MicroRNA在腸易激綜合征中的研究現狀

王 楷宋 瑋廖晨希侯雨君楊雨晴李 瑛周思遠*

(1.成都中醫藥大學 針灸推拿學院,成都 610075;2.成都中醫藥大學 基礎醫學院,成都 610075)

腸易激綜合征(irritable bowel syndrome,IBS)是一種常見的功能性胃腸道疾病,表現為反復發作的腹痛,與排便相關或伴隨排便習慣改變,典型的排便習慣異常表現為便秘和(或)腹瀉。其診斷主要依靠臨床癥狀,并排除其他器質性病變。在臨床上主要分為四型:便秘型腸易激綜合征(IBS-C)、腹瀉型腸易激綜合征(IBS-D)、混合型腸易激綜合征(IBS-M),不定型腸易激綜合征(IBS-U)[1-3]。MicroRNA(miRNA)參與調控多種生理過程,研究發現在IBS患者的結腸組織、外周血中相關miRNA表達異常,研究證實miRNA對IBS的腸道微態[4]、內臟高敏反應、腸道免疫功能有關。miRNA參與調節腸黏膜的通透性,如miR-212[5]、miR-29a[6];miRNA參與IBS內臟高敏反應,如miR-24通過抑制5-HT選擇性再攝取蛋白(SERT)表達,降低腸道5-羥色胺再攝取,加重內臟高敏反應[7]。

1 miRNA的形成、結構和功能

miRNA是一類長度約20～22個核苷酸組成的小分子單鏈RNA,屬于非編碼基因,以序列特異性的方式調控基因轉錄后的表達。第一個miRNA于1993年在秀麗隱桿線蟲中發現[8],然而miRNA的一般調控功能直到2001年才得到充分認識[9-11]。大多數miRNA基因首先在細胞核內被RNA聚合酶Ⅱ(Pol II)轉錄成初期miRNA(pri-miRNA)。在細胞核內,RNA結合蛋白DGCR8結合Drosha(核糖核酸酶Ⅲ)形成微處理器復合物,pri-miRNA被加工成前體miRNA(pre-miRNA),一種長60～70 nt的含莖環的發夾狀結構。pre-miRNA由exportin-5(XPO5)從細胞核主動轉運到細胞質中,再由核糖核酸酶Dicer1加工去除莖環,形成短的雙鏈miRNA。成熟雙鏈miRNA的一條導向鏈被載入miRNA誘導的沉默復合體(miRISC),通過序列互補結合引導miRISC靶向mRNAs,另一條鏈則被降解。成熟的miRNA通過與靶mRNA的3’-非編碼區(3’-UTR)完全或部分序列互補結合,靶向mRNA翻譯障礙或某種程度的降解[12],參與調控關鍵生物學過程,包括發育、分化、凋亡和增殖等。研究發現至少有30%的哺乳動物的蛋白質編碼基因受到miRNA的調控[13]。

2 miRNA與腸道穩態

腸道穩態是宿主(腸道粘膜和免疫屏障)、腸道內環境(包括腸道菌群)、營養和代謝產物等相互作用所構成的動態平衡狀態,受到環境因素、飲食習慣等影響[14]。IBS患者的腸道穩態失調與腸道菌群、粘膜屏障、免疫屏障的調控有關。表1總結了部分miRNA參與調節腸道穩態的方式。

表1 部分miRNA與IBS腸道穩態的關系Table 1 Relationship between some miRNAs and intestinal homeostasis of IBS

2.1 miRNA與IBS腸道菌群

腸道菌群的定性或定量變化導致微生態失衡,這有助于病原菌的進入并附著在腸上皮細胞壁上[15]。腸道菌群失調影響miRNA表達,研究者分別選取了20名IBS-C、18名IBS-D、32名IBS-M共70例IBS患者,20例健康者作為對照組,對比各組的血清miR-199b和腸道菌群數量,發現大腸菌群計數增加,不同亞型患者血清miR-199b表達水平均明顯下降,腹瀉型IBS最低,結果顯示IBS患者的腸道菌群計數與血清miR-199b表達水平呈負相關[4]。

