MiRNAs、易感基因及细胞因子系统生物学网络在银屑病发病机制的研究进展

沈慧，杨志波

（湖南中医药大学第二附属医院，长沙410005）

MiRNAs、易感基因及细胞因子系统生物学网络在银屑病发病机制的研究进展

沈慧，杨志波

（湖南中医药大学第二附属医院，长沙410005）

银屑病（Psoriasis,PS）是一种遗传和环境共同作用，以角质形成细胞过度增殖为特征，由免疫介导的慢性炎症性皮肤病。银屑病病理过程中，调控基因表达的小分子RNA(miRNAs)、易感基因以及细胞因子，三者之间有着重要的关联。之前的研究往往集中三者其中的某一方面，这样并不能够良好地理解其完整病理过程。本综述从系统生物学(Systems biology)的整体角度，整合前期研究者的数据信息，探讨miRNAs、易感基因、细胞因子在银屑病发病机制之间的关联以及相互调控作用。本文综述miRNAs、易感基因以及细胞因子生物网络在PS病理过程的进展，为银屑病病理机制提供一个全新视角。

系统生物学；银屑病；发病机制；小分子RNA；易感基因；细胞因子

银屑病（Psoriasis,PS）是一种以鳞屑性红斑为主要临床表现的慢性炎症性皮肤病，依据世界卫生组织流行病学数据统计显示，全球大约有2%的人口受其影响，严重危害公众健康。银屑病发病与遗传易感性和环境因素相关。目前通过全基因组关联分析（Genome-wide association study,GWAS）已经明确定了多达36个易感基因位点。环境因素的变化诸如服用药物，吸烟，精神紧张，皮肤受损，链球菌感染，性激素变化等都可以诱发银屑病。

银屑病是一种免疫平衡失控所介导的疾病。在该疾病发病过程中，关键免疫细胞（如Th细胞，单核细胞）产生的各种细胞因子（IL-6，IL-17A，肿瘤坏死因子，干扰素等）已经被鉴定并发现。银屑病是多样致病因子的遗传性病症，多基因突变如IL-12R，IL-23A以及POU5F1等基因都可能会引起患者免疫系统调节异常并对银屑病易感。而家族遗传性的多基因改变尤其是细胞因子异常表达激活与银屑病病理过程中的多种异常反应，如表皮角质形成细胞受到细胞因子调控而产生过量增生以及免疫细胞如T细胞、中性粒细胞介导的炎症反应有密切关系[1]。因此可以认为银屑病的病理机制可能由多个层次同时介导，需要从多个层次的角度来还原其病理发展进程。而随着生物信息技术的进步，通过不同层面数据来系统研究疾病已经成为可能。近年来，研究者从不同层次对银屑病发病机制都进行了深入研究，试图以系统生物学的角度，整合银屑病相关小分子microRNAs、易感基因及细胞因子之间的规律，以综合解释其病理过程。其中microRNAs尤其成为最近的研究热点。系统生物学以小分子RNA调控基因网络为研究基础发现：银屑病相关miRNAs、易感基因及细胞因子存在相似变化的潜在趋势，提示三者可能存在相互作用的表达调控网络，并影响了银屑病的病理进程。本论文拟重点围绕系统生物学的基本内容，对最新的银屑病相关的系统生物学研究进展进行了总结和讨论[2]。

1 系统生物学在病理研究中的应用

系统生物学既可以分析现有数据做深度数据挖掘，即研究各种组学之间的相互网络化的联系和动态运行的模式；又可以通过研究重新构建某种疾病的模型，预测相关病理机制或者新靶点，并对其进行干预研究。各种组学技术的进步和持续积累的大量数据为系统生物学的研究提供了基本数据来源。如蛋白质相互作用网络（Protein-protein interaction network）、细胞信号传导网络、代谢网络、疾病网络、药物-靶点网络等数据库类型，并可预测不同的调控网络。目前有基于蛋白质序列的预测方法和基于蛋白质结构[3]的预测方法。目前已经公开的关联数据包括人类孟德尔遗传学数据库（online mendelian inheritance in man,OMIM，http://omim.org）、人类小分子miRNA疾病数据库的关联数据（http:// cmbi.bjmu.edu.cn/hmdd）以及药物-靶点的关联数据（如DrugBank，www.drugbank.ca）。通过挖掘文献或者转录调控数据库，比如TransFac、TransmiR、ChIPBase等，可以抽取转录因子对基因、miRNA以及lncRNA等的调控信息，并按照统计学等方法进一步做出数据整合[4-5]。基于这些调控信息，还可以整合成更完整的转录调控网络[6]。基于TargetScan、PicTar等工具可以预测miRNA对靶基因的调控关系，也可以从TarBase等数据库抽取获得实验支持的miRNA和靶基因调控关系，从而可以构建miRNA对靶基因的调控网络。

