毕业论文microRNA 在免疫系统中的研究进展.doc

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1、microRNA 在免疫系统中的研究进展姓名： 学号：20112214专业：药理摘要: micro RNA (miRNA)是真核细胞中一类内源性长度约1824个核苷酸的非编码蛋白质的单链小分子 RNA , 广泛存在于多细胞生物和病毒体内, miRNA本身不编码蛋白，其主要是通过核酸序列互补配对到特定的靶mRNA 上, 抑制靶 mRNA翻译过程或降解靶 mRNA , 从而抑制蛋白质的合成，调控基因表达。据相关报道显示，microRNA广泛参与生物体内多种生理生化的免疫反应过程，其功能失调可能导致肿瘤发生、病毒感染、造血细胞的异常表达及免疫性疾病(RA、SLE)等多种病理现象。本文主要阐述mirn

2、a的相关机制及在免疫系统中的一些研究进展情况。关键词: micro RNA (miRNA) ; 靶基因; 免疫系统 微小RNA (microRNA, miRNA)是一类内源性的长度约22个核苷酸的非编码小分子RNA,能够在转录后水平调节mRNA表达，广泛存在于病毒、线虫、植物、动物体内。成熟的miRNA 能够通过核酸序列互补识别特定的目标 mRNA , 使之降解或抑制其翻译,从而抑制蛋白质的合成, 达到调控基因表达的目的。miRNA基因以单拷贝、多拷贝或基因簇等多种形式存在于基因组中,而且绝大部分定位于基因间隔区,其转录独立于其他基因。这类小RNA分子 表达具有空间和时间上的特异性, 是调控其

3、他功能基因表达的重要分子, 目前已发现在人类800多种miRNA序列中有100多种是由免疫细胞表达，研究证明，miRNAs参与细胞的产生、分化、凋亡 、天然免疫和获得性免疫应答反应， 与免疫系统疾病密切相关。1. mirRNA的发现 1993 年, Lee 等在秀丽新小杆线虫中发现了第一个可时序调控胚胎后期发育的基因 lin-41，1998年美国科学家Andrew Fire和Craig C. Mello发现dsRNA能诱导基因沉默，2000 年, Reinhart 等又在该线虫中发现第二个异时性开关基因let-72 ，。2001年Science报道了研究者从线虫、果蝇和人体克隆的几十个类似li

4、n-4的小RNA基因,称为miRNA. 。到目前为止, 根据miRNA registry 公布的数据miRNA条目包括103个种属, 9 000多条,其中人的有851条(Release 13. 0, March,2009)2. miRNAs的生物合成与作用机制 大多数是在 RNA 聚合酶II 的作用下首先合成 miRNA 初级转录产物(pri-miRNA), )， P r i -m i e r o R N A s分子在细胞核中经双链 R N A特异性核酸酶RnaselII Drosha的作用,形成7 0100n t的茎环结构前体(Pre-microRNAs),然后,Pre-miRNAs分子在转

5、运蛋白-5 ( Exportin - 5) 的作用下转运至胞质中,被另一个双链R N A特异性核酸酶RnasellI - Dice r 识别,进一步切割成长约2 2 n t的小分子RN A,即成熟的mi RNAs。成熟的 miRNAs 在RNA诱导沉默复合物R I S C的引导下，与互补靶mRNA完全或不完全配对，降解靶mRNA或调控其转录后的翻译3。3. mirRNAs在免疫系统中的作用 免疫系统是机体保护自身，防御外来异物入侵的保护性系统，它能发现并清除异物、外来病原微生物等引起内环境波动的因素。但其功能的亢进会对自身器官或组织产生伤害。在很多由于自身免疫引起的疾病中，CD4+ T细胞起着

6、重要的作用。免疫系统是由免疫器官、免疫细胞和免疫分子组成, 分为固有免疫和适应性免疫两大类, 其作用发挥的机制复杂多样, 至今仍未完全阐明。目前研究发现，miRNA在免疫系统中通过碱基互补配对发挥了重大的作用，miRNA 主要表现为在数量和程度上影响其靶基因水平，在免疫应答各个水平都能够执行精细的微调。3.1 miRNA 参与免疫细胞的发育和分化 miRNA 在空间上表现出来的组织特异性提miRNA可能与组织细胞分化有关, 可发挥与组织特异性的转录因子类似的生理作用。2004年Chen4等首次报道miRNAs可能与免疫细胞分化相关，其发现mir-142a,mir-181a,mir-223在免疫

