MicroRNA与白内障发病相关性的研究进展

蒲雅迪 综述 李元彬 审校

青岛大学附属烟台毓璜顶医院眼科，烟台 264000

微小RNA(microRNA，miRNA)是一种长度约22个核苷酸的非编码小分子RNA。自1993年在线虫(

C

．

elegans

)的发育中发现 lin-4 miRNA，目前在不同的物种中已发现了数千个miRNA，并且这个数目将继续增加。大多数miRNA以单拷贝、多拷贝或基因簇的形式存在于基因组中；成熟的miRNA由较长的初级转录物经过一系列核酸酶的剪切加工而产生，随后组装进RNA诱导的沉默复合体，通过碱基互补配对方式识别靶mRNA，并根据不同的互补程度指导沉默复合体降解靶mRNA或者阻遏靶mRNA的翻译。miRNA失调与许多疾病有关，如各种癌症、心血管疾病和神经退行性疾病。miRNA的遗传变异也与一些遗传性疾病有关，包括听力损失和生长缺陷等。鉴于miRNA在生物学上的重要性，其目前被认为是疾病新的生物标志物和潜在治疗靶点。白内障是导致有用视力丧失的常见原因之一，是目前全球范围内居首位的致盲眼病。根据其病因，白内障可分为年龄相关性白内障、糖尿病性白内障、先天性白内障、后发性白内障(posterior capsule opacification，PCO)、药物性白内障等。近年来越来越多的研究证实miRNA与白内障发病机制的关系，现就其相关性作一综述。

1 miRNA概述

人类基因组中有近一半的DNA可以转录为RNA，其中只有不到2%的RNA可翻译成蛋白质，其余不能翻译为蛋白质的RNA称为非编码RNA(non-coding RNA，ncRNA)。miRNA是一种长度约22个核苷酸的高度保守单链ncRNA，可以通过特异性结合目标RNA的3'非翻译区诱导目标mRNA降解或抑制其翻译，从而参与细胞的发育、组织生成、凋亡等过程。miRNA对靶基因的调控具有多向性，即一种miRNA可以调控多种不同基因通路的蛋白质翻译过程。miRNA在眼部多种组织中均有表达，同时也参与了多种眼科疾病的进程。

2 白内障的发病机制

目前白内障的发病机制仍不十分明确，大量研究已经证实年龄相关性白内障主要与氧化应激、晶状体蛋白变性及晶状体上皮细胞凋亡等有关，糖尿病性白内障则与多元醇通路代谢异常、氧化应激损伤和蛋白质非酶糖基化等有关，先天性白内障主要与基因突变相关，PCO与晶状体上皮细胞增生、迁移及上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)有关。白内障的危险因素包括年龄增长、遗传组成、紫外线照射和糖尿病等。

3 miRNA与白内障的关系

Tsonis等在蝾螈的晶状体和毛细胞再生过程中用微阵列分析验证了miRNA对组织的特异性调节作用，在晶状体纤维再生早期，let-7家族表达量下调。Frederikse等发现，脑组织内特异性表达的miRNA-7、miRNA-124、let-7α和miRNA-25b在小鼠和大鼠的晶状体中均有表达。Wu等应用微阵列表达谱在人晶状体中发现了206种miRNA，在透明成年人晶状体中miRNA表达前8位的分别为miRNA-184、let-7b、miRNA-923、miRNA-1826、miRNA-125b、miRNA-1308、miRNA-26a和miRNA-638，同时miRNA-184在透明婴儿晶状体中含量也最高。这些miRNA通过相关信号通路调控各自的靶基因，进而影响晶状体上皮细胞的增生、迁移、EMT、凋亡等过程，最终导致白内障的发生。

3.1 miRNA与先天性白内障

先天性白内障，是指在出生前后或儿童早期发现的晶状体混浊，可表现为单纯性白内障或伴发眼部及其他全身发育异常。先天性白内障可导致婴幼儿盲或弱视，是一种严重的致盲疾病，严重影响儿童的视力发育；儿童盲中有22%～30%为白内障所致，先天性白内障已成为儿童盲的第二位原因。

绝大多数先天性白内障为单基因遗传病，Wu等研究发现，与正常婴儿相比，先天性白内障患儿中央区晶状体上皮细胞中miRNA-182表达上调，miRNA-204和miRNA-124表达下调，且miRNA-204表达量的下降程度较miRNA-124更明显，miRNA-204可能通过沉默

