1、miRNA在免疫中的作用簡述摘要： miRNA是一類非編碼的RNA小分子，通過3端的UTR區(qū)與目的mRNA作用，在轉錄后調控基因的表達，選擇性降解mRNA或抑制靶基因翻譯。miRNA介導的基因調控對許多細胞學功能都有至關重要的作用，例如細胞周期、分化、凋亡，差不多1/3的人mRNA都要接受miRNA調控。有一些證據指出miRNA可以調節(jié)免疫功能并阻遏自體免疫反應。這里，我們回顧了一些新發(fā)現，他們證實miRNA調控在免疫功能以及自體免疫和自身免疫病進展過程中，扮演者極其重要的角色。我們特別討論了miRNA調節(jié)在天然免疫、獲得性免疫、免疫細胞發(fā)育、調節(jié)性T細胞的穩(wěn)定性極其功能中的相關作用以及類風濕

2、性關節(jié)炎、系統(tǒng)性紅斑狼瘡中miRNA的表達差異。簡介： miRNAs是一類長度在20-22個核苷酸的非編碼RNA分子，于1993首次被人們發(fā)現1,2。目前，人們所熟知的miRNA功能是通過3端的UTR區(qū)與目的mRNA作用，在轉錄后調節(jié)基因的表達，選擇性降解mRNA或抑制基因翻譯3。 隨著越來越多的miRNA靶基因的發(fā)現，miRNA調控在細胞學功能中的重要作用變得越來越明晰。目前已知的miRNA對細胞功能的調控作用主要表現在諸如凋亡、細胞分化、細胞周期以及一些免疫功能中。到目前為止，miRNA數據庫miRBase所收錄的miRNA序列已經超過8000種，他們來自于不同的物種，包括植物、動物、病毒

3、等等4,5。單對人類來說，miRBase列出了超過800種的miRNA，有科學家預測差不多1/3的人mRNA都要接受miRNA調控6。一. miRNA的生物源性和成熟方式通過RNA聚合酶，由基因組染色體轉錄形成初級miRNA（pri-miRNA）7,8。在動物體中，miRNA的成熟需要兩個主要步驟，涉及兩個核酸酶Drosha和Dicer。首先Drosha和其伴侶蛋白DGCR8將初級miRNA加工成70個核苷酸左右的miRNA前體（pre-miRNA）分子9-13。然后，miRNA前體通過特異性識別，由跨膜蛋白Exportin 5/RanGTP從細胞核內轉出14-16。當進入胞漿后，miRNA前

4、體就被Dicer和其伴侶蛋白剪切成21個核苷酸左右的miRNA雙鏈結構，接著，其中一條鏈被選擇載入RNA誘導沉默復合體（RISC）中，這個過程目前還未完全了解3,17。一旦裝載入RISC中，miRNA就會與其目的mRNA的3UTR區(qū)結合，從而導致mRNA的降解或翻譯抑制，其中的機制包括翻譯蛋白的降解，翻譯延伸的抑制，翻譯終止子的預成熟，翻譯啟動子的抑制18。最近，一個選擇性Drosha獨立miRNA成熟通路在秀麗隱桿線蟲、黑腹果蠅和哺乳動物中被報道19-21。在這個通路中，短莖環(huán)基因內區(qū)被拼接成pre-miRNA類似物，稱為“mirtrons”（pre-miRNAs/introns），這種分子

5、可以行使miRNA生物學功能而無需經過Drosha介導的剪切過程。但是，相對miRNA來說，mirtrons的數量相對較少，大部分miRNA的成熟依然需要通過Drosha依賴性途徑。二. miRNA通路的細胞生物學和免疫學目標RNA誘導的免疫復合物中的關鍵組分是Ago蛋白家族。在哺乳動物，有四種Ago蛋白（Ago1-4），但只有Ago2是miRNA或siRNA通路的功能組分。Ago2可以分解被miRNA和siRNA靶定的mRNA，并且還可作為RNA干擾的催化酶22,23。除了Ago蛋白外，miRNA功能實現還需要許多其他蛋白，包括GW182 和Rck/p54，這些蛋白均定為在離散的胞漿復合體中

