


miRNAs是一类内源性非编码的单链小分子RNA,其长度为19~25个核苷酸,通过与靶位mRNA的3’非编码区(UTR)配对识别,抑制或降解靶位基因,从而影响蛋白的翻译过程,最终导致生物学功能发生变化[1]。1993年在线虫中首次发现miRNAs,随后对其研究越来越广泛,并确定了上千种miRNAs [2]。目前miRNAs被认为是在多样物种中起广泛调节作用的小RNAs,可以调节细胞的增殖、分化、坏死、应激反应及免疫反应等,一个单独的miRNA可以作用于多个靶位基因,同样一个靶位基因也可以由多个miRNAs来调控,对疾病具有网络调节的作用[3]。
过敏性疾病是指由机体接触致敏物质引起过敏反应或变态反应的疾病,包括哮喘、过敏性鼻炎、荨麻疹、特应性皮炎、过敏性肠炎等。过敏性疾病多属2型免疫反应(type 2 immunity)导致的疾病,以2型细胞因子IL-4、IL-5、IL-9和IL-13等的产生为主要特征。在抗原的刺激下,树突状细胞(DC)活化后促使T细胞分化为Th2细胞,释放2型细胞因子,继而激发IgE产生和嗜酸性粒细胞聚集等,最终发生过敏性炎症性病变[4]。在60个国家中进行的流行病学调查显示,12%~40%罹患1种或1种以上过敏性疾病。世界卫生组织(WHO)估计,全世界约有4亿人患过敏性鼻炎,3亿人患哮喘,每年有超过18万人死于哮喘。过敏性疾病已经成为世界性的健康问题[5]。
过敏性疾病作为多基因病,受到基因、环境及免疫等多方面的影响,免疫调控的紊乱是其主要发病机制。Th细胞在机体免疫调节中起着重要的作用,miRNAs对过敏性疾病中Th1/Th2平衡和细胞因子的影响已有报道[6],其在调节免疫进程中的作用越来越受到关注,从病理机制上提示了miRNA的重要调节作用。 miRNA正逐渐成为过敏性疾病的研究热点,但特异性的miRNA在具体过敏性疾病如过敏性哮喘、鼻炎中的作用途径及机制关系尚不清楚。
1 miRNAs 的合成与分泌miRNA被广泛认为是真核生物体内具有调控功能的一类非编码RNA,但近年来有研究表明在病毒中也发现类似序列。 miRNA的生物合成过程主要包括细胞核内转录加工和胞质内加工,首先在细胞核内被RNA聚合酶Ⅱ催化转录,形成具有茎环结构的原始miRNA(pri-miRNA),核酸酶 Drosha对 pri-miRNA进行识别并剪切形成前miRNA(pre-miRNA),然后pre-miRNA通过依赖性的核质转运子exportin-5和Ran-GTP从细胞核内转移至胞质中进行下一步加工,在RNaseⅢ家族成员的 Dicer和TRBP的共同作用下,pre-miRNA被切割成约22个核苷酸的双链miRNA。成熟miRNA中的1条单链可与沉默复合体结合,通过与靶位mRNA的3’UTR配对,抑制或降解靶位基因来影响蛋白的翻译过程, 实现对基因表达的调控[7]。
miRNA的表达具有细胞或组织特异性,如miR-122在肝脏中特异性表达,miR-124在脑组织中特异性表达。研究表明细胞内的miRNA可分泌到血浆和血清中,并且在唾液、眼泪、尿液、乳汁、羊水、精浆、胸膜液、腹膜液、脑脊液和支气管肺泡灌洗液等体液中也可以检测到[8],而且在不同体液中miRNA的表达也明显不同。miRNA释放到体液中可能是由于细胞破裂被动渗透或者通过胞外体的主动分泌。细胞可以释放包裹miRNAs的微囊泡,分泌出的miRNAs可作用于其他细胞发挥多种作用,如肿瘤细胞利用微囊泡运送miRNAs在内的基因信息,影响肿瘤的转移和发生;在免疫过程中,T细胞来源的miRNAs通过胞外体调控抗原呈递细胞中特定靶基因影响免疫应答[9]。
