microRNA-155与支气管哮喘的研究进展

周好好 黄翠萍

(湖北医药学院,十堰442000)

支气管哮喘是一种以嗜酸性粒细胞、肥大细胞和气道黏膜下层CD4+T淋巴细胞浸润为主的免疫功能异常的慢性炎症性疾病，炎症进程与黏液高分泌、气道重塑和气道高反应性相关。miRNA是一类小的非编码单链RNAs，作为基因表达的转录后调节因子，已被证明与过敏性哮喘相关。最近的一份报告证明HLA-G(一种哮喘易感基因)的3′-UTR上的单核苷酸多态性影响三种miRNA与该基因的结合[1]。由于哮喘肺组织中基因和蛋白表达与其发病机制密切相关，过敏性气道炎症可能对miRNA的调节特别敏感。microRNA-155是研究最为深入的免疫系统相关的miRNA之一，通过参与免疫细胞的发育和免疫应答过程而在人类免疫功能中发挥重要作用，其表达在多种激活的免疫细胞中显著上调，可通过多种途径参与哮喘发生发展过程。

1 miRNA-155结构及功能

微小RNA(microRNA，miRNA)是一类具有19～24个核苷酸的内源性非编码RNA分子，主要存在于真核生物中，具有高度保守性、时序性和组织特异性。miRNA通过将3′-UTR区与靶基因完全或不完全互补结合，诱导靶mRNA的降解或翻译的抑制，从而调控靶基因的转录和表达，在各种生物过程中发挥重要作用，其包括细胞凋亡、肿瘤的形成及炎症的发生等。miRNA可以作用于多个靶位基因，靶位基因也可以由多个miRNAs调控，其对多种疾病具有网络调控作用[2]，是免疫系统中基因表达的重要调节因子。miRNA表达失调与人类疾病密切相关，最近的研究证实了miRNA在变应性气道炎症中发挥重要作用[3,4]。在过敏性气道炎症模型中:miR-21通过IL-12p35的负调控在Th2细胞的极化中起作用；miR-126与变应性气道炎症的房尘螨小鼠模型中的天然和适应性免疫应答相关，其拮抗作用显著抑制Th2细胞的效应功能和嗜酸性粒细胞气道炎症的发生；miR-145的拮抗作用表现出对嗜酸性气道炎症、Th2细胞因子产生、黏液分泌过多和气道高反应性的抑制作用。上述研究突出了miRNA对过敏性疾病发病机制的调控作用及其作为抗炎靶标在治疗过敏性疾病中的潜在作用。已有研究表明，通过增强或抑制相关miRNAs表达来控制气道炎症可能会成为哮喘治疗的新方法，也是哮喘研究的新热点[5]。

miRNA-155作为研究热点之一，是位于人类第21号染色体的BIC基因外显子3编码的一种多功能RNA，在人类脾脏、胸腺、肝和肺以及肾脏中大量表达[6]，主要参与免疫细胞的发育、分化、活化、增殖及免疫应答等生物学过程。Calame认为[7]，miR-155是清除病原体和凋亡细胞免疫效应阶段的关键调节剂，为B细胞抗原特异性抗体的产生和生发中心反应所必需，参与B细胞成熟、分化和感染反应期间的抗体类转换。据报道，糖皮质激素通过下调miR-155的表达来减弱脂多糖(LPS)诱导的炎症反应和败血症。实际上，糖皮质激素的抗炎作用可以通过抑制miR-155的表达来逆转，因此，miR-155的类固醇抑制可能是免疫反应中的一种新的功能途径[8]。同时，人类基因Bic/miR-155与哮喘及花粉过敏症相关基因均位于染色体21q21区域，哮喘的发生发展与miR-155的高表达密切相关[9]。

2 miRNA-155通过不同途径调控哮喘的发生发展

2.1miRNA-155通过调控Th1/Th2参与哮喘发生发展 Th1细胞和Th2细胞为CD4+T细胞的两个细胞亚群，根据细胞因子分泌的不同，它们在免疫应答中发挥着不同的作用。Th2细胞产生大量的细胞因子，如IL-4、IL-5和IL-13，这些细胞因子在哮喘的发病机制中具有关键性的作用。IL-4可以促进变应性致敏及IgE的产生，IL-5的产生对于嗜酸性粒细胞渗入气道这一关键过敏性疾病病理特征是至关重要的，IL-13对于增加气道高反应性和黏液产生也是极为重要的，在哮喘发展中发挥促炎作用。在缺失Th1细胞主要转录因子T-bet的小鼠模型中，引起小鼠自发性气道高反应性和IL-13相关性嗜酸粒细胞增多症[10]，哮喘加重时，外周血中Th1和Th2细胞的数量都明显增加，Th1细胞能直接抑制Th2细胞的生成[11]。Th1/Th2反应失衡导致Th2细胞过度激活是哮喘的重要免疫学机制之一。Th2细胞亚群数目增多或功能亢进，Th1细胞亚群数目减少或功能低下而导致Th1/Th2失衡，从而诱导哮喘发作。

