miRNA在白內(nèi)障形成中的作用△

2020-02-16 18:39陳文靜劉平

眼科新進(jìn)展 2020年5期

陳文靜劉平

白內(nèi)障是致盲的主要原因之一，是一種晶狀體發(fā)生不透明變性的眼病[1]。白內(nèi)障手術(shù)是主要治療方式，但有很大的局限性，最大的障礙是手術(shù)成本高，并且有很多術(shù)后并發(fā)癥[2]。當(dāng)前，降低白內(nèi)障的發(fā)病率和致盲率是關(guān)鍵，探求白內(nèi)障生成的機(jī)制尤為重要。

微小RNA(microRNA,miRNA)含有20余個核苷酸，是內(nèi)源性非蛋白質(zhì)編碼序列[3]。以往研究表明，許多miRNA參與白內(nèi)障基因水平的調(diào)控，進(jìn)而影響上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial mesenchymal transformation,EMT)、氧化應(yīng)激和凋亡等程序。miRNA有望成為白內(nèi)障預(yù)防和治療的新靶點(diǎn)。本文對miRNA在不同類型白內(nèi)障中的作用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 miRNA簡介

miRNA是一種廣泛存在于動植物中的非編碼短鏈RNA，含約18～23個核苷酸[3]。miRNA通過匹配靶基因，可降解RNA和抑制蛋白翻譯，從而發(fā)揮其調(diào)節(jié)功能，參與復(fù)雜的生物和病理過程[4]。miRNA在多種人類疾病中起作用，參與細(xì)胞凋亡、細(xì)胞增殖、衰老和應(yīng)激反應(yīng)等細(xì)胞活動[5]。

以往研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，數(shù)百個miRNA可能是導(dǎo)致眼科疾病的原因，多種miRNA在眼組織中有表達(dá)，miRNA在眼部存在功能特異性[6]。在不同的疾病、不同的組織，相同的miRNA作用也不盡相同，參與白內(nèi)障形成的miRNA的表達(dá)和作用也是如此。

2 miRNA與年齡相關(guān)性白內(nèi)障

2.1 miR-26miR-26被報(bào)道是腫瘤抑制因子，其家族有多個成員參與調(diào)控腫瘤凋亡和轉(zhuǎn)移，與多種惡性腫瘤的發(fā)展有關(guān)[7]。通過RNA測序?qū)π∈缶铙w進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析，Khan等[8]發(fā)現(xiàn) miR-26a-5p在小鼠晶狀體高表達(dá)。近年研究闡明，miR-26家族成員與年齡相關(guān)性白內(nèi)障(age-related cataract，ARC)有密切聯(lián)系。

在過氧化氫(hydrogen peroxide,H2O2)白內(nèi)障模型中，Chunzi等[9]發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染抑制劑，下調(diào)miR-26b表達(dá)時，核因子-κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)蛋白表達(dá)受抑制，caspase-3活性下降，同時能夠影響炎性因子腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)和白細(xì)胞介素-1β(interleukin-1β,IL-1β)。NF-κB通路是一個經(jīng)典信號通路，可參與晶狀體上皮細(xì)胞(lens epithelial cells，LEC)的氧化應(yīng)激，NF-κB是轉(zhuǎn)錄因子，也是各種基因的中心調(diào)節(jié)因子[10]。刺激NF-κB通路可激活促炎性細(xì)胞因子，TNF-α、IL-6與受體結(jié)合參與炎癥過程[11]。炎性生物標(biāo)記物可以調(diào)節(jié)caspase-3和B細(xì)胞淋巴瘤-2(B-cell lymphoma-2,bcl-2)的表達(dá)水平，加強(qiáng)氧化應(yīng)激，影響炎癥進(jìn)程[10]。以上說明miR-26b對LEC凋亡有促進(jìn)作用，通過NF-κB通路促進(jìn)ARC的生成，阻斷NF-κB信號或影響炎性因子的表達(dá)有望成為新型治療策略。