Meis2

基因来调节晶状体发育和先天性白内障的形成。

TDRD7

基因突变或缺陷会导致人、小鼠和鸡出现先天性白内障，Anand等研究发现，与正常小鼠晶状体相比，

TDRD7

基因敲除小鼠晶状体中let-7b、miRNA-34c、miRNA-298、miRNA-382、miRNA-409、miRNA-1198、miRNA-1947和miRNA-3092的表达下调，miRNA-15a、miRNA-19a、miRNA-138、miRNA-328、miRNA-339、miRNA-345、miRNA-378b、miRNA-384、miRNA-467a、miRNA-1224、miRNA-1935、miRNA-1946a、miRNA-3102和miRNA-3107呈高表达。Tang等发现

AQP5

基因敲除小鼠出生6个月时晶状体轻度混浊，小鼠晶状体中miRNA-124-3p表达下调。

3.2 miRNA与年龄相关性白内障

年龄相关性白内障是引起全球老年人视力损害和盲的主要眼病。其危险因素主要包括年龄、女性、过度紫外线照射、高度近视、血脂中高密度脂蛋白含量较低及低密度脂蛋白含量较高、腌制食品的摄入、糖尿病、吸烟及类固醇激素的使用等。年龄相关性白内障的发病机制复杂且不明确，目前公认氧化应激损伤是白内障发生的始动环节，其中晶状体上皮细胞凋亡是其主要的病理学基础。

Wu等的研究证实，相较于透明晶状体，年龄相关性白内障患者晶状体中有12种miRNA的表达量增加2倍以上，其中以miRNA-34a的表达量增加最为显著；20种miRNA的表达量明显下降，其中以miRNA-933的表达量下降最为显著。这些差异表达的miRNA在年龄相关性白内障发病中起重要作用。

3.2.1

表达下调的miRNA 有研究显示，早期年龄相关性白内障患者前囊膜以及紫外线照射的晶状体上皮细胞中LncRNA H19和胸腺嘧啶DNA糖苷酶(thymine DNA glycosylase，TDG)呈高表达，而miRNA-29a表达下调；LncRNA H19过表达可提高晶状体上皮细胞活力、促进其增生并抑制其凋亡，其可通过抑制miRNA-29a来上调TDG的表达，从而参与了早期年龄相关性白内障的发生。在HO诱导的人晶状体上皮细胞氧化应激白内障模型中，miRNA-335-3p和miRNA-124的表达量明显下调，其具体机制还需进一步研究。Qin等研究发现，年龄相关性白内障患者的晶状体前囊膜标本以及紫外线照射诱导体外晶状体上皮细胞凋亡中，miRNA-125b的表达量均下降；且进一步研究发现晶状体前囊膜标本中miRNA-125b与p53 mRNA相对表达量呈显著负相关；对转染miRNA-125抑制剂、P53 siRNA及相应对照物的晶状体上皮细胞进行比较发现，抑制miRNA-125b表达可诱导p53表达上调，从而促使细胞发生凋亡。BCL2样2蛋白(Bcl-2 like protein 2，

BCL2L2

)是miRNA-133b的靶基因，在白内障模型组小鼠晶状体组织和紫外线照射组细胞中miRNA-133b mRNA的相对表达量分别低于相应正常对照组，BCL2L2 mRNA的相对表达量分别高于相应正常对照组，miRNA-133b可防止紫外线照射所致白内障的形成，其机制可能与靶向负性调控

BCL2L2

基因从而调控晶状体上皮细胞的凋亡过程有关。年龄相关性白内障中主要表达下调的miRNA见表1。

表1 在年龄相关性白内障中表达下调的miRNAmiRNA相关因子或通路参考文献miRNA-29aLncRNA H19,TDG[23]miRNA-335-3P-[24]miRNA-124-[25]miRNA-125bp53[26]miRNA-133bBCL2L2[24]miRNA-204TP53INP1-p53[33] 注:miRNA:微小RNA;LncRNA:长链非编码RNA;TDG:胸腺嘧啶DNA糖苷酶;BCL2L2:BCL2样2蛋白;-:未知

3.2.2

表达上调的miRNA miRNA-211在年龄相关性白内障患者晶状体前囊膜中表达上调，下调miRNA-211的表达可以通过Notch 22介导β-晶状体蛋白B2明显减轻HO诱导的晶状体上皮细胞凋亡；miRNA-181a在年龄相关性白内障晶状体组织中呈高表达，通过慢病毒质粒转染敲低晶状体上皮细胞中miRNA-181a的表达可减轻HO诱导的细胞凋亡。秦宇等研究发现，miRNA-204在年龄相关性白内障晶状体组织中呈高表达，miRNA-204可能通过靶向调控Bcl-2家族成员B淋巴细胞瘤-2(B-cell lymphoma-2，

bcl-2

)基因及髓细胞白血病1(myeloidcell lekemia-1，

mcl-1

)基因的表达，在年龄相关性白内障发病过程中发挥重要作用。然而，有研究证实miRNA-204在年龄相关性白内障晶状体前囊膜中的表达量低于正常人，miRNA-204可以通过下调靶基因

