MicroRNA在抗病毒免疫中的作用研究进展

2012-04-13王强泰安市岱岳区山口镇畜牧兽医站271038

山东畜牧兽医 2012年12期

王强（泰安市岱岳区山口镇畜牧兽医站 271038）

王强（泰安市岱岳区山口镇畜牧兽医站 271038）

MicroRNAs是一类2l-23核苷酸小非编码RNA，其通过与靶基因的3’非翻译区间结合抑制靶基因表达，或者使靶基因转录本降解。研究表明，miRNA可能参与脊椎动物固有免疫应答的多个环节，在病原微生物感染时，它们不仅成为重要的固有免疫受体活化后的信号调节分子，而且能够直接干扰病毒复制而发挥抗病毒效应。病原微生物，特别是病毒还可以通过自己编码miRNA或者改变宿主细胞miRNA表达谱直接或间接地干扰很多宿主免疫相关基因的表达，实现逃逸机体免疫清除的目的。因此，miRNA水平的相互作用可能是病原微生物与其宿主展开免疫“博弈”的重要战场。

MicroRNA(miRNA)是近几年继siRNA之后非编码RNA研究的又一热点。它通过与靶mRNA的特异性结合，在转录后水平上对基因表达进行调控。到目前为止，绝大多数研究结果都显示，miRNA能够通过特异性的碱基配对抑制靶mRNA翻译或诱导剪切，从而在转录后水平上对基因的表达进行负调控，促进靶mRNA的快速脱腺苷酸化而使其易于降解，也是miRNA抑制基因表达的机制之一。自从Pfeffer等[1]于2004年从EBV感染的细胞中发现了首个由病毒基因组编码的miRNA。到目前为止，通过克隆鉴定和生物信息学手段预测到可能存在的病毒miRNA已有上百种，其中很多已经完成了序列鉴定和功能分析。

1 miRNA的生物合成

miRNA的生物合成需要复杂的蛋白酶系统，在RNA聚合酶Ⅱ的作用下合成miRNA初级转录产物pri-miRNA，然后在RNaseⅢ核酸酶Drosha及辅助因子Pasha的作用下形成具有发卡状结构的70个左右碱基的pre-miRNA，pre-miRNA经Ran GTP依赖途径和Expotin-5复合物输送到细胞质后，由胞质核酸酶Dicer剪切为约22个核苷酸左右的miRNA，引导进入RISC(RNA-induced silencing complex)中成熟的miRNAs被保留，互补结合于靶基因mRNA，抑制其翻译或降解靶基因调控基因表达。靶tuRNA不完全互补的miRNA通常结合在mRNA的3’端非翻译区，抑制翻译的延伸或降解核糖体合成的新生肽链从而抑制蛋白质翻译；如与靶位点完全互补通常结合在mRNA的编码区，引起靶mRNA的降解，一个miRNA可有多个靶基因，多个miRNA也可共同调节一个靶基因，形成调控网络，精细调控功能基因的表达。miRNA是调节细胞功能的关键因子，自身的表达和功能被严格地调控，受感染、炎症或细胞刺激的影响才能发挥作用。

2 . 病毒编码的miRNA与免疫逃逸

早在2004年，研究人员就发现KSHV(kaposi sarcoma associated herpesvirus)编码的11种miRNA在静止期的KSHV感染细胞中表达上调，并预测它们与宿主的若干基因mRNA有结合能力，估计它们可能会通过调节某些重要宿主细胞基因的表达使感染状态得以长期维持[2]。进一步研究发现它们能够靶向下调宿主的一种抗肿瘤因子THBS1(thrombospondin 1)从而促进疾病的发生[3]。类似的情况还见于SV40(sarcoma virus 40)等病毒的感染过程，早期基因转录区指导合成的T抗原是细胞转化启动所必需的蛋白质，参与转化细胞表型的维持，在SV40诱发肿瘤的过程中具有重要作用。

