microRNA-155與支氣管哮喘的研究進展

周好好 黃翠萍

(湖北醫(yī)藥學(xué)院,十堰442000)

支氣管哮喘是一種以嗜酸性粒細(xì)胞、肥大細(xì)胞和氣道黏膜下層CD4+T淋巴細(xì)胞浸潤為主的免疫功能異常的慢性炎癥性疾病，炎癥進程與黏液高分泌、氣道重塑和氣道高反應(yīng)性相關(guān)。miRNA是一類小的非編碼單鏈RNAs，作為基因表達的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子，已被證明與過敏性哮喘相關(guān)。最近的一份報告證明HLA-G(一種哮喘易感基因)的3′-UTR上的單核苷酸多態(tài)性影響三種miRNA與該基因的結(jié)合[1]。由于哮喘肺組織中基因和蛋白表達與其發(fā)病機制密切相關(guān)，過敏性氣道炎癥可能對miRNA的調(diào)節(jié)特別敏感。microRNA-155是研究最為深入的免疫系統(tǒng)相關(guān)的miRNA之一，通過參與免疫細(xì)胞的發(fā)育和免疫應(yīng)答過程而在人類免疫功能中發(fā)揮重要作用，其表達在多種激活的免疫細(xì)胞中顯著上調(diào)，可通過多種途徑參與哮喘發(fā)生發(fā)展過程。

1 miRNA-155結(jié)構(gòu)及功能

微小RNA(microRNA，miRNA)是一類具有19～24個核苷酸的內(nèi)源性非編碼RNA分子，主要存在于真核生物中，具有高度保守性、時序性和組織特異性。miRNA通過將3′-UTR區(qū)與靶基因完全或不完全互補結(jié)合，誘導(dǎo)靶mRNA的降解或翻譯的抑制，從而調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄和表達，在各種生物過程中發(fā)揮重要作用，其包括細(xì)胞凋亡、腫瘤的形成及炎癥的發(fā)生等。miRNA可以作用于多個靶位基因，靶位基因也可以由多個miRNAs調(diào)控，其對多種疾病具有網(wǎng)絡(luò)調(diào)控作用[2]，是免疫系統(tǒng)中基因表達的重要調(diào)節(jié)因子。miRNA表達失調(diào)與人類疾病密切相關(guān)，最近的研究證實了miRNA在變應(yīng)性氣道炎癥中發(fā)揮重要作用[3,4]。在過敏性氣道炎癥模型中:miR-21通過IL-12p35的負(fù)調(diào)控在Th2細(xì)胞的極化中起作用；miR-126與變應(yīng)性氣道炎癥的房塵螨小鼠模型中的天然和適應(yīng)性免疫應(yīng)答相關(guān)，其拮抗作用顯著抑制Th2細(xì)胞的效應(yīng)功能和嗜酸性粒細(xì)胞氣道炎癥的發(fā)生；miR-145的拮抗作用表現(xiàn)出對嗜酸性氣道炎癥、Th2細(xì)胞因子產(chǎn)生、黏液分泌過多和氣道高反應(yīng)性的抑制作用。上述研究突出了miRNA對過敏性疾病發(fā)病機制的調(diào)控作用及其作為抗炎靶標(biāo)在治療過敏性疾病中的潛在作用。已有研究表明，通過增強或抑制相關(guān)miRNAs表達來控制氣道炎癥可能會成為哮喘治療的新方法，也是哮喘研究的新熱點[5]。

miRNA-155作為研究熱點之一，是位于人類第21號染色體的BIC基因外顯子3編碼的一種多功能RNA，在人類脾臟、胸腺、肝和肺以及腎臟中大量表達[6]，主要參與免疫細(xì)胞的發(fā)育、分化、活化、增殖及免疫應(yīng)答等生物學(xué)過程。Calame認(rèn)為[7]，miR-155是清除病原體和凋亡細(xì)胞免疫效應(yīng)階段的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，為B細(xì)胞抗原特異性抗體的產(chǎn)生和生發(fā)中心反應(yīng)所必需，參與B細(xì)胞成熟、分化和感染反應(yīng)期間的抗體類轉(zhuǎn)換。據(jù)報道，糖皮質(zhì)激素通過下調(diào)miR-155的表達來減弱脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)和敗血癥。實際上，糖皮質(zhì)激素的抗炎作用可以通過抑制miR-155的表達來逆轉(zhuǎn)，因此，miR-155的類固醇抑制可能是免疫反應(yīng)中的一種新的功能途徑[8]。同時，人類基因Bic/miR-155與哮喘及花粉過敏癥相關(guān)基因均位于染色體21q21區(qū)域，哮喘的發(fā)生發(fā)展與miR-155的高表達密切相關(guān)[9]。

