徐志炫 張國英

胎兒生長受限(fetal growth restriction,FGR)是一種常見的妊娠并發(fā)癥,在世界范圍內(nèi)是死產(chǎn)、新生兒死亡以及短期和長期新生兒疾病(腦室內(nèi)出血、支氣管肺發(fā)育不良、壞死性小腸結腸炎、感染、肺出血、體溫過低和低血糖)的主要原因[1]。胎兒的生長發(fā)育受母體情況(疾病、營養(yǎng)、身高、吸煙、藥物)、胎盤功能、宮內(nèi)感染及遺傳(非整倍體、微缺失微重復綜合征等)多因素的影響。近年來,越來越多的微小RNA(microRNA,miRNA)被發(fā)現(xiàn)與滋養(yǎng)細胞功能障礙導致的胎盤發(fā)育不良有關。而排除基因或遺傳因素后,胎盤相關疾病也是FGR最常見的病因?qū)W因素。本文對miRNA進行簡要介紹,并就miRNA在胎盤相關性胎兒生長受限中的最新研究進展行綜述,分析miRNA在胎兒生長受限中的潛在作用機制,以期對疾病的預防和治療提供理論依據(jù)。

一、miRNA概述

MicroRNA(miRNA)是一種小的非編碼RNA,長19～25個核苷酸,已成為參與不同生物和病理過程的主要遺傳通路的主要調(diào)控因子[2]。大多數(shù)成熟的miRNA序列位于非編碼RNA的內(nèi)含子或外顯子以及前mRNA的內(nèi)含子內(nèi)。大多數(shù)miRNA基因被Pol II轉(zhuǎn)錄為初級miRNA(pri-miRNA),pri-miRNA被Drosha切割、剪接體機制或去支酶加工轉(zhuǎn)變成前體miRNA(pre-miRNA)。Pre-miRNA通過Exportin 5輸出到細胞質(zhì)中,在細胞質(zhì)中,pre-miRNA被Dicer切割成小的雙鏈RNA(dsRNA)。然后,RISC復合物介導其對靶向mRNA的識別,并導致mRNA不穩(wěn)定或翻譯抑制[3]。miRNA正是通過抑制蛋白質(zhì)翻譯和促進mRNA切割來抑制基因表達的。

對miRNA的調(diào)控包括生物發(fā)生過程中的PTM調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)錄共轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控[4]。轉(zhuǎn)錄后調(diào)控途徑可能影響單個pri-miRNA或pre-miRNA的穩(wěn)定性或加工。例如,在秀麗隱桿線蟲中,通過成熟的let-7 miRNA靶向let-7 pri-miRNA可以增強正反饋回路中的加工[5]。pri-miR-151中的腺苷到肌苷編輯可以抑制pri-miRNA加工并刺激其降解[6]。此外,多種調(diào)節(jié)機制影響微處理器和Dicer的積累和活性。最近的研究表明,調(diào)控因素不僅協(xié)調(diào)單個miRNA加工步驟,而且還將miRNA生物發(fā)生與其他細胞過程聯(lián)系起來[4]。例如,蛋白質(zhì)磷酸化將miRNA生物發(fā)生與各種信號通路聯(lián)系起來,這種修飾通常與疾病有關。

MicroRNA已被證明可以在細胞間通訊中發(fā)揮作用[7-8]。在細胞外遷移并進入體液的MicroRNA被稱為循環(huán)miRNA。研究表明[9],大約90%的循環(huán)miRNA與蛋白質(zhì)形成復合物,包括Ago2,NPM 1(核磷素1)和高密度脂蛋白;另外10%的循環(huán)miRNA可以通過外泌體,微囊泡,凋亡體,脂蛋白和核糖核蛋白從供體細胞進入受體細胞,并遠離其起源影響mRNA靶標;基于外泌體含量對起源細胞的特異性,因此,可以使用循環(huán)miRNA進行無創(chuàng)診斷和預后。

miRNAs基因也可作為表觀遺傳修飾的靶標,如DNA甲基化,以及表觀遺傳修飾劑如DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyl-transferase,DNMT)和組蛋白脫乙酰酶的調(diào)節(jié)劑。通過DNA甲基化對miRNA表達的調(diào)節(jié),一組特定的miRNA可以直接或間接靶向幾種表觀遺傳調(diào)節(jié)因子[如DNMT和組蛋白去乙?；?histone deacetylase,HDAC)]的表達。

研究發(fā)現(xiàn)[7],miRNA在心血管疾病(心臟肥大)、代謝性疾病(膽固醇、葡萄糖代謝)、糖尿病、惡性腫瘤以及病毒發(fā)病中有著重要作用。MiRNA可以用作治療劑(miRNA模擬物)或作為治療藥物(抗miRs)的靶標,用于使用基于miRNA的療法治療疾病。研究表明,用合成寡核苷酸阻斷miR-122會改變脂質(zhì)代謝并降低膽固醇水平[10]。