在活化的B细胞、T细胞、巨噬细胞和树突状细胞中,miR-155的表达均显著增加，这与免疫细胞的活化、增殖、分化和免疫应答密切相关，被认为在维持人类免疫系统功能中发挥重要作用[8]。既往有体外研究显示，缺乏miR-155的树突状细胞不能有效激活T细胞[12]，IL-4刺激缺乏miR-155的CD4+T细胞分化为Th2细胞，IFN-γ刺激过度表达miR-155的CD4+T细胞分化为Th1细胞[13]。Finotto等[10]研究表明，miR-155直接作用特异性Th2细胞转录因子C-maf(启动子的反式作用因子细胞肌腱膜纤维肉瘤癌基因)，从而调节T细胞向Th1细胞分化，抑制Th2类免疫应答。因此，在早期的研究中，miR-155被认为是“Th2抑制因子”[13,14]。但是，最近有越来越多的研究显示miR-155对促进Th2细胞功能是必不可少的。Malmhall等[15]通过利用卵清蛋白分别致敏敲除miR-155基因的小鼠和野生型小鼠，证实卵清蛋白致敏的小鼠肺内miR-155表达量显著升高，敲除miR-155的小鼠肺内嗜酸性粒细胞炎症和黏液分泌明显下降，伴随有Th2细胞数、Th2类细胞因子以及抗原诱导的气道嗜酸性粒细胞活化趋化因子eotaxin-2水平下降。过继转染来源于卵清蛋白致敏的WT小鼠特异性CD4+T细胞至miR-155敲除小鼠中，Th2细胞功能逆转，提示miR-155促进过敏性气道炎症，并且证实该作用是通过转录因子PU.1(Th2细胞因子产生的负调控因子)调控Th2免疫应答介导。造成这种相反结论的原因可能与实验样本的来源以及miRNA-155亚型有关[16]。

miR-155促进Th2细胞免疫的观点也得到Okoye[17]的支持，通过基因组学研究，Okoye证实敲除T细胞中miR-155基因的小鼠对Th2细胞的免疫反应能力均下降，气道嗜酸性粒细胞和IL-13的产生下降，提示miR-155在Th2免疫应答所介导的免疫反应中发挥关键性作用，是减轻这类反应的潜在的治疗靶分子。

2.2miRNA-155通过调控ILC2s参与哮喘发病 2型固有淋巴细胞(ILC2s)是一种新近发现的淋巴细胞，由细胞因子IL-33、胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)和IL-25激活，从而增强Th2类细胞特异性转录因子GATA-3和RORα的表达以及IL-4、IL-5、IL-9和IL-13的生成[18]。ILC2s之间通过其表面共刺激分子(ICOS)/ICOS-L交联及STAT5通路产生IL-13，引起气道高反应和调节性T细胞的增殖活化[19，20]。最近的研究表明，ILC2s对于启动T细胞介导的Th2类反应必不可少，在先天性和适应性免疫反应方面至关重要[21-23]，并且可促进CD4+T淋巴细胞缺乏时哮喘小鼠嗜酸性粒细胞炎症反应[24]。内源性IL-33刺激促进卵清蛋白诱导的IL-33缺陷小鼠气道急性过敏性炎症和外周抗原特异性应答，提示IL-33对于过敏性肺组织炎症反应是充分和必需的[15]。在IL-33刺激下，ILC2s能产生大量的IL-5和IL-13，其能力超过CD4+Th2细胞，介导2型免疫应答，促进过敏性气道疾病[25,26]。

Bartemes等[27]通过以变应性哮喘(AA)、变应性鼻炎(AR)、健康对照(HC)3组受试者为研究对象，发现AA组受试者外周血中ILC2s的数量明显高于AR组和HC组。Smith等[24]研究结果显示，严重哮喘患者与轻症哮喘患者相比，诱导痰和外周血中ILC2s显著增加，其可通过促进IL-5和IL-13表达从而使哮喘患者气道嗜酸性粒细胞持续增多。过敏性鼻炎患者中，高表达的miR-155可能通过促进ILC2的表达来促进IL-4的表达，从而促进Th2的炎症反应[28]。因此ILC2s被证明可以驱动气道嗜酸性粒细胞炎症，促进Th2类反应，在过敏性疾病和哮喘的发生发展中发挥重要作用。