2 miRNA-155通過不同途徑調(diào)控哮喘的發(fā)生發(fā)展

2.1miRNA-155通過調(diào)控Th1/Th2參與哮喘發(fā)生發(fā)展 Th1細(xì)胞和Th2細(xì)胞為CD4+T細(xì)胞的兩個細(xì)胞亞群，根據(jù)細(xì)胞因子分泌的不同，它們在免疫應(yīng)答中發(fā)揮著不同的作用。Th2細(xì)胞產(chǎn)生大量的細(xì)胞因子，如IL-4、IL-5和IL-13，這些細(xì)胞因子在哮喘的發(fā)病機制中具有關(guān)鍵性的作用。IL-4可以促進變應(yīng)性致敏及IgE的產(chǎn)生，IL-5的產(chǎn)生對于嗜酸性粒細(xì)胞滲入氣道這一關(guān)鍵過敏性疾病病理特征是至關(guān)重要的，IL-13對于增加氣道高反應(yīng)性和黏液產(chǎn)生也是極為重要的，在哮喘發(fā)展中發(fā)揮促炎作用。在缺失Th1細(xì)胞主要轉(zhuǎn)錄因子T-bet的小鼠模型中，引起小鼠自發(fā)性氣道高反應(yīng)性和IL-13相關(guān)性嗜酸粒細(xì)胞增多癥[10]，哮喘加重時，外周血中Th1和Th2細(xì)胞的數(shù)量都明顯增加，Th1細(xì)胞能直接抑制Th2細(xì)胞的生成[11]。Th1/Th2反應(yīng)失衡導(dǎo)致Th2細(xì)胞過度激活是哮喘的重要免疫學(xué)機制之一。Th2細(xì)胞亞群數(shù)目增多或功能亢進，Th1細(xì)胞亞群數(shù)目減少或功能低下而導(dǎo)致Th1/Th2失衡，從而誘導(dǎo)哮喘發(fā)作。

在活化的B細(xì)胞、T細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和樹突狀細(xì)胞中,miR-155的表達均顯著增加，這與免疫細(xì)胞的活化、增殖、分化和免疫應(yīng)答密切相關(guān)，被認(rèn)為在維持人類免疫系統(tǒng)功能中發(fā)揮重要作用[8]。既往有體外研究顯示，缺乏miR-155的樹突狀細(xì)胞不能有效激活T細(xì)胞[12]，IL-4刺激缺乏miR-155的CD4+T細(xì)胞分化為Th2細(xì)胞，IFN-γ刺激過度表達miR-155的CD4+T細(xì)胞分化為Th1細(xì)胞[13]。Finotto等[10]研究表明，miR-155直接作用特異性Th2細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子C-maf(啟動子的反式作用因子細(xì)胞肌腱膜纖維肉瘤癌基因)，從而調(diào)節(jié)T細(xì)胞向Th1細(xì)胞分化，抑制Th2類免疫應(yīng)答。因此，在早期的研究中，miR-155被認(rèn)為是“Th2抑制因子”[13,14]。但是，最近有越來越多的研究顯示miR-155對促進Th2細(xì)胞功能是必不可少的。Malmhall等[15]通過利用卵清蛋白分別致敏敲除miR-155基因的小鼠和野生型小鼠，證實卵清蛋白致敏的小鼠肺內(nèi)miR-155表達量顯著升高，敲除miR-155的小鼠肺內(nèi)嗜酸性粒細(xì)胞炎癥和黏液分泌明顯下降，伴隨有Th2細(xì)胞數(shù)、Th2類細(xì)胞因子以及抗原誘導(dǎo)的氣道嗜酸性粒細(xì)胞活化趨化因子eotaxin-2水平下降。過繼轉(zhuǎn)染來源于卵清蛋白致敏的WT小鼠特異性CD4+T細(xì)胞至miR-155敲除小鼠中，Th2細(xì)胞功能逆轉(zhuǎn)，提示miR-155促進過敏性氣道炎癥，并且證實該作用是通過轉(zhuǎn)錄因子PU.1(Th2細(xì)胞因子產(chǎn)生的負(fù)調(diào)控因子)調(diào)控Th2免疫應(yīng)答介導(dǎo)。造成這種相反結(jié)論的原因可能與實驗樣本的來源以及miRNA-155亞型有關(guān)[16]。

