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iceRNA在神经系统肿瘤与免疫病中的研究进展

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中国神经免疫学和神经病学杂志2017年1月彗24卷第1基 chinJ Neuroimmunol&Neurol !, . , -l i ceRNA在神经系统肿瘤与免疫病中的研究进展 王天风 王丽华 王健健 陆小燕 摘要:MicroRNA(miRNA)是一类长度约为22个核苷酸的内源性非编码RNA,通过与靶mRNA的3 uTR 区域的特异性结合降解靶基因或抑制靶基因翻译。近期研究表明,一些mRNA、假基因、Long noncoding RNA (LneRNA)等可通过共同竞争miRNA反应元件(microRNA response element,MREs),从而实现对靶基因表达 的调控。这些RNA称之为竞争性内源RNA(competing endogenous RNA,ceRNA),这种调控机制被称为 ceRNA假说。而在一些神经系统疾病发生的过程中,mRNA、假基因、LncRNA、环状RNA等均可作为机体内 的ceRNA,起到促进或者抑制疾病发生的作用。本文对ceRNA与部分神经系统肿瘤及神经免疫病等疾病的研 究进展进行综述。 关键词:微RNAs;ceRNA;竞争性内源RNA;神经系统疾病;非编码RNA 中图分类号:R741.04 文献标识码:A 文章编号:1006-2963(2017)01—0053—04 MicroRNA(miRNA)是一类长度约为22个核 性强,治疗敏感度不高,预后极差。已有研究证实 苷酸大小的内源性非编码单链RNA,可特异性抑 神经胶质瘤的发生与生物体内原癌基因及抑癌基 因表达异常密不可分。研究表明人第lO号染色体 缺失的磷酸酶(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten,PTEN)基因在多种人 制靶mRNA翻译或降解靶mRNA。研究表明 miRNA在细胞分化、增殖、凋亡、癌变等各种生理 病理过程中发挥重要的调控作用,其表达异常与人 类多种疾病息息相关u]。2011年哈佛医学院 Pandolfi课题组的研究人员提出了竞争性内源 RNA(competing endogenous RNA,eeRNA)的假 说,一个miRNA可调控多个靶基因,这些靶基因 通过竞争性结合miRNA对靶基因的表达进行调 类癌症中均可异常表达l3]。PTEN在体内的表达 降低是胶质瘤发生的一种生物学标志,尤其在胶质 母细胞瘤中的差异表达最常见__4]。Tay等研究发 现多个与PTEN表达相关的miRNA或其家族: miR一17~5p miR一19a、miR一19b miR一20a miR一20b 控,影响疾病的发生及发展I2]。神经系统疾病种类 繁多,目前有关神经系统肿瘤、神经免疫病以及神 经系统遗传性疾病的发病病因与预后尚不明确,且 缺乏敏感度高、特异性强的监测指标,这给神经系 统疾病的预防及诊治造成很大困难。近期研究者 将视线转向了体内的ceRNA,为神经系统疾病的 病因及诊治提供了新的方向。现对ceRNA在神 经系统疾病中作用的研究进展进行综述。 miR-26a、miR一26b、miR一93、miR-106a和miR一 106b,同时发现与PTEN表达呈正相关的基因: NCOA7、BCL11B、SERINC1、ZNF460、NUDT13、 DTWD2和VAPA;功能研究显示:VAPA以及 CNOT6L的3 UTR区与miR一17、miR~19a、miR一 20a、miR一20h、miR一26b、miR一106a和miR一106b结 合,证明了在胶质母细胞瘤的发生中,蛋白质编码 基因VAPA以及CNOT6L与PTEN可以互为 1 ceRNA与神经胶质瘤 神经胶质细胞瘤是来源于神经上皮组织的肿 ceRNA,同时竞争体内相同的miRNA,从而调控 PTEN的表达,促进或抑制胶质母细胞瘤的发 生[5]。