微小RNA与免疫调节

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综述 微小RNA与免疫调节

王琳,谢青

上海交通大学医学院附属瑞金医院感染科,上海200025

摘!要:微小RNA(miRNA)是一类22核苷酸的高度保守的小分子非编码RNA,主要通过与靶mRNA的3∀非编码区碱基互补配对结合而引起靶RNA降解或翻译抑制。越来越多的研究显示,miRNA在免疫反应中具有新型调节作用,包括调节免疫细胞的发育和分化、B细胞抗体的产生、炎性介质的释放、细胞信号转导等。miRNA在维持机体免疫系统的自稳和免疫相关疾病发生中的作用也逐渐受重视。本文综述了miRNA调节固有性和适应性免疫反应功能和机制的研究进展。关键词:微小RNA;免疫反应;调节

microRNAs:Novelregulatorsduringtheimmuneresponse

WANGLin,XIEQing

DepartmentofInfectiousDiseases,RuijinHospital,ShanghaiJiaoTongUniversitySchoolofMedicine,Shanghai200025,China

Abstract:microRNA(miRNA),whichisanabundantclassof22nthighlyconversed,smallnon󰀁codingRNA,canmakemRNAdegradationorinfluencemRNAtranslationviaacomplementarybindingwiththe3#󰀁UTRofthemiRNA.Recently,morestudieshaveshownthattheeffectsofthesenon󰀁codingsmallRNAsonimmunesystemdevelopmentandresponse,andalsothatmiRNAisinvolvedintheregulationofimmunity,

includingthedevelopmentanddifferentiationofimmunecells,

antibodyproduction,

inflammatorymediatorrelease,andsignaltransductionincells.miRNAisconsideredtoplayaroleinmaintainingthehomeostasisofimmunesystemandinimmune󰀁associateddiseases.Here,thelatestfindingsaresummarizedtoexplorethefunctionandmechanismofmiRNAinmodulatinginnateandadaptiveimmuneresponses.

Keywords:microRNA;Immuneresponse;Regulation

!!微小RNA(microRNA,miRNA)是一种小型非编码双链RNA(22核苷酸)。哺乳动物细胞中已发现700多种miRNA,在细胞发育、分化及内环境稳定方面起重要作用。人体30%编码蛋白的RNA受miRNA调节,这种带有茎󰀁环结构的miRNA主要通过与靶RNA结合引起RNA降解或翻译抑制。最近,越来越多的报道表明,miRNA在调节免疫反

应中起调节作用,如调节免疫细胞的分化、存活、功能及胞内信号转导、细胞因子释放等。

1!miRNA的生源学说及功能

人类miRNA存在于编码基因的内含子及非编码基因的内含子和外显子中。存在于细胞核中的原始miRNA(pri󰀁miRNA)包括5∀端7󰀁甲基鸟苷的帽

基金项目:󰀁十一五󰀂国家科技重大专项(2008ZX10002󰀁005、2008ZX10002󰀁007、2008ZX09312󰀁007),国家自然科学基金(30872252),上海市科

委基础研究重点项目(08JC1415300)

通信作者:谢青

Correspondingauthor.XIEQing,E󰀁mail:Xieqingrj@yahoo.com.cn

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微生物与感染!JournalofMicrobesandInfections,March25,2011,6(1):39󰀁43

子和3∀端多聚A的尾巴,能被Drosha󰀁DGCR8微处理复合体识别并裂解为前体miRNA(pre󰀁miRNA)。前体miRNA是70核苷酸的中间体,被Exportin5蛋白转运至胞质,RNase%Dicer进一步处理成为22核苷酸的成熟miRNA。成熟miRNA5∀端6~8个相对恒定的核苷酸称󰀁种子序列󰀂,miRNA通过其与靶基因mRNA的3∀非编码区互补配对结合,引起靶mRNA降解或翻译抑制

[1,2]

