miR-183的調控功能及在畜禽動物上的研究進展

謝 清,楊冰潔,羅國棟,楊成迎,楊 陽,楊昌沛,黃華宇,甘 玲,2

(1.西南大學動物科學學院,重慶 榮昌 402460;2.重慶市獸醫科學工程研究中心,重慶 榮昌 402460)

MicroRNA-183(miR-183)是 miR-183簇(miR-183 Cluster,miR-183C)包括定位于人7號染色體(7q31～34)上的 miR-183、miR-182以及 miR-96的一員,在物種進化上高度保守[1]。近年來,miR-183的功能研究主要有：(1)miR-183的異常表達介導了腫瘤的發生發展及諸多癌癥如肺癌[2]等調控其增殖、轉移以及入侵等,起著腫瘤抑制劑或促癌的作用,可作為其潛在的診療靶標;(2)miR-183參與其他疾病比如白血病[3]等的調控;(3)miR-183參與了感覺器官和神經系統的發育及部分功能的調控;(4)miR-183在動物的應激反應及代謝調控中發揮重要作用。本文就miR-183的功能及在畜禽動物身上的研究進行綜述,為畜禽miRNA的深入研究提供理論參考。

1 MicroRNA(miRNA)作用方式

miRNA是長度約為22 nt的內源性非編碼單鏈小RNA,人類首次發現是在秀麗隱桿線蟲(Caenorhabditis elegans,C.elegans)[4]。miRNA 通過和靶基因3′非翻譯區(3′-UTR)結合而調控基因轉錄后的表達。通常,miRNA與靶mRNA的3′-UTR結合會降低蛋白質表達水平,然而,也有報道顯示,miRNA可以誘導蛋白質表達增加[5]。且一個miRNA可以靶向多種mRNA發揮其廣泛的調節功能;另一方面,mRNA也可被不同的miRNA調控[6]。由此可見,miRNA對其靶基因的作用方式存在協作性和發散性。

2 miR-183功能研究

2.1 miR-183對神經系統功能的調控 早前研究顯示,miR-183在成年大鼠的背根神經節受損后其表達顯著減少且與應激顆粒(Sstress granule,SG)蛋白的分布有關,暗示miR-183可能通過疼痛相關基因來調節慢性神經性疼痛[7]。大鼠脊髓神經結扎后miR-183顯著下調,且減弱結扎誘導的機械性異常疼痛,表明神經系統中表達的miR-183可能介導神經性疼痛的過程[8]。Shi等[9]等也發現,miR-183-5p可通過抑制Twik相關的K+通道1(TWIKRelated K+Channel 1,TREK-1)減輕慢性壓迫性損傷誘導的神經性疼痛。痛覺感受器一直是神經性疼痛鎮痛藥物開發的焦點,因此miR-183在痛覺感受器的研究可為神經性疼痛鎮痛藥物的開發提供新思路。

2.2 miR-183對感覺器官功能的調控 在聽覺系統中,miRNA的功能研究主要體現在內耳發育[10]。正常大鼠耳蝸感覺上皮中miR-183在噪聲暴露1天后的表達顯著降低,且絲/蘇氨酸激酶Tao1的翻譯區有兩個結合位點與miR-183序列完全互補[11]。最新研究顯示,miR-183C在調節小鼠耳蝸細胞凋亡以及體內穩態方面發揮重要作用,且驗證了翅緣缺刻1(Notch1)等是miR-183C的靶點[12]。

2.3 miR-183對應激反應的調控 哺乳動物急性應激下,海馬CA1和中央杏仁核中的miR-183表達顯著升高,預測顯示miR-183靶向肌動蛋白結合蛋白(profilin-2,PFN2)等[13],而PFN2能調節肌動蛋白聚合,是決定神經元中樹突棘形態的關鍵因子,敲除PFN2基因將嚴重影響神經遞質穩態和小鼠的行為[14]。Zhou等[15]研究發現,慢性不可預見的輕度壓力可導致海馬組織中miR-183-5p顯著上調,暗示其可能與壓力引起的抑郁癥有關。

2.4 miR-183參與疾病的調控 在轉基因小鼠及其體外模型以及非酒精性脂肪變性患者的肝活檢標本中發現環氧合酶-2(Cyclooxygenase-2,COX-2)通過降低miR-183的表達來上調胰島素受體底物1,從而保護肝細胞免受胰島素抵抗[16]。Chandel等[17]發現,二乙基亞硝胺誘導的大鼠纖維化肝中miR-183C被顯著上調,提示miR-183C與慢性肝病相關,可能在纖維化維持和進展中發揮作用。當前對miR-183在肝疾病方面的研究僅限于人和模型動物,而產生動物臨床上的疾病也越來越多,而miR-183在獸醫臨床方面的研究卻未見相關報道。

