miRNA在炎症性肠病中的研究进展

王力田 杨立胜 刘刚

•综述•

miRNA在炎症性肠病中的研究进展

王力田 杨立胜 刘刚

炎症性肠病（IBD）为一类反复发作的肠道慢性非特异性炎性疾病，主要包括溃疡性结肠炎（UC）和克罗恩病（CD）。其病因及发病机制目前尚不明确，可能与多种因素有关。近年研究发现microRNA（miRNA）在IBD患者中表达异常，可能参与IBD的发生、发展。本文就IBD患者特异性miRNA表达异常的研究进展作一综述，旨在探讨miRNA在IBD发病机制、诊断和预后判断中的价值，为其临床应用提供依据。

消化系统； 结肠炎，溃疡性； Crohn病； microRNA

炎症性肠病（inf l ammatory bowel disease，IBD）是一类反复发作的肠道慢性非特异性炎症性疾病，主要包括克罗恩病（Crohn disease，CD）和溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC），其病因及发病机制尚未完全阐明，目前多数学者认为IBD的发生发展可能与异常免疫调节、环境变化、遗传易感性、肠道持续感染、肠黏膜屏障损伤等因素有关［1-2］。近年来IBD的发病率逐渐增高，因其病程持久、病情反复而严重影响患者的生活质量，给社会带来沉重的医疗负担。

微RNA（microRNA，miRNA）是一类长约18～24个核苷酸的小分子非编码RNA，由内源基因编码，其通过与靶mRNA 3’UTR完全或不完全结合进行转录后水平调控，抑制mRNA的翻译或降解靶mRNA而参与细胞的增殖、发育、分化、凋亡等过程［3］。近年研究发现miRNA在IBD患者中的表达水平与正常人相比有明显差异，且异常表达的miRNA通过调节多种信号通路和基因表达参与IBD的发生发展过程。本文就IBD患者miRNA差异性表达的研究进展作一综述，旨在探讨miRNA在IBD发病机制、诊断和治疗中的价值，为今后研究提供依据。

一、miRNA在IBD中的作用

（一）miRNA与IBD发病机制

有报道称，目前已有100多个miRNAs在IBD患者中差异表达［4］，这些miRNAs构成了复杂的表达网络，通过其表达水平的上调或下调，在转录后水平抑制或降解不同靶mRNA的表达继而引起下游相应靶点基因的改变，最终导致肠道炎症发生、肠黏膜屏障功能受损、黏膜通透性增加等变化，参与IBD的发病过程。

肠道炎症是IBD的基本病理表现，近年发现多种miRNAs参与IBD肠道炎症发生，如miR-214在UC炎症过程中发挥重要作用，Polytarchou等［5］发现IL-6激活信号转导与转录激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3），后者直接结合于miR-214基因启动子区，使miR-214表达升高，继而与磷酸酶-张力蛋白同源基因（phosphatase and tensin homolog，PTEN）、PDLIM2（PDZ and LIM domain 2）的3’UTR结合抑制二者mRNA和蛋白表达，表达下降的PTEN使Akt酶激活而有助于核因子（nuclear factor kappa-B，NF-κB）磷酸化，而PDLIM2的低表达则激活NF-κB诱导炎症反应及IL-6表达，构成此正反馈通路，从而证实miR-214对UC炎症过程具有促进作用。而CD患者结肠上皮miR-23a表达升高，与肿瘤坏死因子α抑制蛋白3（tumour necrosis factor alpha inhibitory protein 3，TNFαIP3）mRNA的3’UTR结合扰乱NF-κB的调节和肠道屏障的动态平衡，增强TNF-α作用和CD肠道炎症［6］。近年报道IBD患者炎性结肠组织中miR-7表达下调，负性调控环指蛋白183（the RING fi nger 183，RNF183）的表达，升高的RNF183介导IκBα泛素化及降解从而激活NF-κB途径，促进肠道炎症的发生［7］。此外，miR-10a、miR-155、miR-511-3p等在IBD肠道炎症中也具有一定作用［8-10］。

目前已有较多研究显示，异常的miRNA谱与肠道黏膜屏障受损密切相关，参与IBD的发病过程。miR-21可通过多种信号通路调节肠上皮功能，如PTEN/PI3K/Akt 通路和RhoB通路均在IBD发生发展中发挥作用。Zhang等［11］证实TNF-α通过激活NF-κB使结肠上皮细胞内miR-21表达上调，miR-21可促进Akt 磷酸化和抑制PTEN的表达，经PTEN/PI3K/Akt 信号通路引起肠上皮细胞屏障功能受损、增加肠黏膜通透性；Yang等［12］发现miR-21在UC患者结肠组织和血清中均表达升高，其通过降解RhoB mRNA破坏肠道上皮细胞间紧密连接而参与UC的发病。有报道称miR-122在增加IBD患者肠上皮细胞间渗透性中也起着重要作用［13］，但随后Chen等［14］却发现miR-122通过调节NF-κB通路而使肠上皮细胞损伤减轻，改善肠黏膜屏障受损，两种报道结果存在争议，相信随着miRNA研究的深入，IBD发病的确切机制也将会得到进一步阐明。