6、，比如GWB。2002年，在患有運動和感覺神經病變的自身免疫病患者血中發(fā)現這些局灶樣小體24，隨后，GWB血清反應在一些患其他疾病的患者血中被鑒定出，如神經癥狀（33%），舍格倫綜合征（31%），以及一些自身免疫性疾病包括系統(tǒng)性紅斑狼瘡（SLE，12%），類風濕性關節(jié)炎（7%），原發(fā)性膽汁性肝硬化（10%）25。類似的局灶樣結構在同期的酵母菌也被發(fā)現，文獻中稱為P小體或含Dcp局限灶2628。1994年，Satoh等人通過抗Su自體抗體鑒別出分子量為100/102和200kDa的自身抗原29。SLE、硬皮病、重疊綜合癥的患者血清中，出現上述自身抗原抗體免疫沉淀反應的高達20%29。2006年，

7、Jakymiw等報道在風濕性疾病病人以及自身免疫模型小鼠中，抗-Su自身免疫抗體可以識別出RNAi/miRNA通路中的催化酶，其中包括Ago2、Ago1、Ago3、Ago4以及Dicer30。復次，免疫熒光實驗顯示抗-Su自身抗體可以識別GWB30。最近，對帶有GWB自身抗體病人臨床和血清學特征研究的研究表明，這些病人最常見的臨床表現是神經癥狀、舍格倫綜合征、SLE、類風濕性關節(jié)炎和原發(fā)性膽汁性肝硬化25。最常見的自身抗原是Ge-1/Hedls（58%），GW182（40%），以及Ago2（16%），此外還有18%的GWB活性血清并未與任何已知的抗原反應，暗示可能還有其他的靶位自身抗原未被發(fā)現

8、25。這些數據均指出RNAi/miRNA通路的關鍵組分與自身免疫反應有關，miRNA通路對自身抗體的生成和誘導有一定的作用。三. miRNA在一般免疫功能中的作用許多致病異常包括自身免疫病和癌癥都與免疫反應有關，因此，對免疫系統(tǒng)的調控就顯得尤為重要。哺乳動物在長期的進化歷程中，為免疫調控形成了一套復雜的自查與平衡系統(tǒng)，以保證機體在抵抗外源性抗原時可以保持一種自身耐受狀態(tài)，這其中的許多機制現在仍未完全清楚。近來，越來越多證據顯示miRNA在免疫調控和免疫細胞的發(fā)育中扮演者及其重要的角色。到目前為止，已有相對較少的特異性miRNA被揭示出可作為免疫系統(tǒng)的重要調控因子。四. 與Toll樣受體刺激相關

9、的miRNA2006年，三種miRNA，miR-146a，miR-155和miR-132被發(fā)現在LPS刺激分化的人單核細胞系THP-1細胞中上調31。miR-146a可被TNF-和IL-1誘導，更近一步的研究顯示這種誘導是NF-B依賴性的。miR-146a的兩個靶基因可以確定，一個是TNF受體相關因子6（TRAF6），另一個是IL-1受體相關激酶1（IRAK1），這兩者都是TLR4信號通路中的關鍵組分31。有趣的是，miR-146a的表達僅受細胞表面的Toll樣受體信號通路誘導（TLR2，TLR4，TLR5），而不接受細胞內的TLR（TLR3，TLR7，TLR9）誘導，這就意味著miR-146

10、a在細菌誘發(fā)的天然免疫中起作用，而對以病毒為抗原的免疫反應無效31。在人肺泡上皮細胞中，增加miR-146a的表達對促炎因子IL-8和RNATES的釋放有著負性調節(jié)作用32?？傮w來說，這些數據均顯示miR-146a對細菌引起的免疫反應有著下調作用。在小鼠巨噬細胞中，miR-155在IFN-，聚肌胞：聚肌苷酸胞嘧啶核苷酸以及多種TLR配體作用下發(fā)生上調33,34。這些研究顯示，miR-155在細菌和病毒誘導的免疫反應中均有一定的調節(jié)作用。復次，miR125b水平在LPS刺激的小鼠巨噬細胞中有所降低34。因為miR-125b靶位于TNF-的mRNA3UTR區(qū)，所以當LPS誘導TNF-生成時， mi

11、R-125b自然會發(fā)生下調34。五. miR155在一般免疫功能、生發(fā)中心反應以及漿細胞生成免疫球蛋白類別轉換中的作用如果使miRNA在人體高表達，可以很驚奇的發(fā)現有一種miRNA，miR-155在幾個重要的免疫功能中都有非常重要的作用。除了在天然免疫中外，對于獲得性免疫而言，miR-155也是一個關鍵因子。miR-155是由非編碼的RNA片段加工而來，現在我們知道這個片段是pri-miR-15535,36。在活性B細胞和T細胞中，都可以檢測到miR-155或其前體的表達增高37,38，同樣的情形也發(fā)生在活化的巨噬細胞中，這種現象還與B細胞惡性腫瘤有關39-41。2007年，Rodriguez