Johansson等[29]通过变应原刺激或重组鼠IL-33刺激miR-155缺陷小鼠(miR-155-/-)和野生型(WT)小鼠两种模型，以研究miR-155在过敏性气道炎症中对ILC2s的调节作用，结果发现:miR-155-/-小鼠肺组织中无炎症细胞浸润，IL-33水平显著降低，ILC2s的数目显著减少；IL-33刺激WT小鼠ILC2s受体(ICOS/CD25/ST2)表达显著增加，ILC2s中miR-155明显上调，此外，小鼠肺组织表现出气道壁增厚、GATA-3表达升高、IL-13产生增强，提示miR-155是IL-33刺激ILC2增多和嗜酸性粒细胞气道炎症不可缺少的，过敏性哮喘气道炎症中ILC2和IL-33信号通路受miR-155调控。

2.3miR-155通过调控COX-2/PGE2参与哮喘发生发展 环氧合酶(Cyclooxygenase，COX)又称前列腺素内氧化酶还原酶，是一种具有环氧化酶和过氧化氢酶活性的双功能酶，通过调节花生四烯酸转化为前列腺素的代谢过程直接参与哮喘气道炎症。研究显示哮喘患者支气管黏膜、诱导痰和外周血中COX-2表达以及活性均增强[30,31]，卵清蛋白刺激的COX-2缺陷(COX-2-/-)小鼠肺、淋巴结和支气管肺泡灌洗液中Th17细胞分化明显下降，提示COX-2是Th17细胞分化的关键调节因子，参与过敏性肺部炎症[32]。炎症介质刺激人气道平滑肌细胞COX-2表达上调，PGE2分泌增多，激活cAMP/PKA途径，破坏β2肾上腺素能受体G蛋白α亚单位的结合，降低β2肾上腺素能受体激动剂反应性，是导致哮喘患者症状不能有效控制的重要原因之一[33]。进一步的研究证实，COX-2表达的调节与组蛋白翻译后修饰和miRNAs(如miR-155)等有关[34,35]。

细胞因子相关基因表达增多是气道平滑肌细胞分泌活性的重要特征，也是哮喘气道炎症环境形成的原因。Come等[36]从哮喘患者和非哮喘患者肺组织分离原代人气道平滑肌细胞(hASMCs)，研究表明，IL-1β、TNF-α和IFN-γ组成的细胞因子混合物处理hASMCs，COX-2和miR-155的表达以及PGE2分泌均升高，其在哮喘患者中的升高更加明显，同时证实miRNA-155表达与哮喘hASMCs中COX-2的表达呈正相关。Cytomix刺激转染miR-155类似物的非哮喘患者hASMCs，COX-2的表达水平高于哮喘患者hASMCs中COX-2表达，提示miR-155足以转调非哮喘患者hASMCs成为哮喘表型。

Betel等[37]预测miR-155不直接靶向COX-2的3′-UTR区，但可能通过靶向细胞因子抑制因子信号-1(SOCS1)和含SH2-肌醇-磷酸酶-1(SHIP1)间接促进细胞因子应答基因表达。细胞因子应答基因表达的转录后调节(如COX-2和CXCL8)是高度保守的，这种机制可能是造成hASMCs中miR-155介导的COX-2表达增强的原因，同时证明miR-155可通过促进丁酸盐应答因子1和K同源剪接调节蛋白的PI3K/AKT失活，从而增强COX-2mRNA稳定性来增强hASMC中的COX-2蛋白表达。利用miR-155抑制剂转染哮喘患者和非哮喘患者hASMCs，COX-2表达和PGE2分泌明显下降，进一步证实miR-155是COX-2表达和PGE2分泌的充分必要条件[36]。

3 结语

支气管哮喘是一种发病机制复杂的变态反应性疾病，miRNA是免疫系统中基因表达的重要调节因子，miRNA-155作为研究最为广泛的miRNA之一，通过多种途径参与哮喘的发生发展过程，与哮喘关系密切。随着miRNA-155及其抑制剂在哮喘调控中的作用进一步阐明，将为哮喘的临床诊断和治疗提供新的依据和方向。