MicroRNA与炎症性肠病

2020-01-16王玥梅吴巧凤

实用医学杂志 2020年1期

王玥梅吴巧凤

成都中医药大学针灸推拿学院（成都610075）

炎症性肠病（inflammatory bowel disease，IBD）是一种肠道慢性非特异性炎症性疾病，其以腹泻、腹痛、血便为主要临床表现，主要包括溃疡性结肠炎（ulcerative colitis，UC）和克罗恩病（crohn′s disease，CD）。在过去的二十余年中，由于社会发展和人类饮食的变化，IBD的发病率呈持续增加的趋势，对人们的日常生活造成众多负面影响［1］。IBD的发病机制仍未完全揭示，已有研究指出免疫、环境、遗传等因素与IBD的发生发展息息相关。小分子RNA（MicroRNA，miRNA）是一类长度约为20～22个核苷酸的单链非编码RNA，在翻译后水平抑制靶基因表达，参与调控细胞增殖、分化、凋亡等。已有研究表明，MicroRNA的表达差异性在IBD的发病过程中起到重要作用［2］。现阶段MicroRNA在炎症性肠病中的作用已是研究热点，本文就MicroRNA与IBD相关性的具体研究现状作一概述。

1 MicroRNA概述

人类首先发现的MicroRNA是LEE等［3］于1993年从秀丽线虫中发现的lin-4，这打开了MicroRNA科学研究的大门。MicroRNA的合成首先是在RNA聚合酶Ⅱ作用下转录成初级MicroRNA，在细胞核中，RNA结合蛋白DGCR8结合RNA特异性内切核糖核酸酶（核糖核酸酶III）Drosha形成微处理器复合体，从而触发MicroRNA加工，将初级MicroRNA剪切为含茎环结构的前体MicroRNA。前体MicroRNA被输出到细胞质中，通过Dicer核糖核酸酶进一步裂解，以去除茎环，构成长度约为22个核苷酸的MicroRNA双链［4］。MicroRNA双链中一条单链与RNA诱导的沉默复合体结合为成熟MicroRNA，另外一条则被降解。成熟的MicroRNA与mRNA的3′非翻译区不完全互补，从而通过作用于靶基因3′-非编码区（3′-UTR）使靶基因转录抑制或降解发挥转录后调节作用，参与细胞分化、增殖、代谢、死亡等生命活动［5］。迄今研究已发现在IBD患者炎症肠黏膜组织中普遍存在多种MicroRNA表达异常，这与IBD患者肠道炎症、肠黏膜内免疫功能紊乱、肠上皮细胞屏障功能损伤等相关［6］，从而使MicroRNA与IBD的发病、发展存在密不可分的联系。

2 MicroRNA在IBD患者结肠组织、外周血中的表达

WU等［7-8］分析了IBD和正常对照组肠黏膜组织中MicroRNA的表达，他们通过MicroRNAs芯片和逆转录定量PCR技术发现miR-21，miR-23b，miR-29a，miR-106a，miR-107，miR-126，miR-191，and miR-200c在CD患者结肠黏膜中表达显著上调；而miR-19b，miR-629在CD患者结肠黏膜中表达明显下调，同时研究者注意到在活动性UC患者结肠黏膜中miR-422b、miR-192、miR-375表达明显下调，而miR-106、miR-23b和miR-191的表达明显上调。同时近期有研究发现CD或UC患者结肠黏膜组织中miR-31表达增加，通过阻止炎性细胞因子受体（Il7R和Il17RA）和信号蛋白（GP130）的表达，能减轻结肠上皮细胞的炎症状态［9］。MicroRNA-155在IBD患者的结肠粘膜和外周血中高表达，显示出MicroRNA-155作为IBD诊断的生物标志物的前景［10］。在对MicroRNA在IBD患者外周血中的表达研究中，ZAHM等［11］发现儿科UC患者血清中miR-21、miR-142-3p表达水平较健康组增加，而miR-150和miR-505表达含量较健康组下降。OMIDBAKHSH等［12］发现，与对照组相比，CD和UC患者外周血中miR-106a和miR-362-3p的表达水平显著升高，且miR362-3p在活动性UC中较非活动性UC中表达升高更明显。他们推测这些MicroRNA可用作诊断和监测疾病活性的潜在生物标志物。MOHAMMADI等［13］使用 NanoString数字基因定量技术测量MicroRNA表达发现，与健康对照组相比，CD患者外周血单核细胞中miR-4448，miR-548g-3p，miR-4536-5p，miR-30a-3p，miR-548q，miR-4461，miR-133a-3p，miR-597-5p，miR-619-3p，miR-644a，miR-4448表达明显上调。这些差异表明MicroRNA可能参与调节IBD的发生发展，从而有可能成为IBD生物学诊断和治疗的靶标。

