b都有很快速的表达增加。进一步研究表明miR-146a/b是通过TLR介导的且是NF-κB依赖的。更重要的是，TLR/NF-κB通路中两个关键的分子，TRAF6和IRAK1，被认定为miR-146的直接靶点。这是一个负反馈通路，NF-κB的激活能上调miR-146的基因表达，上调的miR-146能进一步下调IRAK1和TRAF6来降低NF-κB的活性。后面的许多实验也证明了NF-κB和miR-146的关联，如在人乳腺癌[22]、胰腺癌[23]中等。Bhaumik等[22]研究直接表明miR-146是NF-κB的负调控者，IκBα的磷酸化作用在丝氨酸32位上，这个位点在它降解中也很关键，在表达miR-146的细胞中能减少IκBα约40%的正常表达量。Perry等[24]表明在人的肺泡上皮肿瘤A549细胞中，IL-1β能引起miR-146a的表达增加，降低IL-8和趋化因子。IL-8和趋化因子是被NF-κB的激活调控的，为激活自身免疫应答后的负反馈调控炎症反应进一步提供了证据。

3.2miR-155miR-155在人类B淋巴癌细胞中大量表达，表明这个miRNA可能与淋巴癌的病因有很大关系[25]。大量最近的研究表明miR-155能上调NF-κB。Wang等[26]发现miR-155和NF-κB在胆碱缺失和氨基酸缺失引发的肝癌早期中表达均上升。Xiao等[27]表明miR-155在幽门螺旋杆菌的感染中表达上升，同时也激活了NF-κB。Bala等[28]在酒精性肝脏疾病的小鼠模型中，检测到巨噬细胞中的miR-155受NF-κB的激活而表达增加，升高的miR-155又会使得TNF-α产生增加。Costinean等[29]在B细胞过表达miR-155的转基因小鼠上研究，IKKβ的转录水平与野生型小鼠相比下降了。因此推测，miR-155可能调控了IKKβ，限制了NF-κB的激活，形成了一个负反馈调控回路。

3.3miR-181bIliopoulos等[30]最近研究表明，miR-181b-1在人乳腺上皮MCF-10A细胞中连接炎症和控制细胞转化的后生开关正反馈回路中起关键作用。在结肠癌、前列腺癌、肝癌及MCF-10A细胞中，miR-181b-1和CYLD都有密切联系。CYLD是肿瘤抑制剂，是一种能负调节NF-κB的去泛素化酶[31]。miR-181b-1是受STAT3激活转录的，介导了一个正反馈：STAT3通过和miR-181b-1的启动子序列结合来增加它的转录，同时抑制了CYLD的生成，从而导致NF-κB的激活，IL-6生成增加，进一步导致STAT3磷酸化。miR-181b在正反馈回路中(NF-κB-IL-6-STAT3-miR-181b-CYLD-NF-κB)中间接调控，参与独家后生成的促细胞转化的回路中。

3.4miR-21与miR-181b-1不同，miR-21的作用已经被清楚阐明，除了它在肿瘤中无处不在的存在之外，许多它的潜在的靶点也被确认了[32]。Sheedy等[33]研究表明miR-21能增加NF-κB的活性。LPS刺激细胞后，miR-21的表达增加能减弱TLR4信号通路的促炎作用，下调NF-κB的活性。抑制miR-21能下调被LPS刺激的PDCD4(凋亡相关蛋白4抗体)的表达，同时能增加NF-κB的活性，促炎因子IL-6，降低抗炎因子IL-10的表达[34]。Marquez等[35]明确了在肝脏再生的初级阶段，miR-21上调，导致pellino下调。pellino是NF-κB的激活剂，表明，miR-21是NF-κB的抑制剂。

3.5miR-301amiR-301a是一种新近被鉴定的通过激活NF-κB的微小RNA。通过NF-κB依赖的报告筛选方法，miR-301a从数百种人类微小RNA小基因中脱颖而出，成为最有效的NF-κB激活催化剂。Lu等[36]研究表明miR-301a下调NF-κB的抑制因子NKRF并提升NF-κB的活性。miR-301a通过抑制NKRF来提高NF-κB的活性，同时，NF-κB的激活能促进miR-301a的转录，这是一个典型的正反馈调节。在胰腺癌细胞中抑制miR-301a或者上调NKRF能减少NF-κB的基因表达，减弱异种移植瘤的生长，表明过表达的miR-301a能激发NF-κB的活性。

3.6miR-143Zhang等[37]表明miR-143仍是靶向NF-κB，它能提高肝癌细胞的入侵和转移。Borralho等[38]进一步研究，过表达的miR-143降低细胞活性，能增加暴露在5-氟尿嘧啶下的结肠癌细胞的死亡，同时也影响NF-κB的表达。

近年来，越来越多跟NF-κB相关的miRNAs不断被发现，调控着NF-κB、IκB以及IKK蛋白的基因编码。miR-9就是另一种由LPS激活的通过MyD88和NF-κB来调控的微小RNA。Bazzoni等[39]发现miR-9能由促炎细胞因子IL-1β和TNF-α调控，但不受IFN-γ调控。Chen等[40]研究表明miR-199a在卵巢癌细胞中通过抑制IKKβ的表达来减弱NF-κB的活性。Lindenblatt等[41]报道miR-124a是第一个被发现通过靶向IκB家族蛋白中IκBζ的miRNA，尽管它的生物调控作用的重要性还没研究清楚。Mott等[42]发现miR-29b在胆管细胞和胆管癌细胞中能抑制NF-κB。Huang等[43]发现miR-10a是一个新型的能调控胚胎干细胞分化平滑肌细胞的miRNA。在单核巨噬细胞分化时miR-223、miR-15和miR-16都靶向IKKα，降低这些miRNAs的表达能阻止巨噬细胞的超活化[44]。其他调控NF-κB的miRNAs包括miR-125b-1、miR-30b、miR-130a、miR-17～miR-92，它们同时能抵抗上皮细胞的感染[45]。

4结论

miRNAs靶向了很多基因，例如编码NF-κB、IκB、IKK等的基因，以及在NF-κB信号网中参与正反馈、负反馈调节回路的效应蛋白。但是对于异常调节的miRNAs(不是伴随NF-κB的活化)是否促进肿瘤的发展和进程仍然值得深入研究。尽管如此，miRNAs仍然被很多对miRNAs敏感的肿瘤细胞当做潜在靶标。

我们满怀期待地看到新的miRNA抑制剂的发展，例如胆固醇耦合物[46]、锁定核酸(LNAs)[47]和发现异常调节或者突变NF-κB信号通路的效应蛋白能为巨大数量的基于miRNA的治疗方案转化为有效的、有市场的临床解决手段铺路。有研究提出，疾病中miRNAs表达谱的变化具有特征性，通过测定miRNAs表达谱可以从分子层面诊断疾病，某些miRNAs有可能成为用于疾病治疗的新靶点[48]。

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