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1、microRNA 在免疫系统中的研究进展姓名： 学号：专业：药理摘要: micro RNA (miRNA)是真核细胞中一类内源性长度约 1824 个核苷酸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, miRNA本身不编码蛋白，其主要是通过核酸序列互补配对到特定的靶 mRNA 上, 抑制靶 mRNA 翻译过程或降解靶 mRNA , 从而抑制蛋白质的合成，调控基因表达。据相关报道显示，microRNA 广泛参与生物体内多种生理生化的免疫反应过程，其功能失调可能导致肿瘤发生、病毒感染、造血细胞的异常表达及免疫性疾病(RA、SLE) 等多种病理现象。本文主要阐述 mirna
2、 的相关机制及在免疫系统中的一些研究进展情况。关键词: micro RNA (miRNA) ; 靶基因; 免疫系统微小 RNA (microRNA, miRNA)是一类内源性的长度约 22 个核苷酸的非编码小分子 RNA,能够在转录后水平调节 mRNA 表达，广泛存在于病毒、线虫、植物、动物体内。成熟的 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 基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种形式存在于基因组中,而且绝大部分定位于基因间隔区,其转录独立于其他基因。这类小 RNA 分子 表达具有空间和时间上的
3、特异性, 是调控其他功能基因表达的重要分子, 目前已发现在人类 800 多种 miRNA 序列中有 100 多种是由免疫细胞表达，研究证明，miRNAs 参与细胞的产生、分化、凋亡 、天然免疫和获得性免疫应答反应， 与免疫系统疾病密切相关。1. mirRNA 的发现1993 年, Lee 等在秀丽新小杆线虫中发现了第一个可时序调控胚胎后期发育的基因 lin-41，1998 年美国科学家 Andrew Fire 和 Craig C. Mello 发现 dsRNA能诱导基因沉默，2000 年, Reinhart 等又在该线虫中发现第二个异时性开关基因 let-72 ， 。2001 年Science
4、报道了研究者从线虫、果蝇和人体克隆的几十个类似 lin-4 的小 RNA 基因,称为 miRNA. 。到目前为止 , 根据 miRNA registry 公布的数据 miRNA 条目包括 103 个种属, 9 000 多条,其中人的有 851 条(Release 13. 0, March,2009)2. miRNAs 的生物合成与作用机制大多数是在 RNA 聚合酶 II 的作用下首先合成 miRNA 初级转录产物(pri-miRNA), )， P r i -m i e r o R N A s 分子在细胞核中经双链 R N A 特异性核酸酶RnaselII Drosha 的作用,形成 7 010
5、0n t 的茎环结构前体(Pre-microRNAs),然后,Pre-miRNAs 分子在转运蛋白-5 ( Exportin - 5) 的作用下转运至胞质中,被另一个双链 R N A 特异性核酸酶 RnasellI - Dice r 识别,进一步切割成长约 2 2 n t 的小分子 RN A,即成熟的 mi RNAs。成熟的 miRNAs 在 RNA 诱导沉默复合物 R I S C 的引导下，与互补靶 mRNA 完全或不完全配对，降解靶 mRNA 或调控其转录后的翻译 3。3. mirRNAs 在免疫系统中的作用免疫系统是机体保护自身，防御外来异物入侵的保护性系统，它 能 发 现 并清 除 异
6、 物 、 外 来 病 原 微 生 物 等 引 起 内 环 境 波 动 的 因 素 。 但 其 功 能 的 亢 进 会 对自 身 器 官 或 组 织 产 生 伤 害 。 在 很 多 由 于 自 身 免 疫 引 起 的 疾 病 中 ， CD4+ T 细胞 起 着 重 要 的 作 用 。 免 疫 系 统 是 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 ， miRNA 在 免 疫 系 统 中 通 过 碱 基 互 补 配 对 发 挥 了 重 大 的 作 用 ，miRNA 主 要 表 现 为 在 数 量 和
7、程 度 上 影 响 其 靶 基 因 水 平 ， 在 免 疫 应 答 各 个 水 平都 能 够 执 行 精 细 的 微 调 。3.1 miRNA 参 与 免 疫 细 胞 的 发 育 和 分 化miRNA 在空间上表现出来的组织特异性提 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。 2004 年 Chen4等首次报道 miRNAs 可能与免疫细胞分化相关，其发现 mir-142a,mir-181a,mir-223 在免疫细胞中选择性表达，miR-181a 表达于 B 淋巴细胞，miR-223 表达于骨髓细胞，而 miR-142a 表达与 B 淋巴细胞和骨髓细胞
8、。这个最初的发现证明 mi R N A s可能参与免疫细胞的成熟、增殖分化、活化过程。3.1.1miRNA 对造血细胞的作用近来很多报道系统研究了 miRNA 在哺乳动物造血过程中的作用。对小鼠和人的造血细胞的 miRNA 分析后发现,不仅造血细胞和非造血细胞 miRNA 的表达不同,不同的造血细胞 miRNA 的表达也不同 5,若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 6,7。如 TNF- 刺激小鼠 Raw 264. 7 细胞会引起 miR-125b 和 miR-155 表达水平发生变化,这种变化会导致相应的NF-B 转录活性的改变。在抗原诱导的 CD8+T