miR-155促進Th2細(xì)胞免疫的觀點也得到Okoye[17]的支持，通過基因組學(xué)研究，Okoye證實敲除T細(xì)胞中miR-155基因的小鼠對Th2細(xì)胞的免疫反應(yīng)能力均下降，氣道嗜酸性粒細(xì)胞和IL-13的產(chǎn)生下降，提示miR-155在Th2免疫應(yīng)答所介導(dǎo)的免疫反應(yīng)中發(fā)揮關(guān)鍵性作用，是減輕這類反應(yīng)的潛在的治療靶分子。

2.2miRNA-155通過調(diào)控ILC2s參與哮喘發(fā)病 2型固有淋巴細(xì)胞(ILC2s)是一種新近發(fā)現(xiàn)的淋巴細(xì)胞，由細(xì)胞因子IL-33、胸腺基質(zhì)淋巴細(xì)胞生成素(TSLP)和IL-25激活，從而增強Th2類細(xì)胞特異性轉(zhuǎn)錄因子GATA-3和RORα的表達以及IL-4、IL-5、IL-9和IL-13的生成[18]。ILC2s之間通過其表面共刺激分子(ICOS)/ICOS-L交聯(lián)及STAT5通路產(chǎn)生IL-13，引起氣道高反應(yīng)和調(diào)節(jié)性T細(xì)胞的增殖活化[19，20]。最近的研究表明，ILC2s對于啟動T細(xì)胞介導(dǎo)的Th2類反應(yīng)必不可少，在先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)方面至關(guān)重要[21-23]，并且可促進CD4+T淋巴細(xì)胞缺乏時哮喘小鼠嗜酸性粒細(xì)胞炎癥反應(yīng)[24]。內(nèi)源性IL-33刺激促進卵清蛋白誘導(dǎo)的IL-33缺陷小鼠氣道急性過敏性炎癥和外周抗原特異性應(yīng)答，提示IL-33對于過敏性肺組織炎癥反應(yīng)是充分和必需的[15]。在IL-33刺激下，ILC2s能產(chǎn)生大量的IL-5和IL-13，其能力超過CD4+Th2細(xì)胞，介導(dǎo)2型免疫應(yīng)答，促進過敏性氣道疾病[25,26]。

Bartemes等[27]通過以變應(yīng)性哮喘(AA)、變應(yīng)性鼻炎(AR)、健康對照(HC)3組受試者為研究對象，發(fā)現(xiàn)AA組受試者外周血中ILC2s的數(shù)量明顯高于AR組和HC組。Smith等[24]研究結(jié)果顯示，嚴(yán)重哮喘患者與輕癥哮喘患者相比，誘導(dǎo)痰和外周血中ILC2s顯著增加，其可通過促進IL-5和IL-13表達從而使哮喘患者氣道嗜酸性粒細(xì)胞持續(xù)增多。過敏性鼻炎患者中，高表達的miR-155可能通過促進ILC2的表達來促進IL-4的表達，從而促進Th2的炎癥反應(yīng)[28]。因此ILC2s被證明可以驅(qū)動氣道嗜酸性粒細(xì)胞炎癥，促進Th2類反應(yīng)，在過敏性疾病和哮喘的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

Johansson等[29]通過變應(yīng)原刺激或重組鼠IL-33刺激miR-155缺陷小鼠(miR-155-/-)和野生型(WT)小鼠兩種模型，以研究miR-155在過敏性氣道炎癥中對ILC2s的調(diào)節(jié)作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn):miR-155-/-小鼠肺組織中無炎癥細(xì)胞浸潤，IL-33水平顯著降低，ILC2s的數(shù)目顯著減少；IL-33刺激WT小鼠ILC2s受體(ICOS/CD25/ST2)表達顯著增加，ILC2s中miR-155明顯上調(diào)，此外，小鼠肺組織表現(xiàn)出氣道壁增厚、GATA-3表達升高、IL-13產(chǎn)生增強，提示miR-155是IL-33刺激ILC2增多和嗜酸性粒細(xì)胞氣道炎癥不可缺少的，過敏性哮喘氣道炎癥中ILC2和IL-33信號通路受miR-155調(diào)控。