2 miRNAs在过敏性哮喘中的作用过敏性哮喘作为哮喘的一种最常见类型,是由T淋巴细胞、肥大细胞和嗜酸性粒细胞等多种细胞引起的慢性气道炎症,过敏原会引起气道高反应性及炎症细胞浸润增加,表现为咳嗽、胸闷等症状[10]。过敏性哮喘的发病机制仍不明确,目前对其研究涉及组织病理学、分子的基因及蛋白水平表达。miRNAs 作为调控基因表达的重要因子,在过敏性哮喘的研究中也逐渐受到重视。
对miRNAs在哮喘患者免疫系统细胞以及小鼠被诱导的过敏性哮喘炎症模型中的表达进行分析,发现miRNAs可能在哮喘的病理机制和过敏性炎症的发展中发挥重要作用。例如,在卵清蛋白(OVA)诱导的小鼠哮喘模型中,miR-181a、miR-155、miR-150、miR-146a和miR-146b在脾脏CD4+T淋巴细胞中表达升高[11],在脂多糖(LPS)诱导的炎症模型中,104个miRNAs在鼠肺部的表达水平发生变化,其中miR-21、miR-25、miR-27b、 miR -100、 miR-140、miR-142-3p、miR-181c、miR-187、miR-194、miR-214、miR-223 和miR-224表达升高,并呈刺激时间依赖性,但是研究发现地塞米松不能调控LPS引起的miRNAs变化[12]。
有研究显示,屋尘螨(HDM)作用的小鼠气道中miR-126通过TLR4/MyD88依赖性通路表达升高。沉默miR-126的功能,HDM诱导的气道高反应性消失,小鼠模型中Th2型反应减弱,过敏性炎症减轻[13]。在OVA诱导的小鼠哮喘模型中,肺部活组织检查发现miR-221表达上调,抑制了miR-221可减轻气道炎症[14]。同样在HDM诱导的过敏性气道疾病中,抑制miR-145可产生抗炎作用,这与给予糖皮质激素治疗的小鼠作用相似[15]。最近的研究发现抑制miR-106a可减轻气道高反应性和炎症,miR-106a抑制细胞因子IL-10的产生,IL-10已经被反复证明在过敏原特异性的免疫疗法和正常免疫反应获得的免疫耐受中起重要作用[16]。
Let-7是首个被发现的人类miRNA家族成员,在过敏性哮喘小鼠模型中,使用let-7的拮抗剂后,支气管肺泡灌洗液中炎症细胞浸润明显减少,Th2型细胞因子IL-4、IL-5及IL-13 的水平明显下调,从而使过敏性哮喘症状得以缓解[17]。另外,miR-155可调控调节性T(regulatory T,Treg) 细胞和 Th17 细胞分化,抑制Th1型反应[18]。
目前miRNAs在过敏性哮喘中的研究多集中在动物模型上,在哮喘患者中的研究较少,Liu等[19]研究发现miR-221和miR-485-3p在儿童哮喘外周血中表达明显上调。有研究显示,在需长期服用糖皮质激素的严重哮喘病人的CD8+和CD4+T细胞中,miR-146a的表达水平降低。在轻度哮喘病人的外周血单核细胞中miR-192 表达下调,还有研究发现miR-21在哮喘病人气道上皮中表达上调[20]。
这些研究表明,miRNAs可以增强或减弱过敏性哮喘炎症反应过程,不同的miRNAs在调节炎症反应的过程中有巨大和复杂的网络作用。这为过敏性哮喘的病理研究和治疗方法提供了思路。
