microRNA在特应性皮炎发病机制中的作用*

邓皓月综述黎静宜审校

(四川大学华西医院皮肤性病科,四川 成都 610041)

特应性皮炎(Atopic dermatitis,AD)是一种慢性、复发性、炎症性皮肤疾病,以皮肤干燥、明显瘙痒、湿疹样皮损为主要特征,患者常伴有鼻炎、支气管哮喘等过敏性疾病的个人史或家族史,严重影响患者的生活质量、心理健康及社会功能。各年龄段均可发病,约15%～25%的儿童和1%～10%的成人罹患AD,且患病率在近十几年间逐渐增高[1-2]。目前AD的病因和发病机制尚未完全明确,研究报道与遗传易感性、皮肤屏障功能障碍、自身免疫失调、环境变化、皮肤微生物群异常等多因素相关[3-4]。microRNA(MiRNA)是一类高度保守的非编码单链RNA分子,含19～25个核苷酸,广泛存在于组织、细胞及体液中,可与mRNAs的3′UTR区结合,参与转录后基因表达调控[5],影响细胞的生长、分化、凋亡和信号转导,以改变细胞功能、调节信号通路、控制炎症介质释放等方式参与AD的发生与发展(表1)。本文就microRNA在AD发病机制中的作用进行综述,为AD的研究提供新思路。

表1 microRNA在特应性皮炎中的作用

1 microRNA失调抑制角质形成细胞(Keratinocyte,KC)增殖

皮肤是人体最大的器官,由外向内包含表皮、真皮及皮下组织,具有屏障、免疫、感觉、体温调节等作用[6]。皮肤屏障的建立与角质形成细胞和细胞间脂质密切相关,皮肤炎症反应和病理改变常与表皮屏障功能异常有关[7]。表皮由角质形成细胞、朗格汉斯细胞、黑素细胞、梅克尔细胞等构成,其中角质形成细胞是主要构成细胞,它通过桥粒进行紧密连接,在分化过程中产生角蛋白和抗菌肽,与细胞间脂质共同维护皮肤屏障,减少水分流失,防护各种损伤刺激和病原微生物的入侵,释放相关蛋白质修复皮肤损伤[8]。

相关研究[9-10]提示,当microRNA表达失调,角质形成细胞出现增殖异常,表皮屏障功能直接受损,进一步引发AD。Vaher等[9]收集了10例AD患者的健康皮肤和病变皮肤组织,测定AD患者皮肤KC中microRNA的表达,发现与对照组相比,AD组健康和病变皮肤中miR-10a-5p均显著上调,在增殖的KC中表达更高。研究证实透明质酸合酶3(HAS3)是miR-10a-5p新的靶点,miR-10a-5p通过抑制HAS3在内的多个靶基因来抑制KC增殖。Meng等[10]测序发现AD患儿血浆中有3种上调的microRNA(hsa-let-7d-5p、hsa-miR-330-3p和 hsa-miR-744-5p)和两种下调的microRNA(hsa-miR-194-5p和hsa-miR-184),其中hsa-miR-194-5p下调最明显。hsa-miR-194-5p可直接靶向HS3ST2基因,抑制KC增殖,破坏皮肤屏障的建立,HS3ST2在hsa-miR-194-5p过表达后下调,提示hsa-miR-194-5p可能通过调节HS3ST2基因表达参与AD发病。

