外泌體miR-31研究進展*

饒 璐，陳黃琴，劉東亮，李月生

(1.湖北科技學院藥學院，湖北 咸寧 437100；2.湖北科技學院五官學院；3.湖北科技學院核技術與化學生物學院)

外泌體(exosome)主要來源于細胞內溶酶體微粒內陷形成的多囊泡體，經多囊泡體外膜與細胞膜融合后釋放到胞外基質中[1]。微小RNA分子(microRNA，miRNA)是高度保守的非編碼RNA分子，長度只有18-22個核苷酸，通過與mRNAs的3’非翻譯區結合來調節基因表達。外泌體在醫學各個研究方向深受關注，EVs的治療作用已在心血管、神經系統、肺、腎和肝疾病等各個領域得到闡明[1]，是目前的研究熱點之一。越來越多的研究[3-5]證明外泌體miRNAs與牙周炎發生、發展、牙周穩態調節密切相關。Ghotloo等[3]研究發現，miR-146a在廣泛侵襲性牙周炎患者中的表達水平明顯高于健康組，且與疾病嚴重程度(牙周指數)呈正相關。Zhang等[4]發現miR-23a在牙周炎患者組織牙周間充質干細胞和齦溝液中顯著增高，牙周炎治療后，miR-23a含量降低。Liu等[5]建立牙周炎小鼠模型，通過載體釋放miR-10a，減輕了牙周炎癥反應和牙槽骨吸收。已經有研究證明[6]，炎癥因子參與牙周炎發生、發展、牙槽骨破壞等方面，miR-146a過表達能抑制IL-1β、IL-6、IL-8等促炎性細胞因子分泌。此外，miR-144-5p過表達抑制Toll樣受體2(TLR2)及NF-κB信號通路，降低巨噬細胞的生存能力，減少TNF-α、IL-6和IL-8等炎性因子的表達[6]。MiRNAs與牙周成骨密切相關，Hao等[7]通過miRNA分析技術驗證成骨誘導后116個miRNAs表達發生改變，30個上調，86個下調，其中31個miRNAs有成骨相關的靶基因，其中miR-21、miR-101、miR-1305、miR-23a、miR-132、miR-21等有抑制成骨形成的作用，而miR-26-5p和miR-543等可促進成骨。研究表明[8]，miR-21可能通過靶向Smad5參與人牙周膜干細胞成骨分化的調控，抑制Smad5可抑制成骨分化，降低RunX2蛋白表達。MiR-142-3p過表達可下調蛋白激酶Cα(protein kinase Cα，PKCα)的表達，抑制破骨細胞活力，且是單核細胞、巨噬細胞及樹突狀細胞中破骨細胞生成的負調節因子[9]。MiRNAs可通過調節靶基因表達，影響RANKL、Wnt等多種信號通路傳導，參與調節免疫與炎癥反應及成骨、破骨活動[10]。

MiR-31作為微小蛋白家族中的重要一員，作用靶點分布廣泛，與免疫調節、炎癥反應、腫瘤、牙周炎的發生、發展、牙周穩態調節等方面有密切聯系。牙周炎作為高發病率的口腔疾病，一個主要的作用就是破壞牙周圍骨組織，導致牙槽骨吸收。雖然目前關于miR-31直接誘導牙槽骨再生的研究甚少，但是miR-31抑制成骨分化已經得到驗證，miR-31很有可能成為治療牙周炎的新靶點。本文就miR-31在成骨分化、抗炎、血管再生、腫瘤四個方面的研究作一綜述。

