miR-142-3p在免疫炎症中研究进展

葛珊慧 曾勉

中山大学附属第一医院内科重症监护室,广州510080

通信作者：曾勉,Email:zengmian2004@163.com

miRNA 是一类广泛存在于真核生物中的长约19～24核苷酸的短链非编码RNA,其最早由Lee等[1]在1993年于秀丽新小杆线虫中发现。miRNA 作为一种非编码RNA,不参与蛋白质的编码合成,而是作为一种转录后调节因子,广泛参与到生长发育、造血、免疫、炎症、细胞周期调控、细胞增殖与凋亡、疾病的发生等各类生命进程中[2]。miRNA 通过5'端第2-8位核苷酸即种子序列识别特定的靶mRNA3'非编码区,使靶mRNA 降解或抑制其翻译,起到转录后调控的作用[3]。miR-142-3p在许多疾病特别是免疫炎症相关性疾病中起着重要的调控作用,了解miR-142-3p的作用机制,可以为疾病的治疗提供新的靶点,因此,本文就miR-142-3p作一综述。

1 miR-142-3p合成过程

miRNA 的合成先后经历2次剪接,并从细胞核转移至细胞质的过程。首先,在细胞核内microRNA 基因转录成初始转录本,在一种特异性RNA 内切酶RNaseⅢ-Dorsha作用下发生第一次剪切,产生60 个核苷酸左右大小的miRNA 前体。随后,miRNA 前体3'端突出臂被Ran-GTP依赖性核浆转运子Exportin5识别并随之被转运至细胞质。胞质中另一种RNaseⅢ酶Diser将miRNA 前体剪切成不完全配对的双链RNA 中间体[4]。随后,双链RNA 与Ago、Diser酶、TRBP及PACT形成RNA 诱导沉默复合物[5],并通过某种机制保留一条成熟的miRNA 链与靶mRNA 结合,抑制翻译或者使其降解,而另外一条则可能快速降解[6]。

2 miR-142-3p与炎症反应

炎症反应是指具有血管系统的活体组织对损伤因子所发生的防御反应。损伤因子包括外界入侵微生物、毒素、炎症因子等。适当的炎症反应是机体正常的防御机制,但当炎症反应失衡时,往往会出现相应的临床症状。因此,寻求减轻炎症反应的作用靶点,是治疗炎症性疾病的一个可行的方向。

2.1 miR-142-3p抑制炎症反应的发生 过表达miR-142的心肌细胞存在细胞因子信号转导抑制的情况。与空白对照组相比,过表达miR-142心肌细胞在细胞因子刺激下产生诱导型一氧化氮合成酶和一氧化氮明显减少,而诱导型一氧化氮合成酶对细胞因子的敏感反应依赖于核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)通路,由此推测miR-142有可能是通过抑制TNF-α/NF-κB途径的信号传导通路从而抑制免疫炎症反应[7]。实际上,miR-142-3p通过靶向炎症反应通路相关的因子如高迁移率族蛋白1 (high mobility group box protein 1,HMGB1)、白细胞介素1受体相关激酶1 (interleukin-1 receptor-associated kinase-1,IRAK1)及调控某些炎症介质从而抑制炎症反应的发生。

2.1.1 miR-142-3p 靶 向HMGB1 HMGB1 是 一 种 与DNA 结合的非组蛋白,在基因调控转录过程中发挥重要作用,同时也是一种重要的促炎介质,并与TGF-β1/Smad3信号转导通路有关。而过表达miR-142-3p 则通过靶向HMGB1,抑制TGF-β1/Smad3信号通路的激活,降低缺氧再灌注心肌细胞的凋亡与纤维化进程[8]。Wang等[9]发现,miR-142-3p在骨关节炎关节软骨组织及脂多糖处理软骨细胞中表达下调,过表达miR-142-3p通过靶向HMGB1抑制NF-κB通路的激活,抑制软骨细胞凋亡,降低促炎因子如NF-κB、IL-6、肿 瘤 坏 死 因 子α 表 达 水 平。实 际 上,HMGB1作为炎症晚期作用的炎症介质,通过与Toll样受体 (Toll-like receptors,TLRs)、晚期糖基化终产物受体结合,启动细胞内炎症反应。蔡妩扬等[10]对与受体结合后的进一步作用机制作了总结,此处不再赘述。总之,靶向HMGB1降低其表达水平,有利于减轻炎症反应。