3 miR-183在動物生產上的研究

隨著高度集約化養殖生產模式的推進,畜禽疾病的發生趨于復雜化和多元化。而miR-183在畜禽疾病方面的研究報道卻相對較少。

3.1 牛miR-183的研究進展 越來越多的證據表明,miRNA參與動物機體重要的生理過程,早先Salilew等[18]從牛發情周期的從屬卵泡和優勢卵泡顆粒細胞進行miRNA差異表達分析發現,優勢卵泡顆粒細胞中miR-183C的上調尤為顯著。隨后,Gebremedhn等[19]發現,miR-183C通過協同靶向叉頭框蛋白O1(Forkhead box protein O1,FOXO1)促進牛顆粒細胞的增殖和G1/S轉換,表明miR-183能通過靶向FOXO1對顆粒細胞的增殖發揮關鍵的調節作用。然而當前,miR-183在牛的其他疾病方面的研究未見相關報道。

3.2 山羊miR-183的研究進展 Chen等[20]分析發現,miR-183能通過靶向乳腺上皮細胞中的哺乳動物Ste20樣激酶1(Mammalian sterile 20-like kinase 1,MST1)基因來抑制山羊乳脂的合成。且miR-183在山羊前脂肪細胞分化過程中上調并顯著增加成脂基因過氧化物酶體增殖物激活受體γ(Peroxisome proliferator-activated receptor γ,PPARγ)等的表達,且驗證顯示Smad蛋白4(SMAD family member 4,Smad4)是其靶標,miR-183的過度表達顯著抑制Smad4的mRNA和蛋白質水平,而Smad4的抑制大大加速了脂質沉積并增加脂肪形成基因的表達[21]。由此可見,miR-183通過抑制Smad4的表達來促進山羊前脂肪細胞的分化。該研究為進一步提高山羊的肉品質提供了科學依據。

3.3 豬miR-183的研究進展 Chen等[22]在大白豬和梅山豬雌豬的背膘組織中發現miR-183在梅山豬的表達高于大白豬,WRP信號通路的表面輔助受體組分低密度脂蛋白受體相關蛋白6(Low-density lipoprotein receptor related protein 6,LRP6)在其UTR區有miR-183特定的結合位點,即 LRP6可能是miR-183的潛在靶標。LRP6輔助受體對調節脂肪形成和潛在的白色脂肪組織發展至關重要[23],所以miR-183可能通過靶向LRP6調控脂肪的形成,然而miR-183是否在脂肪形成和脂肪沉積中真正起作用仍有待進一步研究。

動物海馬從功能上可劃分為背側區和腹側區。Yang等[24]首次考察了榮昌仔豬背側海馬(DH)和腹側海馬(VH)中miRNA的表達特征,發現VH中miR-183的表達顯著高于DH,揭示miR-183可能參與了榮昌仔豬的采食調控。該研究也進一步評估了氧化應激(Oxidative stress,OS)仔豬海馬miRNA的表達變化,結果表明,相對于 VH,miR-183在OVH中顯著下調且靶向腎上腺髓質素2(Adrenomedullin 2,ADM2)。分析發現ADM2參與了對免疫和氧化應激相關基因表達途徑的調控。該研究結果將對動物甚至人類與氧化應激相關疾病的防治研究提供了重要的信息。

表1 動物miR-183的功能及靶基因

3.4 雞miR-183的研究進展 禽類基底乳頭與哺乳動物聽覺器官有相似之處。Zhang等[25]發現在雞聽覺器官發育中,miR-183在所有前庭器官和基底乳頭頂端部分的毛細胞中高度表達。該研究對養禽業中聲音對雞產生應激方面的調控研究提供重要信息。然而,miR-183在聽覺系統方面的研究還有待進一步深化。

4 展望

綜上所述,miR-183廣泛參與了動物機體生命活動過程,并對腫瘤、免疫疾病的發生及發展過程具有重要的調控作用,當前miR-183在動物的主要調控功能研究如表1所示,大多是以病理細胞或模型動物為對象,所以miR-183的相關研究還處于比較局限的階段,尤其在畜禽上miR-183僅限于表達水平的研究,對疾病的調控機制研究相對欠缺,而miRNA介導的轉錄后表達調控是疾病預防、診斷、治療的切入點,目前,已有藥物制造商生產出應用于臨床的miRNA治療試劑,比如激活劑(Mimic)及抑制劑(Inhibitor)[26],而動物生產與臨床卻未見報道,相信在不久的將來,隨著miRNA在調控機制方面研究的不斷深入與分子診斷技術不斷完善及推廣應用,miRNA在動物醫學領域的研究與應用定會取得突破性進展。