白玉, 陆雯芸, 韩凝, 边红武, 朱睦元

浙江大学生命科学学院遗传所, 杭州 310058

自 1993年在线虫(Caenorhabditis elegans)中首次发现 microRNAs (miRNAs)以来[1], miRNAs作为一种重要的基因转录后调控因子受到了广泛关注。目前除真菌外, 其他物种中均发现了 miRNAs。miRNAs是内源的、非编码的小 RNA分子, 与AGO(Argonaute)蛋白结合形成 RISC(RNA-induced silencing complex)复合体, 指导AGO蛋白与互补的mRNA结合, 并进一步剪切互补的mRNA或者抑制mRNA的翻译[2]。随着技术的发展及研究的深入, 人们发现 miRNAs可参与诸多的生物进程, 包括细胞的增殖[3]、分化[4]、凋亡[5]、癌症的形成[6]及抗病毒应答反应[7]。miR126在内皮细胞及浆细胞样树突状细胞中高表达, 有多个靶基因, 与血管的新生、癌症的发生及迁移、先天性免疫有着密切的关系。miR126表达量的变化与多种癌症相关, 分析 miR126在不同肿瘤内的表达水平有利于阐明肿瘤的发生、发展机制, 为癌症的诊断及治疗提供新的方法和策略。本文综述了 miR126功能的多效性, 并着重介绍了miR126与先天性免疫的关系。

1 miR126序列及其保守性

2002年通过测序首次在小鼠(Mus musculus)的心脏中发现了miR126[8]。2010年miRBase数据库公布了15种动物的miR126成熟体序列。从河豚(Fugu)到人类(Homo sapiens), miR126及miR126*非常保守(图 1), 成熟体 miR126 序列为 5′-UCGUACCGUGAGUAAUAAUGCG-3′。在脊椎动物中, miR126 来源于Egfl7 基因的第7个内含子[9,10], Egfl7编码一种内皮细胞(Endothelial cells, ECs)特异的分泌肽, 可以调控新生血管内皮芽细胞的移动和定位[11]。

图1 miR126的形成及在各物种中的保守性

2 miR126的功能

2.1 miR126促进血管新生

miR126在内皮细胞中高表达, 可以促进血管的新生。内皮细胞构成了血管的内表面, 与血管的形成、血管的完整性、血管损伤相关[12]。研究发现, 敲除 miR126的小鼠体内不能形成完整的血管, 并且有部分小鼠在胚胎期死亡, 即使存活下来的小鼠也会由于血管异常而导致心脏破裂、心肌梗塞, 最终死亡[9]。究其原因, miR126可以抑制 Spred1[9]及p85β(PI3KR2)[13]基因的表达, SPRED是MAPK途径的抑制因子, PI3KR2是PI3K的亚基。当miR126下调时, SPRED和PI3KR2的过表达会抑制MAPK和PI3K信号途径, 影响血管新生因子(VEGF和 FGF等)信号的传递, 导致血管生成受阻(图2)。最新研究显示, 通过脂质体包裹技术(Bubble liposomes, BLs)将 miR126导入到后肢缺血的小鼠体内, 注射后的小鼠体内血管新生因子表达量上升, 血流量增加。因此, 这一技术有望应用于后肢缺血的治疗[14]。