2 microRNA调节T细胞分化

T淋巴细胞是机体重要的免疫细胞,包括辅助性T细胞(Helper T cells,Th)、效应T细胞(Effector T cells)、调节性T细胞(Regulatory T cells ,Treg)等不同亚群,广泛参与自身免疫性、过敏性、炎症性疾病的发生。目前认为Th17细胞可在IL-1、IL-6、IL-23、TGF-β等因子的诱导或过敏原刺激下由初始CD4+T细胞分化形成,并与Th1细胞、Th2细胞、Th22细胞、Treg细胞形成平衡机制,共同调节皮肤免疫,参与AD发病[11-12]。

microRNA可通过调节Th17细胞的功能和分化,影响IL-17、IL-22等相关细胞因子的表达,参与皮肤炎症反应[13]。Ma等[14]研究发现AD患者外周血CD4+T细胞和皮肤标本中miR-155、IL-17mRNA表达升高以及细胞因子信号转导抑制因子-1(SOCS1)表达降低,AD患者miR-155表达与Th17细胞百分比、IL-17 mRNA表达、病情严重程度均呈正相关,与SOCS1表达呈负相关,SOCS1是JAK/STAT信号通路中负向调节Th17淋巴细胞分化的因子,研究提示上调miR-155可能靶向抑制SOCS1促进Th17细胞分化参与皮肤炎症的发生。Kärner等[15]在人外周血单个核细胞中筛选IL-22/IL-17阳性T细胞,其中IL-22/IL-17双阳性T细胞显著高表达miR323-3p,miR323-3p可靶向TGF-β、STAT3等途径的多个基因调节Th17细胞分化和效应功能,抑制IL-22表达,改善皮肤炎症反应。Bergallo等[16]检测发现AD患儿血液miR-155、叉头样转录因子3(FOXP3)mRNA表达增高,Th17/Treg比值显著降低;另有研究[17]显示经过常规治疗后,病情缓解的AD患者外周血CD4+CD25+FOXP3+Treg细胞计数和比例显著降低,并与病情严重程度明显相关,FOXP3是转录调控因子和Treg细胞的标志性分子, 可通过调节Treg细胞的发育,影响其活性和功能[18],以上提示T细胞在AD发病机制中发挥免疫调节的作用,影响病情发展,miR-155和FOXP3表达上调可能抑制T细胞功能导致免疫失衡,推测miR-155可能与T细胞分化存在一定关系。

3 microRNA参与细胞信号通路

信号通路转导正常是维持细胞生理功能的关键因素,信号通路异常不仅影响细胞的增殖、分化、代谢和凋亡,还可能导致免疫系统紊乱和机体的炎症反应,从而引起各种自身免疫性和炎症性疾病[19]。

microRNA与细胞信号通路相互作用,参与信号通路的协同调节,介导细胞间通讯,影响相应细胞功能,引发机体生理效应或病理改变[20]。Rebane等[21]发现miR-146a在AD患者的角质形成细胞和皮损中表达上调,并通过作用于白细胞介素1受体相关激酶(IRAK1)、趋化因子5(CCL5)等靶标阻断NF-κB信号通路,抑制趋化因子、干扰素、泛素样蛋白D等相关炎症因子表达,从而减轻皮肤炎症。Chang等[22]研究发现AD患者血液和皮肤中IL-32上调,IL-32促使HaCaT细胞中相关炎症因子mRNA表达增加,并诱导小鼠模型的皮肤炎症加重。IL-32可激活JAK1信号通路,促进下游基因磷酸化,增加miR-155表达,参与AD发病。Lee等[23]研究发现与野生型小鼠相比,IL-32γ转基因AD小鼠皮损中IL-32γ表达下降,miR-205表达显著降低,进一步实验表明,IL-32γ抑制NF-kB信号通路的激活,提示IL-32γ可能通过调控NF-kB信号通路抑制miR-205的表达,减少皮损中炎症细胞浸润和相关因子的分泌。Yan等[24]发现AD皮肤模型中的miR-1294显著降低,上调miR-1294可抑制AD样皮肤损害,miR-1294可能通过靶向STAT3-NF-κB信号通路抑制皮肤氧化,促进屏障修复。Jia等[25]研究表明IL-13可激活HaCaT细胞中的雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路,抑制miR-143表达,并使丝聚蛋白等皮肤屏障相关蛋白表达缺失,在予以mTOR抑制剂—雷帕霉素后,miR-143水平上调,从而抑制皮肤免疫失衡,维护表皮屏障功能稳定,此研究证实miR-143参与mTOR信号通路以及该信号通路在AD发病机制中发挥作用。