Sullivan等[4]发现，SV40编码的一组miRNA在其基因组转录后期显著积累，进一步研究表明它们能够与T抗原mRNA的3'-UTR互补结合抑制其翻译，引起其合成下调，从而削弱了SV40感染细胞的特异性表型，降低CTL对被感染细胞的识别和杀伤，有利于病毒的持续性感染。Stern-Ginossar等[5]探索了HCMV(human cytomegalovirus)编码的11种miRNA在宿主基因组中的靶点，发现hcmv-miR-UL112能够与人类MHCⅡ类链相关分子B(MHC classⅡ-related chain B molecules，MICB) mRNA 的3'-UTR互补结合，特异性下调被感染细胞膜表面MICB的表达，进而降低由其受体NKG2D介导的NK细胞对HCMV感染细胞的识别和杀伤，帮助被感染细胞逃逸免疫清除。这项成果进一步证实了病毒可以通过编码miRNA直接靶向宿主免疫防御基因，削弱宿主免疫防御功能。

3 病毒miRNA与细胞凋亡

病毒抗凋亡策略不仅有利于病毒的大量复制，而且有助于病毒逃避CTL和自然杀伤(NK)细胞对病毒感染细胞的杀伤。病毒编码抗凋亡蛋白已为大家所熟知，近年研究表明，病毒还能编码miRNA来抑制病毒感染细胞过早凋亡。单纯疱疹病毒1型(herpes simplex virus-1，HSV-1)潜伏相关转录物(latency-associated transcript，LAT)基因编码的miRNA，提供了病毒感染细胞对凋亡的抗性[6]。转染LAT基因片段的成神经瘤细胞增加了细胞凋亡的抗性，并且LAT miRNA在瞬时转染LAT基因片段或者感染HSV-1野毒株的细胞中积累。而缺失372 nt核酸片段(含有成熟LAT miRNA)的突变毒株，既不能抑制感染细胞免于凋亡，也不能产生miRNA。分析发现，miR-LAT可通过下调与转化生长因子(transforming growth factor，TGF)通路相连的TGF 1 和SMAD3(mothers against decapentaplegic homologue3)表达而实施抗凋亡效应。Stern Ginossar等[7]研究表明，人巨细胞病毒miRNA miR-UL112的可能靶标是NK细胞激活受体NKG2D的胁迫诱导配体——主要组织相容性复合体I 相关B链(major histocompatibility complex class I related chain B，MICB)基因，他们进一步证明，miR-UL112确实能降低内源MICB的生成，干扰与NKG2D结合，从而降低NK细胞杀伤作用。

4 宿主细胞编码miRNA的抗病毒作用

2005年Lecellier等[8]报道转染腺病毒E1A基因的人肾上皮细胞系293T表达一种miRNA-miR-32，可以广泛抑制PFV-1(primary foamy virus 1)蛋白的表达，降低病毒基因组在胞内的积累。荧光素酶报告基因检测表明，转染miR-32的反义寡锁核酸片段能够重新提高胞内PFV-1的载荷。这一结果证明，动物细胞能够通过编码miRNA直接抑制病毒的感染。值得注意的是PFV-1也具有一种反制手段，可以通过编码Ras蛋白来抑制miR-32介导的对PFV-1积累的阻断作用。Otsuka等[9]则在研究Dicer-1缺陷鼠对VSV(vesicular stomatitis virus)高度易感的机制时发现，宿主细胞编码产生的miR-24和miR-93两种miRNA能够靶向VSV的L蛋白和P蛋白，从而抑制VSV的复制，Dicer的缺陷将导致miRNA合成障碍而使机体易于受到VSV的感染。

Hariharan等[10]利用生物信息学的手段预测出T细胞表达的miR-29a等5种miRNA可能分别靶向调节玉型人免疫缺陷病毒编码的nef、vpr等基因，而这些基因在HIV-1的吸附感染、衣壳合成、颗粒装配及对宿主细胞周期的调控等方面发挥着十分重要的作用。而Triboulet等[11]发现宿主细胞编码的miR-17-5p和miR-20a能够靶向下调组蛋白乙酰化酶PCAF的表达，由于PCAF是HIV-1基因组复制中重要的协同因子，因而这两种miRNA能够发挥降低细胞内的病毒载荷的作用。最近的一项研究则证实[12]，宿主CD4+T细胞编码的一组miRNA能够直接抑制静止期初始CD4+T细胞中HIV-1的复制。分析发现，它们在静止期初始CD4+T细胞中的表达水平明显高于活化期，并与HIV-1基因组RNA3忆端的若干区域有结合能力，转染这些miRNA的序列特异性反义寡核苷酸，则会解除它们在模拟感染和分离自HIV感染者血液的静止期初始CD4+T细胞中对HIV复制的抑制，由于HIV在静止期CD4+T细胞中的潜伏被认为是HAART无法根除HIV病毒的主要原因，因此这一成果无疑为治疗HIV感染指出了新的方向。