图2 miR126参与血管新生形成的调控网络

2.2 miR126与癌症

近几年, 通过转录组分析及微序列分析揭示了许多与肿瘤相关的miRNAs, 如miR126。研究发现,乳腺癌细胞中 miR126下降[15], 在裸鼠的原发性乳腺癌细胞中恢复 miR126的表达可以抑制肿瘤的生长及转移[16]。同时在肺癌[17]、胃癌[18]、宫颈癌[19]、膀胱癌、前列腺癌[20]中均发现了 miR126表达量的变化。miR126依赖于其靶基因行使功能, 由于miR126有不同的靶基因, 可以通过多种方式调控癌症。其中VEGF-A(Vascular endothelial growth factor A)基因编码血管内皮生长因子, 该基因在多种癌细胞中表达量上升。miR126可以作用于VEGF-A的3′非翻译区(3′ UTR), 降低该蛋白的积累水平, 导致肺癌细胞停留在G1期, 抑制癌细胞的生长[21]。信号接头蛋白 Crk与细胞黏着, 与癌细胞迁移有关,miR126可以通过剪切Crk基因的3′ UTR区, 抑制乳腺癌、肺癌细胞的黏附、迁移及侵袭[22]。综上所述,miR126是通过作用于不同的靶基因, 参与不同的信号通路调控癌症的发生、生长及迁移。

2.3 miR126与先天性免疫

几乎在所有的物种中均发现了病毒病原体, 为了防御病毒病原体的入侵, 有机体形成了相应的感应及防御机制[23]。真核生物通过先天性免疫(Innate immune)和获得性免疫(Adaptive immune)来识别及清除入侵的病原微生物。虽然获得性免疫具有专一性, 但是启动获得性免疫需要的时间较长。为了快速应答病毒感染, 哺乳动物已经进化出复杂的先天性免疫系统来抵抗微生物的侵袭。先天性免疫是动物体在长期种系发育和进化过程中不断地与入侵的微生物作斗争而逐渐建立起来的, 可遗传给后代的生物体防御系统的总称。这种免疫的作用广泛, 能对抗多种微生物, 无专一性, 故又称为非特异性免疫。先天性免疫通过特殊的模式识别受体(Pattern-recognition receptors, PRRs)并感知病原体关联的分子模式(Pathogen-associated molecular patterns, PAMPs)来识别入侵的病原体[24]。如浆细胞样树突状细胞(Plasmacytoid dendritic cells, pDCs)可表达 Toll样受体(Toll-like receptor,TLR)TLR7或者TLR9, 其中TLR7可以结合单链的RNA, TLR9可结合双链的 DNA[25], 在病毒感染的刺激下, 能产生以干扰素 α(Interferon α, IFN-α)为主的细胞因子, 发挥抗病毒的作用[26]。研究显示 TLRs信号与 miRNAs之间有着密切的关系[27], 其中miR146及miR155可以感应未甲基化的 CpG或者 TLR配基的变化。在未甲基化的 CpG和 TLR配基存在时, 巨噬细胞(Macrophage)及树突状细胞(Dendritic cells, DCs)中的 miR146及 miR155表达量上升[28,29], 这些miRNAs可以在启动先天性免疫后对先天性免疫进行调节, 但是在稳定状态(Steady state)即感染之前,miRNAs是否可以调节机体对病毒的应答呢?

最新研究表明, miR126是迄今唯一参与先天性免疫平稳期病毒应答反应的 miRNA[30]。当注射TLR9拮抗剂(未甲基化的 CpG)或者 TLR7拮抗剂(R-848)后, 与野生型相比 miR126-/-(miR126基因敲除)小鼠体内IFN-α及白介素6(Interleukin 6, IL-6)的表达量降低。体内实验证明, 当注射未甲基化的CpG 3 h后, miR126-/-小鼠体内浆细胞样树突状细胞的活力明显下降, 并且迁移力受阻。综上所述,miR126的缺失可以加速浆细胞样树突状细胞的凋亡, 损坏先天性免疫对未甲基化的 DNA及单链RNA的应答, 同时 miR126与浆细胞样树突状细胞行使正常的功能相关。

