APP下载

运动介导microRNA调控炎症因子的研究进展*

2021-11-21

体育科技 2021年6期
关键词:细胞因子软骨诱导

刘 源 朱 旻

运动介导microRNA调控炎症因子的研究进展*

刘 源 朱 旻

(山东建筑大学,山东 济南 250101)

微小RNA(microRNA,miRNA)是一类非编码单链RNA,内源性基因编码长度为21-25个核苷酸,miRNA也是促炎细胞因子的重要调节因子。炎症反应是一个复杂的机制,需要基因诱导调控程序,而miRNA通过调节促炎细胞因子的基因表达水平,调节各个组织与器官的功能。不同负荷、不同形式的有氧运动、无氧运动等,可通过改变miRNA表达,导致炎症因子之间产生的变化。文章探讨miRNA的功能、miRNA在IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α等炎症因子中表达和调控机制、运动对炎症因子和miRNA的影响以及运动介导的miRNA对炎症因子的调控,以期为肥胖等炎症疾病提供新的治疗策略。

miRNA;炎症因子;白介素;运动介导

炎症因子主要是指由单核/巨噬细胞或淋巴细胞产生的,参与炎症反应的各种细胞因子,在机体的炎症、感染和免疫性疾病中发挥重要的作用,如IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α,是导致免疫细胞及白细胞活化并进一步加重炎症反应及器官损伤的重要原因[1]。miRNA是一种长度为21~25个核苷酸,参与炎症、免疫、肿瘤的发生。越来越多的研究表明,miRNA不仅可以调节IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α等炎症因子的表达,并且也可以被这些炎症因子所调控,形成复杂的通路信号,发挥重要的生物学功能。研究还发现,运动可以调控miRNA和炎症因子的表达。本文系统探究了运动介导的miRNA对炎症因子的调控作用,综述结论对IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α等炎症因子为主引起的炎症疾病的深入认识有很大帮助,也可以为相关疾病的鉴定、治疗、预后提供新的思路和方法。

1 miRNA的概述

1993年Lee等人在线虫中发现了第一个miRNA-lin-4基因,它具有长度小、不编码任何蛋白质和转录为发夹前体RNA的特点,并且具有高度的保守性、时序性和组织特异性,但是对miRNA的探索相当缓慢,直到2000年才发现第二个miRNA—let-7[2]。微RNA(microRNA,miRNA)是一种长度约为22个核苷酸的短非编码RNA,通过与3’非翻译区(UTR)结合,在转录后水平上负调控蛋白质编码基因的表达[3],也可增加mRNA降解或阻断向蛋白质的翻译,其机制取决于RNA诱导沉默复合体(RISC)与mRNAs互补的程度[4]。miRNA通过调控基因表达调控着许多真核细胞功能[5],在人类中miRNA由1600多个基因编码,这些基因位于不同的染色体上。miRNA也是基因表达的重要调节因子,一种miRNA具有多个靶基因,一个基因同时受多个miRNA的调控。这些短的非编码RNA参与了从发育到衰老的代谢调节以及某些疾病进展等一系列生物过程的调控[6],并且参与复杂的转录后调控网络和维持健康细胞功能,如生长、发育和代谢等。据估计,miRNA可能调控三分之一的人类基因的表达。

>2 miRNA与炎症因子的调控作用

在众多炎症细胞因子中,起主要作用的是IL-1β、IL-6、IL-8和TNF-α等,并且起着诱导T细胞活化增殖、分化等作用。近年来,越来越多的实验证明miRNA通过直接降解和沉默靶基因的转录,积极参与炎症反应[7],因此miRNA是促炎细胞因子的重要调节因子[8],miRNA不仅可以广泛参与调节IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α等炎症因子的分泌,并且也能被这些炎症因子调控,并在免疫、炎症反应和癌症等疾病中起着关键的作用。研究发现[9], IL-1、IL-6、IL-8和TNF-α在淋巴细胞和单核细胞活化过程中对miRNA的诱导作用已经得到了深入的研究。然而,miRNA在细胞活化中的作用及其对炎症因子表达和蛋白作用的影响仍是一个未知数。因此,进一步探讨miRNA对IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α炎症因子在不同类型疾病和不同组织中的表达和调控机制,为组织血液疾病、细胞炎症、肥胖、癌症等疾病提供理论依据。

2.1 miRNA与白介素(IL)的调控作用

白细胞介素是由多种细胞产生并作用于多种细胞的一类细胞因子,在传递信息,调节免疫细胞,介导T细胞和B细胞活化、以及在炎症反应中起着重要作用。目前miRNA与白介素的互相调节中,起主要作用的是IL-1β、IL-6、IL-8等。