2.2 miRNA與IBS腸黏膜通透性

腸道粘膜屏障屬于物理屏障,是腸道屏障的第一道防線,其主要是由上皮細胞以及細胞間的緊密連接(TJs)構成。腸黏膜屏障的完整性受到破壞導致通透性增加,會促進食物或微生物抗原進入腸粘膜,從而刺激粘膜免疫系統。患有IBS的人群顯示出更高數目的粘膜免疫細胞,特別是活化的肥大細胞增加。這些細胞釋放的生物活性介質(包括蛋白酶,組胺和類前列腺素)加重通透性功能障礙,并導致感覺神經元的激活和敏化,從而導致異常的腹痛和腸道習慣的改變[16]。谷氨酰胺在動物和人的腸道屏障功能維護中起著至關重要的作用,其缺失會導致絨毛萎縮、TJs蛋白表達減少和腸道通透性增加。Zhou等[6]的研究發現miR-29a可以通過翻譯抑制下調谷氨酰胺合成酶(GLUL)來調節腸道通透性。miR-29a和GLUL的3’-UTR之間具有良好的互補性,二者結合后抑制GLUL的表達,谷氨酰胺合成減少,最終導致腸粘膜通透性增加。Martinez等[17]研究發現,IBS-D患者小腸組織中的miR-125b-5p和miR-16表達下調,通過靶向TJs基因CGN(cingulin)和CLDN2(claudin-2),使CGN和CLDN2蛋白高表達,調節TJs結構從而導致腸粘膜通透性增加。Hou等[18]在IBS-D大鼠模型中鑒定出8個上調的miRNA和18個下調的miRNA。其中,miR-144明顯上調并導致緊密鏈接蛋白occludin(OCLN)和閉鎖小帶蛋白1(ZO1)表達下調。表明miR-144通過靶向OCLN和ZO1增加IBS-D大鼠的腸通透性。

2.3 miRNA參與IBS內臟高敏

Zhou等[19-20]通過研究表明IBS伴內臟痛的患者結腸miR-199a/b降低,并與結腸辣椒素受體(TRPV1)表達增加和內臟痛評分直接相關[21-22],TRPV1是啟動并保持IBS內臟高敏感性的關鍵因子[23],辣椒素、H+、傷害性熱刺激(＞43℃)可以激活TRPV1,使機體產生痛覺過敏和病理性疼痛。5-羥色胺(5-HT)與胃腸道功能及內臟感覺關系密切,人體內約90%的5-HT是腸嗜鉻細胞(EC)合成,通過與不同的5-HT受體相互作用發揮不同的功能。5-HT通過刺激位于內臟和迷走神經纖維兩者的初級傳入神經元上的5-HT受體,調節運動和感覺,從而參與內臟敏感性的調節[24];5-HT選擇性再攝取蛋白(SERT)是一種跨膜轉運蛋白,對5-HT有高度親和力,可以從細胞外重攝取5-HT進入細胞內,起到降低腸腔內5-HT濃度的作用。研究發現miR-24在IBS患者及大鼠模型中上調[25],SERT表達降低。SERT是miR-24的潛在靶基因,miR-24通過抑制SERT表達,達到5-HT再攝取降低,從而使腸道5-HT水平升高,導致IBS的發生和加重。使用miR-24抑制劑治療IBS大鼠,發現SERT表達增加,大鼠的近端結腸疼痛閾和傷害性閾值增高,骨髓過氧化酶活性降低,確定了miR-24參與了內臟超敏反應。Hou等[26]測定了IBS-D大鼠模型結腸遠端的miRNA的表達,發現miR-200a的上調最顯著,同時伴有大麻素受體1(CNR1)和SERT表達下調,miR-200a模擬物能夠顯著抑制CNR1和SERT的表達,該研究提示miR-200a可能是通過抑制CNR1和SERT的表達而引起內臟高敏反應。另有研究表明,miR-510參與調節5-HT3受體基因中的亞型HTR3E的表達,首次證實了女性IBS-D患者可能與miR-510調控HTR3E有關,HTR3E的表達增加可能會影響神經信號或誘發一些女性IBS-D相關的癥狀[7]。研究表明,miR-29a可能通過靶向5-HT7受體(HTR7)調節IBS的內臟痛覺過敏。通過對比IBS患者與健康人對比發現miR-29a在IBS中顯著上調,HTR7水平降低,而通過避水應激誘導的內臟高敏IBS小鼠中觀察到同樣的現象,再敲除內臟高敏小鼠的miR-29a,發現HTR7顯著上調及內臟高敏減弱[27]。表2總結了部分miRNA與IBS內臟高敏的關系。

