HIV感染中微RNA的功能及临床价值研究进展

唐 怡,杨才兴,曾令伟

(重庆市渝北区人民医院感染科，重庆 401120)

人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus，HIV)感染及其导致的获得性免疫缺陷综合征(acquired immune deficiency syndrome，AIDS)是全球范围内的严重公共卫生问题[1]。截至2015年，全球约有3 700万HIV慢性感染患者，每年有超过100万人进展为AIDS，在我国也有大量的HIV/AIDS患者，临床发病率呈逐年上升趋势[2]。HIV主要靶向攻击CD4+T细胞，其他如树突状细胞、巨噬细胞、B淋巴细胞等也可被HIV感染，HIV感染可导致CD4+T细胞计数下降及免疫功能缺失，CD4+T细胞计数显著下降(<500 个细胞/mL)的患者容易并发严重感染、自身免疫性疾病、恶性肿瘤等，并最终导致死亡。HIV感染导致宿主免疫功能缺陷的机制十分复杂，病毒、遗传及宿主免疫等多因素参与其中[3]。微RNA(microRNA，miRNA)属于无翻译蛋白质功能的小分子非编码RNA，已知人基因组中存在超过2 000种miRNA，这些miRNA可以直接调控特定靶向基因的表达，在机体生理及病理状态下发挥特定的调节作用[4]。类似其他慢性病毒感染，HIV感染可导致宿主特异性miRNA表达谱出现异常，并通过特定的信号通路参与调控HIV侵袭、复制、潜伏及激活等过程，导致HIV/AIDS相关疾病进展。现对miRNA在HIV感染中的功能及相关临床价值进行综述，为临床评估及治疗提供参考。

1 miRNA参与HIV复制及潜伏感染的调控

1.1miRNA对HIV复制的影响 HIV感染以CD4+T 细胞为主的免疫细胞，HIV与宿主之间持续相互作用，导致宿主免疫功能逐渐受到影响，从而引发不同的临床病理生理表现。作为宿主免疫功能的重要调节因子，特异性miRNA对HIV感染宿主后的复制、慢性感染、长期潜伏及激活有重要的调控作用，而且HIV-1诱导的CD4+T细胞miRNA表达谱改变也能增强HIV本身的复制，从而加重HIV/AIDS的进展[5]。Kapoor等[6]研究显示，miR-34a可以通过靶向调节磷酸酶1核酸靶向亚单位(参与抑制HIV转录复合物形成的重要蛋白)相关信号通路来促进CD4+T细胞中HIV-1的复制。也有研究显示未经高效联合抗反转录病毒治疗(highly active antiroviral therapy，HAART)的HIV-1患者外周血清miR-155水平显著升高，且升高程度与CD4+T细胞计数减少存在相关性，机制研究发现miR-155主要通过靶向抑制包含细胞凋亡功能结构域的Fas相关蛋白(主要参与T细胞增殖及凋亡的调控)的表达来促进HIV的复制[7]。此外，HIV-1表达的Tat蛋白(调节HIV延长功能的蛋白质)可以诱导模型细胞的miR-21及miR-222表达升高，而miR-21 及miR-222能够增强HIV-1感染的CD4+T细胞对凋亡作用的耐受，从而增强HIV的复制及感染能力[8]。提示特异性miRNA与HIV感染之间相互影响，并参与调控HIV的复制过程。