2.1.1 miRNA与IL-1β的调控作用

IL-1β与miRNA的相互作用可以影响软骨细胞的发育和稳态,参与骨关节炎的进程以及上皮细胞的产生。

IL-1β与miRNA的相互作用可以保护软骨细胞免受凋亡,并且在软骨组织中起保护作用。在软骨细胞研究中,孙佳栋研究表明[10],IL-1β刺激后软骨细胞活性明显减低,下调miRNA-24后细胞活性升高,而过表达miRNA-24后软骨细胞活性降低更加明显,并且miRNA-24 能促进IL-1β引起的软骨细胞内胱天冬酶-3的活化,IL-1β可以上调Bax蛋白的表达,而下调Bcl-2的表达,敲低miRNA-24后能逆转Bax和Bcl-2的表达变化,同时,IL-1β能引起MYC表达量升高,而敲低miRNA-24后可以降低MYC的表达。因此,miRNA-24通过激活MYC,在IL-1β引起的颞下颌关节软骨细胞的凋亡中起着至关重要的作用,是治疗颞下颌关节骨关节炎的潜在靶点。XindieZhou等人[11]首次在miRNA-7在OA患者血浆中的表达进行了定量研究,提示miRNA-7表达上调可促进炎性细胞因子的释放,并且miRNA-7对10 ng/mL IL-1β诱导的OA软骨细胞凋亡和炎症有调节作用。miRNA-7的上调促进了OA软骨细胞的炎症和凋亡,表明miRNA-7可能在软骨组织中起保护作用。miRNA-146通过IL-1β通过核因子κB(nuclear factor kappa-B,NF-κB)蛋白[12.13]激活,其作用靶点是肿瘤坏死因子受体相关家族(TRAF6)和白细胞介素-1受体相关激酶(IRAK1),提示是单核细胞和巨噬细胞活化的负调节因子[14.15]。

在上皮细胞组织中,miRNA对IL-1β的调控能防止炎症的进一步扩大。Kutty,R等人[16]在视网膜色素上皮细胞研究中利用PCR分析发现,miRNA-146a和miRNA-146b-5p在视网膜色素上皮细胞(RPE)中均有表达,并且细胞对促炎细胞因子IL-1β的反应是通过增加miRNA-146a和miRNA-146b-5p的表达来实现的,这与CCL2,CCL5,CXCL9,CXCL10转录本的表达增加有关。miRNA-146a的诱导更依赖于IL-1β,因为它在细胞因子组合中的缺失导致应答大大降低,同样,miRNA-146b-5p的诱导也更依赖于干扰素-γ,因为它在细胞因子组合中的缺失使作用最小化,这两种miRNA通过靶向白介素-1受体相关激酶-1(RAK1)的表达,在与年龄相关的黄斑变性或其他视网膜退行性疾病的炎症过程中发挥作用,从而对核因子-κB(NF-κB)通路进行负调控。

综上所述,IL-1β刺激后软骨细胞活性明显减低和软骨细胞的凋亡,因此,通过miRNA-24、miRNA-7、miRNA-146对IL-1β的调控,进而抑制关节软骨细胞凋亡和炎症的发生,是治疗骨关节炎的潜在靶点。增加miRNA-146a和miRNA-146 b-5p的表达增强了细胞对促炎细胞因子IL-1β的反应,进而防止上皮细胞炎症的进一步扩大。因此miRNA对IL-1β的调控的机制为骨关节炎和上皮细胞炎症等相关疾病提供理论依据。

2.1.2 miRNA与IL-6的调控作用

白细胞介素-6(IL-6)[17-19]是一种多向性细胞因子,与肥胖[20]、癌症[21]、内皮细胞炎症[22]和血液疾病[23]密切相关,并由多种不同的细胞类型产生,具有复杂的细胞特异性机制。

肥胖已成为全球性的问题,如果脂质平衡被打破,就会出现一系列的疾病,如肥胖和脂代谢紊乱等,并且肥胖是一种慢性炎症已经得到了证实[20]。Xu L L等人[24]采用IL-6诱导人前脂肪细胞分化后并对成熟的人脂肪细胞进行处理发现:IL-6上调了miRNA-378的表达,提示miRNA-378可能是与肥胖相关的胰岛素抵抗的一种新的介导因子。Zhang N等人研究发现[25],在人体单核巨噬细胞中,IL-6处理后miRNA-101产生了显著的过度表达,使其靶标ATP结合盒转运子A1(ATP-binding cassette transporter A1,ABCA1)表达下调,从而促进细胞内胆固醇潴留。

IL-6在多发性骨髓瘤、子宫内膜癌、肺癌、结直肠癌、肾细胞癌、宫颈癌、乳腺癌和卵巢癌的发病过程中具有重要的作用。IL-6对肿瘤的发展和血管生成有重要联系,并且影响细胞的增殖、迁移和侵袭,保护细胞不受药物治疗和凋亡的影响[26]。Servais FA等人在肝细胞癌细胞(Hep3B)研究发现[27],白细胞介素-6(IL-6)型细胞因子具有共同的受体糖蛋白130(gp 130),它激活涉及Janus激酶(JAKs)和信号转导子和转录激活因子(STAT),并且发现了miRNA-3677-5p是一种影响STAT3和JAK1蛋白表达的新型miRNA,而miRNA-16-1-3p、miRNA-4473和miRNA-520f-3p降低了gp130的表达,因此,IL-6与miRNA-3677-5p、miRNA-16-1-3p、miRNA-4473和miRNA-520f-3p直接针对在IL信号通路,并且能抑制炎症信号转导。Yoon Sin Oh等人[28,29]为了确定miRNAs在IL-6诱导细胞凋亡中的作用,用qRT-PCR定量表达miRNA,与未处理细胞相比,在20 ng/mL IL-6作用下的大鼠胰岛细胞瘤细胞(INS-1细胞)中,只有miR-181 c水平显著降低,其机制可能是信号介导的IL-6诱导β-细胞凋亡,为了检测miR-181c表达是否受STAT-3失活的调控,采用10μM的AG490(STAT-3抑制剂)能有效地降低INS-1细胞的STAT-3磷酸化与AG 490共处理可逆转IL-6对miR-181 c的下调作用。

