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类风湿关节炎中NF-κB信号通路相关微小RNA的研究进展

2019-01-15王晶袁玉华

天津医药 2019年3期
关键词:细胞因子抑制剂调控

王晶,袁玉华

类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)是以慢性滑膜炎、进行性骨质破坏、关节功能丧失为特征的自身免疫病。因其高致残率、脏器受累而严重威胁人类健康,影响约1%~3%的世界人口[1]。微小RNA(microRNA,miRNA)是一类高度保守的、非编码的、通过引起靶mRNA降解、翻译抑制、脱腺苷酸化实现转录后调控的小分子RNA,在自身免疫、自身炎症疾病中起着重要调节作用[2-3]。区别于其他免疫调节因素有或无的特点,miRNA 主要在数量、程度上影响靶基因水平,只需要几个碱基互补便可在免疫应答各水平执行较柔和、精细的调节。约90%的蛋白编码基因受miRNA 的调控[2],miRNAs 在RA 的发生、发展中也起了重要的调节作用。例如,miR-155通过靶定细胞因子信号1(cytokine signaling 1,SOCS1)调节干扰素γ(interferon-γ,IFN-γ)、白细胞介素(interleukin,IL)-4、IL-12 等细胞因子参与RA炎症反应[4];RA 患者外周血、滑膜组织、滑液中miR-146a水平升高,也参与了RA的促炎过程;而且外周血miR-146a的水平与红细胞沉降率呈正相关,与RA 活动度有关[5-6]。越来越多的研究发现,核因子κB(nuclear factor-kappa B,NF-κB)信号通路在RA 的发生、发展中也起了重要作用。本文就RA 中近年来研究发现的与NF-κB 信号途径相关的miRNA及其作用机制作一综述。

1 NF-κB信号通路简介

NF-κB是一种能与免疫球蛋白kappa轻链基因的增强子B 序列特异性结合、促进κ 轻链基因表达的转录因子[7],包括Rel(cRel)、p65(RelA,NF-κB3)、RelB、p50(NF-κB1)和p52(NF-κB2)5个亚单位,以两两结合形成同源或异源二聚体的形式发挥作用。通常情况下,NF-κB与其抑制蛋白IκB(包括IκBα、IκBβ 和IκBε)结合,并不表现出转录活性。IκB 激酶复合体(IκB kinase,IKK)是调控NF-κB 信号通路的核心环节,由IKKα、IKKβ 和IKKγ 组成。NF-κB主要是通过两条途径激活。在经典激活路径中,上游信号引起IKK蛋白激酶复合体的激活,促进IκB 的磷酸化,导致IκB 被蛋白酶体降解,NF-κB 失去IκB 的抑制作用而进入细胞核,参与相关基因转录。此途径通常由微生物、病毒感染、促炎细胞因子等细胞外信号刺激后发生。在替代(非经典)激活路径中,前体p100 在NF-κB 诱导激酶和IκBα 的作用下被降解为具有活性的p52,且与RelB 组成异源二聚体而进入细胞核,调控基因的转录。目前大量研究表明经典和/或非经典NF-κB信号通路在RA中起着重要作用[8-10]。

2 RA中NF-κB信号通路相关的miRNA及其作用机制

作为一个功能广泛的转录因子,NF-κB 成为大量miRNA 的靶定目标。NF-κB 的表达和活动可以直接或间接地被各种miRNA上调或下调,且可以调控多种miRNA的表达,因此异常的NF-κB活性常与异常的miRNA水平相关。

2.1 miR-146 miR-146是天然和获得性免疫分化及细胞生物学功能的重要调节因子,在多种疾病和癌症中发挥重要作用。Liu 等[11]发现,在加入miR-146a 模拟物或Toll 样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)/NF-κB 途径抑制剂后,类风湿关节炎成纤维细胞样滑膜细胞(fibroblast-like synoviocytes,FLSs)的细胞增殖降低、凋亡增加,加入miR-146a 抑制剂则相反;加入miR-146a 模拟物或TLR4/NF-κB 途径抑制剂后,TLR4、NF-κB、IL-1β、IL-6、IL-8、IL-17、环氧合酶-2(cyclooxygenase-2,COX-2)、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)-3、诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)、一氧化氮(nitric oxide,NO)的表达水平降低,加入miR-146a 抑制剂或TLR4 后,上述因子表达水平升高;同时在鼠RA 模型FLSs 中,加入miR-146a 模拟物后,发现TLR4和NF-κB水平降低,关节炎评分低于对照组,证实了miR-146a 通过抑制TLR4/NF-κB通路,抑制了RA FLSs的增殖和炎症反应[11]。