2 银屑病发病机制的系统生物学研究进展

银屑病是一种遗传和环境共同作用，以角质形成细胞过度增殖为特征，由免疫介导的慢性炎症性皮肤病。在整体病理过程中miRNAs、易感基因及相应细胞因子扮演不同角色，在其病理过程中各有不同的重要作用。近年研究发现多种小分子miRNAs在银屑病中表达异常并影响如IL-12B，MMP1等易感靶基因的表达，是该病发生、发展的重要调节因子。同时细胞因子的刺激是角质形成细胞过度增殖和免疫介导的慢性炎症反应必不可少的条件之一，本综述从系统生物学的角度研究miRNAs、易感基因及相应细胞因子与银屑病发病机制的相关性研究，有助于进一步了解该病的发病机制，并能为早期诊断及治疗提供新思路。

2.1 microRNAs调控在银屑病中的作用小分子RNA（microRNAs）是一类非编码的RNA，成熟片段大小约18~25个核苷酸，具有调控基因表达的能力，参与所有的生理病理过程，在疾病中扮演关键角色。近年来研究发现许多miRNA在银屑病患者皮损组织和血浆中存在显著差异表达，如miR-203、miR-146a（白细胞特异表达）、miR-21和miR-125b等。这些miRNA与银屑病易感基因及细胞因子信号通路密切联系[7-8]，例如，研究发现在角质细胞增殖过程有多种miRNA参与，如角质细胞特异表达的miR-203在基底层通过p63抑制细胞增殖，调节表皮中角质形成细胞从基底层到角质层的过渡；而在表皮细胞中miR-34a/c被p63抑制，并调节细胞周期蛋白D1和Cdk4的表达；miR-125b在皮肤干细胞中表达以平衡自我更新和早期谱系维持有重要作用。这些信号通路的异常活化也可能是银屑病角质细胞异常增生的直接原因；miR-135b/ miR-7靶向的银屑病易感基因LCE1B蛋白则能够控制皮肤的发育过程；在皮损中miR-203可通过抑制银屑病易感基因细胞因子信号转导抑制因子3（Suppressor of cytokine signaling-3，SOCS-3）表达来间接激活信号传导与转录激活因子3（Signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）并最终导致炎症细胞的浸润和斑块的形成，并成为银屑病炎症持续状态的原因；miR-146a由细胞膜表面识别细菌脂多糖的Toll样受体（Toll-like receptors TLRs）的配体，并调节TNF-α细胞因子下游TRAF6和IRAK1基因调节银屑病的炎症反应，可抑制TNF-α诱导的细胞凋亡，参与银屑病发病；miR-21有助于T细胞产生的皮肤炎症阻反应。

在研究miRNA与免疫反应的相关性时发现，银屑病皮损处表皮和真皮中miR-21均升高，而抑制miR-21则增强了活化T细胞的凋亡，这说明miR-21可以抑制T细胞的凋亡，从而支持其通过促进免疫炎症反应而致病[9]。银屑病中主要的致病细胞是角质形成细胞,研究结果表明miR-125过度表达可以抑制角质形成细胞的增生。miR-125与人成纤维细胞生长因子受体2（FGFR2）的表达成反比，抑制FGFR2后角质形成细胞增殖受到抑制。研究发现银屑病中miR-125部分通过调节FGFR2调节角质形成细胞的增生和分化[10]。miR-125a-5p在免疫Treg细胞激活时受到GATA3的诱导后上调表达，并通过抑制靶基因IL-6和STAT3调节Treg细胞的稳定性。当IL-6刺激调节性T细胞（Regulatory cell，Treg）时，miR-125a-5p的表达量越高，Treg越稳定；反之Treg越容易丢失FOXP3蛋白和其免疫抑制功能。这一调节通路可能在哮喘的发病机制中起到重要作用。综上这些实验结果都可以表明，miRNA通过调控下游基因网络表达成为银屑病病理进程中的一个重要调控因素，成为系统生物学考查银屑病不可缺的环节。