RANTES)的释放。最近研究表明,该miRNA与银屑病密切相关。银屑病是一种慢性皮肤炎性疾病,

其产生与miRNA󰀁146的改变引起固有免疫失调而引发炎性因子失衡有关。miRNA󰀁146还与系统性红斑狼疮(systemiclupuserythematosus,SLE)有关。SLE是一种自身免疫性疾病,其免疫细胞中miRNA󰀁146表达降低,引起IFN产生增多。总之,miRNA󰀁146a被认为在固有免疫反应中起负性调节作用。

miRNA󰀁155是首次发现与肿瘤有关的miRNA。O#Conne等通过芯片分析发现,用聚肌胞(polyI&C)(能结合于TLR3)或IFN󰀁󰀂刺激小鼠巨噬细胞,许多miRNA上调,但只有miRNA󰀁155在2种刺激下均出现上调。抗原刺激通过其他TLR(TLR2、TLR3、TLR4、TLR9等)信号途径也能诱导miRNA󰀁155,而IFN󰀁󰀂/ 主要通过肿瘤坏死因子!(tumornecrosisfactor!,TNF󰀁!)的自分泌和旁分泌途径引起巨噬细胞miRNA󰀁155上调[7]。Tili等发现,在TNF󰀁!刺激下miRNA󰀁155表达出现波动性变化,该变化与NF󰀁󰀁B的变化一致;进一步研究发现,miRNA󰀁155通过对不同靶蛋白I󰀁B激酶∀(I󰀁Bkinase∀,IKK∀)、Fas死亡相关结构域(Fas󰀁associateddeathdomain,FADD)和丝氨酸/苏氨酸受体相关激酶(RikpI)转录后水平的调节,从而对炎性因子的释放起正性和负性调节作用[8]。miRNA󰀁155可促进TNF󰀁!产生

[9]

。

2!miRNA在固有免疫中的作用

固有免疫是机体抵抗细菌、病毒和其他病原体的第1道屏障,miRNA在调节固有免疫中起重要作用。最近研究显示,miRNA󰀁155、miRNA󰀁146和miRNA󰀁223等在病原体通过Toll样受体(Toll󰀁likereceptor,TLR)引发的急性炎症反应中有重要调节作用。

2.1!miRNA和单核巨噬细胞

!!为了解miRNA在固有免疫中的调节作用,Taganov等检测了脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)刺激下人单核细胞白血病THP󰀁1细胞株中200种miRNA的表达,发现miRNA󰀁146、miRNA󰀁132、miRNA󰀁155表达上调。TLR对miRNA󰀁146的诱导有2类:存在于细胞表面识别细菌成分的TLR2、TLR4、TLR5可诱导miRNA󰀁146,存在于细胞内部识别病毒核酸成分的TLR3、TLR7、TLR9对miRNA󰀁146几乎无影响。白细胞介素1受体相关激酶(interleukin1receptor󰀁associatedkinase1,IRAK1)和肿瘤坏死因子受体相关因子6(tumornecrosisfactorreceptor󰀁associatedfactor6,TRAF6)是TLR信号途径下游的重要适应性调节分子,可引起核因子󰀁B(nuclearfactor󰀁B,NF󰀁󰀁B)和活化蛋白1(activatorprotein1,AP󰀁1)转录因子的活化,导致细胞因子释放增多。miRNA󰀁146a在IRAK1和TRAF6上有作用位点,对该通路有负性调节作用[4]。Tang等[5]研究发现,miRNA󰀁146a可作用于干扰素(interferon,IFN)信号通路中的干扰素调节因子5(interferonregulatoryfactor5,IRF5)和STAT3,抑制IFN产生。Perry等[6]研究证明,IL󰀁1󰀂能诱导miRNA󰀁146a,并发现了几种炎性调节中重要的负反馈机制:IL󰀁1󰀂对miR󰀁146a的诱导抑制IL󰀁8和调节激活正常T细胞的表达和分泌因子(regulateduponactivation,normalT󰀁cellexpressedandsecreted,[3]

,也表明其在固

有免疫反应中对炎性因子的释放起正性调节作用。B细胞中miRNA󰀁155高表达转基因鼠的血清TNF󰀁!表达上调,而miRNA󰀁155敲除小鼠的正常免疫功能受损。2.2!miRNA和粒细胞

miRNA󰀁223是骨髓细胞特有的,在调节粒细胞的活化和增殖中起重要作用。Fazi等通过实验证实,miRNA󰀁223在粒细胞的分化过程中起正性调节作用。该研究将miRNA󰀁223敲除,粒细胞活化和增殖受抑制;而增加细胞miRNA󰀁223表达,粒细胞的活化和增殖增强。进一步研究发现,核因子1!(nuclearfactor1!,NF󰀁1!)和CCAAT增强子结合蛋白!(CCAAT/enhancerbindingprotein!,C/EBP!)能通过结合miRNA󰀁223的启动子对其进行调节。一般情况下,NF󰀁1!保持miRNA󰀁223低水平表达。当粒细胞活化增殖时,NF󰀁1!被C/EBP!取代,导致miRNA󰀁223表达增高,进一步抑制NF󰀁1!转录。C/EBP!通过结合PU.1来增强miRNA󰀁[10]