5 编码的miRNA促进病毒复制

2005年，Jopling等发现宿主细胞编码的miRNA并不都是对病毒感染发挥抑制作用，HCV(hepatitis C virus)能够将人肝细胞特异性高表达的miRNA-miR-122，募集到其基因组RNA的5'-NCR(non-coding region)，促进自身基因组的复制。Pedersen等最近报道，miR-122可以成为干扰素抗HCV感染的新靶点，他们用IFN-β分别处理人肝癌细胞系Huh7和人原代肝细胞，发现miR-122的表达明显下调，HCV基因组的复制受到抑制，结果控制了感染的进一步发生。应用miR-122特异性反义寡核苷酸则能够减弱这种抗病毒作用，这表明了由宿主编码的miRNA不仅能够对病毒RNA进行干扰，还有可能被病毒利用为自己服务，这一现象的发现为进一步理解宿主基因组编码的miRNA与病毒之间的关系，探索免疫应答过程中更多未知分子机制及它们的免疫学意义展示了新的视角。

6 展望

对病毒miRNA的研究从2004年至今，属于较新的领域，很多遇到的miRNA有待实验验证，并需要寻找与确认它们的功能。为获得病毒生存优势，病毒miRNA可以在免疫系统活化不同阶段干扰免疫系统；同时由于miRNA可以通过直接接触的方式实现免疫细胞之间的相互传递，所以病毒的miRNA可能会采取这种方式更大限度操控免疫系统，进一步探索病毒miRNA在病毒感染早期对自身与宿主的调控将为研发有效防控手段提供理论基础。

[1] Pfeffer S, Zavolan M, et al. Identification of virus-encoded microRNAs. Science, 2004, 304(5671): 734-736.

[2] Cai X Z, Lu S H, Zhang Z H, et al. Kaposis sarcoma-associated herpesvirus expresses an array of viral microRNAs in latently infected cells. Proc Natl Acad Sci USA, 2005, 102(15): 5570-5575.

[3] SamolsMA, Skalsky R L, Maldonado A M, et al. Identification of cellular genes targeted by KSHV-encoded microRNAs. PLoS Pathog, 2007, 3(5): e65.

[4] Sullivan C S, Grundhoff A T, Tevethia S, et al. SV40-encoded microRNAs regulate viral gene expression and reduce susceptibility to cytotoxic T cells. Nature, 2005, 435(7042): 682-686.

[5] Stern-Ginossar N, Elefant N, Zimmermann A, et al. Host immune system gene targeting by a viral miRNA. Science, 2007, 317 (5836): 376-381.

[6] Gupta A , Gartner J J , Sethupathy P , et al . Anti2apoptotic function of a microRNA encoded by the HSV21 latency2associated transcript [J ] .Nature , 2006 , 442(7098) :82285.

[7] Stern2Ginossar N , Elefant N , Zimmermann A , et al . Host immune system genetargeting by a viral miRNA [ J ] . Science , 2007 , 317 (5836) :376-381.

[8] Lecellier C H, Dunoyer P, Arar K, et al. A cellular microRNA mediates antiviral defense in human cells. Science, 2005, 308 (5721): 557-560.

[9] Otsuka M, Jing Q, Georgel P, et al. Hypersusceptibility to vesicular stomatitis virus infection in Dicer1-deficient mice is due to impaired miR24 and miR93 expression. Immunity, 2007, 27(1): 123-134.

[10] Hariharan M, Scaria V, Pillai B, et al. Targets for human encoded microRNAs in HIV genes. Biochem Biophys Res Commun, 2005, 337(4): 1214-1218.

[11] Triboulet R, Mari B, Lin Y L, et al. Suppression of microRNA silencing pathway by HIV-1 during virus replication. Science, 2007, 315 (5818): 1579-1582.

[12] Huang J J, Wang F X, Argyris E, et al. Cellular microRNAs contribute to HIV-1 latency in resting primary CD4+ T lymphocytes. Nat Med, 2007, 13(10): 1241-124.

（2012–09–22）

S813.3

1007-1733(2012)12-0088-03