1 MiR-31與成骨分化

MiR-31參與機體成骨分化這一重要過程。Wang等[11]通過miR-31表達譜分析人骨髓間充質干細胞成骨分化各階段分泌的外泌體，發現miR-31參與了成骨分化的調節，表達水平顯著降低，是一種負調控因子，其機制為miR-31通過下調RUNX2的下游因子成骨轉錄因子Osterix和SATB2來抑制成骨分化[12]。范德生等[13]通過糖尿病小鼠建模，發現糖尿病微環境下小鼠來源間充質干細胞miR-31表達升高，其成骨分化能力降低。此外，miR-31通過直接靶向C-X-C基序趨化因子配體12促進軟骨細胞增殖活力和遷移，他們發現骨關節炎患者軟骨組織中miR-31表達下調[14]。Weilner等[15]證明了miR-31在老年人和骨質疏松病人血漿中水平升高，內皮細胞miR-31通過擊落靶點Frizzled-3來抑制成骨分化。文良華等[16]通過對大鼠骨關節炎造模發現miR-31-5p mimics促進軟骨細胞增殖，而miR-31-5p inhibitor誘導軟骨細胞凋亡增加，得出結論miR-31-5p下調表達介導骨關節炎軟骨細胞增殖受限和凋亡發生，可能參與骨關節炎的發病。Lei等[17]證明miR-31通過靶向Satb2參與高血糖抑制人牙周膜干細胞成骨分化。劉亞東等[18]發現上調miR-31表達可通過抑制晚期糖基化終末產物(AGEs)誘導的細胞凋亡、炎癥反應和氧化應激起到保護軟骨細胞損傷的作用。以上研究證明miRNA與干細胞的成骨分化有關，miR-31可以抑制成骨活性。

2 MiR-31與抗炎

MiR-31與炎癥有著密切關系。MiR-31通過下調PKD1和JAK/STAT3通路減輕炎癥反應以及氧化應激誘導的IS小鼠神經元損傷[19]。馬瑩等[20]分別用聚合酶鏈反應技術和流式細胞儀檢測受試者血清miR-31表達水平，血清腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細胞介素6(IL-6)和細胞間黏附分子1(ICAM-1)水平，發現miR-31的表達與炎癥因子TNF-α、IL-6、ICAM-1呈負相關。MiR-31高表達通過阻止炎性細胞因子受體(Il7R和Il17RA)和信號蛋白(GP130)的表達，減輕小鼠結腸上皮細胞的炎癥反應，miR-31還可通過調節WNT和Hippo通路促進上皮再生。Shi等[21]通過分析結腸活檢樣本發現miR-31在炎癥性腸病和結腸炎相關腫瘤患者的腸道組織中水平升高，并通過干預患有結腸炎的小鼠得出miR-31可通過抑制炎癥細胞因子受體IL-17R和信號蛋白GP130降低小鼠結腸上皮的炎癥反應，miR-31在傷口愈合從炎癥到上皮化階段的轉變過程中是一種重要的細胞自主性介質，提示miR-31也具有抗炎的潛力。但是Simon等[22]發現miR-31可阻斷胸腺基質淋巴細胞生成素(TSLP)在促進潰瘍性結腸炎(UC)黏膜愈合和調節炎癥方面發揮作用，通過熒光素酶測定表明miR-31直接靶向黏膜浸潤CD4+T細胞中的胸腺基質淋巴細胞生成素，減少TSLP mRNA表達和蛋白質分泌，促進潰瘍性結腸炎的發展。王飛等[23]證明miR-31在支氣管哮喘患兒及支氣管哮喘小鼠模型中表達顯著升高，miR-31模擬物可以升高哮喘小鼠肺組織TNF-α與IL-6的蛋白表達，上調哮喘小鼠的氣道炎癥。MiR-31與炎癥因子關系十分復雜，它既能抑制炎癥因子的表達，也能上調炎癥。