Karreth等研究发现,ZEB2基因的表达与 PTEN的表达呈正相关,在人类多种癌症发生过 瘤,是最常见的原发性中枢神经系统肿瘤,其侵袭 程中,尤其是胶质母细胞瘤中,PTEN均表达降 低,ZEB2与PTEN共同竞争体内miR一181a和 doi:10.3969/j.issn.1006-2963.2017.01—013 基金项目:国家自然科学基金资助项目(81371324);国家自 miR一200,从而影响PTEN基因的表达,即ZEB2 与PTEN互为ceRNA,表明人类胶质母细胞瘤的 发生与体内互为ceRNA的ZEB2和PTEN之间 的相互作用有着密不可分的关联_6]。Sumazin等 通过构建基因互作的关系网络,发现PTEN基因 与543条miRNA一基因调控通路相关,侧面表明 然科学基金资助项目(81571l66);高等学校博士学科点专项科研 基金(20132307110008);黑龙江省卫生计生委科研课题(2016— 052) 作者单位:150086哈尔滨医科大学附属第二医院神经内科 通讯作者:王丽华,Email;wang|h211@163.coin 中国神经免疫学和神经病学杂志2017年1月第24卷第1期Chin J Neuroimmunol&Neurol 2017,Vo1.24,No.1 PTEN的表达易受到其他基因的影响;随后,他们 识别并成功地验证了在胶质母细胞瘤中存在多种 蛋白质编码基因——RB1、ABHD13、CCDC6、 CTBP2和DCLK1等可与PTEN互为ceRNA并 影响PTEN基因表达,同时构建了庞大的ceRNA 在各种通路调节中相互影响的关系网络口]。Chiu 等获取了神经胶质瘤的数据,而后建立了一个数学 模型并系统地分析了ceRNA的相互影响,构建了 与胶质瘤相关的ceRNA的调控网络,侧面阐明了 ceRNA调控的机制,为未来的研究打下了良好的 生物学基础_8]。Yilaz等研究发现,采用环孢素对 胶质瘤细胞系进行治疗后,miR一141的表达会显著 降低 ];Bian等研究发现,miR-141的异常表达与 胶质瘤的发生息息相关,证实了miR一141可与长 链非编码RNA(1ncRNA)“H0TAIR”的3 UTR 区域结合,同时SKA2为miR一141的直接靶基因, HoTAIR可以作为内源性的“分子海绵”竞争性结 合miR一141,从而调控SKA2的表达,参与胶质瘤 的发生 。 神经胶质瘤作为一种难治愈、预后差、生存期 短的中枢神经系统肿瘤,目前仍缺乏可以明确病 因、监测疗效和判断预后的生物学指标。找到易于 检测且可靠的生物学指标将为神经胶质瘤的预防 及诊治提供巨大帮助。目前对于ceRNA的研究 为这一目标提供了新的方向,且已经取得了一定的 进展成果,例如VAPA、CN()T6L、ZEB2等均与 PTEN互为ceRNA,可能成为神经胶质瘤发病的 检测标志物,而竞争结合miR一141的HOTA1R与 SKA2未来可能作为对胶质瘤药物治疗后监测疗 效和判断预后的特异性指标,但将其应用于临床仍 需要大规模的研究加以确认。 2 ceRNA与进行性肌营养不良症(progres- sive muscle dystrophy,PMD) PMD是一组遗传性肌肉变性疾病,根据不同 的病因(发病方式)可将其分为9种类型,其中 Duchenne型肌营养不良(Duchenne muscle dys— trophy,DMD)最为常见。研究表明,一些能影响 肌肉组织分化及其生理平衡的miRNA,在DMD 等一些肌肉疾病中差异表达口 ]。因此,识别 PMD的生物学标志可以对遗传易感性人群进行筛 选,有助于其诊断及治疗。Cesana等[1 研究发现, linc—MD1存在于小鼠和人的肌肉组织中,为其特 有的lncRNA,并参与肌细胞的分化;应用功能实 验证实,linc-MD1是miR一133和miR-135的结合 靶点,MEF2C和MAML1亦是miR一133和miR一 135的靶基因;linc—MD1在肌肉组织中可以竞争结 合相同的靶miRNA,调控MEF2C和MAML1的 表达,调节成肌细胞的分化,参与影响DMD的发 生。