1.2miRNA对HIV潜伏感染的影响 HIV患者的感染潜伏期存在较大的个体差异，虽然有超过40%的HIV患者进展为AIDS的中位时间长达7.0年(90%CI0.5～15.0年)，但也有部分患者在HIV感染后数月内进展为AIDS，从而导致临床预后的不同[9]。HIV潜伏及再激活的相关机制尚未完全阐明，特异性miRNA的异常表达也可能参与对HIV持续潜伏感染的调控。Monteleone等[10]基于长期随访患者队列探讨了miR-29家族表达情况与抗HIV应答及免疫指标的相关性，结果显示，HIV-1患者血清miR-29b水平较健康对照显著升高，而基线高HIV-1载量患者的miR-29c水平较低HIV-1载量患者高，CD4+T细胞计数较低HIV-1载量患者低，认为miR-29的表达可在一定程度上反映HIV-1的感染潜伏状态及宿主免疫应答情况。也有研究发现，miR-155表达升高有助于促进HIV-1在CD4+T细胞中长期潜伏，机制分析显示miR-155的这一作用主要是通过靶向抑制TRIM32基因(参与协助潜伏 HIV的激活)表达，从而降低核因子κB信号通路中核因子κB抑制剂激酶活性来实现的[11]。此外，流行病学资料显示HIV-2的感染及传播能力均弱于HIV-1，且HIV-2感染患者病程进展更慢，进展为AIDS的时间更长，比例更低[12]。目前对造成此种差异性预后的相关调节机制尚不清楚。而Devadas等[13]基于细胞模型的研究显示，HIV-1及HIV-2感染后宿主miRNA的表达情况不同，miR-541-3P、miR-518f-3p及miR-195-3p在HIV-1感染细胞株中持续升高，而在HIV-2感染细胞系中无此现象。上述差异性miRNA的调控靶点及信号通路主要为钩状微管蛋白-3及钙连蛋白-11X 基因，其表达异常与细胞的死亡、代谢及信号转导功能异常相关，提示差异性miRNA表达改变是导致HIV-1及HIV-2不同致病表现的可能机制。

2 miRNA用于HIV感染并发症的诊断评估

慢性HIV感染及AIDS患者的预后与免疫功能缺陷程度及相关致死性并发症的发生密切相关。慢性HIV感染患者一旦进展为AIDS或发生机会感染、恶性肿瘤等严重并发症可在短期内死亡。基于HIV/AIDS患者存在的miRNA表达谱异常，特异性miRNA可能作为临床诊断及评估的新参考指标。

2.1miRNA用于HIV相关并发症的诊断 HIV-1感染作为全身性疾病，常可导致宿主发生多器官并发症。如HIV-1感染后可导致肠道淋巴组织损害，从而导致肠道免疫屏障功能缺陷，加重AIDS进展。Xu等[14]分析伴有肠道免疫屏障缺陷的AIDS患者(n=416)miRNA表达情况，发现10种miRNA表达升高，而391种miRNA表达降低，KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)分析显示，这些异常表达的miRNA主要影响与CD4+T细胞活化相关的细胞外基质及趋化因子调节通路，从而参与调控肠道免疫功能。此外，miR-32-5p、miR-195-5p、miR-20b-5p、miR-590-5p表达程度改变最为显著，具有评估HIV相关肠道免疫屏障损伤的价值。HIV相关脑病是HIV感染所致的严重并发症，超过25%的HIV/AIDS患者会出现脑病相关症状[15]。Xu等[16]的研究分析了HIV脑病患者脑组织中17种 miRNA的表达情况，发现miR-500a-5p、miR-34c-3p、miR-93-3p及miR-381-3p表达升高，在外周循环的巨噬细胞中也观察到相似结果，而且这4种miRNA的升高程度与脑病严重程度呈正相关，提示miRNA具有用于HIV相关脑病诊断及预后的临床价值。此外，与健康对照相比，HIV相关神经认知异常患者有9种血浆miRNA的表达水平升高(均升高超过2倍)，且在另一个相似患者的队列中也发现上述9种miRNA中miR-3665、miR-4516及miR-4707-5p表达升高，这3种miRNA用于诊断HIV相关神经认知异常的准确度可达0.870，信号通路分析显示上述miRNA的主要调节位点集中于与神经细胞的炎症、凋亡及细胞因子分泌等功能相关的基因[17]。Thapa等[18]研究发现，部分血清miRNA可用于HIV相关非霍奇金淋巴瘤的临床早期诊断，如miR-222不仅在HIV感染患者中升高，诊断HIV相关大B细胞淋巴瘤及原发性中枢神经淋巴瘤的准确度分别为0.777及0.792，提示miR-222可作为无创诊断指标。