3 MiR-31與血管再生

MiR-31在血管再生中發揮重要作用。有研究[24]證明牙髓血管再生與炎癥、低氧等微環境有關，年輕恒牙髓腔、有生長因子或趨化因子植入的髓腔更容易誘導牙髓血管再生。缺氧誘導因子1通路是血管生成的主要調節因子，也是是低氧條件下反應的關鍵轉錄介質，可介導很多促血管生成因子表達，從而促進牙髓血管生成[25]。研究[26]發現經慢病毒轉染低氧誘導因子1的牙髓間充質干細胞來源外泌體miR-31可以促進血管內皮細胞生成血管，低氧誘導因子1α通過該種外泌體增強了配體Jagged 1介導的血管生成。MiR-31通過調控血管內皮生長因子(VEGF)的表達，促進血管新生[27]。Xian等[28]從牙髓細胞中分離并鑒定了外泌體，表明牙髓細胞衍生的外泌體(DPC-Exos)促進了人臍靜脈內皮細胞(HUVEC)增殖、促血管生成因子表達，另外抑制p38絲裂原活化蛋白激酶激活增強了DPC-Exos刺激的腎小管形態發生，證明牙髓源性外泌體能促進血管生成因子表達和成血管作用。Kang等[29]發現miR-31能促進人臍靜脈內皮細胞管樣結構形成及細胞遷移，逆轉脂肪干細胞微泡的促進細胞管樣結構形成及細胞遷移，而且還能促進小鼠主動脈環微血管的生長，小鼠基質金屬栓的血管形成，并證明缺氧誘導因子-1的抑制因子(FIH1)是miR-31的靶基因，表明脂肪干細胞通過miR-31的微泡轉運誘導血管生成。

4 MiR-31與腫瘤

Yu等[30]研究證明，miR-31通過抑制BAP1蛋白促進肺癌細胞的增殖，促進腫瘤的生長。Kent等[31]研究表明，癌基因KRAS可以通過miR-31介導的RASAI調控激活Rho蛋白，表明miR-31作為KRAS效應器調節胰腺癌的侵襲和遷移，miR-31的高表達可顯著增強胰腺癌的惡性生長。此外，miR-31通過異常激活Wnt/β-catenin信號通路，促進結腸癌的侵襲、遷移[32]。MiR-31的促腫瘤作用表明其可作為治療腫瘤的新靶點。Lv等[33]證明miR-31通過調節PrlrIStat5、TGFB和Wnt1B-catenin等多種信號通路，尤其是直接靶向Wnt拮抗劑，實現乳腺腫瘤的發生。而鄭書賢等[34]證明miR-31靶向結合Dock180蛋白，且miR-31表達與Dock180蛋白表達呈負相關，miR-31可通過結合Dock180抑制乳腺癌細胞的侵襲。這表明miR-31在腫瘤微環境中的作用機制決定腫瘤的發生發展。朝樂孟等[35]證明miR-31通過靶向PAX9基因抑制骨肉瘤細胞增殖和促進骨肉瘤細胞凋亡，miR-31和PAX9可作為骨肉瘤治療的潛在靶點。除此之外，Yu等[36]發現在肺腺癌患者中檢測到更高水平的循環外泌體miR-31-5p，尤其是在轉移性疾病患者中，外泌體miR-31-5p可通過負調節SATB2逆轉上皮間質轉化(EMT)和激活MEK/ERK信號促進肺腺癌轉移，外泌體miR-31-5p在肺腺癌進展中發揮關鍵作用，可作為肺腺癌的診斷生物標志物。

腫瘤源性外泌體(tumor-derived exosomes，TEXs)是由腫瘤細胞分泌的外泌體，攜帶與腫瘤相關的多種生物分子，可作為腫瘤早期診斷的特異性標志物。李泰明等[37]研究通過構建能夠融合表達近紅外熒光蛋白(near-infrared fluorescent protein，iRFP)和外泌體標志性蛋白CD63的質粒載體，分離提純出近紅外熒光蛋白iRFP682標記的外泌體，因為近紅外熒光蛋白在體內體外示蹤的優越性，構建的基因工程化細胞株能夠穩定分泌近紅外標記外泌體，可用做乳腺癌腫瘤微環境體內體外研究的新型生物標記物，為乳腺癌的早期診斷、治療提供有力支持。

5 總 結

綜上所述，隨著對miR-31的深入研究，miR-31的相關功能和機制不斷被發現。MiR-31在抗炎、血管再生、成骨、調節腫瘤生長和轉移中具有重要作用，表現出極大的應用前景。但外泌體的研究還處于起步階段，為加速外泌體在臨床治療的應用，不僅需要提高外泌體提取技術的敏感性和特異性，還需在大量的患者群體樣本中進行外泌體研究，這將有助于人們更加充分了解外泌體的生物功能和調控機制，為今后臨床疾病的治療提供理論依據與實踐指導。