二、miRNA與FGR的關系

FGR定義為由于病理過程而未能實現(xiàn)其生長潛能的超聲估計體重低于胎齡第10百分位數(shù)的胎兒[11]。雖然FGR的危險因素很多,但胎盤相關疾病是最常見的病因?qū)W因素。有研究報告,胎盤和腫瘤發(fā)展之間存在許多相似之處[12]。在胎盤發(fā)育的早期階段,滋養(yǎng)層細胞的動態(tài)周轉(zhuǎn)受到復雜的分子途徑的嚴格調(diào)控,以確保胎盤的正常發(fā)育和功能。滋養(yǎng)層增殖和分化之間的失衡可導致嚴重的胎盤病理和妊娠并發(fā)癥。因此,揭示滋養(yǎng)層周轉(zhuǎn)和功能的分子機制具有重要意義。

在多項研究中,發(fā)現(xiàn)了miRNA與FGR之間的相關性。Awamleh等[13]分析了兩種常見妊娠并發(fā)癥的胎盤組織,包括先兆子癇和FGR,他們在FGR樣品中發(fā)現(xiàn)了25個上調(diào)和12個下調(diào)的miRNA,在這37個有表達差異的miRNA中,4個屬于C19MC(520a-3p,520f-5p,515-5p,519-5p),6個屬于C14MC(299-3p,494-3p,376a-5p,382-3p,154-3p,369-3p),這是已知對胎盤特異性的兩個miRNA簇。Hannan等[14]在澳大利亞和新西蘭隊列中,確定了五種在早產(chǎn)FGR的妊娠中高度差異表達的mRNA:NR4A2,EMP1,PGM5,SKIL和UGT2B1;其中,EMP1mRNA似乎與胎盤功能不全具有最一致的相關性。

FGR目前沒有有效的治療方式,故確診FGR后,主要是進行胎兒監(jiān)測和確定適當?shù)姆置鋾r機。其中,監(jiān)測胎兒是否缺氧至關重要。miRNA在細胞對缺氧的反應中起著重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)[15],MiR-100-5p和miR-199a-5p在34周后分娩的FGR妊娠中顯示水平下降。有研究表明[16],在FGR妊娠中,大腦中動脈血流速度波形與miR-143-3p基因表達呈弱正相關。在胎盤組織中也報告了類似的發(fā)現(xiàn),其中miR-143-3p的下調(diào)與早期FGR有關,需要在34周前終止[16]。

源自胎盤的microRNA在妊娠期間在母體血液中循環(huán),可用作妊娠并發(fā)癥的非侵入性生物標志物[7]。Tagliaferri等[17]發(fā)現(xiàn)miR-16-5p、miR-103-3p和miR-27b-3p在妊娠32周前在 FGR 中上調(diào),而miR-103-3p和miR-107-3p在妊娠32周和37周之間在FGR中下調(diào)。

三、與FGR相關的miRNA

1.MicroRNA-210:MicroRNA-210是近年來研究最多的miRNA之一,主要被描述為缺氧條件下誘導的主要miRNA,其參與調(diào)節(jié)線粒體代謝、細胞增殖、DNA損傷反應和血管生成[18]。

大多數(shù)胎盤發(fā)育發(fā)生在妊娠的前三個月,這是胎盤中低氧張力的時期。滋養(yǎng)層重塑子宮螺旋動脈后胎盤氧濃度逐漸升高[19]。在缺氧條件下,miR-210被轉(zhuǎn)錄因子HIF-1α上調(diào)[20]。據(jù)報道[21],在螺旋動脈重塑不足的妊娠疾病(如子癇前期和FGR)中,胎盤中HIF-1α和miR-210的表達異常升高。研究表明[22],miR-210通過靶向各種基因來調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細胞功能,例如腎上腺素A3(EFNA3)和同源盒A9影響血管生成和血管重塑,鉀通道調(diào)節(jié)因子1,含有7A的血小板反應素1型結構域,蛋白酪氨酸磷酸酶非受體2型,成纖維細胞生長因子1調(diào)節(jié)細胞侵襲和遷移,鐵硫簇組裝酶與線粒體呼吸相關,以及羥基類固醇17-β脫氫酶1(HSD17B1)影響胎盤類固醇合成。所有這些體內(nèi)外證據(jù)表明,miR-210的缺失會損害胎盤對缺氧應激的適應,其在妊娠期間對缺氧應激下的胎兒生長和調(diào)節(jié)母胎界面的胎盤發(fā)育方面具有關鍵作用[20]。

