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miRNA与消化系统非恶性疾病关系的研究进展

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・126・ 中国现代医药杂志2011年10月第13卷第10期MMJC,Oct 2011,Vol 13,No.10 miRNA与消化系统非恶性疾病关系的研究进展 唐霞李国庆 microRNA是近年来在多种真核细胞及病毒中发现的一 全互补,会导致靶mRNA降解,这个过程多见于植物。每个 类来源于内源性染色体上的非编码单链RNA,在进化上具有 高度的保守性,能够通过与靶mRNA特异性的碱基互补配 对,引起靶mRNA降解或者抑制其翻译,从而对基因进行转 录后的表达,在体内发挥重要的生物学功能 目前对 miRNA的研究主要集中在消化道恶性肿瘤,在各种消化道非 恶性疾病的研究甚少,现就miRNA与消化道非恶性疾病的关 系作一综述。 1 miRNA的结构特点、功能及作用机制 miRNA是一类广泛存在于真核生物长度为21~25nt的单 链非蛋白编码小RNA分子。1993年Lee等在线虫中发现了 lin一4,并通过定点突变发现lin一4不编码蛋白,而是编码一种 小分子RNA,其与靶基因1in一14的mRNA的3"-UTR特定区 域结合来抑制lin一14的翻译【】1,从此揭开了人们对此类体内 广泛存在的基因方式研究的序幕,到目前为止在哺乳动 物体内发现了500多种miRNAE21。虽然miRNA仅占生物体内 总蛋白编码基因数量的l%~5%,但能人类基因组中 10%~3O%的基因.3l41。miRNA由不同的染色体位点转录而成. 定位于的非编码RNA或者蛋白编码基因的内显子 miRNA生物合成和成熟过程如下:首先miRNA基因由RNA 聚合酶Ⅱ介导,转录成初期microRNA(pri—miRNA),其含有帽 子结构和poly A尾。pri—miRNAs在核内由Rnase11I家族成员 Drosha对其加工成前体microRNA(pre—miRNA),其长为70nt, 有茎环结构,与双链RNA结合蛋白DGCR8结合。Pre—miR— NA由exportin25转运到胞质,再由另一种RNAaseⅢ,Dicer 对其加工 。随后,miRNA双体经过解旋酶的作用解旋,产生 成熟miRNA单体。成熟miRNA的大小差异与pre~miRNA结 构上的凸起或不匹配程度有关。其中一条结合到RNA诱导的 基因沉默复合物(RNA—incuced silencing comp lex,RISC)中,形 成非对称RISC复合物(asymmetric RISC assembly) 在这个复 合物中,一条链保留作为成熟的miRNA,而另一条链降解。此 时,这个复合物可以其靶基因 。miRNA中靠近5 端的 】~7个核苷酸种子区是靶基因结合的区域,当miRNA与mR— NA不完全互补时,miRNA结合到mRNA的3 端非翻译区抑 制其翻译,这个过程多见于动物体内。当miRNA与mRNA完 ▲基金项目:国家自然科学基金项目(编号:81071965) 作者单位:421001湖南衡阳.南华大学附属第二医院 通讯作者:李国庆 miRNA可以有多个靶基因,多个miRNA也可调节同一个基 因。随着对miRNA研究的不断深入.运用实时PCR、Northem blotting、基因芯片检测、RNA干扰和点突变等方法研究miR. NA在各种疾病中的作用,进一步了解miRNA与各种疾病的 关系。 2 miRNA与消化系统非恶性疾病的关系 2.1 miRNA与食管Barrett食管(BE 瘤变是公认的食管腺癌 (EA)的癌前病变。研究发现,miR一196a可能是在Ba ̄ea上皮 化生、不典型增生及进展期EA演变顺序中的一种可能的标 记。应用l1例患者的石蜡切片,评估miRNAs在BE向低级 别瘤变、高级别瘤变和EA进展中的作用。EA、BE和瘤变组 织中miR一196a较正常鳞状上皮黏膜均增高,高级别瘤变较 BE和低级别瘤变患者均增高,因而提出miR一196a可能是 BE病程进展中可能的标记,并证实了它在促进生长和抗凋亡 中的作用,进一步研究证实KRTS、SPRRZC和S100Ag是其靶 基因【制。 