2.2miRNA用于HIV/HCV合并感染预后的价值 由于丙型肝炎病毒(hepatitis C virus，HCV)与HIV具有相似的传播途径，包括性传播、静脉药瘾及垂直传播等方式，HIV与HCV共感染在临床上十分常见。与单独感染HIV或HCV的患者相比，HIV与HCV共感染患者通常病毒(HIV及HCV)复制水平更高，且肝病进展更为迅速，预后更差。研究HIV/HCV共感染时特异miRNA表达情况，有助于了解病毒相互影响的机制及筛选诊断预后指标。Peng等[19]基于细胞模型的研究显示，HIV表达的R病毒蛋白(Vpr蛋白)能够增强宿主miR-122的表达，而miR-122同时能够增强HCV RNA的5′非翻译区活性，从而促进HCV的快速复制，加入miR-122阻断剂能显著抑制HCV复制。提示，HIV与HCV可以通过特定的miRNA表达来互相影响。Anadol等[20]研究证实，特异性循环miRNA可以作为HIV/HCV共感染患者肝病严重程度的评估及预后指标，与健康对照、HIV或HCV单独感染患者相比，HIV/HCV感染患者的血清miR-122、miR-22及miR-34a水平均显著升高，上述miRNA也是肝脏炎症损伤(天冬氨酸转氨酶>2倍正常上限)的独立危险因素。同时，血清miR-122及miR-22水平与肝纤维化程度呈正相关，是HIV/HCV感染患者肝纤维化进展的独立危险因素。Jansen等[21]纳入了74例HIV/HCV共感染患者研究血液循环中miR-122水平与肝病严重程度的相关性，结果显示，miR-122水平与丙氨酸转氨酶及天冬氨酸转氨酶呈正相关，miR-122预测肝静脉压力梯度≥5 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)的准确度为0.639，诊断肝静脉压力梯度≥10 mmHg的准确度为0.730。上述研究结果均提示，特异性miRNA，尤其是miR-122在HIV/HCV共感染致病中发挥了重要的调节作用，有一定的临床诊断评估价值。

3 miRNA与HIV的治疗

临床上一直在寻找更为安全有效的靶向治疗HIV药物，由于特异性miRNA在HIV致病的多个方面发挥重要的调控作用，也有学者尝试对基于特异miRNA靶向治疗HIV感染的方法进行研究[22]。然而由于药物设计方法的限制以及安全性的不确定，目前尚无基于靶向miRNA的HIV治疗药物应用于临床或开展临床试验，相关的探索性研究均停留在模型细胞或动物水平。但相关的研究结果为开发新的HIV靶向治疗药物提供了重要的思路及参考。

3.1miRNA参与抑制HIV进入靶细胞 HIV进入CD4+T细胞有着特定的受体和机制，而通过调控CD4+T细胞表面特定受体的表达可能阻断HIV进入靶细胞，从而获得避免HIV感染的效果。相关研究也取得了一些进展：Quaranta等[23]发现，miR-126a能够直接影响CD4+T细胞表面的趋化因子受体-4及肿瘤坏死因子受体相关因子-6的表达，趋化因子受体-4是协助HIV-1进入T细胞及髓样细胞的CD4分子的共同受体，而肿瘤坏死因子受体相关因子-6则参与针对HIV的特异免疫应答。此外，研究还发现，抑制miR-126a表达能够显著增强趋化因子受体-4及肿瘤坏死因子受体相关因子-6的表达，而使用普乐沙福(趋化因子受体-4抑制剂)增强miR-126a的表达后可减弱HIV-1对CD4+T细胞的感染能力。Ma等[24]的研究发现，miR-1236可以通过抑制细胞因子VprBP(Vpr-绑定蛋白)的翻译来减弱HIV-1感染单核细胞的能力，靶向沉默miR-1236能够促进单核细胞中VprBP的合成，从而增强HIV-1的感染能力。此外也有研究发现，宿主表达的miR-221及miR-222能够抑制HIV-1进入CD4+T细胞，而上述miRNA的这一功能主要通过靶向抑制CD4+T细胞表面的CXC家族趋化因子受体4/5(第2受体)的表达来实现[25]。Yahyaei等[26]研究了反复暴露于HIV-1而血清HIV抗体仍为阴性的患者(n=30)的miRNA表达情况，结果显示，暴露者的外周血单核细胞中miR-223及miR-29a表达水平较HIV感染者或健康对照均显著升高，提示miR-223及miR-29a可能参与宿主对HIV-1暴露的耐受。这些研究也为寻找新的HIV治疗靶点，特别是通过阻断HIV侵袭靶细胞来治疗HIV感染提供了思路。