7、细胞中选择性表达，miR-181a表达于B淋巴细胞，miR-223表达于骨髓细胞，而miR-142a表达与B淋巴细胞和骨髓细胞。这个最初的发现证明 mi R N A s可能参与免疫细胞的成熟、增殖分化、活化过程。3.1.1miRNA对造血细胞的作用 近来很多报道系统研究了miRNA在哺乳动物造血过程中的作用。对小鼠和人的造血细胞的miRNA分析后发现,不仅造血细胞和非造血细胞miRNA的表达不同,不同的造血细胞miRNA的表达也不同5,若造血干细胞向免疫细胞分化的不同阶段, miRNA表达会发生相应的变化6,7。如TNF-刺激小鼠Raw 264. 7细胞会引起miR-125b和miR-155表

8、达水平发生变化,这种变化会导致相应的NF-B转录活性的改变。在抗原诱导的CD8+T淋巴细胞分化过程中,和naiveT细胞相比, miR-16、miR-142-3p、miR-142-5p、miR-150、miR-15b和let-7f的表达水平在效应性T细胞中下调。尽管大部分这些miRNA的功能还不知道,但一些已经被证实对淋巴细胞的生长和功能起着重要的作用83.1.2miRNA对骨髓细胞的作用 mi R NA s 对骨髓细胞的增殖、分化具有重要作用，有研究表明miR-1559在急性髓性白血病 (AML) 患者中表达升高,miR-155可抑制造血系统疾病中相关基因表达,一些转录因子的下调可以调节mi

9、R-155对造血发展的作用,如CuII、Arntl、Picalm、Jarid2、Csflr、HIF1a。Fontana等对人脐带血CD34造血祖细胞的研究发现，mir-17-29减少也可导致急性髓系白血病-1(AML-1),使造血核心结合因子(CBF) 增加，其中CBF可促使骨髓细胞分化的相关基因产生。据此推测，miRNAs可能对人类造血系统疾病的诊疗有深远的研究价值.Johnnidis10等试验发现,mir-223基因敲除小鼠经LPS刺激后,中性粒细胞增加，并有肺部自发性炎症， 进一步研究发现mir-223通过下调转录因子Mef-2c,进而对中性粒细胞的增殖和分化起负调节作用113.1.3m

10、iRNA对T淋巴细胞的作用 最近研究发现12，miRNA具有参与抗原诱导细胞分化的功能。T细胞成熟过程中 miR-150 表达水平明显升高, 但是在进一步向 Th1、Th2 亚群分化时它的表达水平又会迅速下降。与之不同, miR-146 表达水平在 Th1 细胞亚群中升高, 而在 Th2 细胞亚群中则表现为降低13。L i14等对miR-181a的研究中发现其表达水平与T淋巴细胞对抗原的敏感性相一致，Neilson等15了T淋巴细胞发育过程中的各个阶段的小RNA序列,包括DN1、DN3、DN4、DP、CD4+和CD8+T淋巴细胞,发现与DN或成熟的CD4+T淋巴细胞和CD8+T淋巴细胞相比,在

11、CD4+CD8+DP阶段miR-181a高表达。miR-181a可以促进成熟T细胞对抗原的亲和力，同时发现非成熟T细胞内 miR-181a表达水平降低可以抑制 T细胞对抗原的亲和力。简而言之，miR-181a在T细胞分化早期双阴性期表达水平较高, 而在双阳性期及以后时期其水平又明显下降。表明miR-181a在阳性选择和阴性选择中起着重要作用。已知R-181a的靶分子是各种磷酸酶,如SHP2、PTPN22、DUSP5以及DUSP6,所以miR-181a能影响TCR的信号。故miR-181a 可以通过调节T细胞表面抑制性协同刺激分子的表达水平, 下调TCR信号通路上起负向调节作用的多种磷酸酶的水平