2.1.2 miR-142-3p靶向IRAK1 IRAK1是TLR4/NF-κB通路上一个关键因子,脂多糖与TLR4 结合后,通过Myb88家族衔接分子与IRAK1 结合,随后激活其下游分子TRAF6、TAK1、IκB 激 酶,最 后 激 活NF-κB[11]。而miR-142-3p可以通过靶向IRAK1 影响TLR 信号转导通路,从而减轻炎症反应,提示miR-142-3p在感染性疾病诱导的炎症反应中起到重要的调控作用。Xu等[12]发现,结核分枝杆菌感染巨噬细胞后miR-142-3p表达下调,过表达miR-142-3p通过靶向IRAK1,减轻巨噬细胞分泌促炎因子NF-κB、肿瘤坏死因子α、IL-6的水平。同样,Su等[13]发现miR-142-3p通过下调IRAK1 减少炎症因子的分泌,保护冠状动脉微栓塞造成的心肌细胞损伤。

2.1.3 miR-142-3p 调控炎症相关因子 环氧化酶2(cyclooxygenase-2,COX-2)在炎症反应时升高,催化花生四烯酸合成PEG2、PGI2和PGE1等,导致炎症反应和组织损伤。Guo等[14]发现,过表达miR-142-3p 可能通过下调Cox-2表达和激活PI3K/AKT/m TOR 信号通路,减轻博来霉素诱导的肺上皮细胞MLE-12的损伤。活性氧是一类氧的单电子还原产物,能够诱导氧化应激,损伤DNA及蛋白质。与正常的红细胞相比,miR-142 敲除的红细胞产生更多的活性氧,红细胞寿命缩短而容易导致贫血的出现[15],提示miR-142-3p可能通过抑制细胞内活性氧的产生,减轻氧化应激反应。

2.2 miR-142-3p与脓毒症 脓毒症是指因感染引起的宿主反应失调导致的危及生命的器官功能障碍,过度的炎症反应,炎症介质及细胞因子释放,导致全身炎症反应综合征的发生,研究发现miRNA 参与调控了脓毒症的发生、发展[16]。有趣的是,miR-142-3p在脓毒症方面的报道并不一致。有报道促炎介质HMGB1在脓毒症肺损伤晚期表达上调,与脓毒症、内毒素血症和脓毒症的致死性发病时间平行[17],而江伟伟等[18]在肺泡巨噬细胞中过表达miR-142-3p后用脂多糖刺激,发现HMGB1m RNA 及蛋白质含量皆下调,炎症反应减轻,miR-142-3p与HMGB1呈负相关。Zhen和Chen[19]收集31例脓毒症患者血标本,发现其miR-142水平较健康人群降低,预先注射miR-142 模拟剂可以减轻盲肠结扎穿孔术诱导小鼠脓毒症炎症反应,小鼠外周血IL-2及肿瘤坏死因子α水平降低。Sun等[20]提出,树突状细胞内源性IL-6的表达可以降低内毒素诱导的死亡率,双荧光素报告酶系统发现miR-142-3p在树突状细胞中特异性靶向IL-6,miR-142-3p 水平与IL-6 表达呈负相关性,在野生型小鼠中敲低miR-142-3p水平可以降低内毒素诱导的死亡率,而在IL-6-/-小鼠中敲低miR-142-3p水平并没有观察到死亡率的降低,提示降低miR-142-3p水平可能通过提高内源性IL-6水平降低脓毒症死亡率。传统观念认为,脓毒症是一种过度的全身炎症反应,而有其他学者提出脓毒症同时存在着免疫抑制的状态,脓毒症后期机体处于长期的免疫抑制状态,从而导致各种机会感染的发生。一篇JAMA 的研究文章指出,死于脓毒症的患者存在着严重的免疫抑制[21]。因此,尽管IL-6是一种促炎因子,促进树突状细胞内源性分泌IL-6可能在脓毒症的后期 (免疫抑制时期)部分恢复免疫功能从而减轻脓毒症的死亡率。为什么miR-142-3p对脓毒症的作用结果存在差异呢? 与细胞实验不同,动物实验影响因素多,如实验动物品系、性别、造模方式等。上述提到的2个研究,动物的性别与造模方式并不相同,这可能是结果不一致的原因。另外,miR-142-3p对脓毒症作用不一致的实验结果也可能与处理时间点及脓毒症小鼠所处的炎症反应状态不同有关。