人们通常认为 miR126主要在在内皮细胞中特异性表达[9], 但 Agudo等[30]研究结果显示, 在小鼠及人类体内 miR126均在浆细胞样树突状细胞中高表达; Tsc1是miR126的靶基因, 同样在浆细胞样树突状细胞中表达。TSC1是 哺乳动物类雷帕霉素靶蛋白(Mammalian target of rapamycin, mTOR)的抑制因子, PI3K/mTOR信号通路通过感受生长因子的信号调控多种细胞的扩增及凋亡。在浆细胞样树突状细胞中miR126除了影响Tsc1外, 还可以影响Kdr的表达, miR126-/-小鼠体内浆细胞样树突状细胞中该基因的表达量下降。Kdr可编码 VEGFR2,VEGFR2是生长因子VEGF-A的受体。在稳定状态下, VEGFR2只在内皮细胞中表达, 与内皮细胞存活相关[31]。Agudo等[30]研究表明, miR126作用于Tsc1影响了 PI3K/mTOR信号通路, 最终通过 VEGFR2影响了浆细胞样树突状细胞的稳态及功能(图3)。

3 miR126与癌症治疗

miR126的功能具有多效性, 可以通过不同的靶基因(表1)参与血管的新生, 抑制癌细胞的生长及增殖, 抑制浆细胞样树突状细胞的凋亡及维持浆细胞样树突状细胞的正常功能。

图3 miR126作用于VEGF途径并影响浆细胞样树突状细胞的凋亡

表1 miR126的靶基因及其参与的生理活动

目前一部分治疗癌症的药物是以VEGF信号通路为靶位点。VEGF-A可以促进来自动脉、静脉及淋巴的血管内皮细胞的生长[37], 诱导血管的生成[38]。VEGF-A结合两个高度相关的受体酪氨酸激酶(Receptor tyrosine kinase, RTKs)—VEGFR1[39]和VEGFR2[40]。其中VEGFR2在血管生成过程中起着重要的作用, 在Flk-1缺失突变的小鼠体内不能正常形成血管[41]。许多癌细胞系在体外会分泌VEGF-A,原位杂交显示多种人类的肿瘤会表达 VEGF的mRNA[42], 同时许多迁移活动会促进VEGF的表达,癌细胞的突变及增大也会促进VEGF表达上调[43]。根据1993年的报道, VEGF-A的单克隆抗体可以阻止裸鼠体内某些的肿瘤细胞的生长[44], 并且随着临床效果的确定, 美国食品药品监督管理局(FDA)公布了一些以VEGF-A及VEGFR2为靶标治疗癌症的药物, 如用于治疗癌症及黄斑变性的药物Bevacizumb(Avastin)[45]。但值得深思的是, VEGFR2在抑制浆细胞样树突状细胞的凋亡及维持浆细胞样树突状细胞的功能方面起着重要的作用, 而浆细胞样树突状细胞在先天性免疫中是必不可少的, 如若使用以VEGF及VEGFR2为靶标治疗癌症的药物是以损坏先天性免疫为前提的, 那么是否继续使用这些抗癌药物还有待进一步的考证。

通过自身免疫来治疗癌症被 Science评为 2013年十大突破之首(http://scim.ag/med_6165)。但是利用自身免疫治疗癌症仍受到一定的限制, 主要因为癌细胞具有逃避免疫监视和免疫攻击的能力[46]。同时免疫治疗具有一定的副作用, 如引起结肠炎、脑垂体炎及免疫系统紊乱等。而最新研究显示, 可以利用人工构建的hTIE2-IFN-mirT (以人类的TIE2为启动子, 介导INF及 miR126靶序列的转录)慢病毒载体影响IFN-α的传递以阻止乳腺癌的演进[47]。因此,以 miR126靶分子有望为癌症的诊断及治疗提供一种新的途径。值得注意的是, 若降低miR126的表达量会降低机体对病毒的免疫应答并促进癌症的形成,但 miR126表达量过高则会促进自身免疫并引发炎症。因此, 如何使miR126的表达量达到平衡以避免引起不同的疾病还需进一步的研究。目前对miR126的研究已经有一定的基础, 但是受技术的限制对其靶基因的认识仍然缺乏, 尚无法对其作用机制进行全面深入的研究。在治疗方面, 如何将miR126导入到靶组织并保持其活性仍是个难题。尽管还有许多困难需要攻破, 但是 miR126在相关疾病的治疗方面的前景是不容忽视的。

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