（二）miRNA在IBD诊断中的价值

1.miRNA与IBD诊断

目前IBD的诊断需要综合患者的病史、临床表现、实验室检查及其他检查结果而得出，肠镜作为其中一项重要的辅助检查虽然可以直观地判断组织病变，却是一种侵入性检查方法，不易被患者接受，因而需要寻找IBD潜在的生物标志物用以诊断IBD。研究表明，除结肠组织和外周血外，miRNA还在IBD患者粪便、唾液中存在表达水平的变化，这些差异表达的miRNAs可能成为诊断IBD新型生物标志物。

有学者报道了IBD患者结肠、外周血中miRNA的表达情况［15］，发现在结肠活检样本中，UC组相比健康对照组有4个miRNAs（miR-19a，miR-21，miR-31，miR-101）表达上调，而CD组3个miRNAs（miR-31，miR-101，miR-146a）表达上调，仅miR-375表达水平下调；而在外周血中，UC组miR-21，miR-31和miR-146a呈现低表达，6个miRNAs（miR-19a，miR-101，miR142-5p，miR-223，miR-375，miR-494）呈现高表达；CD组miR-21，miR-31，miR-146a，miR-155表达降低，而miR-101和miR-375表达升高，提示6个miRNAs（miR-19a，miR-21，miR-31，miR-101，miR-146a，miR-375）可作为潜在标志物用于IBD的诊断与鉴别。另外，血清表达升高的miR-595和miR-1246也可能用来诊断IBD［16］。通过分析IBD患者粪便中miRNA表达情况，Yu等［17］发现粪便中表达升高的miR-155可作为诊断IBD的潜在标志物，而Yi等［18］同样对IBD患者粪便miRNA进行研究，结果显示miR-16-5p和miR-21-5p在UC患者表达水平升高，且灵敏度分别为83.3%和66.7%，特异度均为88.2%，而CD患者仅miR-16-5p升高，灵敏度为76.2%，特异度为88.2%，提示miR-16-5p和miR-21-5p也可作为诊断IBD的生物标志物，且价值优于ESR和CRP。除粪便外，IBD患者唾液中miRNA也存在异常表达，Schaefer等［15］首次发现miR-101在CD患者唾液中表达上调，而UC患者唾液中3个miRNAs（miR-21，miR-31，miR-142-3p）表达升高，miR-142-5p表达降低，因此唾液差异表达的miRNAs也可能在IBD的诊断中发挥作用。

2.miRNA与IBD疾病活动度

IBD患者疾病活动期与缓解期相交替，对IBD疾病活动度的评估有助于提示IBD病情所处的时期，既可为选用治疗方法提供依据，也可作为监测疗效的指标。多项研究表明，在IBD患者结肠组织、外周血和粪便中差异表达的miRNAs可作为评估IBD活动度的潜在标志物。Iborra等［19］分析发现，与缓解期黏膜组织相比，活动期UC患者miR-650和miR-548a-3p表达上调，miR-196b、miR-489和miR-630表达下调，而活动期CD患者miR-18a*、miR-629*、let-7b和miR-140-3p表达升高，miR-422a、miR-885-5p和miR-328表达降低；该研究小组还分析了活动期和缓解期IBD患者血清miRNAs表达水平，发现UC患者活动期与缓解期miRNA表达水平无显著差异，但活动期CD与缓解期CD之间却存在6个差异表达的miRNAs（miR-188-5p，miR-877，miR-140-5p，miR-145，miR-18a，miR-128）；其它研究显示相比缓解期，活动期IBD患者循环miR-16、miR-21、miR-155、miR-223表达升高，其中miR-223比ESR、hs-CRP具有更高的评估价值［20-21］；近年来又发现IBD患者粪便中升高的miR-16、miR-21、miR-155、miR-223、miR-320也可在评估IBD疾病活动度中发挥作用［21-22］，上述miRNAs在IBD病情不同时期表达水平亦不同，因而可作为潜在的IBD活动度标志物。

（三）miRNA与IBD治疗

既往研究表明，miRNAs在多种疾病中差异表达，参与了疾病的发生、发展过程。许多领域学者设想将miRNAs作为核酸药物或治疗靶点用于疾病的治疗，并进行了相关研究，如Ibrahim等［23］将聚乙烯亚胺/miR-33a复合物导入到患有结肠癌小鼠体内，miR-33a通过下调致癌激酶Pim-1而抑制癌细胞增殖，起到抑制肿瘤生长的作用；Lanford等［24］报道应用miR-122抑制剂可减低HCV感染的黑猩猩体内病毒载量，且该研究已处于II期临床试验阶段。这些报道显示出miRNA在疾病治疗中的可行性，为IBD甚至IBD相关性肿瘤的治疗提供了新思路。活动期UC患者结肠组织miR-192表达下调，使巨噬细胞炎性蛋白2-α（macrophage inf l ammatory peptide-2 alpha，MIP-2α）mRNA及蛋白表达升高导致肠道炎症发生，Wu等［25］用miR-192拟似物转染HT29细胞后可使MIP-2α mRNA表达下降，蛋白分泌减少，从而逆转上述过程；Polytarchou等［5］发现miR-214抑制剂可减轻活动期UC结肠新鲜活检标本炎症程度，此结果在小鼠结肠炎模型中也得到证实；另外，miR-214抑制剂还能有效抑制结肠炎相关结肠癌动物模型的肿瘤生长发展，使肿瘤的体积变小，数量减少。由此可见，将miRNAs作为核酸药物或治疗靶点针对IBD患者异常的miRNA谱进行治疗具有光明的前景，可能对IBD患者疗效及预后产生深远影响。然而，目前有关miRNA用于IBD治疗的研究还处于初级阶段，将其应用于临床尚需解决一系列问题，如选择何种miRNA载体，如何将miRNA准确递送至效应细胞，miRNA如何在细胞内稳定存在不被降解，使用剂量如何制定、有无药物毒性等［26］。