综上,体外细胞实验证明,miR-142-3p有抑制炎症反应的作用,可以靶向促炎介质HMGB1及TLR4/NF-κB通路上的IRAK1,阻断NF-kB及TGF-β1/Smad3信号通路的激活,同时下调Cox-2表达及抑制活性氧产生。而在脓毒症动物模型中miR-142-3p却表现出不一样的实验结果,具体机制仍不清楚,是否与实验动物的差异及脓毒症炎症反应状态及治疗时机有关? 需要进一步的体内实验来验证。

3 miR-142-3p与免疫

免疫系统由免疫器官、免疫细胞及免疫分子组成,是机体防御病原体入侵及清除自身废物的重要系统。miR-142-3p调控免疫细胞的生长及功能的维持,并在免疫相关疾病中有着异常的表达,参与了疾病的发生、发展。

3.1 miR-142-3p与巨噬细胞 固有免疫系统是人类抵抗病原体的第一道防线,在防御病原入侵、保护机体起着重要作用。巨噬细胞是其中一种重要的固有免疫细胞,能够吞噬病原体并且激活淋巴细胞。miR-142-3p参与了巨噬细胞的生长发育及吞噬过程。Liu等[22]发现,老年小鼠腹膜巨噬细胞中miR-142-3p的表达较年轻小鼠下降50%,血清miR-142-3p水平也低于幼龄小鼠,老年小鼠中组蛋白去乙酰化抑制了miR-142-3p的表达从而使IL-6 表达增多,导致巨噬细胞功能异常,可能与年龄相关的炎症反应相关。另外,miR-142-3p与巨噬细胞的分化有关,在集落刺激因子1的作用下单核细胞中早期生长反应蛋白2 表达上升,而生长反应蛋白2与NGFI-A 结合蛋白2协同结合到miR-142基因的启动子上抑制其表达,同时生长反应蛋白2 是miR-142-3p的一个靶基因,这里形成了一个正反馈回路,促使单核细胞向巨噬细胞的早期分化[23]。miR-142-3p影响巨噬细胞吞噬功能,Bettencourt等[24]指出,miR-142-3p靶向参与微生物侵袭过程中吞噬作用的一种肌动蛋白结合蛋白N-Wasp的m RNA 3'非编码区从而减少N-Wasp的表达,用结核分枝杆菌感染小鼠巨噬细胞1 h后发现miR-142-3p表达上调,与之对应N-Wasp蛋白量减少,破坏了巨噬细胞的吞噬作用,这可能是结核分枝杆菌体内免疫逃逸的一种机制;miR-142-3p表达量在感染后4 h明显下调,24 h后维持在一个较低的水平,提示miR-142-3p靶向N-Wasp的作用发生在与巨噬细胞接触的早期,可能是仅在吞噬的过程起作用。

3.2 miR-142-3p与T 细胞 miR-142-3p与系统性红斑狼疮 (systemic lupus erythematosus,SLE)中异常的淋巴细胞活性有关,SLE 患者外周血CD4+T 细胞中miR-142-3p表达水平较健康者下降,荧光素酶报告系统提示miR-142-3p靶向CD84和IL-10m RNA,从而CD4+T 细胞中CD84、IL-10蛋白表达水平上升,导致T 细胞异常激活及B 细胞高反应性,自身抗体增多[25]。miR-142-3p还参与到Treg细胞功能的调节网络中,糖蛋白A 为主的重复序列(glycoprotein A repetitions predominant,GARP)被发现可以促进细胞增殖,CD25+CD4+T 细胞活化后GARP 表达水平上调,随后出现miR-142-3p表达水平上升,miR-142-3p通过靶向GARP mRNA 3'非编码区下调GARP 表达,调节CD25+CD4+T 细胞的增殖,防止其过度增殖,调节T 细胞的稳态[26]。腺苷酸环化酶作用于ATP 生成第二信使c AMP 从而调控细胞信号应答,Treg 细胞内高表达c AMP并且通过向应答T 细胞传递c AMP发挥其免疫抑制功能,而miR-142-3p 则通过靶向腺苷酸环化酶9 m RNA下调c AMP 表达水平,在CD4+CD25+Treg 细胞中,FOXP3通过下调miR-142-3p而使腺苷酸环化酶9、c AMP表达上调,维持Treg细胞的免疫抑制功能[27]。