2.2 miRNA与胃Liu Z等首次研究发现幽门螺杆菌感染的 胃上皮细胞和胃黏膜组织能通过依赖NF—KB的方式上调 miR一146a的表达,并发现miR一146a能下调其靶基因IRAKl 和IRAK6的表达。而且miR一146a能通过降低NF—KB活性减 弱幽门螺杆菌刺激引起的(IL)一8、(GRO)一Ot、(MIP)一3a表达。表 明幽门螺杆菌感染后上调miR一146a的表达,能通过负反馈 调节靶基因IRAK1和IRAK6的表达.来调节炎症作用同。另 外Matsushima K通过比较幽门螺杆菌感染的胃黏膜与正常 阴性对照组的胃黏膜 发现55个差异表达中有30个降低的, 只有hsa—miRNA一223高表达吲。Saito Y等的研究发现,被幽 门螺杆菌长期感染的雄性小鼠C57BL/6的胃排空加速了,组 织学检查显示幽门螺杆菌感染的小鼠的胃肌肉层明显增厚, 通过miRNA表达谱分析发现胃肌肉特有的miR一1和miR一 133明显下调。然而其靶基因组蛋白一4及血浆感应因子却升 高。在体外实验中将小鼠细胞C2C12与幽门螺杆菌共同培养 后,检测亦发现miR一1和miR一133明显下调,而细胞却明显 增生。这些改变可能会引起胃排空的功能失调和胃肌肉层的 异常增生。这些发现为包括功能性消化不良在内的胃动力性 失调分子机制的研究奠定一定的基础 。 2.3 miRNA与肠 QiQi Zhou等通过对19例以腹泻为主的 IBS患者与10例正常对照组(服用甘露醇后出现腹泻)的研 究,发现19例IBS患者中有8例肠黏膜渗透性增高,相比较 肠黏膜渗透性正常的IBS患者及正常对照组其谷氨酰氨合成 酶明显降低。亦发现miR一29a在肠黏膜渗透性增高的IBS患 中国现代医药杂志2011年l0月第13卷第1O期MMJC,Oct 2011,Vol 13,No.10 ・127・ 者的小肠、结肠组织中和血浆中高表达。miR一29a通过与谷氨 能诱导B7一H1在培养的胆管细胞中的表达,而且B7一H1的 酰氨合成酶的3"-UTR特定区域结合来增高肠黏膜渗透性。 表达在被隐孢子虫感染的上皮细胞中成功验证。细胞被隐孢 这些研究结果表明谷氨酰氨合成酶能调节肠黏膜渗透性。而 子虫感染后miR一513的表达下调。miR一513是通过与B7一H1 miR一29a能调节谷氨酰氨合成酶和肠黏膜渗透性,推测出 的3 端非翻译区结合来解除其翻译抑制的。通过转染miR一 miR一29a影响肠黏膜渗透性可能是通过调节谷氨酰氨合成 513的前体来抑制被隐孢子虫感染后诱导的B7一H1蛋白的 酶。因此通过对miR一29a信号通路靶基因的研究可能会对治 表达能够提高miR一513的表达。而且已经验证在被隐孢子虫 疗IBS的新方法提供一定的依据口01。Bazett M等通过比较囊胞 感染的胆道细胞中激活的人类T细胞的凋亡是被加速的。 性纤维症肠病的小鼠,即CFrR(肠黏膜电导调整器)缺乏的 B7一H1中和抗体和转染miR一513的前体能部分阻止被激活 小鼠BALBc/JCftr(tmlUNC1的肠组织与同窝出生的野生型小 的T细胞凋亡。这些研究表明miR一513在调节被隐孢子虫感 鼠的肠道组织.发现有24个microRNAs高表达.且被RT— 染的上皮细胞中B7一H1的表达中起重要作用【151。 PCR所验证。原有报道BALB ̄C57B JF2囊胞性纤维症小 2.6 miRNA与脾脏脾脏巨噬细胞吞噬破坏血细胞增多一 鼠的肠道有一系列基因低表达。与所验证的通过靶基因软件 直被认为门静脉高压症(PH)脾功能亢进发病的重要环节。研 预测的24microRNAs靶基因的表达比较.发现759个基因中 究通过基因芯片技术筛选出PH脾亢脾脏(4例)和正常脾脏 有155个重叠,高于原来所猜想的100个基因。通路的分析鉴 (4例)巨噬细胞中的差异表达microRNA,4张芯片分别检测 定了这些普遍的基因在这些磷酸酶和张力蛋白、蛋白激酶A、 到151、98、108、89个表达存在差异的microRNA,在4张芯片 磷酸肌醇一3激酶/AKT信号通路中的功能,并通过实时PCR 均出现差异表达共有4条,表达上调和下调的各2调.