iceRNA在神经系统肿瘤与免疫病中的研究进展

王天风 王丽华 王健健 陆小燕

iceRNA在神经系统肿瘤与免疫病中的研究进展

王天风 王丽华 王健健 陆小燕

MicroRNA(miRNA)是一类长度约为22个核苷酸的内源性非编码RNA，通过与靶mRNA的3′UTR区域的特异性结合降解靶基因或抑制靶基因翻译。近期研究表明，一些mRNA、假基因、Long noncoding RNA(LncRNA)等可通过共同竞争miRNA反应元件(microRNA response element，MREs)，从而实现对靶基因表达的调控。这些RNA称之为竞争性内源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)，这种调控机制被称为ceRNA假说。而在一些神经系统疾病发生的过程中，mRNA、假基因、LncRNA、环状RNA等均可作为机体内的ceRNA，起到促进或者抑制疾病发生的作用。本文对ceRNA与部分神经系统肿瘤及神经免疫病等疾病的研究进展进行综述。

微RNAs；ceRNA；竞争性内源RNA；神经系统疾病；非编码RNA

MicroRNA(miRNA)是一类长度约为22个核苷酸大小的内源性非编码单链RNA，可特异性抑制靶mRNA翻译或降解靶mRNA。研究表明miRNA在细胞分化、增殖、凋亡、癌变等各种生理病理过程中发挥重要的调控作用，其表达异常与人类多种疾病息息相关[1]。2011年哈佛医学院Pandolfi课题组的研究人员提出了竞争性内源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)的假说，一个miRNA可调控多个靶基因，这些靶基因通过竞争性结合miRNA对靶基因的表达进行调控，影响疾病的发生及发展[2]。神经系统疾病种类繁多，目前有关神经系统肿瘤、神经免疫病以及神经系统遗传性疾病的发病病因与预后尚不明确，且缺乏敏感度高、特异性强的监测指标，这给神经系统疾病的预防及诊治造成很大困难。近期研究者将视线转向了体内的ceRNA，为神经系统疾病的病因及诊治提供了新的方向。现对ceRNA在神经系统疾病中作用的研究进展进行综述。

1 ceRNA与神经胶质瘤

神经胶质细胞瘤是来源于神经上皮组织的肿瘤，是最常见的原发性中枢神经系统肿瘤，其侵袭性强，治疗敏感度不高，预后极差。已有研究证实神经胶质瘤的发生与生物体内原癌基因及抑癌基因表达异常密不可分。研究表明人第10号染色体缺失的磷酸酶(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)基因在多种人类癌症中均可异常表达[3]。PTEN在体内的表达降低是胶质瘤发生的一种生物学标志，尤其在胶质母细胞瘤中的差异表达最常见[4]。Tay等研究发现多个与PTEN表达相关的miRNA或其家族：miR-17-5p、miR-19a、miR-19b、miR-20a、miR-20b、miR-26a、miR-26b、miR-93、miR-106a和miR-106b，同时发现与PTEN表达呈正相关的基因：NCOA7、BCL11B、SERINC1、ZNF460、NUDT13、DTWD2和VAPA；功能研究显示：VAPA以及CNOT6L的3′UTR区与miR-17、miR-19a、miR-20a、miR-20b、miR-26b、miR-106a和 miR-106b结合，证明了在胶质母细胞瘤的发生中，蛋白质编码基因VAPA以及CNOT6L与PTEN可以互为ceRNA，同时竞争体内相同的miRNA，从而调控PTEN的表达，促进或抑制胶质母细胞瘤的发生[5]。Karreth等研究发现，ZEB2基因的表达与PTEN的表达呈正相关，在人类多种癌症发生过程中，尤其是胶质母细胞瘤中，PTEN均表达降低，ZEB2与PTEN共同竞争体内miR-181a和miR-200，从而影响PTEN基因的表达，即ZEB2与PTEN互为ceRNA，表明人类胶质母细胞瘤的发生与体内互为ceRNA的ZEB2和PTEN之间的相互作用有着密不可分的关联[6]。Sumazin等通过构建基因互作的关系网络，发现PTEN基因与543条miRNA-基因调控通路相关，侧面表明PTEN的表达易受到其他基因的影响；随后，他们识别并成功地验证了在胶质母细胞瘤中存在多种蛋白质编码基因——RB1、ABHD13、CCDC6、CTBP2和DCLK1等可与PTEN互为ceRNA并影响PTEN基因表达，同时构建了庞大的ceRNA在各种通路调节中相互影响的关系网络[7]。Chiu等获取了神经胶质瘤的数据，而后建立了一个数学模型并系统地分析了ceRNA的相互影响，构建了与胶质瘤相关的ceRNA的调控网络，侧面阐明了ceRNA调控的机制，为未来的研究打下了良好的生物学基础[8]。Yilaz等研究发现，采用环孢素对胶质瘤细胞系进行治疗后，miR-141的表达会显著降低[9]；Bian等研究发现，miR-141的异常表达与胶质瘤的发生息息相关，证实了miR-141可与长链非编码RNA(lncRNA)“HOTAIR”的3′UTR区域结合，同时SKA2为miR-141的直接靶基因，HOTAIR可以作为内源性的“分子海绵”竞争性结合miR-141，从而调控SKA2的表达，参与胶质瘤的发生[10]。