3.3 miR-142-3p 与免疫相关性疾病 Talebi等[28]发现,miR-142-3p在自身免疫性脑脊髓炎疾病模型小鼠脊髓中表达上调,其靶基因TGFBR1在自身免疫性脑脊髓炎疾病模型小鼠中表达下调,miR-142-3p及其靶基因表达异常可能参与调控自身免疫性疾病的发生、发展。而另一种常见的自身免疫性疾病SLE,被发现与miR-142-3p的异常表达有关。来源于SLE 活动期患者的树突状细胞分泌细胞因子IL-6、CCL2、CCL5水平升高,miR-142-3p 表达上调,而在正常人树突状细胞中过表达miR-142-3p则可促进上述炎症因子的分泌,提示miR-142-3p可能促进SLE 炎症活动的发生[29]。此外,miR-142-3p 也参与了过敏性疾病的调控,miR-142-3p在过敏性接触性皮炎患者皮肤中表达上调,提示其可能调控过敏性接触性皮炎的发生、发展[30]。Yamada等[31]发现,miR-142-3p可以提高肥大细胞内Ca2+浓度,靶向LPP m RNA 下调其表达从而调控肌动蛋白丝的组装,通过Ig E/FcεRI依赖的方式促进肥大细胞脱颗粒,导致过敏性疾病的发生。

miR-142-3p调控巨噬细胞的分化及吞噬作用,参与Treg细胞稳态及免疫抑制功能的维持。miR-142-3p水平的下调与T 细胞的异常激活相关,而在免疫相关性疾病中,miR-142-3p水平上调在其中往往起到促进疾病发展的作用。miR-142-3p在这种免疫相关性疾病表达异常的始动因素仍不清楚,miR-142-3p是否可以成为这些疾病的治疗靶点,下调miR-142-3p是否可以减轻免疫相关疾病的疾病进展? 目前这方面的研究仍然欠缺,需要进一步的研究。特别是SLE 患者外周血CD4+T 细胞中miR-142-3p 水平下调,T 细胞异常激活,同时树突状细胞中miR-142-3p水平却升高,从而促进炎症因子分泌。目前尚不明确miR-142-3p在不同细胞中差异性表达的机制,但最终都促进了SLE的发生、发展。

4 过表达/抑制miR-142-3p表达的方法

目前增加miRNA 表达的方法主要有miRNA mimics、miRNA 前体,即人工合成miRNA 的或其前体的模拟物。而抑制miRNA 表达的方法主要是基于反义寡核苷酸技术,即人工合成一段通过碱基互补原则与靶DNA 或RNA 结合从而抑制其表达的核苷酸序列,而对寡核苷酸进行某些化学修饰可以增强寡核苷酸的稳定性及对靶miRNA 的亲和力,几种常见的包括：核糖核苷酸2'碳原子羟基上的一个氢原子被甲基取代的2'OMe[32];同样的方法但羟基氢原子被甲氧乙基取代的2'MOE[33];而LNAs则是比较新的一代反义寡核苷酸,因为其毒性小,稳定性高,抗核酸酶而具有较大的应用前景,它是双环状核苷酸衍生物,核糖的2'氧原子与4'碳原子通过一个亚甲基桥连接起来[34]。此外,miRNA 分子海绵也是常见的抑制miRNA 表达的一种方法,包括长链非编码RNA 及环状RNA 等,其上面有多个miRNA 的结合位点,可以像海绵一样吸附住多个miRNA 分子,从而抑制miRNA 再与其靶m RNA 结合[35]。反义寡核苷酸技术起源于20世纪70年代左右,经过长期的研究及技术的进步,反义寡核苷酸已经发展到了第3代,目前已有几种反义寡核苷酸药物获得美国食品药品监督管理局批准上市,用于脊髓性肌萎缩症、肌营养不良等疾病的治疗,长链非编码RNA 及环状RNA 则是一种热门的新型的RNA 分子,而目前这些分子应用起来都有一个问题-如何准确地运送至靶组织而不被降解? 并且人工合成的分子输进机体内也存在着可能引起机体发生免疫排斥反应的问题,因此,寻求一种有效的载体负载这些分子进入靶组织很有必要。