王琳,等:微小RNA与免疫调节

41

223转录

[11]

。2008年Johnnidis等研究miRNA󰀁来抑制Th2细胞分化和Th2型细胞因子的产生。miRNA󰀁155还可通过抑制细胞信号转导抑制因子1(suppressorofcytokinesignaling1,SOCS󰀁1)来维持调节性T细胞的活化增殖和功能。

3.2!miRNA和B细胞

特异性表达于成熟淋巴细胞的miRNA󰀁150在B细胞分化过程中有重要作用,miRNA󰀁150在脾脏和胸腺中的高表达提示其可能参与B/T细胞形成。研究表明,造血干细胞miRNA󰀁150高表达抑制原始B细胞向前体B细胞分化,进而影响成熟B细胞形成,但对CD8T细胞、CD4T细胞、粒细胞及巨噬细胞的形成无影响,而且高表达于前体淋巴细胞的转录因子c󰀁myb是miRNA󰀁150的主要作用位点,c󰀁myb基因敲除小鼠和异位表达miRNA󰀁150的转基因鼠在前体B细胞的表达障碍及成熟B细胞产生减少方面表现相似。虽然c󰀁Myb在B/T细胞的分化过程中也有重要作用,但miRNA󰀁150过表达或表达抑制只会对B细胞表达产生影响,对T细胞没有影响。

有些研究证明,miRNA󰀁155在维持B细胞类别转换、高亲和力抗体及免疫记忆中起重要作用。BIC是miRNA󰀁155的原始转录体,miRNA󰀁155和BIC在人类B细胞淋巴瘤高表达,间接揭示miRNA󰀁155在B细胞分化和淋巴瘤生成过程的作用

[19]

[18]

[17]

[16][15]

223敲除小鼠发现,miRNA󰀁223在前体细胞增殖、粒细胞增殖和活化中起负性调节作用,证实其在髓系转录因子(MEF2C)具有作用位点,而MEF2C能促进前体粒细胞增殖。两者研究似乎矛盾,推测可能是由于实验方法不同、时间特异和细胞的分化阶段不同所致。

[12]

3!miRNA在适应性免疫反应中的作用

!!miRNA在适应性免疫反应如免疫细胞的活化、克隆增殖及抗原呈递中起调节作用。

3.1!miRNA与T细胞的分化和激活

Neilson等发现,miRNA在T细胞的不同分化阶段出现动态表达,提示miRNA参与T细胞的分化和激活。Li等研究发现,miRNA󰀁181在较成熟的T细胞,特别是双阳性T细胞表达较高,但在更成熟的T细胞(如Th1、Th2效应细胞)表达下降。miRNA󰀁181通过调节T细胞受体(Tcellreceptor,TCR)信号转导的强度来影响T细胞对抗原的敏感度。随着T细胞成熟,其敏感度也会变化,从而维持适当的免疫和耐受。miRNA󰀁181表达下降会降低T细胞对抗原的敏感度和T细胞的阴性及阳性选择。与主要组织相容性复合体(majorhistocompatibilitycomplex,MHC)稳定结合的抗原肽更易引发T细胞信号转导,称激动性抗原肽,反之称抑制性抗原肽。miRNA󰀁181的高表达能使T细胞将抑制性抗原肽识别为活化性抗原肽,增强T细胞信号转导。研究其机制发现,该信号转导增强的现象不是通过改变T细胞表面受体和协同刺激信号实现的,而是通过抑制T细胞信号转导过程中多种起负性调节作用的磷酸酶实现的[13]。最近研究发现,miRNA󰀁181!可以作用于一个包括10种磷酸酶的600核苷酸基因,还有CD4、Bcl󰀁6、甲基CpG结合蛋白2(methyl󰀁CpG󰀁bindingprotein2,MeCP2)和转化生长因子󰀂受体1(transforminggrowthfactor󰀂receptor1,TGF󰀂R1)等因子的基因,可影响T细胞的形成和分化。