Twayana等I1 基于Cesana等的研究结果,进 一步研究发现linc—MD1在人类与小鼠中的分子生 物学作用机制相似,均可作为体内的“分子海绵”, 通过与体内miR-133竞争性结合,从而影响 MAML1基因的表达,调节肌细胞分化。非小细胞 肺癌中发现的肺腺癌转移相关转录因子1(metas— tasis—associated lung adenocarcinoma transcript 1, Malat1)作为体内广泛表达的lncRNA家族成员, 参与许多体内生物学过程口 。体内的一些 miRNA,如miR-1、miR一133、miR-206等在骨骼肌 细胞中均有特异性表达,并且对于这些miRNA的 生物学功能也有一定的相关研究支持 。引。比 如,miR一133通过降低血清应答因子(serum re— sponse factor,SRF)的蛋白质表达水平,从而促进 肌细胞的增值口 ;SRF是一个重要的转录因子,参 与肌细胞的增殖与分化Ll 。基于这些研究,Han 等证实了Malatl与SRF的表达呈正相关,提出了 Malatl与SRF可以同时与体内miR一133竞争性 结合,互为ceRNA的假设,通过功能分析验证了 Malatl与SRF均为miR一133的靶mRNA,表明 Malatl与SRF互为eeRNA,Malatl可以调控 SRF的表达,在成肌细胞分化中发挥调控作用 。 Kallen等在体内实验验证了lncRNA—H19可参与 调控肌细胞的分化,H19的表达可影响Let~7内源 性靶基因的表达,而其表达降低会加速体内肌细胞 的分化作用,表明HI9 lncRNA可以作为“分子海 绵”与体内Let一7竞争性结合,调控肌细胞的分化 程度,导致疾病的发生l2 。这些ceRNA的发现进 一步提示了PMD的发病过程以及肌细胞增殖分 化的异常,有望成为PMD治疗的潜在靶点。 现阶段对于PMD还缺乏特异性的治疗,所以 基因治疗等有望成为潜在有效方法。因此找到致 病的分子生物学指标,进行基因水平的诊断,将为 PMD的预防以及诊治提供巨大的帮助。而对体内 的一些ceRNA的研究为这一目标提供了新的方 向,且已经取得了一定的进展,例如linc-MD1、 Malatl以及SRF均可作为ceRNA来影响肌细胞 的增殖与分化。这些针对ceRNA的研究为PMD 的诊断及治疗提供了依据,甚至为PMD患者的个 中国神经免疫学和神经病学杂志zOl7年 箍 鲞篁 翅ch ! ! !塾 ! ! !! : ! !: ・55・ 体化治疗奠定了基础。 4 ceRNA与科凯恩综合征(Cockayne syn- drome) 科凯恩综合征又称为早老症,是累及神经系统 3 ceRNA与病毒性脑炎 日本病毒性脑炎(Japanese encephalitis,JE), 也称流行性乙型脑炎,是一种急性的中枢神经系统 感染性疾病,它是由日本脑炎病毒(Japanese en— 的常染色体隐性遗传病。患有科凯恩综合征的患 者平均寿命为20岁左右,目前尚无有效的治疗方 法,预后极差。有研究表明,该病的发生可能是由 于人体内的LMNA基因突变引起,并导致在核膜 cephalitis virus,JEV)感染宿主所致。Kumari等 将人类胶质细胞转染JEV后分析细胞内miRNA 及靶基因的表达,并应用DAVID(基因注释分析, 通路富集分析的可视化数据库)_2 ]和KOBAS2.0 (注释或识别疾病与基因通路富集分析的网站)l23] 进行基因通路的富集分析,发现了可被相同 miRNA调控并与免疫应答有关的基因,发现了在 JEV病毒感染后的小胶质细胞中潜在的ceRNA 机制,可能与感染JEV病毒后的体内固有免疫应 答相关l_2 。