5 miR-142-3p与外泌体

外泌体也叫微囊泡,是由细胞分泌的一种直径约30～100 nm 的微小囊泡,是细胞与细胞之间信号通讯的一种方式。miRNA 可以通过外泌体的形式由一个细胞传递到另一个细胞,并发挥其转录调控作用,参与炎症免疫防疫、凋亡、增殖等调控过程,已经越来越成为一种新的治疗手段[36]。而且外泌体是天然细胞间通讯的载体,分子结构小,特别是间充质干细胞 (mesenchymal stem cells,MSCs)来源的外泌体,具有低免疫原性的特点,较少引起体内免疫反应。Pascucci等[37]发现MSCs来源的外泌体可以装载及释放紫杉醇至胰腺癌细胞,提示了MSCs来源外泌体用于药物传送载体设计的可能性与前景。目前研究发现miR-142-3p可以通过外泌体作用于靶组织,在丙泊酚刺激下,肿瘤相关巨噬细胞可以分泌含有miR-142-3p的微囊泡作用于肝癌细胞,从而抑制肝癌细胞的生长[38]。Naseri等[39]利用负载LNA-anti-miR-142-3p的骨髓间充质干细胞来源的外泌体与乳腺癌细胞共培养,可以诱导乳腺癌细胞发生凋亡。骨髓来源的间充质干细胞分泌的外泌体中含有miR-142-3p,miR-142-3p通过下调Numb促进Notch信号通路激活,可以促进结肠癌肿瘤干细胞的增殖,维持其干性[40]。高血压状态下血小板活化,可诱导血小板源性微粒的释放,血小板源性微粒将miR-142-3p 导入血管内皮细胞,通过靶向bcl-2相关转录因子1及其下游基因如Bcl-2、Bax增强血管内皮细胞增殖[41],因此miR-142-3p通过外泌体运输至靶组织是具有可行性的。肝脏与肺是脓毒症中常累及的脏器,而如上述miR-142-3p能促进肿瘤干细胞及血管内皮细胞的增殖,miR-142-3p可能对某些细胞可以起到促进生长的作用,那么它对于同处于内皮系统的肺微血管内皮细胞与肝窦内皮细胞是否也能发挥保护作用? 目前还未见报道。并且,能否将miR-142-3p装载进间充质干细胞来源的外泌体,使其被肺微血管内皮细胞及肝窦内皮细胞摄取从而发挥作用? 有待进一步的研究。

6 小结与展望

综上,miR-142-3p广泛参与了机体生命进程的转录后调控,miR-142-3p调控树突状细胞及巨噬细胞功能,并与T 细胞异常激活及维持Treg细胞稳态及免疫抑制功能有关。miR-142-3p在免疫炎症反应的作用具有双面性,在一些自身免疫性疾病如多发性硬化、系统性红斑狼疮中miR-142-3p往往表达上调,起到促炎的作用;而在脂多糖、博来霉素等引起的炎症应激反应中却起到抑炎作用,提示miR-142-3p作用的多样性,其具体的机制并没有完全弄清楚。miR-142-3p在脓毒症中的研究结果报道不一致,并且集中于整体炎症水平的情况,而目前miR-142-3p对于脓毒症中易受损的器官例如肺、肝等有无保护作用的研究较少。未来的研究可以集中在利用MSCs来源外泌体运输miR-142-3p或者LNA-anti-miR-142-3p到靶组织中发挥治疗作用上面。

利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突