3 miRNAs 在特应性皮炎和角质形成细胞中的作用特应性皮炎是由遗传因素与环境因素之间的相互作用导致的一种炎症性过敏性疾病,其表皮增生紊乱伴随皮肤屏障发生破坏,Th1/Th2的失衡,产生以Th2 型为主的特异性免疫反应,导致皮肤易感性增加,表现为皮肤感染并有明显瘙痒的特征[21]。miRNAs在特应性皮炎和其它皮肤炎症疾病中的功能研究报道较少。Sonkoly 等[22]发现在其他过敏性疾病中表达上调的 miR-21、miR-146和miR-223, 在特应性皮炎患者中同样上调,miR-155在特应性皮炎患者皮肤中高表达,特应性皮炎患者非损坏皮肤组织局部接触过敏原可诱导产生miR-155。miR-155在皮肤的T细胞、树突状细胞和肥大细胞中均有表达,又有研究证实miRNA-155在特应性皮炎皮损中主要在树突状细胞和CD4+ CD3+ T细胞中表达。在特应性皮炎中抗原诱导的miRNA-155与其靶位细胞毒性T细胞相关抗原4(CTLA-4)基因3’UTR结合,导致CTLA-4表达降低,TCR-CD28的信号级联反应以及抑制信号转导的作用明显减弱,增加特应性皮炎的炎症反应。还有研究显示miRNA-155在巨噬细胞中作用于其靶基因IL-13Rα1,在固有免疫和适应性免疫的调节中起关键作用,且在免疫耐受中起重要作用。
研究表明,在银屑病患者皮肤中miR-146a和miR-203表达水平升高,miRNA-21的表达水平在特应性皮炎和银屑病中明显下调,在角质形成细胞、成纤维细胞及免疫细胞中都有表达,在角质形成细胞和成纤维细胞等结构细胞的表达比在免疫细胞中的表达明显增多,miR-125b表达水平降低,miR-125b通过直接作用于成纤维细胞生长因子受体2(fibroblast growth factor receptor 2)起到抑制角质形成细胞分化的作用。与银屑病相似,Th1型炎症反应在特应性皮炎患者皮肤炎症的慢性阶段起主导作用。又有研究报道[23],miR-125b在嗜酸性慢性鼻炎鼻息肉中表达上调,miR-125b主要表达在鼻窦和支气管上皮细胞,并且在气道上皮细胞中,调整其表达可影响IFN-α/β的产生,这很可能是由于抑制了真核转录起始因子4E-结合蛋白(4E-BP1)。这些初始研究表明miRNAs在上皮细胞的炎症相关过程中多个方面起调控作用。在过敏性皮肤炎症疾病中进一步深入研究过敏相关的miRNAs功能具有重要意义。
4 miRNAs 在过敏性鼻炎中的作用过敏性鼻炎是指特应性个体接触变应原后,主要由IgE介导的介质(主要是组胺)释放,并有多种免疫活性细胞和细胞因子等参与的鼻黏膜非感染性炎性疾病,表现为喷嚏、鼻塞、鼻痒等症状。miRNAs在过敏性鼻炎中的功能和表达研究相对较少。Shao等[24]研究发现,在过敏性鼻炎患者鼻黏膜中有9个miRNAs发生两倍以上的变化,经验证发现miR-143、miR-187和miR-224表达水平降低。Zhang等[23]研究发现,miR-125b在慢性嗜酸性鼻窦炎患者的鼻黏膜上皮细胞中表达升高,且通过作用于eIF-4E结合蛋白1,增加IFN-γ的表达。
血清IgE升高是过敏性疾病最有力的提示,过敏原刺激产生的IgE与肥大细胞、嗜酸性粒细胞等表面相应的FcεRI受体结合,诱导过敏性炎症。Chen等 [25]筛选了新生儿脐带血样本中与IgE水平高表达相关的miRNA。研究发现,脐带血样本中有8个miRNAs表达下调并伴随IgE上调,进一步研究发现,其中表达下调的miR-21 与TGFBR2的升高有关。研究还对过敏性鼻炎儿童患者的外周血单核细胞进行检测,发现miR-21 及miR-126的表达同样明显下调,因此外周血中miR-21的低表达可能是从新生儿阶段一直持续到儿童阶段,并可成为早期预测过敏性鼻炎的潜在指标。但是对miR-21下调相关的进一步研究发现,与已知的调控IL-12的作用并不一致,因此miR-21及其他miRNAs在过敏性鼻炎中的潜在作用需进一步深入研究。