神经胶质瘤作为一种难治愈、预后差、生存期短的中枢神经系统肿瘤，目前仍缺乏可以明确病因、监测疗效和判断预后的生物学指标。找到易于检测且可靠的生物学指标将为神经胶质瘤的预防及诊治提供巨大帮助。目前对于ceRNA的研究为这一目标提供了新的方向，且已经取得了一定的进展成果，例如VAPA、CNOT6L、ZEB2等均与PTEN互为ceRNA，可能成为神经胶质瘤发病的检测标志物，而竞争结合miR-141的HOTAIR与SKA2未来可能作为对胶质瘤药物治疗后监测疗效和判断预后的特异性指标，但将其应用于临床仍需要大规模的研究加以确认。

2 ceRNA与进行性肌营养不良症(progressive muscle dystrophy，PMD)

PMD是一组遗传性肌肉变性疾病，根据不同的病因(发病方式)可将其分为9种类型，其中Duchenne型肌营养不良(Duchenne muscle dystrophy，DMD)最为常见。研究表明，一些能影响肌肉组织分化及其生理平衡的miRNA，在DMD等一些肌肉疾病中差异表达[11-12]。因此，识别PMD的生物学标志可以对遗传易感性人群进行筛选，有助于其诊断及治疗。Cesana 等[13]研究发现，linc-MD1存在于小鼠和人的肌肉组织中，为其特有的lncRNA，并参与肌细胞的分化；应用功能实验证实，linc-MD1是miR-133和miR-135的结合靶点，MEF2C和MAML1亦是miR-133和miR-135的靶基因；linc-MD1在肌肉组织中可以竞争结合相同的靶miRNA，调控MEF2C和MAML1的表达，调节成肌细胞的分化，参与影响DMD的发生。Twayana等[14]基于Cesana等的研究结果，进一步研究发现linc-MD1在人类与小鼠中的分子生物学作用机制相似，均可作为体内的“分子海绵”，通过与体内miR-133竞争性结合，从而影响MAML1基因的表达，调节肌细胞分化。非小细胞肺癌中发现的肺腺癌转移相关转录因子1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，Malat1)作为体内广泛表达的lncRNA家族成员，参与许多体内生物学过程[15]。体内的一些miRNA，如miR-1、miR-133、miR-206等在骨骼肌细胞中均有特异性表达，并且对于这些miRNA的生物学功能也有一定的相关研究支持[16-18]。比如，miR-133通过降低血清应答因子(serum response factor，SRF)的蛋白质表达水平，从而促进肌细胞的增值[17]；SRF是一个重要的转录因子，参与肌细胞的增殖与分化[19]。基于这些研究，Han等证实了Malat1与SRF的表达呈正相关，提出了Malat1与SRF可以同时与体内miR-133竞争性结合，互为ceRNA的假设，通过功能分析验证了Malat1与SRF均为miR-133的靶mRNA，表明Malat1与SRF互为ceRNA，Malat1可以调控SRF的表达，在成肌细胞分化中发挥调控作用[20]。Kallen等在体内实验验证了lncRNA-H19可参与调控肌细胞的分化，H19的表达可影响Let-7内源性靶基因的表达，而其表达降低会加速体内肌细胞的分化作用，表明H19 lncRNA可以作为“分子海绵”与体内Let-7竞争性结合，调控肌细胞的分化程度，导致疾病的发生[21]。这些ceRNA的发现进一步提示了PMD的发病过程以及肌细胞增殖分化的异常，有望成为PMD治疗的潜在靶点。

现阶段对于PMD还缺乏特异性的治疗，所以基因治疗等有望成为潜在有效方法。因此找到致病的分子生物学指标，进行基因水平的诊断，将为PMD的预防以及诊治提供巨大的帮助。而对体内的一些ceRNA的研究为这一目标提供了新的方向，且已经取得了一定的进展，例如linc-MD1、Malat1以及SRF均可作为ceRNA来影响肌细胞的增殖与分化。这些针对ceRNA的研究为PMD的诊断及治疗提供了依据，甚至为PMD患者的个体化治疗奠定了基础。

