miRNA的研究进展

miRNA 在免疫系统中的研究进展摘要: microRNA(miRNA) 是一类长度约21～25 碱基的非编码蛋白质的单链小分子RNA , 广泛存在于多细胞生物和病毒体内, 主要通过核酸序列互补匹配结合到特定的靶mRNA 上, 抑制靶mRNA 翻译过程或降解靶mRNA , 是一种起负调控作用的分子。

目前越来越多的研究显示, miRNA 广泛参与了生物体多种生理过程, 且相关研究报道也表明其表达及功能失调可能导致肿瘤发生、白血病以及病毒感染等多种病理现象。

本文主要阐述目前在免疫系统中对miRNA 研究的一些进展情况。

关键词: microRNA(miRNA) ; 靶基因; 免疫系统microRNA (miRNA)是近年来发现的能够在转录后水平调节基因mRNA 表达的一组非蛋白编码小RNA 分子, 广泛存在于从病毒、线虫、植物到动物体内。

成熟miRNA 能够通过核酸序列互补识别特定的目标mRNA , 使之降解或抑制其翻译,从而抑制蛋白质的合成, 达到调控基因表达的目的。

miRNA 表达具有空间和时间上的特异性, 是调控其他功能基因表达的重要分子, 在生物体的生长发育过程中发挥着十分重要的作用。

1 miRNA 的发现和定位1993 年, Lee 等在秀丽新小杆线虫( Cae2norhabditis elegan) 中发现了第一个可时序调控胚胎后期发育的基因lin24 , 2000 年, Reinhart 等又在该线虫中发现第二个异时性开关基因let27 。

2001 年10 月《science》报道了三个实验室分别从线虫、果蝇和人体内找到的几十个类似于lin24 的小RNA 基因, 称之为miRNA 。

到目前为止, 根据miRNA regist ry 公布的数据仅仅在人体内就大约存在有528 个miRNA(release 10. 0 , August 2007) ,而通过某些计算机手段预测出来的miRNA数目更远大于此, 约多达1 000 个甚至可能更多, 大约覆盖了3 %人类基因组序列。

在人和小鼠, 某些miRNA 具有独立的启动子和增强子, 能够独自完成自身的转录过程, 另外还有大约40 %和10 %的miRNA 基因分别定位于已知的蛋白编码与非蛋白编码基因的内含子区域和外显子区域, 这些miRNA 大多是通过相同的启动子和调控元件与宿主基因共转录, 然后再从宿主基因上剪切下来。

2 miRNA 的生物合成、作用机制及功能目前在动物体内miRNA 的生物合成过程已经得到了较为详尽的诠释。

大多数是在RNA 聚合酶II 的作用下首先合成miRNA 初级转录产物(pri2miRNA) , 然后经核糖核酸内切酶III Drosha 进行第一步剪切后形成长度约60～80 个碱基的含茎环结构的前体miRNA(pre2miRNA) , 再通过依赖Exportin25 的转运机制将pre2miRNA 转运出核,而后在另一类核糖核酸内切酶III Dicer 的进一步切割作用下产生长度约22 个碱基的成熟miRNA ,这些成熟的miRNA 可与其他蛋白质一起组成RISC(RNA2Induced silencing complex) 复合体, 通过核酸序列互补结合于靶基因mRNA , 发挥抑制靶基因mRNA 翻译或降解靶基因mRNA 的作用。

目前已有研究结果显示, miRNA 广泛参与了人体生长、分化、免疫应答等生理过程[ 8 ] , 而且其表达及功能失调可能导致肿瘤发生、白血病等多种病理现象。

3 miRNA 在免疫系统中的作用免疫系统是机体保护自身, 防御外来异物入侵3 miRNA 在免疫系统中的作用免疫系统是机体保护自身, 防御外来异物入侵《现代免疫学》2008 年第28 卷第3 期·257 ·的保护性系统, 在物种进化过程中其发生较早, 但是距被人们认识却经历了很长一段时期。

免疫系统由免疫器官、免疫细胞和免疫分子组成, 分为固有免疫和适应性免疫两大类, 其作用发挥的机制复杂多样, 至今仍未完全阐明。

目前研究发现, 在这个复杂的系统中miRNA 发挥着巨大的作用, 区别于其他调节因素“有”或“无”的调节特点, miRNA 主要表现为在数量和程度上影响其靶基因水平, 且只需通过几个碱基互补便可发挥作用, 在免疫应答各个水平都能够执行较柔和精细的微调。

3. 1 miRNA 表达与免疫细胞分化miRNA 在空间上表现出来的组织特异性提示miRNA 可能与组织细胞分化有关, 可发挥与组织特异性的转录因子类似的生理作用。

一些相关研究已经证实在造血干细胞向免疫细胞分化的不同阶段, miRNA 表达会发生相应的变化。

比如在脾脏来源的成熟B细胞中可以检测到miR2150 表达明显上调, 而在骨髓来源的pro2B 细胞中同样现象却并未看到。

T细胞成熟过程中miR2150 表达水平亦可明显升高, 但是在进一步向Th1 、Th2 亚群分化时它的表达水平又会迅速下降。

与之不同, miR2146 表达水平在Th1 细胞亚群中升高, 而在Th2 细胞亚群中则表现为降低[12 ] 。

Li 等研究也发现miR2181a 在T细胞分化早期双阴性期表达水平较高, 而在双阳性期及以后时期其水平又明显下降。

3. 2 miRNA 在病毒感染免疫中的作用Cullen 等研究结果证明, 宿主体内的miRNA 可以对病毒的生命周期、病毒对宿主组织的选择嗜亲性和病毒相关疾病产生影响。