5 miRNAs 在过敏性疾病中的诊断和治疗作用miRNAs在细胞内经主动运输或者渗透作用,可稳定存在于血浆、血清及唾液、眼泪、尿液、支气管肺泡灌洗液等体液中,因而可作为非创伤性的检测指标,具有优势,而且体液中 miRNAs的表达可影响多种疾病,如组织损伤、免疫性疾病和癌症等。因此,miRNAs 不仅可以作为诊断疾病的生物标志,而且其分泌方式可以介导细胞间的通讯与相互作用,这为miRNA在过敏性疾病中的诊断提供了新思路新方法[26]。
过敏性疾病的治疗多以减轻症状为目的,尽管研究越来越广泛,但至今仍未建立可以防治过敏性疾病的方法。目前对过敏性疾病治疗主要分为糖皮质激素等药物治疗,以及特有过敏原免疫疗法,前者缓解症状效果好,但不良反应较多,对复发亦无明显改善。后者方法有效,但缺点是周期较长,且由于疫苗的成分复杂不易标准化[27]。miRNAs为过敏性疾病的治疗开辟了新方向,将成为另一种新的生物靶标分子,在过敏性疾病中具有潜在的治疗作用。人工合成的siRNAs在细胞内尽管可以降低靶基因的表达,发挥基因沉默的作用,但其脱靶效应引起副作用不可预测,由于miRNAs的设计保持进化过程的天然性,在治疗中引入miRNAs更可能不会引起细胞毒性,miRNAs可以作为毒副作用小的新治疗途径用于过敏性疾病[28]。
越来越多的报道显示了基于miRNAs的治疗作用,沉默miR-122可抑制丙肝病毒(HCV)的复制,miravirsen是锁核酸修饰的硫代反义寡核苷酸,作为miR-122靶向治疗药物用于治疗HCV的慢性感染,已进入临床试验。研究显示皮下注射miravirsen可长期剂量依赖性地减少慢性HCV 1型感染患者HCV RNA 的水平,且未出现病毒抵抗性[29]。另外,可通过静脉注射包含miRNA模拟物的纳米粒子,引入外源性miR-34,作为一种肿瘤抑制功能类似物,已经成功用于动物实验,并将进行临床试验[30]。
尽管miRNA本身没有毒性,但其传递介质等可能引起其他作用,比如免疫反应的激活及不可预测的细胞分化,因此需要提高相应的技术及深入了解miRNA的功能,来研究出miRNA 表达特异性强且毒副作用小的运送介质。这将为miRNAs成为过敏性疾病治疗靶点奠定基础。
6 小结由于社会及生活环境的变化,过敏性疾病发病率持续上升,尤其是近年来严重的空气污染更增加了过敏性疾病的发病率和严重程度。空气污染物质,如可吸入大气颗粒物(PM)、汽车尾气排放的铂系元素、柴油废气颗粒等,可作为免疫佐剂或增加IgE的产生来诱发或加重过敏性疾病。因此,研究过敏性疾病发病机制、建立有效治疗方法尤为重要。miRNAs在疾病中的作用越来越受到人们关注,但miRNAs在过敏性疾病中的功能研究有大部分领域仍未探索。多数研究只是描述了在过敏状态下的miRNAs变化或者在细胞和动物模型中的影响,很少有研究探索miRNAs对分子网络的影响。在过敏性疾病患者中的研究较少,进一步阐明miRNA在人体环境中的作用,可以让我们更好地理解miRNA在过敏性疾病中的发病机制、诊断和预后。另外,miRNA和表观遗传学机理相互影响,miRNA可调控表观遗传分子包括DNA甲基转移酶和组蛋白去乙酰酶抑制剂。探索miRNA在表观遗传学中的作用,可帮助我们探索慢性疾病及患者过敏性疾病高复发的机制。随着生物信息学算法、蛋白组学、新一代测序技术、新miRNA激动剂/拮抗剂以及新的小分子miRNA抑制剂等技术的发展和提高,miRNA的调控作用将成为过敏性疾病治疗的潜在新靶点和新方向。
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