TP53INP1

在晶状体上皮细胞中的表达抑制晶状体上皮细胞凋亡，从而对年龄相关性白内障晶状体上皮细胞发挥抗氧化损伤作用，该作用可能是通过影响TP53INP1-p53通路实现的，因此miRNA-204与年龄相关性白内障之间的关系还需进一步研究。miRNA-34a-5p和miRNA-630在HO诱导的人晶状体上皮细胞氧化应激白内障模型中表达均上调；唐雷等研究也发现miRNA-34a-5p在白内障患者前囊膜中表达显著增加，miRNA-34a-5p可通过调节Nrf2-Keap1信号通路增加晶状体上皮细胞氧化应激，抑制晶状体上皮细胞增生，从而参与年龄相关性白内障的发生和发展过程。miRNA-23b-3p在HO诱导的人晶状体上皮细胞以及年龄相关性白内障患者前囊膜中呈高表达，miRNA-23b-3p通过抑制晶状体上皮细胞中NAD-依赖性去乙酰化酶Sirtuin-1(NAD-dependent histone deacetylase sirtulin 1，SIRT1)的表达来调节细胞凋亡和自噬；Zhu等研究发现，白内障患者前囊膜及紫外线照射后晶状体上皮细胞中miRNA-4328表达上调，NLR家族凋亡抑制蛋白(NLR family apoptosis inhibitory protein，NAIP)是miRNA-4328的潜在靶点，人晶状体上皮细胞转染miRNA-4328拟似物后细胞内NAIP mRNA及蛋白表达均降低，推测miRNA-4328通过靶向调节NAIP诱导晶状体上皮细胞凋亡。年龄相关性白内障中主要表达上调的miRNA见表2。

表2 在年龄相关性白内障中表达上调的miRNAmiRNA相关因子或通路参考文献miRNA-34a-5pNrf2-Keap1[8]miRNA-211Notch 22,β-晶体蛋白B2[28]miRNA-181abcl-2[30-31]miRNA-204bcl-2,mcl-1[32]miRNA-630-[24]miRNA-23b-3pSIRT1[34]miRNA-4328NAIP[35] 注:miRNA:微小RNA;bcl-2:B淋巴细胞瘤-2;mcl-1:髓细胞白血病1;SIRT1:NAD-依赖性去乙酰化酶sirtuin-1;NAIP:NLR家族凋亡抑制蛋白;-:未知

3.3 miRNA与糖尿病性白内障

糖尿病性白内障的发病机制复杂，至今仍不十分清楚，目前公认其受多种因素的综合作用，高血糖状态引起的晶状体上皮细胞异常凋亡是其始动因素。孙荧等研究发现，在糖尿病大鼠模型晶状体混浊的早期阶段晶状体组织中miRNA-29a-5p表达下调，而凋亡因子BMF mRNA的表达上调。Sun等的研究也证实，糖尿病小鼠模型晶状体上皮细胞中miRNA-29a和miRNA-29c的表达下调，而凋亡相关基因

BMF

表达上调。Zeng等研究发现，在糖尿病性白内障小鼠模型中，miRNA-211表达上调，其可能通过靶向调节SIRT1来影响晶状体上皮细胞增生和凋亡。Zhang等研究发现，人糖尿病性白内障晶状体组织中miRNA-30a表达明显下调，而EMT标志物波形蛋白及α-平滑肌肌动蛋白(alpha-smooth muscle actin，α-SMA)的表达高于对照组，推测上调miRNA-30a可靶向性抑制晶状体上皮细胞EMT，从而预防或治疗糖尿病性白内障。Yang等采用高糖诱导人晶状体上皮细胞HLE-B3建立糖尿病性白内障模型，证实

PVT1

基因敲除可抑制HLE-B3细胞增生，促进其凋亡，且糖尿病性白内障患者前囊膜标本中PVT1 mRNA与其miRNA靶点miRNA-214-3p呈高度负相关。糖尿病性白内障中表达变化的miRNA见表3。

表3 在糖尿病性白内障中表达变化的miRNAmiRNA变化情况相关因子或通路参考文献miRNA-29a-5p下调BMF[36]miRNA-29a下调BMF[37]miRNA-29c下调BMF[37]miRNA-211上调SIRT1[38]miRNA-30a下调波形蛋白,α-SMA[39]miRNA-214-3p下调PVT1[40] 注:miRNA:微小RNA;SIRT1:NAD-依赖性去乙酰化酶sirtuin-1;α-SMA:α-平滑肌肌动蛋白