12、等撰文報道缺少miR155或其前體的實驗小鼠，其獲得性免疫應答呈現減弱狀態(tài)，在血管內注射沙門桿菌typhimurium屬后，無法建立相關的免疫應答42。這種免疫應答的減弱歸咎于B細胞和T細胞功能損害以及樹突狀細胞的遞呈缺陷42。以上數據足以證明miR-155對B，T細胞以及樹突狀細胞的一般功能有著及其重要的影響。同時，Thai等也報道m(xù)iR-155對生發(fā)中心的應答有調控作用43。最初，他們指出在免疫應答中生發(fā)中心的B細胞上調了miR-155的表達。通過使用miR-155缺陷小鼠，他們判斷miR-155可以調控生發(fā)中心的免疫應答，至少部分影響了細胞因子的生成水平43。2007年，有報道稱miR-

13、155與漿細胞形成免疫球蛋白的類別轉換有關44。在這項研究中，miR-155缺失的B細胞無法形成高親和力的IgG1抗體44。通過過表達Pu. 1miR-155的靶定轉錄因子，可以導致IgG1的產出幾近于無，這表明miR-155可以通過調控Pu. 1影響漿細胞形成免疫球蛋白的類別轉換。六. miRNA在免疫細胞發(fā)育中的作用幾項研究顯示miRNA涉及了免疫細胞的發(fā)育過程45-47。最先報道與此相關的miRNA是miR-181a，它在胸腺細胞中呈高表達，而在心、淋巴結以及骨髓中的表達則相對較低48-49。在骨髓來源的B細胞中，從原B細胞發(fā)育成前B細胞的過程中，miR-181a的表達下降48。另有證據

14、顯示miR-181a在造血干細胞和祖細胞中的表達，造成了CD19+B細胞的增加以及CD8+ T細胞的減少48。miR-181a還被發(fā)現可以調節(jié)TCR信號通路，并影響T細胞對于抗原分子的敏感性49。近來，有報道稱miR-181b可調控活性B細胞的類別轉換重組50。miR-181b在活性B細胞中的表達削弱了類別轉換重組，導致活性誘導胞核嘧啶核甙脫氨酶（AID）在蛋白水平和mRNA水平發(fā)生下調50。這些結果也為通過抑制AID活性防止B細胞惡化這一新的調節(jié)機制提供了證據50。其他miRNA介導調控免疫細胞發(fā)育的例子包括miR-223對于粒細胞生成的調控51,52，以及miR-150在B細胞分化中的關鍵

15、作用47,53。參考文獻：1. Lee RC, Feinbaum RL, Ambros V. The C. elegans heterochronic gene lin-4 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin-14. Cell 1993;75:843854. 2. Wightman B, Ha I, Ruvkun G. Posttranscriptional regulation of the heterochronic gene lin-14 by lin-4 mediates temporal pattern f

16、ormation in C. elegans. Cell 1993;75:85562.3. Filipowicz W, Bhattacharyya SN, Sonenberg N. Mechanisms of post-transcriptional regulation by microRNAs: are the answers in sight? Nat Rev Genet 2008;9:102114. 4. Griffiths-Jones S. The microRNA Registry. Nucleic Acids Res 2004;32:D109D111. 5. Griffiths-

17、Jones S. miRBase: the microRNA sequence database. Methods Mol Biol 2006;342:129138.6. Lewis BP, Burge CB, Bartel DP. Conserved seed pairing, often flanked by adenosines, indicates that thousands of human genes are microRNA targets. Cell 2005;120:1520. 7. Cai X, Hagedorn CH, Cullen BR. Human microRNA

18、s are processed from capped, polyadenylated transcripts that can also function as mRNAs. RNA 2004;10:19571966.8. Lee Y, Kim M, Han J, Yeom KH, Lee S, Baek SH, Kim VN. MicroRNA genes are transcribed by RNA polymerase II. EMBO J 2004;23:40514060. 9. Denli AM, Tops BB, Plasterk RH, Ketting RF, Hannon G