激活的内皮细胞促进IL-6促炎细胞因子的表达,启动细胞粘附分子的表达,从而促进白细胞从血液中进入血管外组织[30],从而发挥抗炎作用。Pfeiffer D等人[31]用10ng/ml LPS刺激人脐静脉内皮细胞(HUVEC)或人肺微血管内皮细胞(HPMEC)16h,观察miRNA-146a,miRNA-146b,和miRNA-155在内皮炎症通路中的作用发现:抑制miRNA-146a可使IL-6的释放分别减少68%和55%(P<0.001),因此刺激HUVEC后IL-6的表达受miRNA-146a、miRNA-146b和miRNA-155的影响。因此这种刺激对HUVEC和HPMEC有较强的促进作用,能显著增加IL-6的表达。

败血症仍然是婴儿的主要威胁,越来越多的证据表明[32.33],败血症这一疾病是由促炎细胞因子(如IL-1、IL-6和TNF-α)的作用所介导的。Huang HC等人在新生儿多形核白细胞(PMN)中研究发现[34],脂多糖(LPS)诱导的miRNA-142-3p对新生儿PMN有明显的抑制作用,并且let-7g能显著抑制LPS刺激后脐带和成人PMN中IL-6蛋白的表达,而转染miRNA-26b并不能抑制IL-6 mRNA和蛋白的表达。

综上所述,IL-6上调了miRNA-378、miRNA-101的表达,可能与脂代谢相关疾病密切相关。IL-6与miRNA-3677-5p、miR-16-1-3p、miR-4473和miR-520f-3p的调控作用,能抑制肝癌细胞中炎症信号转导,并且在大鼠胰岛细胞瘤细胞(INS-1细胞)中,IL-6下调miR-181 c的表达。在内皮细胞中,IL-6的表达受miR-146 a、miR-146 b和miR-155的影响。let-7g能显著抑制LPS刺激后多形核白细胞(PMN)IL-6蛋白的表达。因此,miRNA和IL-6的调控表达与肥胖、癌症、血液疾病和内皮细胞炎症等疾病密切相关,以期为相关疾病的干预治疗提供理论依据。

2.1.3 miRNA对IL-8的调控作用

白细胞介素-8(IL-8)是巨噬细胞和上皮细胞等分泌的细胞因子,其作用机制之一就是与其特异性受体结合而发挥作用。IL-8具有诱导炎性细胞趋化,促进炎症反应,刺激血管生成等作用,并在癌症,骨细胞炎症等疾病中发挥重要作用。

miRNA-200c可能具有促进成骨分化和抑制牙周炎相关促炎细胞因子的分子功能,减少促炎症因子和骨代谢介质的表达和激活,从而激活破骨发生和骨吸收,此外,促炎症介质通过减少成骨细胞的分化而损害骨形成[35]。Hong L研究发现[36],IL-8在脂多糖(LPS)刺激下miRNA-200 c的表达下调,这些细胞中的骨保护素(OPG)增加,并且miRNA-200 c能直接调节IL-8转录本的表达,并与其结合,而3‘UTRs以质粒为基础的miRNA-200 c抑制剂有效地降低了它们的结合活性。此外,miRNA-200 c聚乙烯亚胺纳米粒能有效抑制人牙周膜成纤维细胞IL-8的表达,增加骨髓间充质干细胞(MSCs)成骨分化,包括钙含量、碱性磷酸酶(ALP)和骨发育过程中重要的转录因子(Runx 2),这些数据表明miRNA-200 c能抑制IL-8的表达,促进成骨分化。miRNA-200 c可作为预防牙周炎相关骨丢失的有效手段,通过阻止炎症和破骨发生,促进骨再生。