3.2miRNA参与抑制HIV复制 HIV复制过程复杂，特异的miRNA可通过直接影响HIV复制过程中相关的功能基因表达来抑制HIV复制，为研究抑制HIV复制的生物靶向药物提供参考。有研究显示，在Jurkat细胞株中，miR-30a能与HIV-1的RNA合成酶Ⅱ的3′非翻译区靶向结合，从而抑制RNA合成酶的表达，达到抑制HIV-1复制的目的[27]。Wang等[28]的研究发现，HIV-1潜伏感染患者外周血中miR-196b及miR-1290显著升高，体外实验(基于HEK-293T细胞株)显示，抑制miR-196b及miR-1290的表达可增强HIV的复制能力。基于HIV-1感染的人源化模型小鼠的研究也显示，在高表达miR-29的动物中也可以观察到较低的血清HIV-1载量，通过静脉注射白细胞介素-21能够提高动物外周循环中miR-29的表达，而miR-29能够通过靶向抑制信号转导及转录激活因子-3基因(参与调节HIV相关蛋白的转录)，从而抑制HIV-1的复制[29]。这些研究虽然仅停留在细胞或动物模型水平，但也提示通过调节特异性miRNA表达来靶向抑制HIV复制的价值。

3.3miRNA用于评估HAART的疗效 随着分子生物检测技术的发展，临床上检测miRNA的表达情况也更为简便快捷。因此，通过检测特定miRNA的改变情况，可能有助于评估患者接受HAART后的疗效及安全性。Rosca等[30]基于HIV-1感染患者(n=165)队列探讨了miR-29a的表达及其与抗HIV治疗预后的相关性，结果显示miR-29a表达程度与血清HIV-1载量呈负相关，HAART失败患者(CD4+T细胞计数<350 个细胞/mL)的miR-29a表达程度更低，miR-29a过低能够提示HAART治疗失败。Munshi等[31]探讨了miR-150用于HIV/AIDS临床治疗效果判断的潜在无创生物学指标(n=37)，结果显示，经HAART的患者外周血单核细胞中miR-150的表达程度与CD4+T细胞计数呈正相关(r=0.64，P<0.01)，而且miR-150还可以较好地预测HAART耐药(失败)与HAART治疗有效的患者(准确度为0.82)。提示特异性miRNA表达程度的改变作为HIV感染者接受HAART疗效评估指标，其有重要的临床应用价值。

4 展 望

miRNA在HIV感染的致病及进展为AIDS中发挥调控作用，与HIV的侵袭、潜伏及进展存在相关性，可作为临床评估的无创指标。此外，基于特定miRNA的治疗方法虽然距离临床实际应用尚有一定距离，但基础研究显示其可能为开发更为安全有效的HIV/AIDS治疗药物提供重要参考。然而，由于HIV/AIDS致病的长期性及复杂性，单一的miRNA表达改变并不能完全反映HIV/AIDS致病中的基因功能调控紊乱，针对miRNA在其中的具体功能机制还需要更为深入的研究探讨。