19、J. Processing of primary microRNAs by the Microprocessor complex. Nature 2004;432:231235. 10. Gregory RI, Yan KP, Amuthan G, Chendrimada T, Doratotaj B, Cooch N, Shiekhattar R. The Microprocessor complex mediates the genesis of microRNAs. Nature 2004;432:235240. 11. Han J, Lee Y, Yeom KH, Kim YK, Ji

20、n H, Kim VN. The Drosha-DGCR8 complex in primary microRNA processing. Genes Dev 2004;18:30163027. 12. Landthaler M, Yalcin A, Tuschl T. The human DiGeorge syndrome critical region gene 8 and Its D. melanogaster homolog are required for miRNA biogenesis. Curr Biol 2004;14:21622167. 13. Lee Y, Ahn C,

21、Han J, Choi H, Kim J, Yim J, Lee J, Provost P, Radmark O, Kim S, et al. The nuclear RNase III Drosha initiates microRNA processing. Nature 2003;425:415419.14. Lund E, Guttinger S, Calado A, Dahlberg JE, Kutay U. Nuclear export of microRNA precursors. Science 2004;303:9598. 15. Yi R, Qin Y, Macara IG

22、, Cullen BR. Exportin-5 mediates the nuclear export of pre-microRNAs and short hairpin RNAs. Genes Dev 2003;17:30113016. 16. Zeng Y, Cullen BR. Structural requirements for pre-microRNA binding and nuclear export by Exportin 5. Nucleic Acids Res 2004;32:47764785. 17. Du T, Zamore PD. microPrimer: the

23、 biogenesis and function of microRNA. Development 2005;132:46454652. 18. Eulalio A, Huntzinger E, Izaurralde E. Getting to the root of miRNA-mediated gene silencing. Cell 2008;132:914. 19. Berezikov E, Chung WJ, Willis J, Cuppen E, Lai EC. Mammalian mirtron genes. Mol Cell 2007;28:328336. 20. Okamur

24、a K, Hagen JW, Duan H, Tyler DM, Lai EC. The mirtron pathway generates microRNA-class regulatory RNAs in Drosophila. Cell 2007;130:89100. 21. Ruby JG, Jan CH, Bartel DP. Intronic microRNA precursors that bypass Drosha processing. Nature 2007;448:8386. 22. Liu J, Carmell MA, Rivas FV, Marsden CG, Tho

25、mson JM, Song JJ, Hammond SM, Joshua-Tor L, Hannon GJ. Argonaute2 is the catalytic engine of mammalian RNAi. Science 2004;305:14371441.23. Meister G, Landthaler M, Patkaniowska A, Dorsett Y, Teng G, Tuschl T. Human Argonaute2 mediates RNA cleavage targeted by miRNAs and siRNAs. Mol Cell 2004;15:1851

26、97. 24. Eystathioy T, Chan EKL, Tenenbaum SA, Keene JD, Griffith K, Fritzler MJ. A phosphorylated cytoplasmic autoantigen, GW182, associates with a unique population of human mRNAs within novel cytoplasmic speckles. Mol Biol Cell 2002;13:13381351. 25. Bhanji RA, Eystathioy T, Chan EKL, Bloch DB, Fri

27、tzler MJ. Clinical and serological features of patients with autoantibodies to GW/P bodies. Clin Immunol 2007;125:247256.26. Ingelfinger D, Arndt-Jovin DJ, Luhrmann R, Achsel T. The human LSm17 proteins colocalize with the mRNA-degrading enzymes Dcp1/2 and Xrnl in distinct cytoplasmic foci. RNA 2002

28、;8:14891501. 27. Sheth U, Parker R. Decapping and decay of messenger RNA occur in cytoplasmic processing bodies. Science 2003;300:805808. 28. van Dijk E, Cougot N, Meyer S, Babajko S, Wahle E, Seraphin B. Human Dcp2: a catalytically active mRNA decapping enzyme located in specific cytoplasmic struct

29、ures. EMBO J 2002;21:69156924.29. Satoh M, Langdon JJ, Chou CH, McCauliffe DP, Treadwell EL, Ogasawara T, Hirakata M, Suwa A, Cohen PL, Eisenberg RA, et al. Characterization of the Su antigen, a macromolecular complex of 100/102 and 200-kDa proteins recognized by autoantibodies in systemic rheumatic

30、 diseases. Clin Immunol Immunopathol 1994;73:132141. 30. Jakymiw A, Ikeda K, Fritzler MJ, Reeves WH, Satoh M, Chan EKL. Autoimmune targeting of key components of RNA interference. Arthritis Res Ther 2006;8:R87. 31. Taganov KD, Boldin MP, Chang KJ, Baltimore D. NF-B-dependent induction of microRNA mi