神经母细胞瘤是儿童时期最常见的颅外异质性肿瘤疾病,起源于身体多个部位或存在神经细胞群的未成熟神经细胞[37],而白介素-8(IL-8)是人类神经母细胞瘤血管生成和侵袭性的主要促进因子。IL-8和VEGF基因的表达可能受遗传机制的控制,并且IL-8在癌症、分化和炎症过程中受miRNAs的调控[38]。Fabbri E等人[39]采用Bio-Plex分析和RT-qPCR方法研究了miRNA-93-5p对神经母细胞瘤SK-N-AS细胞分泌型和血管内皮生长因子(VEGF)和白细胞介素-8(IL-8)表达的影响,实验发现VEGF和IL-8是miRNA-93-5p的主要分子靶点,这一结论的基础是miRNA-93-5p和抗miRNA-93-5p的体外转染,这些处理对神经母细胞瘤SK-N-AS细胞中VEGF和IL-8基因的表达和蛋白的释放均有相反的调控作用,VEGF和IL-8mRNA的3’UTR区均存在miRNA-93-5p共识序列,因此,VEGF和IL-8与miRNA-93-5p存在着相互调控作用。Wang Z等人在肝癌细胞研究发现[40],IL8可减轻miRNA-506对肝癌细胞迁移、侵袭性和EMT的影响,此外,IL 8治疗还可逆转miRNA-506过表达引起的E-钙粘蛋白的上调和波形蛋白的下调,因此,IL-8是一个直接的靶基因,miRNA-506通过该基因抑制肝癌细胞的上皮细胞-间充质转化(EMT)过程和侵袭性。

综上所述,IL-8与miRNA-200 c之间的表达使细胞中的骨保护素(OPG)增加,并且miRNA-200 c能抑制IL-8的表达,能起到预防炎症的作用。VEGF和IL-8与miR-93-5p存在着相互调控作用,而IL-8是miRNA-506的一个直接的靶基因,在肿瘤等疾病中起到重要的作用。

2.2 miRNA对TNF-α的调控作用

肿瘤坏死因子α(TNF-α)[41]是一种促炎细胞因子,通过细胞表面受体1(TNFR 1)和肿瘤坏死因子受体2(TNFR 2)介导。TNFR 1在细胞质区有一个死亡区域[42]。TNFR 1相关凋亡因子,如tnfr 1相关死亡结构域蛋白(Tradd)、带死亡结构域的Fas相关蛋白(Fdd)和Fdd样白细胞介素-1β(IL-1β)转换酶参与肿瘤坏死因子-α诱导的β细胞凋亡。已证实miRNA可作为TNF-a在糖尿病、多种骨组织疾病的炎症反应过程的重要调节物质[43.44]。

糖尿病是临床上的常见病、多发病,近年来呈现出爆炸式增长的趋势。Roggli E等人[45]研究发现,IL-1β和TNF-α均能诱导小鼠胰岛β细胞(MIN6)和人胰岛中miRNA-21、miRNA-34a和miRNA-146 a的表达,并且进一步显示NOD小鼠在糖尿病前期滑膜炎发展过程中胰岛中这些miRNA的增加,用反义分子阻断miRNA-21、miRN-34a或miRNA-146 a功能并不能恢复胰岛素启动子的活性,但能阻止IL-1β、TNF-α暴露后葡萄糖诱导的胰岛素分泌减少。而抗miRNA-34a和抗miRNA-146a处理可保护MIN6细胞免受细胞因子诱导细胞死亡。

骨髓间充质干细胞(BMSC)成骨分化的分子机制对于改善骨质疏松症的治疗具有重要意义,肿瘤坏死因子-α(TNF-α)是一种众所周知的抑制因子,在骨髓间充质干细胞的成骨分化过程中起重要作用,Deng L研究表明[46],miRNA-23b参与了肿瘤坏死因子-α介导的减少骨髓间充质干细胞的成骨作用,其作用是以Runx 2为靶点,为了解miRNA-23b在炎症条件下BMSC成骨分化过程中的调控作用提供了新的见解,也为骨质疏松症的治疗提供了新的靶点。类风湿性关节炎(RA)的潜在诱因包括细胞因子和细胞因子网络失调,可导致不受控制的炎症,导致类风湿关节炎[47]。Migita K等人[48]采用miRNA阵列筛选技术,在TNF-α刺激下,miRNA-155能抑制IL-6介导的JAK 2/STAT 3在RASFs中的激活。提示miRNA-155参与了TNF-α与IL-6介导的类风湿滑膜成纤维细胞(RASFs)炎症通路的交叉调节。Chen Z 等人研究发现[49],肿瘤坏死因子-α暴露可降低ADTC 5细胞的存活率,增加细胞凋亡,增强细胞自噬活性。miRNA-30b与自噬基因BECN1和ATG5的mRNA 3’-UTRs直接相互作用,miRNA-30b过表达下调自噬基因,上调肿瘤坏死因子-α的表达,因此,抗miRNA-30b可提高炎症过程中细胞的存活,并对骨关节炎等炎症性疾病具有治疗潜力。

综上所述,IL-1β和TNF-α均能诱导小鼠胰岛β细胞(MIN6)和人胰岛中miRNA-21、miRNA-34a和miRNA-146 a的表达,在糖尿病等代谢疾病中起到关键的作用。在多种骨组织疾病的炎症反应过程中,miRNA-23b参与了肿瘤坏死因子-α介导的减少骨髓间充质干细胞的成骨作用,并且miRNA-155、miRNA-30b与TNF-α存在着相互调控,并与骨关节炎等炎症性疾病有着密切的关系。

