外泌体miR-31研究进展*

饶 璐，陈黄琴，刘东亮，李月生

(1.湖北科技学院药学院，湖北 咸宁 437100；2.湖北科技学院五官学院；3.湖北科技学院核技术与化学生物学院)

外泌体(exosome)主要来源于细胞内溶酶体微粒内陷形成的多囊泡体，经多囊泡体外膜与细胞膜融合后释放到胞外基质中[1]。微小RNA分子(microRNA，miRNA)是高度保守的非编码RNA分子，长度只有18-22个核苷酸，通过与mRNAs的3’非翻译区结合来调节基因表达。外泌体在医学各个研究方向深受关注，EVs的治疗作用已在心血管、神经系统、肺、肾和肝疾病等各个领域得到阐明[1]，是目前的研究热点之一。越来越多的研究[3-5]证明外泌体miRNAs与牙周炎发生、发展、牙周稳态调节密切相关。Ghotloo等[3]研究发现，miR-146a在广泛侵袭性牙周炎患者中的表达水平明显高于健康组，且与疾病严重程度(牙周指数)呈正相关。Zhang等[4]发现miR-23a在牙周炎患者组织牙周间充质干细胞和龈沟液中显著增高，牙周炎治疗后，miR-23a含量降低。Liu等[5]建立牙周炎小鼠模型，通过载体释放miR-10a，减轻了牙周炎症反应和牙槽骨吸收。已经有研究证明[6]，炎症因子参与牙周炎发生、发展、牙槽骨破坏等方面，miR-146a过表达能抑制IL-1β、IL-6、IL-8等促炎性细胞因子分泌。此外，miR-144-5p过表达抑制Toll样受体2(TLR2)及NF-κB信号通路，降低巨噬细胞的生存能力，减少TNF-α、IL-6和IL-8等炎性因子的表达[6]。MiRNAs与牙周成骨密切相关，Hao等[7]通过miRNA分析技术验证成骨诱导后116个miRNAs表达发生改变，30个上调，86个下调，其中31个miRNAs有成骨相关的靶基因，其中miR-21、miR-101、miR-1305、miR-23a、miR-132、miR-21等有抑制成骨形成的作用，而miR-26-5p和miR-543等可促进成骨。研究表明[8]，miR-21可能通过靶向Smad5参与人牙周膜干细胞成骨分化的调控，抑制Smad5可抑制成骨分化，降低RunX2蛋白表达。MiR-142-3p过表达可下调蛋白激酶Cα(protein kinase Cα，PKCα)的表达，抑制破骨细胞活力，且是单核细胞、巨噬细胞及树突状细胞中破骨细胞生成的负调节因子[9]。MiRNAs可通过调节靶基因表达，影响RANKL、Wnt等多种信号通路传导，参与调节免疫与炎症反应及成骨、破骨活动[10]。

MiR-31作为微小蛋白家族中的重要一员，作用靶点分布广泛，与免疫调节、炎症反应、肿瘤、牙周炎的发生、发展、牙周稳态调节等方面有密切联系。牙周炎作为高发病率的口腔疾病，一个主要的作用就是破坏牙周围骨组织，导致牙槽骨吸收。虽然目前关于miR-31直接诱导牙槽骨再生的研究甚少，但是miR-31抑制成骨分化已经得到验证，miR-31很有可能成为治疗牙周炎的新靶点。本文就miR-31在成骨分化、抗炎、血管再生、肿瘤四个方面的研究作一综述。