3 MicroRNA与IBD肠道免疫与炎症

MicroRNA在许多生物过程中发挥重要作用，肠道炎症是其重要方面［14］。细胞应激、炎症等因素可诱导MicroRNA表达，从而影响多种生物学过程，起到致炎或抗炎作用。MicroRNA的基因变异、灭活等会导致MicroRNA表达下调或过表达，这与肠道免疫与炎症密切相关。表1总结了部分miRNA参与调节IBD肠道免疫与炎症的方式。

3.1 MicroRNA调节IBD中NF-kB介导的炎性反应NF-kB通路是炎性反应的触发点之一，在炎性应答中起重要作用。NF-kB介导的炎性反应对病原菌起抵御作用，但炎性反应过度或失调时可以引起机体组织损伤。有文献表明在IBD患者的结肠组织中可检测到NF-kB的过度活化，NF-kB介导的炎性应答被认为在IBD的致病过程中发挥着重要的作用。miR-5112可以通过靶向调节NF-kB信号通路中关键信号分子IKKγ的表达进而调节IL-1、IL-6和TNF-α等炎性因子的表达，可抑制DSS诱导的结肠炎小鼠的炎性反应［15］。SANCTUARY等［16］研究发现miR-106a的表达下调可减弱TNF-α介导的肠道炎症，miR-106a敲除后可减轻小鼠慢性回肠炎，并指出通过NF-kB启动子结合以抑制IL-10释放的转录后调节有关，证明了miR-106a具备治疗包括IBD在内的慢性炎症的潜力。此外，UC患者结肠粘膜中miR-16过表达，其通过抑制结肠中A2a受体的表达来抑制NF-kB信号通路的激活，从而调节免疫和炎症反应［17］。

3.2 MicroRNA调节IBD中Th17/Treg细胞平衡辅助性T细胞17（Th17）和调节性T细胞（Treg）是介导适应性免疫应答的CD4+T细胞的两个亚群，两者之间相互调节共同发挥免疫效能。大量研究证实Th17/Treg细胞失衡与IBD发生发展密切相关。MicroRNA能够调控肠道免疫相关信号通路，从而影响Th17/Treg细胞分化，对IBD肠道免疫起到调节作用。在UC患者肠道组织中miR-155表达升高，能与其细胞因子信号转导抑制因子SOCS-1的mRNA结合，使SOCS-1表达下降，降低对Janus激酶（JAK）/信号转导子与转录激活子（STAT）信号途径和树突状细胞的抗原递呈功能的抑制，导致Th17细胞分化增多［18-19］。同时有研究表明［20］，IBD患者结肠粘膜中miR-425明显上调，其通过下调靶基因Foxo1导致Th17细胞分化增加，加重TNBS诱导的小鼠结肠炎的疾病严重程度。