3 运动对炎症因子的影响

运动可提高健康人血浆中各种趋化因子和细胞因子的水平,其中包括IL-1β、IL-8、IL-6和TNF-α[49]。黎妮等人研究发现[50],8周耐力运动能够降低心肌NLRP3炎症小体以及IL-1β的激活,减轻心肌炎症反应,从而改善心肌损伤。Hennigar S R等人研究发现[51],IL-6是通过收缩骨骼肌合成的,并释放到循环中。循环中的IL-6被认为是在运动作为收缩肌肉和刺激葡萄糖产生的能量传感器,如果发生组织损伤,免疫细胞浸润并分泌IL-6。运动会引起的IL-6增加。证据表明,充足的能量摄入之前运动是衰减的一个重要因素,运动能诱导IL-6维持肌肉中肌肉糖原的含量。Cappelli K等人研究发现[52],IL-8在一次耐力运动中受到强烈的上调,并且在运动后24小时被下调,这些结果表明IL-8参与了运动引起的应激反应。Sun Q Y等人发现运动的干预可以减少大鼠体内TNF-α在胰岛素的表达[53]。Ding Y H等人研究发现[54],运动可减轻大鼠脑卒中模型的缺血再灌注损伤。从而减少了脑损伤。运动预处理后缺血大鼠脑损伤的减轻可能与TNF-α受体表达减少有关。急性缺血/再灌注损伤时,肿瘤坏死因子-α表达明显增加,TNFRI和TNFRII水平明显降低。

综上所述,运动调控着IL-1β、IL-8、IL-6和TNF-α等炎症因子的表达,在改善心肌炎症,肌肉中肌糖原的含量、胰岛素的表达,应激反应中起到关键的作用。

4 运动对miRNA的影响

研究表明,运动训练可以改变心肌、骨骼肌、外周血单核细胞、中性粒细胞和其他组织和器官中miRNA的表达。结果表明,20分钟75%的最大氧浓度运动能改变94个miRNA在外周血单个核细胞中的表达。运动15min和90min可显著增加C57BL/6J小鼠骨骼肌中miRNA-181、1和107的表达,miRNA-23的表达下降,表明miRNA介导的转录后调控可能参与骨骼肌对耐力训练适应的复杂调控,因此,有氧运动是治疗肥胖的重要手段。Fernandes等人[55]研究发现肥胖Zucker大鼠体内miRNA-208a的表达比正常大鼠高57%,med13的表达比正常大鼠低39%,每日60分钟的游泳,10周后肥胖Zucker大鼠体重下降59%,内脏脂肪下降20%,总胆固醇下降57%,低密度脂蛋白下降61%,高密度脂蛋白升高42%,尾部增重4%,miRNA-208a和med13的正常表达表明,运动训练可以通过减少miRNA-208a的表达和增加med13的水平来调节能量平衡和脂质代谢。

这些研究表明,运动训练可以改变人体各组织中miRNA的表达,并且能起到保护心肌和抑制体重增加,并且是治疗肥胖的重要手段。

5 运动介导microRNA对炎症因子的影响

运动训练可以改变人体各组织中miRNA的表达,也调控着IL-1β、IL-8、IL-6和TNF-α等炎症因子的表达。有关文献报道[56],运动介导的miRNA能刺激其中IL-8、IL-1β、TNF-α、IL-15、IL-6的表达,这些细胞因子在运动中表达的机制还不尚清楚。

肥胖是遗传、生活环境、饮食、体力活动、病毒感染、社会心理因素等多因素综合导致的体内脂肪积聚过多而造成体重异常、代谢紊乱,而引发的一种慢性炎症的状态[20]。据报道,体育运动是预防肥胖及其并发症的一项关键措施,也可影响miRNA的表达,而miRNA又是促炎细胞因子的重要调节因子,因此,运动介导的miRNA对炎症因子的调控作用,以期为减肥干预和脂代谢相关炎症疾病的防治提供理论依据。Angelo Russo等人研究发现[57],在运动和脂多糖(LPS)刺激的人单个核白细胞中,miRNA-146a-5p的表达与炎症基因TLR 4、NF-κB、IL-6、IL-8和TNF-α的表达一起增加,因此,炎症miRNA-146a-5p可以作为肥胖患者进入体力活动减肥计划的临床结果的个性化预测指标。Saloua等人[58]在有氧运动对肥胖患者炎症和血管功能调节作用中研究发现:运动可以有效降低肥胖患者的BMI和炎症,也显著改善健康者的内皮依赖性反应(乙酰胆碱皮肤血管传导),运动后miRNA表达在肥胖与健康人群中均有不同程度的调节,分析显示miRNA-124a和miRNA-150与ADPN(脂联素)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)或白介素-6(IL-6)水平相关。

运动训练具有抗肿瘤作用,能抑制肿瘤生长,但其保护作用的确切机制尚不清楚。Khori V等人在小鼠乳腺瘤细胞研究发现[59],miRNA-21是乳腺癌生存的预测因子,在乳腺癌治疗中有潜在的应用价值。运动训练与他莫昔芬介导的miRNA-21能下调IL-6,NF-kB信号通路和STAT 3的表达,上调TPM 1和PDCD4的表达。并且运动和他莫昔芬[60]能降低miRNA-122和Bcl-2的表达、上调PDCD4的表达,结果表明运动训练可能通过miRNA下调IL-6的表达来抑制小鼠乳腺肿瘤生长。运动显著改变了894个注释基因和19个miRNAs的表达。