除miRNA󰀁181!外,miRNA󰀁155也在T细胞的分化和活化中起调节作用。miRNA󰀁155缺陷小鼠的CD4T细胞倾向于向Th2分化而不是Th1;同样,Th2型细胞因子如IL󰀁4、IL󰀁5和IL󰀁10也增多。转录因子c󰀁Maf在促使Th2型细胞因子产生中起重要作用,而miRNA󰀁155在c󰀁Maf具有作用位点。因此,miRNA󰀁155主要是通过调节T细胞中c󰀁Maf

[14]

。最近研究发现,miRNA󰀁155敲除

小鼠出现免疫缺陷,在使用伤寒沙门菌灭毒疫苗后不能产生保护性免疫;其B细胞在抗原刺激下产生的IgM抗体和类别转换产生的抗原特异性抗体减少,提示miRNA󰀁155缺陷损害B细胞反应。B细胞增殖分化在外周淋巴组织进行,包括B细胞进入B细胞区、识别抗原、与T细胞相互作用、活化进入淋巴滤泡、形成生发中心等。有研究发现,抑制B细胞中miRNA󰀁155表达会降低B细胞进入滤泡前的信号转导及随后的生发中心反应,并减少产生高亲和力的IgG1抗体。进一步研究认为,miRNA󰀁155缺陷小鼠引起的PU.1失调可能引发了这种改变[20]。

[15]

4!结语

尽管miRNA的发现和研究只有十多年,这种非编码的小RNA在多种生物学中的作用越来越受到关注,包括胚胎发育、分化、增殖、凋亡、信号转导及癌变形成等。近几年,研究者开始着重研究 42

微生物与感染!JournalofMicrobesandInfections,March25,2011,6(1):39󰀁43

[6]!PerryMM,WilliamsAE,TsitsiouE,Larner󰀁SvenssonHM,

LindsayMA.

Divergentintracellularpathwaysregulate

miR󰀁146a

and

miR󰀁146balveolar

interleukin󰀁1beta󰀁induced

miRNA在免疫系统中的调节作用。结果发现,miRNA在免疫细胞分化及免疫反应中起重要作用。miRNA特异性转基因鼠及基因敲除小鼠模型的建立,使研究者能更方便研究miRNA在免疫调节中的作用及其机制。与miRNA的作用机制不同,RNA干扰(RNAinterference,RNAi)技术主要是在细胞中导入与内源性mRNA编码区同源的双链RNA(doublestrandedRNA,dsRNA),dsRNA进入细胞后产生的小分子干扰RNA(smallinterferingRNA,siRNA)的反义链和多种核酸酶形成了沉默复合物(RNA󰀁inducedsilencingcomplex,RISC),RISC具有结合和切割mRNA的作用。RNAi技术是一种很有用的介导同源基因表达沉默的工具,而miRNA为RNAi技术的应用提供了新的依据和思路。miRNA主要在mRNA水平上调节基因表达,调节机制巧妙。尽管如此,其在免疫系统中的作用还不很清楚,仍存在许多问题。研究miRNA在复杂生物信号系统中对免疫细胞分化及免疫系统调节的作用,不仅加深人们对免疫系统自我的了解,也为一些临床相关疾病如炎症、自身免疫性疾病、白血病、病毒感染等提供了治疗策略。相信在不久的将来,人们会广泛将其运用到基因治疗、基因沉默、有目的的基因表达上。

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(收稿日期:2010󰀁11󰀁14)

国外研究信息

IpaB󰀁IpgC相互作用决定了%型分泌系统转运蛋白的结合功能域

!!毒力因子经%型分泌系统转运入宿主细胞是肠道致病菌致病必需的。毒力因子分泌前,分子伴侣与毒力因子在胞质中特异性结合。侵袭质粒基因C(IpgC)是一个伴侣分子,能结合志贺菌的侵袭质粒抗原B(IpaB)和C(IpgC)。该研究报道了IpgC的晶体结构以及与IpaB相结合的晶体结构。伴侣分子捕获IpaB的结合功能域以伸展构象存在,该构象的维持需线性结构的保守氨基酸存在。通过等温滴定量热法对共晶体结构分析,发现一个特异性序列,该序列对IpaB转运蛋白功能的发挥是必需的。该研究结果显示了转运蛋白如何与伴侣分子结合,为肠道致病菌抑制剂的设计提供了思路。

!!(LunelliM,etal.ProcNatlAcadSciUSA,2009,106(24):9661󰀁9666.)

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