2.2 miR-125b Zhang等[12]的一项研究提示,在RA患者血浆、滑膜组织以及脂多糖刺激后的FLSs 中miR-125b 水平明显升高,miR-125b 过表达明显增加肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor α,TNF-α)、IL-6、IL-1β、磷酸化p65(p-p65)的表达水平,明显降低NF-κB抑制蛋白IκB-α水平;miR-125b下调则结果相反;同时,该研究发现miR-125b水平与TNF-α、IL-6、IL-1β水平呈强正相关;NF-κB抑制剂显著降低抗炎细胞因子水平,共转染pcDNA-IκB-α后抗炎细胞因子水平进一步降低,证实了miR-125b升高通过激活NF-κB途径促进RA的炎症发生。

2.3 miR-21 miR-21 在RA 患者中高表达。Chen等[13]研究显示,与对照组相比,鼠RA 模型FLSs 中miR-21 和NF-κB 水平增加,且miR-21 水平下调导致NF-κB水平和细胞增殖率显著下降;在正常的成纤维细胞样滑膜细胞中,miR-21过表达导致NF-κB水平和细胞增殖率显著增加,miR-21过度表达的影响可被BAY 11-7082(NF-κB 核转位抑制剂)逆转,阐明了在鼠RA 模型中,上调的miR-21 通过促进NF-κB 核位移影响NF-κB 途径,从而促进细胞增殖。

2.4 miR-18a miR-17-92 簇编码6 种不同的miRNAs,即miR-17、-18a、-19a、-19b、-20a和-92a,是包括自身免疫系统疾病等多种疾病发病机制的关键调节者。Trenkmann等[14]研究发现,以miR-17-92的前体分子或pre-miR-18a转染RA FLSs后,基质降解酶、促炎细胞因子和趋化因子的表达水平显著提高;TNF-α能以NF-κB依赖的方式诱导miR-17-92初级转录本(C13orf25)以及miR-18a、-19a、-20a和-92a等成熟体表达,在8 h和16 h明显升高,这种诱导依赖于C13orf25 启动子中的一个NF-κB 结合位点。NF-κB 途径抑制剂——TNF-α 诱导蛋白3(TNF-α-induced protein 3,TNFAIP3)是miR-18a 的靶基因。在RA FLSs 中,miR-17-92 簇是由TNF-α通过NF-κB 途径诱导及抑制TNFAIP3,构成了NF-κB 信号的正反馈回路,因此,miR-17-92 簇衍生的miR-18a通过增加炎症细胞因子和基质降解酶的生成,加重了RA炎症反应和关节损伤。

2.5 miR-138 Zhang 等[15]研究表明,长链非编码RNA HOTAIR 与miR-138 的表达呈负相关,而在脂多糖诱导的软骨细胞中miR-138 的表达显著增加。HOTAIR过度表达对增殖和炎症的影响可被过表达的miR-138 部分逆转。此外,HOTAIR 过表达通过抑制p65 对细胞核的作用,显著抑制脂多糖对软骨细胞中NF-κB 的激活,导致IL-1β 和TNF-α 下调。证实了HOTAIR通过增加细胞增殖率和抑制炎症在RA 中起保护作用,可能与miR-138 表达和NF-κB信号通路的调节有关。

2.6 miR-10a RA 的主要病因是炎症细胞因子的过度表达和NF-κB 激活介导的持续组织损伤。Mu等[16]研究表明,与骨关节炎相比,RA 中miR-10a 下调,这种下调可以由TNF-α 和IL-1β 以一种NF-κB依赖的方式通过促进转录因子YY1(YingYang1)的表达触发,miR-10a 表达下调能够加速IκB 降解,并通过靶定白细胞介素- 1 受体相关激酶4(interleukin-1 receptor-associated kinase 4,IRAK4)、TGF-β 激活激酶1(TGF-beta-activated kinase 1,TAK1)、β 转导重复蛋白1(β-transducing repeatcontaining protein 1,BTRC)使NF-κB 激活;且miR-10a 介导NF-κB 激活,显著促进了包括TNF-α、IL-1β、IL-6、IL-8、单核细胞趋化蛋白1(monocyte chemoattractant protein 1,MCP-1)、MMP-1、MMP-13等炎症细胞因子的产生,加入miR-10a 抑制剂可加速成纤维细胞样滑膜细胞的扩散和迁移。该研究表明,存在一种新型的NF-κB/YY1/miR-10a/NF-κB调控通路,促进NF-κB介导的炎症细胞因子的过度分泌以及RA FLSs 的增殖和迁移,提示miR-10a 可以作为控制这一调节通路的开关,可望成为RA 诊断、治疗的靶点。