综上所述,运动介导的miRNA调控着IL-1β、IL-8、IL-6和TNF-α等炎症因子的表达,并且在肥胖、肿瘤等疾病中也得到了证实,但其中的具体机制尚不明了,有待进一步研究。

6 展望

随着对miRNA的深入了解,再次证实机体调控网络的复杂和精密,miRNA的调控与被调控是一个复杂的过程。在运动环境下,miRNA既可以调控炎症因子IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α的表达,又可以被它们调控。miRNA与炎症因子的相互调节交织成一张复杂的调控网络,在机体的各种疾病发生、发展中发挥着重要的作用。亟需对上述类型的miRNA调控炎症因子的机制展开系统研究,从而为相关炎性疾病的鉴定、治疗、干预提供新的思路和方法。

[1]Ran M , Fang Y , Shaoxuan W , et al. Calycosin alleviates cerulein-induced acute pancreatitis by inhibiting the inflammatory response and oxidative stress via the p38 MAPK and NF-κB signal pathways in mice[J]. Biomedicine & Pharmacotherapy, 2018(105):599-605.

[2]Xin Huang, JianhongZuo; Emerging roles of miR-210 and other non-coding RNAs in the hypoxic response, Acta Biochimica et BiophysicaSinica,2014,3(46).

[3]Bartel D. MicroRNAs: genomics, biogenesis, mechanism,andfunction. Cell.2004(116):281.

[4]Berindan-Neagoe I , Monroig P D C , Pasculli B , et al. MicroRNAome genome: A treasure for cancer diagnosis and therapy[J]. CA: A Cancer Journal for Clinicians, 2014,64(5):311-336.

[5]Ambros, Victor. The functions of animal microRNAs[J]. Nature, 2004,431(7006):350-355.

[6]Aryal, Binod et al. “microRNAs and Lipid Metabolism.” Current opinion in lipidology,2017: 273-280.

[7]Singh R P , Massachi I , Manickavel S , et al. The role of miRNA in inflammation and autoimmunity[J]. Autoimmunity Reviews, 2013,12(12):1160-1165.

[8]Baltimore D , Boldin M P , O"Connell R M , et al. MicroRNAs: new regulators of immune cell development and function[J]. NATURE IMMUNOLOGY, 2008, 9(8):839-845. Rooij E V , Liu N , Olson E N . MicroRNAs flex their muscles[J]. Trends in Genetics, 2008, 24(4):159-166.

[9] Sheedy F J , O"Neill L A J . Adding fuel to fire: microRNAs as a new class of mediators of inflammation[J]. Annals of the Rheumatic Diseases, 2008,67(S3):50-55.

[10]孙佳栋.MiR-24通过激活MYC促进IL-1β引起的颞下颌关节软骨细胞凋亡[A].中华口腔医学会颞下颌关节病学及牙合学专业委员会.

[11]Xindie Zhou,Lifeng Jiang,Guoming Fan,Haoyu Yang,Lidong Wu,Yong Huang,Nanwei Xu,Jin Li. Role of the ciRS-7/miR-7 axis in the regulation of proliferation, apoptosis and inflammation of chondrocytes induced by IL-1β[J].International Immunopharmacology,2019(71).

[12]Sokolova O, Naumann M. NF-κB Signaling in Gastric Cancer. Toxins (Basel),2017,9(4):119.

[13]Weniger M A , Küppers, Ralf. NF-κB deregulation in Hodgkin lymphoma[J]. Seminars in Cancer Biology, 2016:S1044579X16300190./Christian F, Smith EL, Carmody RJ. The Regulation of NF-κB Subunits by Phosphorylation. Cells, 2016,5(1):12.

[14]Quinn S R , O"Neill L A . A trio of microRNAs that control Toll-like receptor signalling[J]. International Immunology, 2011,23(7):421-425.

[15]Taganov KD, Boldin MP, Chang KJ, Baltimore D. NF-kappaB-dependent induction of microRNA miR-146, an inhibitor targeted to signaling proteins of innate immune responses. Proc Natl Acad Sci U S A,2006,103(33):12481-12486.

[16]Kutty, R Krishnan et al. “Differential regulation of microRNA-146a and microRNA-146b-5p in human retinal pigment epithelial cells by interleukin-1β, tumor necrosis factor-α, and interferon-γ.” Molecular vision,2013(4):737-50.

[17]Barcellini W , Rizzardi G P , Borghi M O , et al. In vitro type-1 and type-2 cytokine production in systemic lupus erythematosus: lack of relationship with clinical disease activity[J]. Lupus, 1996, 5(2):139-145.

[18]Kishimoto T , Akira S , Narazaki M , et al. Interleukin-6 family of cytokines and Gp130[J]. Blood, 1995,86(4):1243-1254.

[19]Jones, S. A . Directing Transition from Innate to Acquired Immunity: Defining a Role for IL-6[J]. The Journal of Immunology, 2005,175(6):3463-3468.

