miRNA在白内障形成中的作用△

陈文静 刘平

白内障是致盲的主要原因之一，是一种晶状体发生不透明变性的眼病[1]。白内障手术是主要治疗方式，但有很大的局限性，最大的障碍是手术成本高，并且有很多术后并发症[2]。当前，降低白内障的发病率和致盲率是关键，探求白内障生成的机制尤为重要。

微小RNA(microRNA,miRNA)含有20余个核苷酸，是内源性非蛋白质编码序列[3]。以往研究表明，许多miRNA参与白内障基因水平的调控，进而影响上皮间充质转化(epithelial mesenchymal transformation,EMT)、氧化应激和凋亡等程序。miRNA有望成为白内障预防和治疗的新靶点。本文对miRNA在不同类型白内障中的作用研究进展进行综述。

1 miRNA简介

miRNA是一种广泛存在于动植物中的非编码短链RNA，含约18～23个核苷酸[3]。miRNA通过匹配靶基因，可降解RNA和抑制蛋白翻译，从而发挥其调节功能，参与复杂的生物和病理过程[4]。miRNA在多种人类疾病中起作用，参与细胞凋亡、细胞增殖、衰老和应激反应等细胞活动[5]。

以往研究调查发现，数百个miRNA可能是导致眼科疾病的原因，多种miRNA在眼组织中有表达，miRNA在眼部存在功能特异性[6]。在不同的疾病、不同的组织，相同的miRNA作用也不尽相同，参与白内障形成的miRNA的表达和作用也是如此。

2 miRNA与年龄相关性白内障

2.1 miR-26miR-26被报道是肿瘤抑制因子，其家族有多个成员参与调控肿瘤凋亡和转移，与多种恶性肿瘤的发展有关[7]。通过RNA测序对小鼠晶状体进行转录组分析，Khan等[8]发现 miR-26a-5p在小鼠晶状体高表达。近年研究阐明，miR-26家族成员与年龄相关性白内障(age-related cataract，ARC)有密切联系。

在过氧化氢(hydrogen peroxide,H2O2)白内障模型中，Chunzi等[9]发现转染抑制剂，下调miR-26b表达时，核因子-κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)蛋白表达受抑制，caspase-3活性下降，同时能够影响炎性因子肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和白细胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)。NF-κB通路是一个经典信号通路，可参与晶状体上皮细胞(lens epithelial cells，LEC)的氧化应激，NF-κB是转录因子，也是各种基因的中心调节因子[10]。刺激NF-κB通路可激活促炎性细胞因子，TNF-α、IL-6与受体结合参与炎症过程[11]。炎性生物标记物可以调节caspase-3和B细胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2,bcl-2)的表达水平，加强氧化应激，影响炎症进程[10]。以上说明miR-26b对LEC凋亡有促进作用，通过NF-κB通路促进ARC的生成，阻断NF-κB信号或影响炎性因子的表达有望成为新型治疗策略。

Chen等[12]在小鼠晶状体前囊损伤模型中发现，miR-26a和miR-26b在第1天和第3天均迅速下降，而在第7天其过表达造模后显著增加。研究发现EMT标记物α-平滑肌肌动蛋白(alpha-smooth muscle actin,α-SMA)、纤维蛋白(fibrinogen,FN)、Ⅰ型胶原(collagen Ⅰ,Col Ⅰ)和波形纤维蛋白(vimentin)降低，转化生长因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)表达异常，还发现miR-26a和miR-26b可以靶向jagged-1，抑制jagged-1/notch信号[12]。在EMT过程中，TGF-β2可通过典型的Smad2/3信号激活锯齿状-1/缺口通路[13]。可以认为miR-26a/b靶向jagged-1，影响TGFβ2/Smad3信号，进而影响缺口处配体的结合，缺口受体被γ-分泌酶切割，释放nicd，notch通路和notch受体被激活，调节下游靶基因表达，导致EMT和纤维化[12,14]。综上所述，可以认为miR-26a/b-jagged/notch轴在调节EMT及纤维化中发挥作用，影响ARC的形成，jagged-1是miR-26a/b的一个新型靶点，具有重要的研究价值。