1 MiR-31与成骨分化

MiR-31参与机体成骨分化这一重要过程。Wang等[11]通过miR-31表达谱分析人骨髓间充质干细胞成骨分化各阶段分泌的外泌体，发现miR-31参与了成骨分化的调节，表达水平显著降低，是一种负调控因子，其机制为miR-31通过下调RUNX2的下游因子成骨转录因子Osterix和SATB2来抑制成骨分化[12]。范德生等[13]通过糖尿病小鼠建模，发现糖尿病微环境下小鼠来源间充质干细胞miR-31表达升高，其成骨分化能力降低。此外，miR-31通过直接靶向C-X-C基序趋化因子配体12促进软骨细胞增殖活力和迁移，他们发现骨关节炎患者软骨组织中miR-31表达下调[14]。Weilner等[15]证明了miR-31在老年人和骨质疏松病人血浆中水平升高，内皮细胞miR-31通过击落靶点Frizzled-3来抑制成骨分化。文良华等[16]通过对大鼠骨关节炎造模发现miR-31-5p mimics促进软骨细胞增殖，而miR-31-5p inhibitor诱导软骨细胞凋亡增加，得出结论miR-31-5p下调表达介导骨关节炎软骨细胞增殖受限和凋亡发生，可能参与骨关节炎的发病。Lei等[17]证明miR-31通过靶向Satb2参与高血糖抑制人牙周膜干细胞成骨分化。刘亚东等[18]发现上调miR-31表达可通过抑制晚期糖基化终末产物(AGEs)诱导的细胞凋亡、炎症反应和氧化应激起到保护软骨细胞损伤的作用。以上研究证明miRNA与干细胞的成骨分化有关，miR-31可以抑制成骨活性。

2 MiR-31与抗炎

MiR-31与炎症有着密切关系。MiR-31通过下调PKD1和JAK/STAT3通路减轻炎症反应以及氧化应激诱导的IS小鼠神经元损伤[19]。马莹等[20]分别用聚合酶链反应技术和流式细胞仪检测受试者血清miR-31表达水平，血清肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素6(IL-6)和细胞间黏附分子1(ICAM-1)水平，发现miR-31的表达与炎症因子TNF-α、IL-6、ICAM-1呈负相关。MiR-31高表达通过阻止炎性细胞因子受体(Il7R和Il17RA)和信号蛋白(GP130)的表达，减轻小鼠结肠上皮细胞的炎症反应，miR-31还可通过调节WNT和Hippo通路促进上皮再生。Shi等[21]通过分析结肠活检样本发现miR-31在炎症性肠病和结肠炎相关肿瘤患者的肠道组织中水平升高，并通过干预患有结肠炎的小鼠得出miR-31可通过抑制炎症细胞因子受体IL-17R和信号蛋白GP130降低小鼠结肠上皮的炎症反应，miR-31在伤口愈合从炎症到上皮化阶段的转变过程中是一种重要的细胞自主性介质，提示miR-31也具有抗炎的潜力。但是Simon等[22]发现miR-31可阻断胸腺基质淋巴细胞生成素(TSLP)在促进溃疡性结肠炎(UC)黏膜愈合和调节炎症方面发挥作用，通过荧光素酶测定表明miR-31直接靶向黏膜浸润CD4+T细胞中的胸腺基质淋巴细胞生成素，减少TSLP mRNA表达和蛋白质分泌，促进溃疡性结肠炎的发展。王飞等[23]证明miR-31在支气管哮喘患儿及支气管哮喘小鼠模型中表达显著升高，miR-31模拟物可以升高哮喘小鼠肺组织TNF-α与IL-6的蛋白表达，上调哮喘小鼠的气道炎症。MiR-31与炎症因子关系十分复杂，它既能抑制炎症因子的表达，也能上调炎症。