MiRNA-210雖然在缺氧條件下對胎兒生長具有保護作用,但是還有研究表明[23],miR-210在疾病期間上調(diào)對胎盤具有負面影響。miR-210的已確定靶標包括EFNA3和HOXA9,它們對細胞功能(如遷移和侵襲)很重要。Wang等[19]證實miR-210通過減弱NOTCH1表達在滋養(yǎng)層功能中起負作用,miR-210還可通過MMP2、VEGF-A和PIGF途徑在滋養(yǎng)層遷移、侵襲和網(wǎng)絡形成中起負作用。這些研究表明,miR-210可能是滋養(yǎng)層依賴性胎盤血管疾病調(diào)控的候選因子。

2.Lethal-7miRNAs:Lethal-7 (let-7) miRNAs家族于2002年首次作為秀麗隱桿線蟲的發(fā)育調(diào)節(jié)因子被發(fā)現(xiàn)[24]。Let-7 miRNAs在不同物種中高度保守,表明Let-7 miRNAs在不同生物體中調(diào)控相同的分子途徑和生物學過程[25]。Let-7 miRNA,在分化細胞中高表達,也被稱為分化誘導miRNA;通過結合mRNA中的互補區(qū),let-7 miRNA可降低多種基因的表達,包括不同的增殖因子;Let-7 miRNAs在人類胚胎發(fā)育、葡萄糖代謝、細胞多能性和分化、腫瘤發(fā)生、組織再生、青春期和絕經(jīng)期的開始年齡以及器官生長中發(fā)揮著深遠的作用;Let-7表達受不同的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后過程控制,包括OCT4、MYC和突變體p53的轉(zhuǎn)錄調(diào)控,以及RNA結合蛋白LIN28和RNA編輯酶ADAR的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控[26]。

let-7 miRNA的生物發(fā)生受到癌蛋白LIN28的抑制[27]。LIN28是一種高度保守的RNA結合蛋白,在未分化的細胞中高表達,并具有兩種旁系同源物LIN28A和LIN28B。調(diào)節(jié)miRNA生物發(fā)生的最突出的例子之一是LIN28旁系同源物LIN28A,抑制分化誘導let-7 miRNA在干細胞中的表達。為了有效地消除let-7表達,LIN28A在細胞質(zhì)中結合pre-let-7轉(zhuǎn)錄本并募集末端尿苷轉(zhuǎn)移酶4(TUT4)或TUT7。TUT4 和 TUT7 在 let-7 前體的 3′端添加短寡核苷酸(U)拉伸,從而抑制Dicer加工,其通常識別Drosha產(chǎn)生的2-核苷酸3′突出。在后續(xù)步驟中,3′-5′外切核糖核酸酶 DIS3樣核酸外切酶2(DIS3L2)降解尿苷化的pre-let-7。在沒有LIN28A表達的體細胞中,幾種pre-miRNA只有一個單核苷酸3′突出。由于這些前體不是Dicer的理想底物,因此TUT4,TUT7和TUT2(在人類中也稱為TENT2)將單個尿苷基添加到3′末端,從而產(chǎn)生最佳的Dicer底物。孕早期人滋養(yǎng)層細胞中的LIN28敲除導致let-7 miRNA上調(diào),增殖相關基因下調(diào),細胞增殖減少[28]。Ali等[29]研究發(fā)現(xiàn)LIN28A和LIN28B在足月FGR中顯著降低,let-7 miRNA顯著高于正常胎盤。并且let-7miRNA通過靶向富含AT的相互作用域(ARID)-3B復合物來調(diào)節(jié)對人類胎盤發(fā)育具有重要作用滋養(yǎng)層細胞中的基因。

3.其他與FGR相關的miRNA:近年來,有越來越多的miRNA被發(fā)現(xiàn)參與FGR的發(fā)生。miR-141-3p已被證實可通過直接抑制轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白(transthyretin,TTR)的表達影響滋養(yǎng)細胞的分化、侵襲與遷移進而參與FGR的發(fā)病[30]。Yu等[31]的研究發(fā)現(xiàn)miR-212-3p能夠靶向和抑制胎盤生長因子(PGF)的表達,調(diào)節(jié)PI3K/AKT信號通路,調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細胞侵襲、遷移、增殖和細胞凋亡,從而在FGR的發(fā)生中發(fā)揮作用。胰島素樣生長因子2(insulin-like growth factor 2,IGF2)在胎兒發(fā)育中具有明確的作用[32]。研究發(fā)現(xiàn)[33],miR-1227-3p可以通過靶向參與胰島素途徑的基因來調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細胞增殖和凋亡,從而參與FGR的發(fā)展。

四、結語

FGR的發(fā)病機制仍不完全明確,探討其發(fā)生的分子機制將有助于對疾病的發(fā)生進行篩查及預防,也為治療提供理論依據(jù)。miRNA對FGR的影響仍需進一步研究,相信隨著基因測序的不斷發(fā)展,會有更多與FGR及妊娠相關疾病的miRNA被發(fā)現(xiàn),能更有助于妊娠疾病診斷和治療。