3 ceRNA与病毒性脑炎

日本病毒性脑炎(Japanese encephalitis，JE)，也称流行性乙型脑炎，是一种急性的中枢神经系统感染性疾病，它是由日本脑炎病毒(Japanese encephalitis virus，JEV)感染宿主所致。Kumari等将人类胶质细胞转染JEV后分析细胞内miRNA及靶基因的表达，并应用DAVID(基因注释分析，通路富集分析的可视化数据库)[22]和KOBAS2.0(注释或识别疾病与基因通路富集分析的网站)[23]进行基因通路的富集分析，发现了可被相同miRNA调控并与免疫应答有关的基因，发现了在JEV病毒感染后的小胶质细胞中潜在的ceRNA机制，可能与感染JEV病毒后的体内固有免疫应答相关[24]。Kumari等预测与固有免疫应答相关的ceRNA对有：ALCAM与EBF1，共同竞争结合hsa-miR-3148与hsa-miR-4470；ALCAM与MXD1，共同竞争结合hsa-miR-3148；EBF1与MXD1，共同竞争hsa-miR-3148、hsa-miR-4672、 hsa-miR-3646、hsa-miR-3180-5p等[24]。这些ceRNA在JE中显现出了一定的疾病特异性，有望成为JE潜在的生物学指标。Ghosal等探索了病毒感染宿主细胞后的致病机制以及宿主与病毒的miRNA互相作用关系，他们选取了10种病毒，其中包括引起人类单纯疱疹病毒性脑炎以及巨细胞病毒性脑炎的单纯疱疹病毒1、单纯疱疹病毒2以及人类巨细胞病毒等，构建了一个与感染后体内免疫应答相关的预测ceRNA调控关系网络的数据库(HumanViCe，http://gyanxet-beta.com/humanvice)，数据库中包括mRNA、lncRNA和circRNA，这些RNA互相与宿主体内或者病毒体内相同的miRNA竞争性结合；HumanViCe数据库的建立可以帮助研究者更好地理解在病毒感染细胞中宿主及病毒miRNA所介导的调节的动态演变过程[25]。这些ceRNA的作用机制为中枢神经系统感染性疾病的诊治提供了新的思路及方向。

目前，降低中枢神经系统感染性疾病死亡率的关键是进行早期诊断以及治疗，且早期辅助免疫治疗，有助于患者的预后。因此体内一些调控免疫应答的ceRNA在中枢神经系统感染性疾病的发病中起到了至关重要的作用，并且未来在疗效监测及预后评价中可能具有巨大的潜力。

4 ceRNA与科凯恩综合征(Cockayne syndrome)

科凯恩综合征又称为早老症，是累及神经系统的常染色体隐性遗传病。患有科凯恩综合征的患者平均寿命为20岁左右，目前尚无有效的治疗方法，预后极差。有研究表明，该病的发生可能是由于人体内的LMNA基因突变引起，并导致在核膜上形成Lamin-A蛋白，又称为“早老素”的沉积，使细胞核的形状以及结构改变，甚至产生细胞核溶解，导致疾病的发生[26]。Arancio等利用生物信息学方法筛选出了17种最可能与LMNA互为ceRNA的mRNA，包括DICER1、CDKN1A、NFKB1、TP53、VEGFA、APC、BCL2、CD44、CDC25A、CDK6、EIF2C1、EIF2C2、HDAC9、IL1B、KRAS、MYC、RNASEN，通过Gene ontology(GO)进行分析，从基因层面解析了LMAN突变的机制，为科凯恩综合征发病的分子学机制以及个体化治疗提供了新的研究方向[27]。

综上所述，在近几年的研究中非编码RNA(包括miRNA与lncRNA等)逐渐被重视，其在神经系统疾病的生理进程中起到了重要的作用。越来越多的研究表明miRNA可以调控lncRNA、mRNA、环状RNA、假基因等的表达。随着ceRNA假说的提出，近些年大量研究表明这些lncRNA、mRNA等可以作为内源性的“分子海绵”与体内的miRNA竞争性结合，从而达到沉默靶基因、在转录后水平调控的目的，参与影响疾病的发生；所以ceRNA理论的提出毫无疑问会在探索疾病发生进展的机制研究中带来全新的视角。神经系统疾病的种类虽然繁多复杂，有些疾病的病因尚不明确且诊治困难；但目前，ceRNA在一些神经系统疾病中的研究已取得一些成果，提示这种ceRNA机制可能作为相关疾病的分子标记物，进行疾病的诊断或者应用于未来新药物的设计。因此，从分子层面探索其发病机制，深入研究ceRNA的调控作用具有重要意义。虽然目前人们对ceRNA的认识甚少，绝大多数尚处实验室探索阶段，距临床药物的转化还有很长的路要走；但毫无疑问，对 ceRNA的深入研究可能为神经系统肿瘤或者免疫性疾病等的治疗提供新的方向，为临床药物研发打开一个新的更为广阔的空间。

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(本文编辑：时秋宽)

10.3969/j.issn.1006-2963.2017.01-013

国家自然科学基金资助项目(81371324)；国家自然科学基金资助项目(81571166)；高等学校博士学科点专项科研基金(20132307110008)；黑龙江省卫生计生委科研课题(2016-052)

150086 哈尔滨医科大学附属第二医院神经内科

王丽华，Email：wanglh211@163.com

R741.04

A

1006-2963(2017)01-0053-04

2016-06-15)