Chen等[12]在小鼠晶狀體前囊損傷模型中發(fā)現(xiàn)，miR-26a和miR-26b在第1天和第3天均迅速下降，而在第7天其過表達(dá)造模后顯著增加。研究發(fā)現(xiàn)EMT標(biāo)記物α-平滑肌肌動蛋白(alpha-smooth muscle actin,α-SMA)、纖維蛋白(fibrinogen,FN)、Ⅰ型膠原(collagen Ⅰ,Col Ⅰ)和波形纖維蛋白(vimentin)降低，轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)表達(dá)異常，還發(fā)現(xiàn)miR-26a和miR-26b可以靶向jagged-1，抑制jagged-1/notch信號[12]。在EMT過程中，TGF-β2可通過典型的Smad2/3信號激活鋸齒狀-1/缺口通路[13]。可以認(rèn)為miR-26a/b靶向jagged-1，影響TGFβ2/Smad3信號，進(jìn)而影響缺口處配體的結(jié)合，缺口受體被γ-分泌酶切割，釋放nicd，notch通路和notch受體被激活，調(diào)節(jié)下游靶基因表達(dá)，導(dǎo)致EMT和纖維化[12,14]。綜上所述，可以認(rèn)為miR-26a/b-jagged/notch軸在調(diào)節(jié)EMT及纖維化中發(fā)揮作用，影響ARC的形成，jagged-1是miR-26a/b的一個新型靶點(diǎn)，具有重要的研究價(jià)值。

2.2 miR-34a以往研究表明，miR-34a參與細(xì)胞增殖、遷移和腫瘤侵襲等過程，并起調(diào)節(jié)作用[15]。miR-34a作為一種細(xì)胞凋亡啟動子，在晶狀體和視網(wǎng)膜疾病中發(fā)揮作用。miR-34a-5p是核性ARC與正常組表達(dá)差異最大的3種miRNA之一[16]。

miR-34a可以靶向抑制沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator 1,sirt1)來促進(jìn)人晶狀體上皮細(xì)胞-B3(human lens epithelial cells-B3，HLE-B3)細(xì)胞的凋亡，也可以直接結(jié)合和調(diào)節(jié)Bcl-2[15]。sirt1是一種NAD+依賴性的Ⅲ類組蛋白脫乙酰基酶，存在于多數(shù)眼組織的細(xì)胞核及細(xì)胞質(zhì)中，已被證明sirt1能夠使p53去乙?；梢苑乐笵NA損傷，抑制LEC凋亡，保護(hù)LEC免受氧化應(yīng)激[17]。綜上，miR-34a可能是LEC凋亡的誘導(dǎo)因子，其作用是通過抑制sirt1以增加氧化應(yīng)激實(shí)現(xiàn)的。

Fan等[18]證實(shí)在人LEC中miR-34a過表達(dá)，過表達(dá)的miR-34a促進(jìn)線粒體介導(dǎo)的凋亡caspase-9的激活，miR-34a靶向notch2，膜電位被破壞和阻斷，線粒體能量代謝增強(qiáng)，細(xì)胞色素C釋放增強(qiáng)，并引發(fā)了白內(nèi)障的發(fā)生。notch2被證實(shí)是線粒體觸發(fā)的效應(yīng)器，線粒體抑制notch2，介導(dǎo)LEC凋亡和氧化應(yīng)激[14]。miR-26通過jagged-1/notch信號發(fā)揮作用[12]，miR-34a也靶向 notch，那么notch通路的候選基因可能參與miR-34a的作用過程，可以猜想兩者可能有共同信號通路，或者交叉作用。

2.3 miR-125bmiR-125b是一種在不同物種均高度保守的小RNA，由3個同源物hsa-miR-125a、hsa-miR-125b-1和hsa-miR-125-2組成，家族成員在細(xì)胞分化、增殖和凋亡等許多不同過程中起著無可替代的作用[19]。Qin等[20]認(rèn)為，miR-125b對維持ARC眼部透明性有作用，發(fā)現(xiàn)miR-125b在人晶狀體前囊膜表達(dá)水平下調(diào)，且紫外線照射實(shí)驗(yàn)中LEC細(xì)胞凋亡率與miR-125b表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，還確定了miR-125b是通過靶向p53抑制LEC凋亡的。rs78378222是p53種系中罕見單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)，rs78378222與3-utr結(jié)合，產(chǎn)生促進(jìn)效應(yīng)，能夠促進(jìn)p53與miR-125b的相互作用[21]。rs78378222的作用有利于應(yīng)用miR-125b為靶點(diǎn)生產(chǎn)特異性藥物，氧化應(yīng)激和紫外線傷害形成的白內(nèi)障有了新的防御途徑，miR-125b有望作為白內(nèi)障診斷和預(yù)后性的生物標(biāo)志物。SNP在白內(nèi)障中的作用并不明了，miRNA相關(guān)SNP的研究仍處于起步階段，尤其在ARC中的研究具有重大的臨床意義。