此外多种MicroRNA能通过不同信号通路途径，对IBD患者Treg细胞的分化与功能产生影响。miR-125a在T细胞中高度表达，并通过IL-6-STAT3信号传导途径调节Treg的功能［21］，研究表明miR-125a可减轻肠黏膜炎性损伤，而IBD患者结肠肠黏膜中miR-125a表达降低，Treg细胞分化减少，一定程度上加重肠道炎症；同时有研究发现miR-155的过度表达可导致卵泡Treg（Tfr）细胞和中央Treg（cTreg）缺乏，而DSS造模后进一步损伤Tfr细胞。miR-155可以靶向cTreg和Tfr中CTLA-4的表达，直接抑制Tfr细胞产生，并促进生发中心（GC）B细胞活化和自身抗体过量产生，这可能是自身免疫性IBD患者严重肠损伤的原因［22］。故MicroRNA能对Th17和Treg细胞的功能起到调节作用，进而影响IBD中Th17/Treg细胞平衡，与肠道免疫调节有密切联系。

表1 部分miRNA参与调节IBD肠道免疫与炎症的方式Tab.1 Partial miRNAs are involved in the regulation of intestinal immunity and inflammation in IBD

4 MicroRNA与IBD肠道稳态

肠道稳态是由含肠道黏膜在内的多种肠道成分、含肠道菌群在内的肠道内环境、以及神经-内分泌调节下交互作用所构成的动态平衡状态。IBD患者的肠道稳态失调，与肠道菌群和肠黏膜屏障的调控相关。研究发现肠道菌群能调控MicroRNA的生成，而MicroRNA也能调节肠黏膜屏障功能，进而调控肠道稳态［23］。

4.1 MicroRNA与肠道菌群肠道菌群在正常状态下能促使胃肠道免疫功能成熟、对抗病原菌，从而增强肠道屏障功能，维持肠道稳态。MicroRNA在肠道菌群与宿主间相互作用中可能起纽带连接作用，MicroRNA可以影响肠道菌群，而肠道菌群也可以调控MicroRNA的表达。

近年许多研究发现在IBD患者中MicroRNA表达差异和肠道菌群变化与IBD受累部位、活动度等因素相关［24］。肠道菌群能调控MicroRNA表达。丁酸盐（Butyrate）是由肠道菌群中厌氧菌分解膳食纤维产生，研究发现，与邻近的正常结肠相比，结肠癌组织中miR-92a表达水平增加了7倍，使用丁酸盐治疗后，初级miR-17-92a的重要转录因子c-Myc表达减少，抑制miR-92a转录，初级miR-17-92a和成熟miR-92a产生减少，增加了miR-92a的靶基因即抑癌基因p57的表达，从而抑制结肠癌细胞增殖，降低了肿瘤发生率［25］。同时，有研究表明［26］，在IBD患者中，梭状芽胞杆菌Ⅳ、人罗斯拜瑞氏菌等产生丁酸的细菌明显减少，可能影响MicroRNA的表达。研究［27］发现，与正常对照组相比，miR-155和miR-223在DSS诱导的结肠炎小鼠中增加2倍，而使用布拉氏酵母菌口服治疗后，能够显着下调miR-155和miR-223的表达，这可能与使促炎性细胞因子IL-1β的下调以及抗炎性细胞因子TGF-β的上调有关。

另一方面，MicroRNA也可影响肠道菌群，MicroRNA与肠道特定微生物群成员之间存在相互作用，有研究表明粪便MicroRNA谱可以被微生物群组特异性地影响［28］。LIU等［29］研究发现肠道上皮细胞和Hopx基因阳性细胞（如杯状细胞、潘氏细胞等）的MicroRNA如miR-101，miR-876-5p等，可进入肠道细菌内，如厌氧菌核镰刀菌（Fusobacterium nucleatum，Fn）和兼性厌氧菌大肠杆菌（Escherichia coli，E.coli），靶向调节Fn核酸序列、大肠杆菌核酸序列等相关基因转录，从而影响细菌生长；而IEC-MicroRNA缺陷型（Dicer1DIEC）小鼠较容易出现肠道菌群紊乱，经粪便MicroRNA移植后可重建其肠道菌群并减轻结肠炎。研究［30］发现MicroRNA对肠道微生物增殖活性有不同的影响。IBD患者粪便中存在miR-1226，miR-548ab和miR-515-5p的表达降低，同时miR-1226和miR-515-5p可抑制大肠杆菌的生长但促进节段丝状细菌增长，而miR-199a-5p对大肠杆菌的的增殖无明显影响但抑制节段丝状细菌的增殖。因此，IBD患者中存在MicroRNA的表达差异和肠道菌群失调，且它们之间能相互影响，肠道菌群可调控MicroRNA表达，异常的肠道菌群变化可能通过MicroRNA而影响肠道稳态。部分miRNA与IBD中肠道菌群的关系，见表2。