[20]Inge T H , King W C , Jenkins T M , et al. The Effect of Obesity in Adolescence on Adult Health Status[J]. PEDIATRICS, 2013,132(6):1098-1104

[21]Guo Y , Xu F , Lu T , et al. Interleukin-6 signaling pathway in targeted therapy for cancer[J].CANCER TREATMENT REVIEWS, 2012,38(7):904-910.

[22]Johnson B J , Le T T T , Dobbin C A , et al. Heat Shock Protein 10 Inhibits Lipopolysaccharide-induced Inflammatory Mediator Production[J]. Journal of Biological Chemistry, 2005,280(6):4037-4047.

[23]Stoll BJ, Hansen NI, Sánchez PJ, et al. Early onset neonatal sepsis: the burden of group B Streptococcal and E. coli disease continues [published correction appears in Pediatrics,2011,127(5):817-826.

[24]Xu L L , Shi C M , Xu G F , et al. TNF-α, IL-6, and Leptin Increase the Expression of miR-378, an Adipogenesis-Related microRNA in Human Adipocytes[J]. Cell Biochemistry and Biophysics, 2014,70(2):771-776.

[25]MicroRNA-101 overexpression by IL-6 and TNF-α inhibits cholesterol efflux by suppressing ATP-binding cassette transporter A1 expression[J]. Experimental Cell Research, 2015,336(1):33-42.

[26]Johnson D E , O'Keefe R A , Grandis J R . Targeting the IL-6/JAK/STAT3 signalling axis in cancer[J]. Nature reviews. Clinical oncology, 2018,15(4):234.

[27]Servais FA, Kirchmeyer M, Hamdorf M, Minoungou NWE, Rose-John S, Kreis S, Haan C, Behrmann I.Modulation of the IL-6-Signaling Pathway in Liver Cells by miRNAs Targeting gp130, JAK1, and/or STAT3.Mol Ther Nucleic Acids,2019(3).

[28]Oh YS, Bae GD, Park EY, Jun HS. MicroRNA-181c Inhibits Interleukin-6-mediated Beta Cell Apoptosis by Targeting TNF-α Expression.,2019,24(7):1410.

[29]Oh Y S , Lee Y J , Park E Y , et al. Interleukin-6 treatment induces beta-cell apoptosis via STAT-3-mediated nitric oxide production[J]. Diabetes Metab Res Rev, 2011,27(8):813-819.

[30]Ince C , Mik E G . Microcirculatory and mitochondrial hypoxia in sepsis, shock and resuscitation.[J].Journal of Applied Physiology, 2015, 120(2):298.

[31]Pfeiffer D, Roßmanith E, Lang I, Falkenhagen D. miR-146a, miR-146b, and miR-155 increase expression of IL-6 and IL-8 and support HSP10 in an In vitro sepsis model., 2017,12(6).

[32]Gomez R , Romero R , Ghezzi F , et al. The Fetal Inflammatory Response Syndrome[J]. American Journal of Obstetrics and Gynecology, 1998,179(1):194-202.

[33]Dammann O , Leviton A . Maternal Intrauterine Infection, Cytokines, and Brain Damage in the Preterm Newborn[J]. Pediatric Research, 1997,42(1):1-8.

[34]Huang HC, Yu HR, Hsu TY, et al. MicroRNA-142-3p and let-7g Negatively Regulates Augmented IL-6 Production in Neonatal Polymorphonuclear Leukocytes.,2017,13(6):690-700.

[35]Yang N , Wang G , Hu C , et al. Tumor necrosis factor α suppresses the mesenchymal stem cell osteogenesis promoter miR-21 in estrogen deficiency-induced osteoporosis[J]. Journal of Bone and Mineral Research, 2013,28(3):559-573.

[36]Hong, Liu et al. “MicroRNA-200c Represses IL-6, IL-8, and CCL-5 Expression and Enhances Osteogenic Differentiation.”PloS one,2016(8).

[37]Dome J S , Fernandez C V , Mullen E A , et al. Children"s Oncology Group"s 2013 blueprint for research: Renal tumors[J]. Pediatric Blood & Cancer, 2013,60(6):994-1000.

[38]Wei T , Xu N , Meisgen F , et al. Interleukin-8 is regulated by miR-203 at the posttranscriptional level in primary human keratinocytes.[J]. European Journal of Dermatology, 2013,23(3):66-71.

[39] Fabbri E , Montagner G , Bianchi N , et al. MicroRNA miR-93-5p regulates expression of IL-8 and VEGF in neuroblastoma SK-N-AS cells[J]. Oncology Reports, 2016.

[40] Wang Z, Si M, Yang N, et al. MicroRNA-506 suppresses invasiveness and metastasis of human hepatocellular carcinoma cells by targeting IL8.Am J Cancer Res. 2018,8(8):1586-1594.

[41]Ishizuka N , Yagui K , Tokuyama Y , et al. Tumor necrosis factor alpha signaling pathway and apoptosis in pancreatic β cells ☆[J]. Metabolism-clinical & Experimental, 1999,48(12):1485.

[42]Tartaglia L A , Ayres T M , Wong G H W , et al. A novel domain within the 55 kd TNF receptor signals cell death[J].Cell,1993,74(5):845-853.