12、来降低 TCR 被激活的阈值3.1.4miRNA对B淋巴细胞的作用 有研究报道，在脾脏来源的成熟 B细胞中可以检测到 miR-150 表达明显上调, 而在骨髓来源的pro-B 细胞中同样现象却并未看到。发育早期mi R-150转基因小鼠B细胞发育被破坏， 而在miR-150缺失的转基因小鼠中B淋巴细胞高表达。研究发现miR-150异常表达时,可通过靶基因c-Myb阻止pro-B细胞分化为pre-B细胞16。Neilson17 等研究发现miRNA-181A对 B细胞分化也具有正向调节作用,miR-181a优先表达于胸腺,在未分化的祖细胞中低表达,在分化的B淋巴细胞中高表达。在体外,造血祖细胞异

13、位过表达miR-181a,即使没有效应性T细胞诱导, B淋巴细胞数也增加了2倍。说明在小鼠的骨髓中, miR-181a是B淋巴细胞特异的阳性调节因子18。这些说明miR-181a在B淋巴细胞的分化中起着重要的作用。3.2miRNA对免疫细胞信号转导的调节3.2.1miRNA与固有免疫应答的关系 固有免疫应答在机体非特异性抗感染免疫过程中具有重要意义,是机体抵抗病原体的第一道防线。许多miRNA被认为与固有免疫应答的调节相关。在固有免疫中担任识别“自己”与“非己”的受体称之为模式识别受体(pattern recogni-tion receptor, PRR),又称病原体相关模式受体( patho

14、gen-associated molecular patterns ，PAMP)，机体通过PAMP的识别启动固有免疫防御,来阻止病原体入侵或者及时清除入侵病原体防止其进一步扩散,同时可以介导后续的机体适应性免疫应答。Taganov等19用LPS刺激人单核细胞系THP-1后，用芯片技术检测了200个成熟miRNA的表达情况，发现miR-132、miR-146和miR-155表达水平升高。人体内同时存在两种不同的miR-146 亚型, miR-146a 和 miR-146b，这两个 miRNA 可结合于相同的靶基因上发挥作用。但L PS 刺激结果显示, 虽然两个亚型均可被 LPS 所诱导, 既TN

15、F-和IL-1均能诱导miR-146的表达,但只有 miR-146a 的产生依赖于 NF2-B的激活，此外，研究证明20，Toll 样受体(TLR) 通路中参与了miR-146a 的反应激活，TLR2、TLR4和TLR5的配体可以明显刺激miR-146表达上调。已证实TRAF6和IRAK1是miR-146的直接靶分子，所以miRNA-146可减少TLR通路中两个重要组成部分IRAK1 、TRAF6的表达，从而对免疫信号转导起到反馈调节作用。这提示 miR-146可作为潜在的药物靶点 , 用于干预因固有免疫反应过强导致的全身性疾患如败血症性休克, 或者局部损害如类风湿关节炎等。3.2.2 miR

16、NA与适应性免疫应答的关系适应性免疫是免疫系统在进化过程中形成的针对特定抗原物质的高度专一性的防御机制, 包括以 T 细胞为主的细胞免疫和以B 细胞为主的体液免疫。蛋白识别和单核细胞与树突状细胞的抗原递呈是适应性免疫的重要组成部分。Rodriguez等研究发现，巨噬细胞和树突状细胞经TL R配体刺激后，可通过 NF-KB和JNK通路，诱导miR-155产生，miR-155缺失的树突状细胞因不能发挥抗原递呈和共刺激作用而不能诱导效应 T细胞活化，说明mir-155对TLR信号通路具有重要作用。这项调节的分子通路可能是通过抑制 PUI, 间接减少DC-SIGN表达，进一步减少其与病原体结合的能力，