例如在人胚肾细胞系(293 T) 内miR232 可通过下调逆转录病毒灵长类泡沫病毒1( PFV1) 复制过程中的一个必需蛋白质水平来抑制PFV1 的复制[ 13 ] 。

同时Cullen 等还发现包括EB 病毒、人巨细胞病毒(hCMV) 在内的多种病毒都能够编码产生miRNA 进而下调宿主体内某些靶基因水平, 包括与抗病毒免疫有关的炎症性细胞因子、信号分子等, 这项研究揭示了病毒感染中一种新的可能的免疫逃逸机制。

3. 3 miRNA 对免疫细胞信号转导的调节固有免疫是多细胞生物在种系发育和进化过程中形成的免疫防御功能。

在固有免疫中担任识别“自己”与“非己”的受体称之为模式识别受体(pat tern recogni2tion receptor , PRR) , 又称病原体相关模式受体( pathogen2associated molecular pat terns ,PAMP) , 机体通过PAMP 的识别启动固有免疫防御, 来阻止病原体入侵或者及时清除入侵病原体防止其进一步扩散, 同时可以介导后续的机体适应性免疫应答。

Toll 样受体家族( Toll like receptor , TL R) 作为PMAP 中重要的一类, 目前已经发现有10 个成员, 不同的TL R 可以识别不同的配体[14 ,15 ] 。

其中TLR4 是主要的L PS 识别受体, 其与配体结合后, 信号首先导致包括肿瘤坏死因子受体相关因子6 ( TNF receptor2associated factor 6 , TRAF6) 在内的接头蛋白的招募, 然后进一步向下级联传导信号, 最终通过磷酸化的下游转录因子(如AP21 、NF2κ B 等) 激活包括干扰素在内的细胞因子的表达。

NF2κ B 作为信号转导通路上的一个重要的转录因子, 可以通过刺激下游免疫相关细胞因子的产生来调节固有免疫的多个方面。

Taganov 等用L PS 刺激人单核细胞系THP21后, 用芯片技术检测了200 个成熟miRNA 的表达, 发现三miRNA (miR2132 , miR2146 , miR2155) 表达水平升高[16 ] 。

进一步研究miR2146 对其他TLR 配体和一些细胞因子刺激的反应情况, 结果显示TL R2 、TLR4 和TLR5 的配体可以明显刺激miR2146 表达上调, 同时TNF2α和IL21β对它也有微弱的刺激作用。

人体内同时存在两种不同的miR2146 亚型, miR2146a 和miR2146b , 其基因分别位于两条不同的染色体上, 两者的成熟序列只是在3’端有两个碱基的差异, 而5’端2～8 碱基的关键序列组成相同, 所以这两个miRNA 可结合于相同的靶基因上发挥作用。

L PS 刺激结果显示, 虽然两个亚型均可被L PS 所诱导, 但是只有miR2146a 的产生依赖于NF2κ B 的激活, 提示细胞内此miRNA 家族产生的调控是一个非常复杂的模式,并不局限在一个调节节点。

Taganov 等根据软件预测发现, miR2146a/ b 的可能靶基因包括白介素1 受体相关激酶1 ( IL21re2ceptor2associated kinase 1 , IRAK1) 和TRAF6 , 而已知这二者在TL R 及IL21 受体下游成线性级联发挥信号转导作用。

通过双荧光报告技术证实了这一预测, 将miR2146a/ b 的表达载体与接入了IRA K1或者TRAF6 3’U TR 的报告系统载体共转染293 T 细胞后, 均可看到荧光素酶的相对水平明显降低。

提示miR2146a/ b 作为一个负调控分子, 主要依靠互补结合于IRA K1 或TRAF6 的3’U TR 区域在转录后水平抑制TRAF6 和IRA K1 的水平, 从而对免疫信号转导起到反馈调节作用。

这提示miR2146可作为潜在的药物靶点, 用于干预因固有免疫反应过强导致的全身性疾患如败血症性休克, 或者局部损害如类风湿关节炎等。

O’Connell 等在以上实验基础上又进一步检测了miRNA 对病毒感染相关刺激的反应, 发现miR2155 是唯一的可被poly I ∶C ( TL R3 配体) 和IFN2β/γ共同诱导上升的miRNA。

TLR3 配体通过MyD88/ TRIF 信号通路促进miR2155 表达上调, 同时IFN 上调miR2155 表达水平主要是通过TNF2α的自分泌或者旁分泌信号实现的, 揭示MAPK信号通路在调节miR2155 表达水平中发挥重要作用。

miR2155 作为唯一可以同时被细菌和病毒激活的miRNA , 提示其在微生物免疫中具有重要作用, 但目前其详细作用机制还未阐明[17 ] 。

3. 4 miRNA 在适应性免疫中的作用适应性免疫是免疫系统在进化过程中形成的针对特定抗原物质的高度专一性的防御机制, 包括以T 细胞为主的细胞免疫和以B 细胞为主的体液免疫。

成熟T 细胞识别特异性抗原的功能是依靠其本身在胸腺发育成熟过程的内在调节实现的, 根据识别抗原来源的不同, 导致免疫清除或者免疫耐受两种结果。

Li 等研究发现, miR2181a 能够促进成熟T 细胞对抗原的亲和力, 同时在非成熟T 细胞内观察到miR2181a 表达水平降低可以抑制T 细胞对抗原的亲和能力。