[43]Beklen A, Ainola M, Hukkanen M, et al. MMPs, IL-and TNF are regulated by IL-17 in periodontitis. J Dent Res, 2007(86):347-351.

[44]El-Lithy GM,El -Bakly WM,Matboli M,et al. Prophylactic L-arginine and ibuprofen delay the development of tactile allodynia and suppress spinal miR -155 in a rat model of diabetic neuropathy[J].Transl Res,2016,11(177):85-97.

[45]Roggli E, Britan A, Gattesco S, et al. Involvement of microRNAs in the cytotoxic effects exerted by proinflammatory cytokines on pancreatic beta-cells.,2010,59(4):978-986.

[46]Deng L , Hu G , Jin L , et al. Involvement of microRNA-23b in TNF-α-reduced BMSC osteogenic differentiation via targeting runx2.[J]. Journal of Bones&smineral Metabolism, 2017:1-13.

[47]Duke O , Panayi G S . The pathogenesis of rheumatoid arthritis[J]. Vivo, 1988,2(1):95-103.

[48]Migita K , Iwanaga N , Izumi Y , et al. TNF-α-induced miR-155 regulates IL-6 signaling in rheumatoid synovial fibroblasts[J].BMC Research Notes, 2017,10(1):403.

[49]Chen Z , Jin T , Lu Y . AntimiR-30b Inhibits TNF-α Mediated Apoptosis and Attenuated Cartilage Degradation through Enhancing Autophagy[J]. Cellular Physiology and Biochemistry, 2016,40(5):883-894.

[50]黎妮.不同运动对糖尿病大鼠心肌NLRP3炎症小体及IL-1β的影响[D].成都体育学院,2018.

[51]Hennigar S R , Mcclung J P , Pasiakos S M . Nutritional interventions and the IL-6 response to exercise[J]. The FASEB Journal, 2017.

[52]Cappelli K, Felicetti M, Capomaccio S, Pieramati C, Silvestrelli M, Verini-Supplizi A. Exercise-induced up-regulation of MMP-1 and IL-8 genes in endurance horses.,200(9):12.

[53]Sun Q Y , Li M M , Li G Z , et al. [Effects of exercise and low-fat diet on the TNF-alpha expression of insulin resistance in rats].[J]. Zhongguo ying yong sheng li xue za zhi = Zhongguo yingyong shenglixue zazhi = Chinese journal of applied physiology, 2014, 30(2):180-183.

[54]Ding Y H , Mrizek M , Lai Q , et al. Exercise Preconditioning Reduces Brain Damage and Inhibits TNF-α Receptor Expression after Hypoxia/Reoxygenation: An In Vivo and In Vitro Study[J]. Current Neurovascular Research, 2006, 3(4):263-271.

[55]Fasanaro P , Greco S , Lorenzi M , et al. An Integrated Approach for Experimental Target Identification of Hypoxia-induced miR-210[J]. Journal of Biological Chemistry, 2009,284(50):35134-35143.

[56]Peake J , Della Gatta P , Suzuki K , et al. Cytokine expression and secretion by skeletal muscle cells : regulatory mechanisms and exercise effects[J]. Exercise Immunology Review, 2015(21):8-25.

[57]Angelo Russo,Desireé Bartolini,Emanuela Mensà,Pierangelo Torquato,Maria Cristina Albertini,Fabiola Olivieri,Roberto Testa,Sara Rossi,Marta Piroddi,Gabriele Cruciani,Pierpaolo De Feo,Francesco Galli. Physical Activity Modulates the Overexpression of the Inflammatory miR‐146a‐5p in Obese Patients[J]. IUBMB Life,2018,70(10).

[58]Saloua Dimassi,Esma Karkeni,Pascal Laurant,Zouhair Tabka,Jean‐François Landrier,Catherine Riva. Microparticle miRNAs as Biomarkers of Vascular Function and Inflammation Response to Aerobic Exercise in Obesity?[J]. Obesity,2018,26(10).

[59]Effects of exercise training together with tamoxifen in reducing mammary tumor burden in mice: Possible underlying pathway of miR-21[J]. European Journal of Pharmacology, 2015(765).

[60]Jordan, V. C . Is Tamoxifen the Rosetta Stone for Breast Cancer?[J]. JNCI Journal of the National Cancer Institute, 2003,95(5):338-340.

Advances in Research on Exercise-mediated MicroRNA Regulation of Inflammatory Factors

LIU Yuan, etal.

(Shandong Jianzhu University, Jinan 250101, Shandong, China)

*课题信息:中国博士后科学基金,2017M622161。作者简介:刘源(1981—),硕士,讲师,研究方向 :体育教学。

猜你喜欢

细胞因子软骨诱导
隧道智能逃生诱导系统
Wnt 信号通路在膝关节骨关节炎软骨退变的作用
不同诱导系对不同基因型玉米材料的诱导率评价
机械负荷对关节软骨代谢与软骨下骨代谢的影响
肝癌患者细胞因子和Treg细胞检测的临床价值
浅析诱导公式的导向功能
玉米单倍体诱导系XKY—1和XKY—2的选育研究
对付肿瘤的细胞因子疗法