2.4 miR-214miR-214位于染色體1q24.3區(qū)，在一些人類組織中表達(dá)下調(diào)，在癌癥發(fā)病、生長和進(jìn)展的調(diào)節(jié)中具有重要作用，miR-214具有多效性和腫瘤特異性，通過其特定的靶基因促進(jìn)各種惡性腫瘤的形成和進(jìn)展[22]。

miR-214在白內(nèi)障晶狀體前囊組織和H2O2誘導(dǎo)的SRA01/04細(xì)胞中表達(dá)降低，且長非編碼RNA-kcnq1ot1(long non-coding RNA-kcnq1ot1,lncRNA-kcnq1ot1)表達(dá)升高[23]。Jin等[23]的實(shí)驗(yàn)首次證實(shí)caspase-1是miR-214的一種功能性下游靶點(diǎn)，也發(fā)現(xiàn)敲除lncRNA-kcnq1ot1降低了caspase-1的表達(dá)，miR-214和lncRNA-kcnq1ot1可以相互調(diào)節(jié)，二者具有競爭結(jié)合能力。lncRNA是一種長度超過200個核苷酸的RNA分子，與miRNA相似，lncRNA也參與了多種細(xì)胞功能調(diào)節(jié)和疾病發(fā)展過程，研究證明,lncRNA-kcnq1ot1可以通過靶向Smad4調(diào)控促進(jìn)LEC增殖和EMT[24]。lncRNA-kcnq1ot1-miR-214-caspase-1調(diào)控網(wǎng)絡(luò)是一個促進(jìn)ARC形成的新機(jī)制，這是一個創(chuàng)新性的科研發(fā)現(xiàn)，盡管研究表明兩種RNA均參白內(nèi)障的形成，但兩種RNA相互調(diào)節(jié)的過程和作用具體機(jī)制有待進(jìn)一步闡明。

2.5 其他Lu等[25]首次發(fā)現(xiàn)，ARC中miR-24通過靶向p53直接誘導(dǎo)和增強(qiáng)LEC凋亡，caspase-3促進(jìn)細(xì)胞氧化應(yīng)激的進(jìn)程，有助于白內(nèi)障的發(fā)生，實(shí)驗(yàn)證明了miR-24-p53通路在白內(nèi)障發(fā)生中起關(guān)鍵作用。另一項(xiàng)最新研究發(fā)現(xiàn)，miR-326通過直接靶向其mRNA 3’-utr發(fā)揮作用，實(shí)驗(yàn)證實(shí)轉(zhuǎn)染miR-326抑制劑，可以抑制H2O2誘導(dǎo)的HLEC-B3凋亡，Ren等[26]第1次發(fā)現(xiàn)一種新的信號級聯(lián)型miR-326-fgf1-βb2調(diào)節(jié)ARC的進(jìn)展，miR-326有望用于防治ARC。miR-24 和miR-326都是新近發(fā)現(xiàn)并證實(shí)在ARC中起作用的miRNA，兩者均是未來研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。

3 miRNA與糖尿病性白內(nèi)障

3.1 miR-211miR-211屬于一組在人類玻璃體中高度表達(dá)的特異性小RNA，作為與白內(nèi)障相關(guān)的miRNA，miR-211研究還較少，理論依據(jù)不夠充足。

miR-211在小鼠LEC有很高的表達(dá)，實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)染miR-211發(fā)現(xiàn)，caspase-3活性和化學(xué)敏感性下降，bcl-2、bax和p53表達(dá)異常，證實(shí)了LEC的凋亡被促進(jìn)[27]。Zeng等[27]證實(shí)，miR-211可以靶向sirt1，促進(jìn)糖尿病性白內(nèi)障(diabetic cataract，DC)小鼠LEC凋亡。miR-211通過影響caspase-3活性來誘導(dǎo)LEC凋亡和細(xì)胞活性降低，推進(jìn)了氧化應(yīng)激的進(jìn)程，促進(jìn)白內(nèi)障的形成。不難發(fā)現(xiàn)，miR-211和miR-34a[15]具有相同的靶向基因，兩者之間是否有關(guān)聯(lián)，抑或是否通過sirt1激活相同的信號通路，有待進(jìn)一步研究。綜上，miR-211靶向sirt1基因，調(diào)控細(xì)胞凋亡，miR-211可能是DC治療的一個新的潛在靶點(diǎn)。