2.2 miR-34a以往研究表明，miR-34a参与细胞增殖、迁移和肿瘤侵袭等过程，并起调节作用[15]。miR-34a作为一种细胞凋亡启动子，在晶状体和视网膜疾病中发挥作用。miR-34a-5p是核性ARC与正常组表达差异最大的3种miRNA之一[16]。

miR-34a可以靶向抑制沉默信息调节因子1(silent information regulator 1,sirt1)来促进人晶状体上皮细胞-B3(human lens epithelial cells-B3，HLE-B3)细胞的凋亡，也可以直接结合和调节Bcl-2[15]。sirt1是一种NAD+依赖性的Ⅲ类组蛋白脱乙酰基酶，存在于多数眼组织的细胞核及细胞质中，已被证明sirt1能够使p53去乙酰化，可以防止DNA损伤，抑制LEC凋亡，保护LEC免受氧化应激[17]。综上，miR-34a可能是LEC凋亡的诱导因子，其作用是通过抑制sirt1以增加氧化应激实现的。

Fan等[18]证实在人LEC中miR-34a过表达，过表达的miR-34a促进线粒体介导的凋亡caspase-9的激活，miR-34a靶向notch2，膜电位被破坏和阻断，线粒体能量代谢增强，细胞色素C释放增强，并引发了白内障的发生。notch2被证实是线粒体触发的效应器，线粒体抑制notch2，介导LEC凋亡和氧化应激[14]。miR-26通过jagged-1/notch信号发挥作用[12]，miR-34a也靶向 notch，那么notch通路的候选基因可能参与miR-34a的作用过程，可以猜想两者可能有共同信号通路，或者交叉作用。

2.3 miR-125bmiR-125b是一种在不同物种均高度保守的小RNA，由3个同源物hsa-miR-125a、hsa-miR-125b-1和hsa-miR-125-2组成，家族成员在细胞分化、增殖和凋亡等许多不同过程中起着无可替代的作用[19]。Qin等[20]认为，miR-125b对维持ARC眼部透明性有作用，发现miR-125b在人晶状体前囊膜表达水平下调，且紫外线照射实验中LEC细胞凋亡率与miR-125b表达呈负相关，还确定了miR-125b是通过靶向p53抑制LEC凋亡的。rs78378222是p53种系中罕见单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)，rs78378222与3-utr结合，产生促进效应，能够促进p53与miR-125b的相互作用[21]。rs78378222的作用有利于应用miR-125b为靶点生产特异性药物，氧化应激和紫外线伤害形成的白内障有了新的防御途径，miR-125b有望作为白内障诊断和预后性的生物标志物。SNP在白内障中的作用并不明了，miRNA相关SNP的研究仍处于起步阶段，尤其在ARC中的研究具有重大的临床意义。

2.4 miR-214miR-214位于染色体1q24.3区，在一些人类组织中表达下调，在癌症发病、生长和进展的调节中具有重要作用，miR-214具有多效性和肿瘤特异性，通过其特定的靶基因促进各种恶性肿瘤的形成和进展[22]。

miR-214在白内障晶状体前囊组织和H2O2诱导的SRA01/04细胞中表达降低，且长非编码RNA-kcnq1ot1(long non-coding RNA-kcnq1ot1,lncRNA-kcnq1ot1)表达升高[23]。Jin等[23]的实验首次证实caspase-1是miR-214的一种功能性下游靶点，也发现敲除lncRNA-kcnq1ot1降低了caspase-1的表达，miR-214和lncRNA-kcnq1ot1可以相互调节，二者具有竞争结合能力。lncRNA是一种长度超过200个核苷酸的RNA分子，与miRNA相似，lncRNA也参与了多种细胞功能调节和疾病发展过程，研究证明,lncRNA-kcnq1ot1可以通过靶向Smad4调控促进LEC增殖和EMT[24]。lncRNA-kcnq1ot1-miR-214-caspase-1调控网络是一个促进ARC形成的新机制，这是一个创新性的科研发现，尽管研究表明两种RNA均参白内障的形成，但两种RNA相互调节的过程和作用具体机制有待进一步阐明。

2.5 其他Lu等[25]首次发现，ARC中miR-24通过靶向p53直接诱导和增强LEC凋亡，caspase-3促进细胞氧化应激的进程，有助于白内障的发生，实验证明了miR-24-p53通路在白内障发生中起关键作用。另一项最新研究发现，miR-326通过直接靶向其mRNA 3’-utr发挥作用，实验证实转染miR-326抑制剂，可以抑制H2O2诱导的HLEC-B3凋亡，Ren等[26]第1次发现一种新的信号级联型miR-326-fgf1-βb2调节ARC的进展，miR-326有望用于防治ARC。miR-24 和miR-326都是新近发现并证实在ARC中起作用的miRNA，两者均是未来研究的重点和热点。