17、miR-155对TLR信号传导通路具有正向调节作用。3.3 miRNA与免疫性疾病的关系miRNA不仅和正常免疫应答有关,也和异常免疫应答如炎症和自身免疫病有关, 最近众多研究揭示miRNAs对免疫系统疾病具有重要作用，如银屑病和遗传性过敏性湿疹的皮肤miRNA表达谱与健康无炎症皮肤的miRNA表达谱截然不同,二者之间也有区别。Sonkoly21等已证实不同炎症程度的银屑病与特应性湿疹皮肤组织存在miRNA表达差异(miR-203、miR-146、miR-125b等)。而这些mirRNA和炎症反应及细胞因子的信号传导调节有关。牛皮癣特异性的miRNA:miR-203、miR-146a,miR-

18、203的靶分子细胞因子信号转导抑制因子-3（SOCS-3），而miR-146的直接靶点TRAF6和IRAK1是TNF-信号通路的调节子,而TNF-信号通路被证实是银屑病发生过程中一个重要的通路22。MiR-146a可通过调节TLR/IL-1信 号 通 路及减少炎症因子的释放23。这提示miR-146可作为潜在的药物靶点,用于干预炎症性疾病。miR-203可以靶向抑制细胞因子信号3(cytokine signaling-3, SOCS-3)的翻译24,25。SOCS-3的表达在银屑病患者皮肤是受抑制的,与miR-203的高表达相一致。SOCS-3是IL-6和IFN-诱导的信号通路的负性调节子。S

19、OCS-3缺乏导致IL-6引起STAT3的活性持续存在。所以, miR-203抑制SOCS-3使皮肤炎症反应增强或反应时间延长。过表达或下调miRNA和炎症疾病的发病密切相关。除了银屑病和遗传性过敏性湿疹, miRNA还和其他炎症或自身免疫病相关, 如类风湿关节炎(RA)、系统系红斑狼疮(SLE) 。 RA是一种以关节炎伴发关节软骨和骨质破坏为主要特征的自身免疫性疾病。Stanczyk26等研究发现,与OA对照组相比，RA患者滑膜成纤维细胞中miR-155、mir-146的表达增加， 而且mir-155在RA滑膜组织中的表达明显高于OA滑膜 组织， 并推测MMP-13可能是mir-155的潜在

20、的靶基因，说明miR-155可能对 R A患者骨破坏具有一定的调节作用。Nakasa27等对正常人及 OA患者的滑膜组织研究发现，miR-146a在RA患者的滑膜组织中过表达。并通过原位杂交技术研究发现miR-146a主要表达与RA滑膜的CD68巨噬细胞中。Murart28研究发现,RA患者血浆中miR-16表达水平与DAS28密切相关,并且滑液中mir-16的水平显著高于OA及RA血浆的水平。另外，。Guo29miR-146a继续研究发现，PBMCs中miR-146a的异常表达可加强 T h l细胞的功能，说明miR-146a 可能通过TNF-a等炎症因子影响RA疾病的发展。 SLE是一种自

21、身免疫介导的、以免疫性炎症为突出表现的弥漫性结缔组织病。2007年，Dai等30对23名SLE和10名健康志愿者研究中发现，与正常人PBMCs相比，SLE PBMCs中多种miRNAs(mir-196a,mir-17-5p等)表达下调，而9种miRNAs 表达升高（mir-189,mir-61等）。Zhou H等31对SLCpDC I型干扰素的研究发现，miR-155通过靶向IRAKM或TAB2促进/抑制干扰素的产生，说明在pDC活化的不同阶段协同发挥作用，有助于为SLE疾病提供治疗方向。4.结语 综上所述,在免疫应答的多个环节都有miRNA的参与。miRNA对免疫反应和炎症反应采用一个巨大网

22、络化的方式进行调节。单个miRNA可以同时具有多种调节功能。而每个靶基因可以受多个miRNA调控。因此，miRNA对各生理功能的调节作用非常复杂, 随着人们对miRNA研究的进一步加深,有助于我们从源头上理解某些自身免疫病的病因和发病机制,为临床医生从根本上防治这些疾病提供一个新的切入点。参考文献1 Lee RC , Fein baum RL , Ambros V. The elegans heterochronic gene lin-14 encodes small RNAs with antisense complementarity to lin- 14 J . Cell , 1993

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