31、R-146, an inhibitor targeted to signaling proteins of innate immune responses. Proc Natl Acad Sci U SA 2006;103:1248112486.32. Perry MM, Moschos SA, Williams AE, Shepherd NJ, Larner-Svensson HM, Lindsay MA. Rapid changes in microRNA-146a expression negatively regulate the IL-1beta-induced inflammato

32、ry response in human lung alveolar epithelial cells. J Immunol 2008;180:568998. 33. OConnell RM, Taganov KD, Boldin MP, Cheng G, Baltimore D. MicroRNA-155 is induced during the macrophage inflammatory response. Proc Natl Acad Sci U SA 2007;104:16041609.34. Tili E, Michaille JJ, Cimino A, Costinean S

33、, Dumitru CD, Adair B, Fabbri M, Alder H, Liu CG, Calin GA, et al. Modulation of miR-155 and miR-125b levels following lipopolysaccharide/TNF-alpha stimulation and their possible roles in regulating the response to endotoxin shock. J Immunol2007;179:50825089. 35. Tam W. Identification and characteri

34、zation of human BIC, a gene on chromosome 21 that encodes a noncoding RNA. Gene 2001;274:157167.36. Tam W, Ben-Yehuda D, Hayward WS. bic, a novel gene activated by proviral insertions in avian leukosis virus-induced lymphomas, is likely to function through its noncoding RNA. Mol Cell Biol 1997;17:14

35、901502.37. Haasch D, Chen YW, Reilly RM, Chiou XG, Koterski S, Smith ML, Kroeger P, McWeeny K, Halbert DN, Mollison KW, et al. T cell activation induces a noncoding RNA transcript sensitive to inhibition by immunosuppressant drugs and encoded by the proto-oncogene, BIC. Cell Immunol 2002;217:78 86.

36、38. van den Berg A, Kroesen BJ, Kooistra K, de Jong D, Briggs J, Blokzijl T, Jacobs S, Kluiver J, Diepstra A, Maggio E, et al. High expression of B-cell receptor inducible gene BIC in all subtypes of Hodgkin lymphoma. Genes Chromosomes Cancer 2003;37:2028. 39. Costinean S, Zanesi N, Pekarsky Y, Tili

37、 E, Volinia S, Heerema N, Croce CM. Pre-B cell proliferation and lymphoblastic leukemia/high-grade lymphoma in E(mu)-miR155 transgenic mice. Proc Natl Acad Sci U SA 2006;103:70247029.40. Kluiver J, Poppema S, de Jong D, Blokzijl T, Harms G, Jacobs S, Kroesen BJ, van den Berg A. BIC and miR-155 are h

38、ighly expressed in Hodgkin, primary mediastinal and diffuse large B cell lymphomas. J Pathol 2005;207:243249. 41. Metzler M, Wilda M, Busch K, Viehmann S, Borkhardt A. High expression of precursor microRNA-155/BIC RNA in children with Burkitt lymphoma. Genes Chromosomes Cancer 2004;39:167169.42. Rod

39、riguez A, Vigorito E, Clare S, Warren MV, Couttet P, Soond DR, van Dongen S, Grocock RJ, Das PP, Miska EA, et al. Requirement of bic/microRNA-155 for normal immune function. Science 2007;316:608611.43. Thai TH, Calado DP, Casola S, Ansel KM, Xiao C, Xue Y, Murphy A, Frendewey D, Valenzuela D, Kutok

40、JL, et al. Regulation of the germinal center response by microRNA-155. Science 2007;316:604608. 44. Vigorito E, Perks KL, breu-Goodger C, Bunting S, Xiang Z, Kohlhaas S, Das PP, Miska EA, Rodriguez A, Bradley A, et al. microRNA-155 regulates the generation of immunoglobulin class-switched plasma cel

41、ls. Immunity 2007;27:847859. 45. Neilson JR, Zheng GX, Burge CB, Sharp PA. Dynamic regulation of miRNA expression in ordered stages of cellular development. Genes Dev 2007;21:578589. 46. Wu H, Neilson JR, Kumar P, Manocha M, Shankar P, Sharp PA, Manjunath N. miRNA Profiling of Naive, Effector and Memory CD8 T Cells. PLoS ONE 2007;2:e1020. 47. Zhou B, Wa