3 miRNA与糖尿病性白内障

3.1 miR-211miR-211属于一组在人类玻璃体中高度表达的特异性小RNA，作为与白内障相关的miRNA，miR-211研究还较少，理论依据不够充足。

miR-211在小鼠LEC有很高的表达，实验转染miR-211发现，caspase-3活性和化学敏感性下降，bcl-2、bax和p53表达异常，证实了LEC的凋亡被促进[27]。Zeng等[27]证实，miR-211可以靶向sirt1，促进糖尿病性白内障(diabetic cataract，DC)小鼠LEC凋亡。miR-211通过影响caspase-3活性来诱导LEC凋亡和细胞活性降低，推进了氧化应激的进程，促进白内障的形成。不难发现，miR-211和miR-34a[15]具有相同的靶向基因，两者之间是否有关联，抑或是否通过sirt1激活相同的信号通路，有待进一步研究。综上，miR-211靶向sirt1基因，调控细胞凋亡，miR-211可能是DC治疗的一个新的潜在靶点。

3.2 miR-30a已证实微阵列研究中miR-30a-5p是DC患者前囊膜组织中表达下调最多的[28]。miR-30a与缺氧和氧化应激有关，参与细胞自噬过程[29]。自噬是一种溶酶体降解过程，它回收营养物质，保证细胞内蛋白质合成和降解之间的动态平衡，调节和防御细胞应激，通过细胞内大分子物质和老化细胞器的降解维持细胞的正常功能[30]。

Zhang等[31]通过组织和体外模型实验发现，上调miR-30a-5p可以靶向和调控重组人锌指转录因子(recombinant human snail family Zinc finger 1，SNAI1)，影响E-钙黏蛋白、α-SMA和波形蛋白表达。miR-30a-5p在体外通过SNAI1依赖的方式抑制EMT，提示参与DC的形成。另外，以汞-DC体外模型为研究对象，发现miR-30a可以直接靶向BNN1，抑制高葡萄糖诱导的体外LEC自噬活性，进而影响LEC凋亡率，在DC形成中发挥作用[28]。一些研究已经表明自噬与凋亡存在相互作用，但miRNA通过自噬影响白内障形成的机制研究并不明朗，有待进一步加以实验。上述实验均证实了在LEC中上调miR-30a-5p可以抑制DC形成，这使miR-30a-5p有望成为DC治疗干预的新靶点。

4 miRNA与先天性白内障

以往研究发现，约有60种基因与先天性白内障有关，其中表达最丰富的为miR-184[32]。Bykhovskaya等[33-34]在来自西班牙加利西亚的一个五代家庭中研究先天性白内障的基因表达，发现男孩及其母亲、外祖母均存在miR-184c.57 c>u突变和c.57 c>t突变，其父辈没有突变，且突变者存在圆锥角膜病变，这是全球第3次发现此种类型的变异。这是一个家族突变的案例，在一个家族中罕见发现2个等位基因突变的存在，对先天性白内障发生的机制研究提供了可靠的理论依据，使基因治疗遗传性眼病有望成为现实，但miR-184的作用机制不仅限于突变，其具体的作用途径仍有待发现。

5 miRNA与后发性白内障

miR-181a属于miR-181s家族，包括四个高度保守成熟的miR-181s(miR-181a、miR-181b、miR-181c和miR-181d)[35]。miR-181a是一个多功能的miRNA，参与许多生物学过程，如细胞凋亡、细胞增殖和细胞入侵，并具有多种功能[35]。

Dong等[36]发现， miR-181a在后发性白内障(posterior capsular opacification，PCO)中表达降低，转染过度表达miR-181a可以直接靶向c-met、slug-2和cox-2。在典型的hgf/c-met信号通路中，c-met二聚体和配体结合，结合物磷酸化为介导下游信号的蛋白质创造活性对接位点，从而激活有丝分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)[35]。miR-181a通过负调节c-met来调节LEC的增殖，也调节其下游分子。LEC可通过EMT转化并增殖，变为间充质样细胞或肌成纤维细胞，此时细胞间E-钙黏蛋白减少，纤维链接蛋白增多[37]。以上研究说明，miR-181a可以抑制LEC的增殖和EMT，可能通过hgf/c-met通路参与PCO的形成。

白内障是可逆性失明的主要原因之一。降低致盲率，减少失明在人类造成的损伤是眼科医师一直不断努力的方向。在白内障形成中，miRNA的作用机制是近些年研究的新方向。一些miRNA已经证实参与白内障的形成，但这些研究仍是冰山一角，多数miRNA的具体靶向基因、信号通路途经等仍不清楚，有待进一步研究。可喜的是已经发现，基因敲除某些miRNA，或是抑制某些miRNA能够延缓白内障的进程， miRNA作为新的诊断标记物和治疗靶点具有潜在应用前景，这将是未来治疗的新趋势。