其中3 验证这些通路的基因在BALB囊胞性纤维症小鼠肠组织中呈 条未知.仅有has—miR一615在miRNAbase中登录。通过生物 低表达。因此推测microRNA的表达能影响新陈代谢的异常 信息学分析发现has—miR一615的靶mRNA共有lO条。 和组织内环境成分的平衡【“]。 且发现其中has—miR一615配体依赖的转录辅助因子 2.4 miRNA与肝Kanda T等研究发现,通过分析胆道结扎 LCoR和肠道内富含的Kruppel样因子13KLF13基因与免疫 模型老鼠的微小RNA表达谱来研究梗阻性黄疽患者的微小 细胞的活化密切相关,因此推测has—miR一615可能与巨噬细 RNA表达谱,并用RT—PCR验证了胆道结扎老鼠肝内的微小 胞的活化以及PH脾亢发生密切相关_l61。另有研究发现miR一 RNA的表达,结果发现1et一7a,let一7d,let一7f,let一7g,miR一21, 615—3p在PH脾亢脾脏的巨噬细胞中高表达,而且能提高脾 miR一125a一5p,miR-125b-5p,miR-194,miR-199a-3p,miR- 巨噬细胞的噬菌作用。通过生物信息学分析表明配体依赖的 199a一5p,miR一214,miR一221和miR--486呈高表达,进一步通 转录辅助因子LCoR可能为miR一615—3p的一个与脾巨噬细 过激光显微解剖发现在胆道结扎老鼠的肝内胆道中miR~ 胞的噬菌作用相关的靶基因.而且通过双重荧光素酶检验分 199a一5p尤其高表达。而且,被IL6处理过的正常的肝内胆道 析和Western blot方法在人单核细胞和正常/PH脾功能亢进 上皮细胞株的细胞持续增生亦与miR一199a一5p的高表达相 双巨噬细胞中验证。研究结果表明miR一615—3p能抑制LCoR 一致。通过对microRNA动态分析.认为miR一199a一5p可能与 的表达,LCoR是过氧化物酶体增殖体激活受体一^yPPAR 的 正常的肝内胆道上皮细胞的增生有关,为microRNA在梗阻 一个抑制子,能促进脾巨噬细胞的噬菌作用。总之。高表达的 性黄疸病理生理过程中作用的进一步研究奠定一定的基础 miR一615—3p能抑制被激活的脾巨噬细胞中LCoR的表达,低 旧。报道在肝细胞中有一系列miRNAs减少能导致在FAS/ LCoR水平能去抑制PPAR'y的表达,最后高表达的PPAR3'能 CD95受体诱导的细胞凋亡,在FAS诱导肝衰竭的肝内有11 增强脾巨噬细胞的噬菌作用。这为脾功能亢进和其他巨噬细 个miRNAs表达上调。还有异位表达的miR一221。其上调能够 胞相关疾病的研究提供一定的帮助【 。 保护肝细胞和肝癌细胞免受凋亡。在体内实验中被腺病毒群 2.7 miRNA与胰腺研究发现,通过验证正常小鼠13种组 型8所诱导miR一221的过表达延迟FAS诱导的肝衰竭。另外 织(胰腺、肾脏、肝脏、大脑等)中的miR一216a发现,miR一216a 也证明miR一221能调节细胞分子p53的表达.p53是一个促 的表达在胰腺中最高,比表达第二高的肾脏组织高出128倍。 进细胞凋亡的调节子.亦是一个公认的BC12蛋白家族的成 实验研究两组小鼠,一组通过腹腔内注射左旋精氨酸诱导胰 员。因此推测miR一221是一个FAS诱导细胞凋亡的转录后调 腺的损伤,然后分别抽取5个时间点的血液并验证,发现在处 节子,也许能作为肝炎和肝功能衰竭的一个治疗靶标『l31。 理24h后脂肪酶和淀粉酶明显升高.而mir一216a在24h明显 2.5 mi础 与胆道CIS蛋白和SOCS蛋白的表达在宿主细 升高并持续到48h。另一组通过穿刺盲肠致使小鼠出现非致 胞对病原微生物的感染的应答中起重要作用。近来研究发现 命的脓毒血症,在手术后分别抽取4个时间点的血液。发现在 miR一98和let一7的下调能够诱导被隐孢子虫感染的人类胆 处理后24h后脂肪酶及淀粉酶明显升高.但miR一216a在4 道上皮细胞CIS的表达.亦能诱导SOCS4的表达 miR一98和 个时间点却没有明显变化。