3.4 miRNA与PCO

PCO是白内障超声乳化或囊外摘除联合人工晶状体植入术后常见的并发症之一，儿童白内障术后PCO的发生率几乎达100%。与PCO形成有关的因素有许多，如手术术式的选择、植入人工晶状体的材料、晶状体上皮细胞的生物活性等。白内障术后残留的晶状体上皮细胞发生增生、迁移及EMT等是导致PCO的主要原因。Nd：YAG激光后囊截开术是目前PCO主要的治疗方法。

上皮型钙粘蛋白(epithelial-cadherin，E-cadherin)和纤维连接蛋白(fibronectin，FN)是EMT的标志物。研究表明，在PCO患者晶状体上皮细胞中miRNA-30a和E-cadherin表达下调，而FN表达上调，miRNA-30a与E-cadherin呈显著正相关，而与FN则呈显著负相关，上调miRNA-30a表达可抑制肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TGF)-β诱导的晶状体上皮细胞迁移和EMT，证实miRNA-30a参与PCO的发展。Dong等研究发现，miRNA-26b能抑制晶状体上皮细胞的增生、迁移和EMT，miRNA-26b可通过沉默靶基因

Smad4

和

COX-2

来干预PCO的发生及发展，而下调miRNA-26b可诱导

EZH2

基因的表达，从而促进晶状体上皮细胞的EMT。Liu等研究证实，miRNA-486-5p在TGF-β诱导的人晶状体上皮细胞SRA01/04细胞系中表达下调，Smad2、p-Smad2和p-Smad3表达上调，双荧光素酶报告分析显示miR-486-5p直接作用于Smad2的3'非翻译区，miRNA-486-5p的过度表达可通过抑制Smad2/Smad3信号来抑制TGF-β诱导的SRA01/04细胞增生、侵袭和EMT，miRNA-486-5p可能是有效干预PCO进展的靶点。Wang等通过比较人正常晶状体与PCO的晶状体上皮细胞的微阵列，发现了122条差异表达的miRNA，进一步对miRNA-204-5p进行研究，证实miRNA-204-5p能通过结合靶基因

Smad4

来干预TGF-β/Smad信号通路，从而调节晶状体上皮细胞的转分化，进一步影响PCO的发生。另有Hoffmann等对PCO小鼠模型的晶状体囊袋进行检测，证实miRNA-204表达下调，且miRNA-204可下调转录因子Meis及Runt相关转录因子，从而抑制细胞增生、迁移及EMT，进而抑制PCO的形成；该研究同时证实，miRNA-184、let-7/98在小鼠晶状体摘除手术后晶状体囊袋中表达上调；下调miRNA-184表达可减弱晶状体上皮细胞增生、迁移及EMT，提示miRNA-184可促进PCO形成。然而，Hughes等的研究表明，miRNA-184可抑制外源性TGF-β诱导的人晶状体上皮细胞EMT，该结果提示miRNA-184的上调可能抑制PCO的形成。因此，miRNA-184与PCO的关系还需进一步研究来证实。Feng等研究发现miRNA-34a在人PCO囊膜组织中的表达显著降低，miRNA-34a可通过下调晶状体上皮细胞内酪氨酸蛋白激酶Met(c-Met)蛋白的表达来调节细胞增生和迁移，从而对PCO发挥抑制作用。PCO中表达变化的miRNA见表4。

表4 在PCO中表达变化的miRNAmiRNA变化情况相关因子或通路参考文献miRNA-30a下调E-cadherin,FN[41-42]miRNA-26b下调Smad4,COX-2,EZH2[43-44]miRNA-486-5p下调Smad2,p-Smad2,Smad3[45]miRNA-204-5p下调TGF-β/Smad[46]miRNA-204下调Meis,Runt[47]miRNA-184上调/下调[47-48]miRNA-34a下调c-Met[49] 注:E-cadherin:上皮型钙粘蛋白;FN:纤维连接蛋白;TGF:肿瘤坏死因子;c-Met:酪氨酸蛋白激酶受体

4 展望

白内障的发生机制与晶状体上皮细胞的异常凋亡及EMT有关，晶状体上皮细胞凋亡是所有非先天性白内障发生的共同生物学基础。近年来，已有越来越多的研究证实miRNA与白内障的发生有一定相关性，但miRNA在晶状体中的表达情况及其对白内障的影响还有待进一步深入研究。随着研究方法的不断改进，miRNA在晶状体中的表达谱将更加完善，其在白内障发生和发展中的作用机制也将被进一步阐释。目前手术治疗仍是白内障的唯一有效治疗手段，但对miRNA的深入研究将为白内障的预防及治疗提供新的靶点及思路。

利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突