2.2 易感基因在银屑病网络调控中的作用银屑病做为遗传病，有基因相关背景可能导致特定人群易感。通过基因分型以及全基因组关联分析（GWAS）确定差异有统计学意义的基因组或者基因座位点，目前已经发现了36个银屑病易感基因或位点[11]。如包括HLA-Cw6、IL12B、IL23R、LCE3A、LCE3D、Stat3C等。最近研究发现的新易感基因如包括在调节T细胞功能（例如RUNX3，TAGAP和STAT3）中具有作用的候选基因，包括其产物涉及固有宿主防御的候选基因，包括干扰素介导的抗病毒应答（DDX58），巨噬细胞活化（ZC3H12C）和核因子-κB（NF-κB）信号传导（CARD14和CARM1）。这些结果表明更好地了解免疫介导的炎症性疾病的共享和独特的遗传决定因素，并强调皮肤在先天和获得性宿主防御中的重要性。HLA-C是人类白细胞Ⅰ类重链受体，广泛表达在各种组织中，在多个种族研究中HLA-Cw6与银屑病发病明显相关。病理机制研究发现HLA-C在对CD8+T细胞的抗原提呈中起重要作用，而CD8+T细胞在银屑病皮损的发生发展中起支配作用，因此HLA-C可能是诱发银屑病的重要基因。此外IL-12B和IL23R作为细胞因子的表达基因，与银屑病高度相关的与炎症反应密切关联。张学军[12]在中国人群中进行了银屑病易感基因的GWAS研究发现，位于1q21上的晚期角质化包膜（Late cornified envelope,LCE）基因簇中LCE3A和LCE3D区域与银屑病显著性相关。其它易感基因中包括调节T细胞功能的作用的基因如RUNX3，TAGAP和STAT3，以及参与先天宿主防御，包括干扰素介导的抗病毒反应（DDX58），巨噬细胞活化（ZC3H12C）和核因子（NF）-κB信令（CARD14和CARM1）等多个基因。这些结果很好的解释了银屑病，这一免疫介导的炎性病症与其它自免疫性疾病相比其实是有其共性和独有的遗传特征，这一结果同时也强调了皮肤在先天和后天宿主防御中的重要性。同时易感基因表达受细胞因子或miRNA调控，如白细胞介素1A（IL1A）可以在角质形成细胞中诱导易感基因如MMP1，MMP9，PTGS2，S100A7，S100A9，ICAM1以及SERPINB4等表达。

2.3 银屑病细胞因子网络免疫系统是一个旨在保护宿主免受外部（如细菌和病毒）和内部威胁（如恶性肿瘤转化）的复杂网络。细胞因子是免疫应答的重要介质，在银屑病病理过程中存在不同细胞因子间相互调控、协同或者拮抗等作用并形成网络。免疫细胞过度活化与银屑病炎性细胞及角质形成细胞释放一系列相关的细胞因子所致程有关。T细胞群中Th助手细胞（T-helper），即Th1，Th17以及Th22细胞分泌多种细胞因子，如Th1细胞因子能够分泌IFNγ，IL-2，Th17细胞因子则包括IL-17A，IL-17F，IL-22，IL-26和TNFα（Th1及Th17细胞因子）在血清和病灶皮损组织中表达量提高。进一步研究发现，这些细胞和细胞因子之间存在调控网络，如Di等[13]报告称银屑病病灶部位的DC细胞能够刺激T细胞产生IL-2和IFN-r。而银屑病病灶部位的T细胞可以进一步产生IFN-r、IL-17和IL-22，分别为Th1、Th17和Th22；DC细胞可以产生IL-23，直接决定着Th17存活和扩增。同时角质形成细胞和DC细胞可以产生多种T细胞的化学趋化因子，如CXCL9、CXCL10和CXCL11等，可以使得Th1向银屑病病灶部位聚集。另外有研究人员证实，在体外试验中，相对于正常组织中的T细胞，银屑病病灶部位的T细胞经过PMA/ionomycin后可以产生大量的IL-17[14]。Lowes等[15]研究发现IL-17、IFN-γ、IL-22和TNF-α等可以促进角质形成细胞的增殖与化学趋向因子的分泌。于是DC细胞、T细胞和角质形成细胞等长期维持着一个皮肤炎症反应的回路，成为了银屑病炎症发生的基础。

3 展望

综上所述，银屑病的发病机制涉及到microRNAs、易感基因及细胞因子的生物系统网络。笔者推测该网络与银屑病发病机制密切相关，这也为临床靶向治疗找寻新的治疗靶点提供了方向。

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R758.63

A

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2016-10-16）

国家自然科学基金：银屑病miRNAs-易感基因-细胞因子网络构建及竹黄颗粒的干预（基金编号：81573985）

杨志波，E-mail:dr.yang888@126.com