二、miRNA与IBD相关性肿瘤

结直肠癌（colorectal cancer，CRC）是IBD严重并发症之一，IBD患者罹患CRC的风险明显高于正常人群，据报道UC和CD患者发展成CRC的风险分别是正常人的30倍和5.6倍［27-28］。由于CRC起病隐匿、病死率高，若能早期发现IBD患者向CRC的转变，将对IBD患者的预后产生深远影响，因此寻找IBD相关CRC潜在标志物迫在眉睫。

许多研究发现结肠组织miRNAs参与了IBD患者向CRC演变过程，提示miRNAs可作为诊断IBD相关CRC的生物标志物。miR-21在IBD患者结肠异型增生组织中表达显著升高，负性调控肿瘤抑制基因PDCD4（The programmed cell death 4）使其表达降低，Ludwig等［29］认为miR-21参与了IBD结肠组织的癌变过程；UC患者直肠和乙状结肠组织中hsa-miR-141-3p表达上调，6个miRNAs（hsa-miR-146b-5p，hsa-miR-335-3p，hsa-miR-342-3p，hsa-miR-644b-3p，hsa-miR-491-3p，hsa-miR-4732-3p）表达下调，Ranjha等［30］从数据库收集UC相关CRC资料发现，大部分病例CRC的发生部位在直肠乙状结肠区，推断这些差异表达的miRNAs可能促进了该区UC相关CRC的形成，监测上述miRNAs的表达变化有助于评估UC向UC相关CRC的进展。Olaru等发现与结肠炎性组织相比，22个miRNAs在IBD相关上皮内瘤变（IBD-related neoplasia，IBDN）组织中表达升高，10个miRNAs表达降低，进一步研究发现miR-31在正常组织-IBD-IBDN的发展过程中是逐步升高的，且显著高于散发性CRC所表达的miRNA水平；该研究小组另一项研究证实miR-224在IBD向CRC发展过程中同样是不断升高的，提示miR-31和miR-224亦可作为早期检测IBD患者由炎症向肿瘤进展的生物标志物［31-32］。此外，近年研究显示粪便microRNAs有望用于诊断IBD相关CRC，如粪便miR-34a可作为诊断结肠炎诱导的CRC潜在标志物［33］。

综上，目前对IBD患者miRNA谱研究仍处于初始阶段，其中存在的一个问题就是多个研究结果缺乏一致性，这主要受IBD发病部位、疾病活动度、分析系统、健康对照组等因素不统一，组织样本异质性，研究对象遗传及环境背景变异等影响。miRNA真正应用于临床IBD的诊断和治疗尚需经历一定的时间，今后的研究尚需进一步扩大样本量，建立统一的研究群体和组织收集方法，深入研究miRNA的表达及作用，这对于明确IBD的发病机制，诊断与鉴别IBD亚型，选择IBD的治疗靶点具有重要意义。

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Progress in study of microRNA in inf l ammatory bowel disease

Wang Litian, Yang Lisheng, Liu Gang.Department of General Surgery, The Tianjin Medical University General Hospital, Tianjin 300052, China Corresponding author: Liu Gang, Email: landmark1503@sina.com

Inflammatory bowel disease (IBD) is a chronic non-specific intestinal inflammatory disease，mainly including ulcerative colitis (UC) and crohn′s disease (CD). The etiology of IBD has not yet been clarif i ed, and it may be relevant to many factors. Recent studies have shown that expressions of microRNA (miRNA) were frequently altered in patients with IBD, and were involved in the development of IBD. This article reviewed the aberrant miRNA expressions in patients with IBD in order to discuss the value of miRNA in the pathogenesis, diagnosis and prognosis of IBD, and to further provide the evidence for its clinical application．

Digestive system; Colitis, ulcerative; Crohn disease; microRNA

2016-11-19）

（本文编辑：杨明）

10.3877/cma.j.issn.2095-3224.2017.03.012

黎介寿院士肠道屏障研究专项基金（No.LJS_201008）

300052 天津医科大学总医院普通外科

刘刚，Email：landmark1059@163.com

王力田, 杨立胜, 刘刚.miRNA在炎症性肠病中的研究进展[J/CD].中华结直肠疾病电子杂志, 2017, 6(3): 230-233.