9、淋巴细胞分化过程中,和 naiveT细胞相比, miR-16、miR-142-3p、miR-142-5p、miR-150、miR-15b 和 let-7f 的表达水平在效应性 T 细胞中下调。尽管大部分这些 miRNA 的功能还不知道,但一些已经被证实对淋巴细胞的生长和功能起着重要的作用 83.1.2miRNA 对骨髓细胞的作用mi R NA s 对骨髓细胞的增殖、分化具有重要作用，有研究表明 miR-1559在急性髓性白血病 (AML) 患者中表达升高,miR-155 可抑制造血系统疾病中相关基因表达,一些转录因子的下调可以调节 miR-155 对造血发展的作用,如CuII、 Arntl、
10、Picalm、Jarid2、Csflr、HIF1a。Fontana 等对人脐带血 CD34 造血祖细胞的研究发现， mir-17-29 减少也可导致急性髓系白血病-1(AML-1),使造血核心结合因子(CBF) 增加，其中 CBF 可促使骨髓细胞分化的相关基因产生。据此推测，miRNAs 可能对人类造血系统疾病的诊疗有深远的研究价值.Johnnidis 10等试验发现,mir-223 基因敲除小鼠经 LPS刺激后,中性粒细胞增加，并有肺部自发性炎症， 进一步研究发现 mir-223 通过下调转录因子 Mef-2c,进而对中性粒细胞的增殖和分化起负调节作用 113.1.3miRNA 对 T 淋巴
11、细胞的作用最近研究发现 12，miRNA 具有参与抗原诱导细胞分化的功能。T 细胞成熟过程中 miR-150 表达水平明显升高, 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, miR-146 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 13。L i14等对 miR-181a 的研究中发现其表达水平与 T 淋巴细胞对抗原的敏感性相一致， Neilson 等 15了 T 淋巴细胞发育过程中的各个阶段的小 RNA 序列,包括 DN1、DN3、DN4、DP、CD4+和 CD8+T 淋巴细胞 ,发现与 DN 或成熟的 CD4+T 淋巴细胞
12、和 CD8+T 淋巴细胞相比,在 CD4+CD8+DP 阶段 miR-181a 高表达。miR-181a 可以促进成熟 T 细胞对抗原的亲和力，同时发现非成熟 T 细胞内 miR-181a 表达水平降低可以抑制 T 细胞对抗原的亲和力。简而言之，miR-181a 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。表明 miR-181a 在阳性选择和阴性选择中起着重要作用。已知 R-181a 的靶分子是各种磷酸酶,如SHP2、PTPN22、DUSP5 以及 DUSP6,所以 miR-181a 能影响 TCR 的信号。故miR-181a 可以通过调节 T 细胞表面
13、抑制性协同刺激分子的表达水平, 下调 TCR信号通路上起负向调节作用的多种磷酸酶的水平来降低 TCR 被激活的阈值3.1.4miRNA 对 B 淋巴细胞的作用有研究报道，在脾脏来源的成熟 B 细胞中可以检测到 miR-150 表达明显上调, 而在骨髓来源的 pro-B 细胞中同样现象却并未看到。发育早期 mi R-150转基因小鼠 B 细胞发育被破坏， 而在 miR-150 缺失的转基因小鼠中 B 淋巴细胞高表达。研究发现 miR-150 异常表达时,可通过靶基因 c-Myb 阻止 pro-B 细胞分化为 pre-B 细胞 16。Neilson 17 等研究发现 miRNA-181A 对 B
14、细胞分化也具有正向调节作用,miR-181a 优先表达于胸腺,在未分化的祖细胞中低表达 ,在分化的 B 淋巴细胞中高表达。在体外,造血祖细胞异位过表达 miR-181a,即使没有效应性 T 细胞诱导, B 淋巴细胞数也增加了 2 倍。说明在小鼠的骨髓中, miR-181a是 B 淋巴细胞特异的阳性调节因子 18。这些说明 miR-181a 在 B 淋巴细胞的分化中起着重要的作用。3.2miRNA 对免疫细胞信号转导的调节3.2.1miRNA 与固有免疫应答的关系固有免疫应答在机体非特异性抗感染免疫过程中具有重要意义,是机体抵抗病原体的第一道防线。许多 miRNA 被认为与固有免疫应答的调节相关
15、。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(pattern recogni-tion receptor, PRR),又称病原体相关模式受体 ( pathogen-associated molecular patterns ，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。Taganov 等 19用 LPS 刺激人单核细胞系 THP-1 后，用芯片技术检测了 200 个成熟 miRNA 的表达情况，发现 miR-132、miR-146 和 miR-155 表达水平升高。人
16、体内同时存在两种不同的 miR-146 亚型, miR-146a 和 miR-146b，这两个 miRNA 可结合于相同的靶基因上发挥作用。但 L PS 刺激结果显示, 虽然两个亚型均可被 LPS 所诱导, 既 TNF- 和 IL-1 均能诱导miR-146 的表达,但只有 miR-146a 的产生依赖于 NF2-B 的激活，此外，研究证明 20，Toll 样受体 (TLR) 通路中参与了 miR-146a 的反应激活，TLR2、TLR4 和 TLR5 的配体可以明显刺激 miR-146 表达上调。已证实 TRAF6和 IRAK1 是 miR-146 的直接靶分子，所以 miRNA-146 可减少 TLR 通路中两个重要组成部分 IRAK1 、TRAF6 的表达，从而对免疫信号转导起到反馈调节作用。这提示 miR-146 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