3.2 miR-30a已證實(shí)微陣列研究中miR-30a-5p是DC患者前囊膜組織中表達(dá)下調(diào)最多的[28]。miR-30a與缺氧和氧化應(yīng)激有關(guān)，參與細(xì)胞自噬過程[29]。自噬是一種溶酶體降解過程，它回收營養(yǎng)物質(zhì)，保證細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)合成和降解之間的動態(tài)平衡，調(diào)節(jié)和防御細(xì)胞應(yīng)激，通過細(xì)胞內(nèi)大分子物質(zhì)和老化細(xì)胞器的降解維持細(xì)胞的正常功能[30]。

Zhang等[31]通過組織和體外模型實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，上調(diào)miR-30a-5p可以靶向和調(diào)控重組人鋅指轉(zhuǎn)錄因子(recombinant human snail family Zinc finger 1，SNAI1)，影響E-鈣黏蛋白、α-SMA和波形蛋白表達(dá)。miR-30a-5p在體外通過SNAI1依賴的方式抑制EMT，提示參與DC的形成。另外，以汞-DC體外模型為研究對象，發(fā)現(xiàn)miR-30a可以直接靶向BNN1，抑制高葡萄糖誘導(dǎo)的體外LEC自噬活性，進(jìn)而影響LEC凋亡率，在DC形成中發(fā)揮作用[28]。一些研究已經(jīng)表明自噬與凋亡存在相互作用，但miRNA通過自噬影響白內(nèi)障形成的機(jī)制研究并不明朗，有待進(jìn)一步加以實(shí)驗(yàn)。上述實(shí)驗(yàn)均證實(shí)了在LEC中上調(diào)miR-30a-5p可以抑制DC形成，這使miR-30a-5p有望成為DC治療干預(yù)的新靶點(diǎn)。

4 miRNA與先天性白內(nèi)障

以往研究發(fā)現(xiàn)，約有60種基因與先天性白內(nèi)障有關(guān)，其中表達(dá)最豐富的為miR-184[32]。Bykhovskaya等[33-34]在來自西班牙加利西亞的一個五代家庭中研究先天性白內(nèi)障的基因表達(dá)，發(fā)現(xiàn)男孩及其母親、外祖母均存在miR-184c.57 c>u突變和c.57 c>t突變，其父輩沒有突變，且突變者存在圓錐角膜病變，這是全球第3次發(fā)現(xiàn)此種類型的變異。這是一個家族突變的案例，在一個家族中罕見發(fā)現(xiàn)2個等位基因突變的存在，對先天性白內(nèi)障發(fā)生的機(jī)制研究提供了可靠的理論依據(jù)，使基因治療遺傳性眼病有望成為現(xiàn)實(shí)，但miR-184的作用機(jī)制不僅限于突變，其具體的作用途徑仍有待發(fā)現(xiàn)。

5 miRNA與后發(fā)性白內(nèi)障

miR-181a屬于miR-181s家族，包括四個高度保守成熟的miR-181s(miR-181a、miR-181b、miR-181c和miR-181d)[35]。miR-181a是一個多功能的miRNA，參與許多生物學(xué)過程，如細(xì)胞凋亡、細(xì)胞增殖和細(xì)胞入侵，并具有多種功能[35]。

Dong等[36]發(fā)現(xiàn)， miR-181a在后發(fā)性白內(nèi)障(posterior capsular opacification，PCO)中表達(dá)降低，轉(zhuǎn)染過度表達(dá)miR-181a可以直接靶向c-met、slug-2和cox-2。在典型的hgf/c-met信號通路中，c-met二聚體和配體結(jié)合，結(jié)合物磷酸化為介導(dǎo)下游信號的蛋白質(zhì)創(chuàng)造活性對接位點(diǎn)，從而激活有絲分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)[35]。miR-181a通過負(fù)調(diào)節(jié)c-met來調(diào)節(jié)LEC的增殖，也調(diào)節(jié)其下游分子。LEC可通過EMT轉(zhuǎn)化并增殖，變?yōu)殚g充質(zhì)樣細(xì)胞或肌成纖維細(xì)胞，此時細(xì)胞間E-鈣黏蛋白減少，纖維鏈接蛋白增多[37]。以上研究說明，miR-181a可以抑制LEC的增殖和EMT，可能通過hgf/c-met通路參與PCO的形成。