2.7 miR-410-3p 在RA FLSs 中,miR-410-3p 通过调节NF-κB 信号通路抑制细胞因子释放。Wang等[17]研究发现,miR-410-3p 在滑膜组织、FLSs 中的表达水平降低,过表达miR-410-3p可显著地降低人FLSs中TNF-α、IL-1β、IL-6、MMP-9的分泌;而抑制miR-410-3p 则提高了这些细胞因子的表达水平。此外,降低miR-410-3p 表达可激活NF-κB 信号通路,过表达miR-410-3p 则抑制NF-κB 信号通路的激活,且抑制NF-κB信号通路能逆转抑制miR-410-3p表达引起的TNF-α、IL-1β、IL-6、MMP-9升高,从而证实了miR-410-3p 通过调节NF-κB 信号通路,在RA的发病机制中起炎症抑制剂的作用。

2.8 miR-548 目前研究表明,外泌体里包裹的miRNA 也在RA 中扮演着关键的角色。Wang 等[18]研究发现,外泌体包裹的miR-548a-3p在RA患者血浆外泌体和外周血单核细胞中显著减少,RA患者血浆外泌体中miR-548a-3p 与C 反应蛋白(C reactive protein,CRP)、类风湿因子(rheumatoid factor,RF)、红细胞沉降率(erythrocyte sedimentation rate,ESR)水平呈负相关,miR-548a-3p通过调节TLR4/NF-κB信号通路,可以抑制单核巨噬细胞pTHP-1 细胞增殖和激活,外泌体中miR-548a-3p可预测RA疾病活动度,miR-548a-3p/TLR4/NF-κB轴可成为RA诊断和治疗的靶点。还有研究表明,间充质干细胞移植可以通过减弱miR-548e 对IκB(NF-κB 抑制蛋白)的抑制作用而部分减轻RA 症状。Yan 等[19]研究发现,在胶原诱导的RA 小鼠中,间充质干细胞移植通过激活TGF-β 受体信号,降低NF-κB 信号的活性,从而降低关节组织中miR-548e的水平;生物信息学分析表明,miR-548e 通过与IκB 的3′非翻译区结合,抑制IκB 的蛋白质翻译;间充质干细胞与携带miR-548e的腺病毒联合移植,解除了间充质干细胞对胶原诱导的RA 小鼠的治疗作用;此外,在胶原诱导的RA 小鼠模型中,携带miR-548e 反义序列的腺病毒移植具有间充质干细胞移植的部分治疗作用。

2.9 miR-223、miR-16 和miR-15a 巨噬细胞是参与调节炎症反应的一种主要细胞,其功能失调也会导致自身免疫病、癌症等疾病的发生。Li 等[20]研究发现,在单核细胞向巨噬细胞分化的过程中,IKKα表达逐渐增高,IKKα 的表达增高由miR-223、miR-16 和miR-15a 表达降低引起,IKKα 正是这3 个miRNA 的直接作用靶点;IKKα 表达增高,将促进p52的生成(过量p100被加工成p52),因p52之间形成的同源二聚体不具有转录活性,因此p52 的增高并没有引起非经典型NF-κB通路的活化;但当细胞接受LPS刺激时,RelB表达增多,p52与RelB形成有活性的转录因子,促进了NF-κB 非经典途径的活化,启动了相关基因(比如炎症介质)的转录。

3 总结与展望

RA 是一种全身免疫性疾病,发病机制复杂,目前研究认为免疫、炎症相关基因的调控在其中起着重要作用,而这些基因调控并非单独起作用,联合分析调控因素能够更好地预测疾病风险和治疗效果。NF-κB 和miRNA 是RA 疾病发生、发展中的重要调控因子,两者可被多种因素激活,不同miRNA 之间存在协同或对抗作用,NF-κB与miRNA编码基因存在多态性等原因使得调控网络错综复杂,机制尚未完全阐明。但随着对NF-κB 和miRNA 这两个关键调控因子及调节通路研究的深入,必将有助于阐明RA的发病机制,从而找到RA治疗的有效途径。

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