4 microRNA调节皮肤免疫及炎症反应

microRNA通过抑制mRNA翻译或启动降解来改变基因表达,调节细胞免疫活动,改变细胞生物学功能,其异常表达引发机体病理改变[26]。目前许多研究表明在AD患者的血液、病变皮肤组织等样本中测定出多种microRNA的差异表达,microRNA失调引发皮肤免疫失衡和炎症反应,促进AD发生发展,并与病情严重程度相关,这为其成为疾病诊断生物标志物和新型治疗靶点提供了新思路[27]。

4.1 microRNA抑制靶基因促发炎症反应 microRNA是转录后基因表达调控的关键因子,通过与靶基因结合,而直接抑制其表达,进而破坏免疫稳态,促进炎症发生。Nousbeck等[28]发现AD患儿外周血单个核细胞miR-451a明显下调,其靶基因白细胞介素6受体(IL-6R)和蛋白酶体亚基β-8 (PSMB8)上调,抑制miR-451a可使IL-6R、PSMB-8水平提高,导致自身免疫失调,促发炎症。Wang等[29]发现AD小鼠模型表皮miR-155-5p表达明显增加,其特异性靶点蛋白激酶抑制剂α(PKIα)显著降低,炎性因子IL-4、IL-5、IL-9和IL-13显著升高;而阻断miR-155-5p的表达可使表皮PKIα升高,上述各炎性因子明显降低,维持皮肤屏障功能的紧密连接蛋白增加,同时介导炎性反应的胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)和促炎因子IL-33表达降低,从而抑制表皮炎症反应及恢复皮肤屏障功能。Cheng等[30]提出miR-375-3p可以通过Yes相关蛋白1(YAP1)/淋巴上皮KazaI型抑制剂 (LEKTI)途径减弱AD炎症反应的假设。该研究发现上调miR-375-3p可显著抑制HaCaT细胞活力,减少IL-1β、IL-6等炎症因子的释放,而YAP1过表达后,会增强HaCaT细胞活力,促进炎症因子释放以及降低LEKTI的水平,这提示miR-375-3p和YAP1的作用是相反的。在HaCaT细胞中,miR-375-3p通过特异性结合其3′-UTR直接靶向YAP1并抑制其表达,从而减少AD炎症反应。上述研究提示针对microRNA的治疗可能是减轻炎症反应,改善皮肤免疫状态,修复皮肤屏障损伤的抗炎治疗新途径。

4.2 microRNA失调促进Th2免疫反应 Th2免疫反应和2型细胞因子的产生是AD发病的关键机制和重要特征[31]。microRNA表达失调可使Th1/Th2失衡,诱发2型免疫反应,使IL-4、IL-13等2型细胞因子分泌增加,从而进一步介导AD的发生发展[32]。

Yan等[33]发现AD患者血清miR-146a表达显著上调,Th1/Th2比率显著降低,AD小鼠模型中同样发现小鼠皮肤miR-146a上调和Th1/Th2比率降低,小鼠AD样皮损可能与Th1/Th2失衡引发的2型炎症反应相关,且研究显示miR-146a上调可能是通过SUMO1介导Th2炎症反应引起皮肤病变。Chen等[34]测序发现AD患者血浆和血细胞miR-151a均显著上调。IL-12受体β2(IL-12RB2)是miR-151a新的靶点,miR-151a可抑制IL-12RB2表达,影响Th1细胞分化,减少Th1细胞因子分泌,引起Th1/Th2失衡,Th2相关细胞因子表达增加从而介导免疫反应。