2.3miR-155通過調(diào)控COX-2/PGE2參與哮喘發(fā)生發(fā)展 環(huán)氧合酶(Cyclooxygenase，COX)又稱前列腺素內(nèi)氧化酶還原酶，是一種具有環(huán)氧化酶和過氧化氫酶活性的雙功能酶，通過調(diào)節(jié)花生四烯酸轉(zhuǎn)化為前列腺素的代謝過程直接參與哮喘氣道炎癥。研究顯示哮喘患者支氣管黏膜、誘導(dǎo)痰和外周血中COX-2表達以及活性均增強[30,31]，卵清蛋白刺激的COX-2缺陷(COX-2-/-)小鼠肺、淋巴結(jié)和支氣管肺泡灌洗液中Th17細(xì)胞分化明顯下降，提示COX-2是Th17細(xì)胞分化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，參與過敏性肺部炎癥[32]。炎癥介質(zhì)刺激人氣道平滑肌細(xì)胞COX-2表達上調(diào)，PGE2分泌增多，激活cAMP/PKA途徑，破壞β2腎上腺素能受體G蛋白α亞單位的結(jié)合，降低β2腎上腺素能受體激動劑反應(yīng)性，是導(dǎo)致哮喘患者癥狀不能有效控制的重要原因之一[33]。進一步的研究證實，COX-2表達的調(diào)節(jié)與組蛋白翻譯后修飾和miRNAs(如miR-155)等有關(guān)[34,35]。

細(xì)胞因子相關(guān)基因表達增多是氣道平滑肌細(xì)胞分泌活性的重要特征，也是哮喘氣道炎癥環(huán)境形成的原因。Come等[36]從哮喘患者和非哮喘患者肺組織分離原代人氣道平滑肌細(xì)胞(hASMCs)，研究表明，IL-1β、TNF-α和IFN-γ組成的細(xì)胞因子混合物處理hASMCs，COX-2和miR-155的表達以及PGE2分泌均升高，其在哮喘患者中的升高更加明顯，同時證實miRNA-155表達與哮喘h(huán)ASMCs中COX-2的表達呈正相關(guān)。Cytomix刺激轉(zhuǎn)染miR-155類似物的非哮喘患者hASMCs，COX-2的表達水平高于哮喘患者hASMCs中COX-2表達，提示miR-155足以轉(zhuǎn)調(diào)非哮喘患者hASMCs成為哮喘表型。

Betel等[37]預(yù)測miR-155不直接靶向COX-2的3′-UTR區(qū)，但可能通過靶向細(xì)胞因子抑制因子信號-1(SOCS1)和含SH2-肌醇-磷酸酶-1(SHIP1)間接促進細(xì)胞因子應(yīng)答基因表達。細(xì)胞因子應(yīng)答基因表達的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)(如COX-2和CXCL8)是高度保守的，這種機制可能是造成hASMCs中miR-155介導(dǎo)的COX-2表達增強的原因，同時證明miR-155可通過促進丁酸鹽應(yīng)答因子1和K同源剪接調(diào)節(jié)蛋白的PI3K/AKT失活，從而增強COX-2mRNA穩(wěn)定性來增強hASMC中的COX-2蛋白表達。利用miR-155抑制劑轉(zhuǎn)染哮喘患者和非哮喘患者hASMCs，COX-2表達和PGE2分泌明顯下降，進一步證實miR-155是COX-2表達和PGE2分泌的充分必要條件[36]。

3 結(jié)語

支氣管哮喘是一種發(fā)病機制復(fù)雜的變態(tài)反應(yīng)性疾病，miRNA是免疫系統(tǒng)中基因表達的重要調(diào)節(jié)因子，miRNA-155作為研究最為廣泛的miRNA之一，通過多種途徑參與哮喘的發(fā)生發(fā)展過程，與哮喘關(guān)系密切。隨著miRNA-155及其抑制劑在哮喘調(diào)控中的作用進一步闡明，將為哮喘的臨床診斷和治療提供新的依據(jù)和方向。