研究首次表明临床上血浆miR一 1et一7通过与SOCS4的3 端非翻译区结合来抑制其翻译。转 216a对诊断急性胰腺炎可能有更高的特异性嗍。 染miR一98前体能抑制隐孢子虫感染引起的SOCS4上调.而 3展望 且S0CS4在上皮细胞的表达对被隐孢子虫感染信号传感和 转录基因的激活起抑制作用。最终表明miRNA在隐胞子虫感 miRNA虽是转录后领域的新成员,却具有强大的基 染的上皮细胞中CIS/SOCS表达的调节中起重要作用[ 。辅刺 因能力。随着对miRNA的不断探索和了解.对其在各种 激因子B7是微生物感染后上皮细胞的免疫应答的一个重要 消化系统良性疾病的发生、发展中的重要性倍受重视。但每个 因子。此外Ai—Yu Gong等研究发现,原虫、寄生虫、隐孢子虫 病种中有哪些miRAN参与其中,各个miRNA作用的靶基因 ・128・ 宦 现 医药杂志2011年10月第13卷第10期MMJC,Oct 2011,Vol 13,No.10 是哪些,通过哪些具体的途径来与靶基因发生作用,这些问题 (2):36l一370 还有待进一步研究。寻找的miRNA及miRNA的靶基因 9 Saito Y,Suzuki H,Tsugawa H,et a1.Dysfunctional gastirc empty— 是今后研究的重点,随着对这种特殊小分子的深入研究.一些 ing with down-regulation of muscle——speciifc microRNAs in Heli. 以miRNA为靶点的新药物会不断出现,通过修正miRNA的 cobacter pylori—infected mice.Gastroenterology,201 1,140(1): 异常来诊断和治疗相应的疾病会给整个生物医学带来深远的 189—198 影响。 l QiQi Zhou,Wiley W Souba,Carlo M,et a1.Nicholas Veme Mi— cmRNA一29a Regulates Intestinal Membrane Permeabilitv in Pa. 参考文献 tients with Irritable Bowel Syndrome.Gut,2010,59(6):775—784 Bazett M,Paun A,Haston CK.MicroRNA profiling of cystic fibro— sis intestinal disease in mice.Mol Genet Metab.2011.103(1):38—43 Lee RC,Feinbaum RL,Ambros V.The C.elegans hetero~chronic Kanda T,Ishibashi O,Kawahigashi Y,et a1.1dentiifcation of ob— gene lin-4 encodes small RNAs with antisense corn—plementarity stnrctive jaundice-related microRNAs in mouse liver.Hepatogas— to lin-14[J].Cell,1993,75(5):843—854 2 Barringhaus KG,Zamore PD.MicroRNAs:regulating a change of- troenterology,2010,57(102-103):1013-1023 Sharnla AD,Narain N,Handel EM.MicroRNA-221 regulates FAS— be ̄0].Circulation,2009,119(1 6):2217-2224 induced fulminant liverfailure.Hepatology,2011,53(5):1651—1661 Krek A,Grun D,Poy MN,et a1.Combinatorial microRNA target. 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