4.3 microRNA失调促进炎症因子分泌 许多炎症因子分泌参与AD发病,microRNA可通过调控基因表达影响白细胞介素、干扰素、趋化因子等炎症介质分泌而影响AD的发生发展。有研究[35]通过测定AD患者和健康对照者血液中miR-20a和miR-210的水平,发现AD组miR-20a和miR-210均高于对照组,miR-20a可抑制IFN-γ、CCL5、CCL8等炎症因子分泌,miR-210可通过调节丝氨酸/苏氨酸激酶2介导的NF-κB信号通路来抑制炎症因子的产生[36],两者上调均可能促进炎症因子分泌,与AD病情严重程度相关。miR-124可靶向抑制P65降低病变皮肤中IL-8、CCL5、CCL8等下游炎症因子水平实现免疫调节,Yang等[37]发现在AD患者病变皮肤中miR-124表达降低,P65、IL-8、CCL5和CCL8mRNA表达显著上调, 可能促进了AD的发生发展。

4.4 microRNA活化血小板引发炎症 血小板是成熟巨核细胞胞浆脱落后形成的无核细胞,不仅具有凝血、收缩血管、形成止血栓等功能,还参与肿瘤侵袭、感染、炎症和免疫反应[38]。microRNA的表达失调可激活血小板,迅速释放储存于血小板内α颗粒中的各种介质,包括细胞因子、趋化因子、二磷酸腺苷、三磷酸腺苷以及血清素等,导致炎症和免疫反应,参与AD的发病机制[38-42]。

有研究[39]发现重度AD患者血浆miR-223表达水平明显高于轻度AD患者和对照组,同时发现miR-223表达水平与血清胸腺活化调节趋化因子(TARC)水平相关,TARC是评估AD严重程度的标志物[40],提示miR-223可能成为AD病情严重程度生物标志物。AD患者的血小板处于激活状态,且激活程度与AD严重程度相关,有研究[41]发现,在予以抗血小板药物抑制血小板活性后,受试者血浆microRNA水平下调,提示microRNA可能与血小板活化相关,因此考虑miR-223上调可能引起血小板活化,加重了AD炎症表达。Maeno等[42]分析显示重度AD患者血浆miR-24、miR-191水平均明显高于轻中度患者和健康者,AD患者血浆miR-24、miR-191水平与其血清TARC水平高度相关,提示血浆miR-24和miR-191也可能作为判断AD病情严重程度的标志物之一。同时研究发现AD患者血浆miR-24、miR-191水平与血浆PF-4、β-TG等血小板活化生物标志物之间具有高度相关性,提示血浆miR-24、miR-191水平可能与血小板活化有关,而活化的血小板可以通过分泌趋化因子促进局部炎症进程而进一步加重AD病情[43]。

5 小结

AD正逐渐成为值得关注的社会性健康问题,研究者目前已经形成充分共识—AD是由遗传、免疫、环境等多因素参与发病的慢性炎症性皮肤病,患者常呈现为缓解—复发的病程特点,但是临床常规治疗方式难以让大多数患者获得病情持续缓解。microRNA通过上调或下调的异常表达参与AD的发病机制,其表达失调导致角质形成细胞出现异常增殖,损伤表皮屏障功能;调节T细胞的功能和分化,影响细胞因子的表达,参与皮肤炎症反应;参与信号通路的协同调节和介导细胞间通讯,引发机体生理效应或病理改变;抑制靶基因表达而破坏免疫稳态,诱导Th1/Th2失衡而诱发2型免疫反应,活化血小板以分泌炎症介质和趋化因子等引发皮肤免疫失衡、促进局部炎症进程、进一步加重AD的发生和发展。microRNA不仅与AD病情严重程度具有相关性,而且具有成为新治疗靶点的潜在价值。对microRNA与AD之间联系的深入研究,可为AD的病因、诊断和治疗提供新的思路和方法,以期更全面的揭示以AD为代表的炎症性皮肤疾病的发展过程,最终能实现更高效的治疗手段,提高患者的生活质量,减轻家庭和社会的医疗经济负担。