Kumari等预测与固有免疫应答相关 的ceRNA对有:ALCAM与EBF1,共同竞争结合 hsa—miR一3148与hsa-miR-4470;ALCAM与 MXD1,共同竞争结合hsa—miR一3148;EBF1与 MXD1,共同竞争hsa—miR一3148、hsa—miR一4672、 hsa—miR一3646、hsa—miR-3180-5P 等 。这些 ceRNA在JE中显现出了一定的疾病特异性,有望 成为JE潜在的生物学指标。Ghosal等探索了病 毒感染宿主细胞后的致病机制以及宿主与病毒的 miRNA互相作用关系,他们选取了1O种病毒,其 中包括引起人类单纯疱疹病毒性脑炎以及巨细胞 病毒性脑炎的单纯疱疹病毒1、单纯疱疹病毒2以 及人类巨细胞病毒等,构建了一个与感染后体内免 疫应答相关的预测ceRNA调控关系网络的数据 库(HumanViCe,http://gyanxet—beta.com/hu— manvice),数据库中包括mRNA、lncRNA和 circRNA,这些RNA互相与宿主体内或者病毒体 内相同的miRNA竞争性结合;HumanViCe数据 库的建立可以帮助研究者更好地理解在病毒感染 细胞中宿主及病毒miRNA所介导的调节的动态 演变过程 。这些ceRNA的作用机制为中枢神 经系统感染性疾病的诊治提供了新的思路及方向。 目前,降低中枢神经系统感染性疾病死亡率的 关键是进行早期诊断以及治疗,且早期辅助免疫治 疗,有助于患者的预后。因此体内一些调控免疫应 答的ceRNA在中枢神经系统感染性疾病的发病 中起到了至关重要的作用,并且未来在疗效监测及 预后评价中可能具有巨大的潜力。 上形成Lamin~A蛋白,又称为“早老素”的沉积,使 细胞核的形状以及结构改变,甚至产生细胞核溶 解,导致疾病的发生 。Arancio等利用生物信息 学方法筛选出了17种最可能与LMNA互为 ceRNA的tuRNA,包括DICER1、CDKN1A、 NFKB1、TP53、VEGFA、APC、BCL2、CD44、 CDC25A、CDK6、EIF2C1、EIF2C2、HDAC9、 ILIB、KRAS、MYC、RNASEN,通过Gene ontolo— gy(GO)进行分析,从基因层面解析了LMAN突 变的机制,为科凯恩综合征发病的分子学机制以及 个体化治疗提供了新的研究方向l_2 。 综上所述,在近几年的研究中非编码RNA(包 括miRNA与lncRNA等)逐渐被重视,其在神经 系统疾病的生理进程中起到了重要的作用。越来 越多的研究表明miRNA可以调控lncRNA、 mRNA、环状RNA、假基因等的表达。随着 ceRNA假说的提出,近些年大量研究表明这些 IncRNA、mRNA等可以作为内源性的“分子海绵” 与体内的miRNA竞争性结合,从而达到沉默靶基 因、在转录后水平调控的目的,参与影响疾病的发 生;所以ceRNA理论的提出毫无疑问会在探索疾 病发生进展的机制研究中带来全新的视角。神经 系统疾病的种类虽然繁多复杂,有些疾病的病因尚 不明确且诊治困难;但目前,ceRNA在一些神经系 统疾病中的研究已取得一些成果,提示这种 ceRNA机制可能作为相关疾病的分子标记物,进 行疾病的诊断或者应用于未来新药物的设计。因 此,从分子层面探索其发病机制,深入研究ceRNA 的调控作用具有重要意义。虽然目前人们对 ceRNA的认识甚少,绝大多数尚处实验室探索阶 段,距临床药物的转化还有很长的路要走;但毫无 疑问,对ceRNA的深入研究可能为神经系统肿瘤 或者免疫性疾病等的治疗提供新的方向,为临床药 物研发打开一个新的更为广阔的空间。 参考文献 [1]Bartel DP.MicroRNAs:genomics,biogenesis,mechanism 。56‘ 虫国 墅鱼堕堂 盘壹 箍24卷复 期Chin』- euroimmunol&Neurol 201 7,Vo1.24,No.1 and function[J].Cell,2004,116(2):281 297. 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