3 MiR-31与血管再生

MiR-31在血管再生中发挥重要作用。有研究[24]证明牙髓血管再生与炎症、低氧等微环境有关，年轻恒牙髓腔、有生长因子或趋化因子植入的髓腔更容易诱导牙髓血管再生。缺氧诱导因子1通路是血管生成的主要调节因子，也是是低氧条件下反应的关键转录介质，可介导很多促血管生成因子表达，从而促进牙髓血管生成[25]。研究[26]发现经慢病毒转染低氧诱导因子1的牙髓间充质干细胞来源外泌体miR-31可以促进血管内皮细胞生成血管，低氧诱导因子1α通过该种外泌体增强了配体Jagged 1介导的血管生成。MiR-31通过调控血管内皮生长因子(VEGF)的表达，促进血管新生[27]。Xian等[28]从牙髓细胞中分离并鉴定了外泌体，表明牙髓细胞衍生的外泌体(DPC-Exos)促进了人脐静脉内皮细胞(HUVEC)增殖、促血管生成因子表达，另外抑制p38丝裂原活化蛋白激酶激活增强了DPC-Exos刺激的肾小管形态发生，证明牙髓源性外泌体能促进血管生成因子表达和成血管作用。Kang等[29]发现miR-31能促进人脐静脉内皮细胞管样结构形成及细胞迁移，逆转脂肪干细胞微泡的促进细胞管样结构形成及细胞迁移，而且还能促进小鼠主动脉环微血管的生长，小鼠基质金属栓的血管形成，并证明缺氧诱导因子-1的抑制因子(FIH1)是miR-31的靶基因，表明脂肪干细胞通过miR-31的微泡转运诱导血管生成。

4 MiR-31与肿瘤

Yu等[30]研究证明，miR-31通过抑制BAP1蛋白促进肺癌细胞的增殖，促进肿瘤的生长。Kent等[31]研究表明，癌基因KRAS可以通过miR-31介导的RASAI调控激活Rho蛋白，表明miR-31作为KRAS效应器调节胰腺癌的侵袭和迁移，miR-31的高表达可显著增强胰腺癌的恶性生长。此外，miR-31通过异常激活Wnt/β-catenin信号通路，促进结肠癌的侵袭、迁移[32]。MiR-31的促肿瘤作用表明其可作为治疗肿瘤的新靶点。Lv等[33]证明miR-31通过调节PrlrIStat5、TGFB和Wnt1B-catenin等多种信号通路，尤其是直接靶向Wnt拮抗剂，实现乳腺肿瘤的发生。而郑书贤等[34]证明miR-31靶向结合Dock180蛋白，且miR-31表达与Dock180蛋白表达呈负相关，miR-31可通过结合Dock180抑制乳腺癌细胞的侵袭。这表明miR-31在肿瘤微环境中的作用机制决定肿瘤的发生发展。朝乐孟等[35]证明miR-31通过靶向PAX9基因抑制骨肉瘤细胞增殖和促进骨肉瘤细胞凋亡，miR-31和PAX9可作为骨肉瘤治疗的潜在靶点。除此之外，Yu等[36]发现在肺腺癌患者中检测到更高水平的循环外泌体miR-31-5p，尤其是在转移性疾病患者中，外泌体miR-31-5p可通过负调节SATB2逆转上皮间质转化(EMT)和激活MEK/ERK信号促进肺腺癌转移，外泌体miR-31-5p在肺腺癌进展中发挥关键作用，可作为肺腺癌的诊断生物标志物。

肿瘤源性外泌体(tumor-derived exosomes，TEXs)是由肿瘤细胞分泌的外泌体，携带与肿瘤相关的多种生物分子，可作为肿瘤早期诊断的特异性标志物。李泰明等[37]研究通过构建能够融合表达近红外荧光蛋白(near-infrared fluorescent protein，iRFP)和外泌体标志性蛋白CD63的质粒载体，分离提纯出近红外荧光蛋白iRFP682标记的外泌体，因为近红外荧光蛋白在体内体外示踪的优越性，构建的基因工程化细胞株能够稳定分泌近红外标记外泌体，可用做乳腺癌肿瘤微环境体内体外研究的新型生物标记物，为乳腺癌的早期诊断、治疗提供有力支持。

5 总 结

综上所述，随着对miR-31的深入研究，miR-31的相关功能和机制不断被发现。MiR-31在抗炎、血管再生、成骨、调节肿瘤生长和转移中具有重要作用，表现出极大的应用前景。但外泌体的研究还处于起步阶段，为加速外泌体在临床治疗的应用，不仅需要提高外泌体提取技术的敏感性和特异性，还需在大量的患者群体样本中进行外泌体研究，这将有助于人们更加充分了解外泌体的生物功能和调控机制，为今后临床疾病的治疗提供理论依据与实践指导。