表2 部分miRNA与IBD中肠道菌群的关系Tab.2 Relationship between partial miRNAs and gut microbiota in IBD

4.2 MicroRNA与IBD肠黏膜屏障肠黏膜屏障由肠上皮细胞与细胞间的紧密连接蛋白及其分泌的抗菌肽、黏液等组成。肠黏膜屏障是阻止肠腔中细菌抗原和毒素等侵入肠黏膜组织的天然防御屏障，在维持肠道稳态方面具有重要作用。有研究发现UC的发病机制与肠黏膜屏障的缺损有关［31］，同时MicroRNA作为其中的重要影响因素逐渐得到更加广泛的重视。在儿童UC患者中，结肠组织中miR-124表达显著降低，并且增加了肠道细胞信号转导［32］，这可能是儿童溃疡性结肠炎的发病因素之一。YANG等［33］研究发现在体外UC结肠上皮细胞模型中，miR-21可导致紧密连接蛋白减少及肠道通透性增加，损伤肠黏膜屏障。而miR-21基因敲除后，在DSS（dextran sodium sulfate）诱导的结肠炎小鼠模型较对照组肠上皮通透性降低，肠道炎症减轻，一般情况改善，生存率有所增高［34］。因此，降低miR-21的表达能降低肠道炎性反应的程度，这可能成为UC预防和治疗的新靶点。体外研究［35］发现IBD肠上皮细胞高表达miR-223，它可靶向抑制靶基因CLDN8。高表达miR-223的单层上皮细胞电阻抗显著降低，表明miR-223可破坏上皮细胞形成的黏膜屏障。体内研究发现miR-223抑制剂可显著减轻TNBS诱导的小鼠结肠上皮细胞通透性，其靶基因CLDN8表达同时相应增加，由此表明miR-223在IBD中通过靶向抑制CLDN8蛋白表达参与肠黏膜屏障损伤过程。此外，有研究发现miR-200b通过与TGF-b1结合，可抑制肠上皮-间质转化，促进肠上皮细胞的增殖，起到维持肠黏膜屏障的完整性的作用［36］。由此可见，MicroRNA表达异常引起的屏障功能损伤与炎症反应、肠上皮细胞通透性密切相关，MicroRNA是维持肠黏膜正常的免疫功能重要的一环，在IBD肠道免疫稳态中有不可忽视的作用。部分miRNA参与调节IBD肠黏膜屏障的方式，见表3。

5 小结

IBD是多种因素交互作用下引起的疾病，其发病机制仍未完全阐释。miRNA与IBD之间关系密切，IBD的发病机制与多个信号传导通路相关，多种miRNA通过参与NF-κB信号通路、调节肠道炎性反应、调节肠道稳态等对IBD的发生发展、治疗等或多或少相关，对于研究此病的治疗方案有重要作用［37］。MicroRNA与IBD肠道炎症、肠道免疫的调控密切相关，随着实验新方法和新技术的发展，有关MicroRNA在IBD中的作用将进一步明确。相信在深入探索MicroRNA后，其有潜力作为诊断IBD的生物标记物，为今后IBD的发病机制、靶向特异性治疗及改善预后等提供新的探索方向。