表2 部分miRNA與IBS內臟高敏的關系Table 2 Relationship between partial miRNA and visceral hypersensitivity of IBS

2.4 miRNA調控IBS腸道低度炎癥

腸道低度炎癥既是IBS的常見病理改變,又是引起腸粘膜通透性增加、腸道免疫激活的原因。感染性胃腸炎是IBS的常見誘因,一項系統評價與薈萃分析報告中顯示,由于胃腸道感染后腸道存在慢性低度炎癥,感染性胃腸炎后IBS的發生風險增加了6倍[28],對IBS患者臨床調研發現,約1/3的患者有過胃腸道感染史。研究人員發現,在IBS大鼠中miR-181c-5p降低而IL-1α升高,miR-181c-5p可以靶向并抑制IL-1α的表達,同時模型大鼠的AWR和Bristol糞便等級升高,隨著miR-181c-5p的過表達或IL-1α的降低,TNF-α,IL-2和IL-6的表達降低。這項研究表明,過度表達的miR-181c-5p可以抑制IL-1α生成,從而降低IBS腸粘膜的炎癥分級。miR-181c-5p/IL-1α有 望 成 為 治 療IBS的 新靶標[29]。

3 miRNA在IBS診斷與治療中的研究

miRNA的異常表達可以作為疾病診斷的生物標記物。有研究者發現在腸粘膜通透性增加的患者中,外泌體和小腸、結腸組織中miR-29a的表達高于正常對照組3倍以上[30];外泌體是大多數細胞在凋亡或活化過程中釋放的被膜覆蓋的細胞碎片[31],是細胞與細胞間傳遞信息的一種物質,也是循環miRNA的重要載體。外泌體膜保護作用可有效減少miRNA被降解,因此外泌體miRNA成為新的研究熱點,這可能是未來診斷和治療IBS的新途徑,以期推動該病研究的的發展[32]。Zhou等[33]發現IBS-D患者的腸組織的miR-29a/b水平升高,但CLDN1和核因子-κB抑制因子(NKRF)水平降低,通過敲除大鼠的miR-29族基因,發現腸道通透性增加得到逆轉,因此認為,通過沉默miR-29族基因上調了CLDN1和核因子κB抑制因子(NKRF)從而恢復腸道通透性,這可能成為改善慢性胃腸道癥狀的創新靶點和治療方法。基于PKIB是miR-495的靶基因,并在IBS-D大鼠中高表達,Fei等[34]發現miR-495的過表達可以通過下調PKIB抑制PI3K/AKT信號通路,從而降低IBS-D的內臟敏感性,這表明miR-495是治療IBS-D的潛在靶標。現有研究對人類基因組的單核苷酸多態性的分析證實miRNA結合位點具有多態性[35];調節位點的非編碼變異比編碼區域變異更可能與疾病相關[36];與疾病相關的變異也可能會干擾miRNA的功能[37]。這說明了非編碼區可能是病理學的熱點,其表現出來的個體差異,可用于量身定制治療方案。研究人員通過實驗證明壓力等急性應激可以引起健康人發生類似IBS的反應,并誘導miR-125b-5p和miR-145-5p顯著下降,與IBS患者發生類似但不相同的miRNA介導的腸道屏障功能的調節[38],這個發現有望應用在IBS的預防上。

4 展望

IBS是常見的功能性胃腸疾病,以反復發作的腹痛為主要臨床特征,嚴重影響患者的生活質量及心理狀態。IBS是在環境、社會、心理、遺傳等多因素作用引起的一種功能失調性胃腸病。IBS的機制較復雜,目前多數專家認為IBS的發病是多種因素導致“腦-腸軸”功能異常,從而導致不同的病理改變,產生相應的臨床癥狀。由此引起的病理機制包括腸道微態的改變、腸粘膜通透性增加、內臟高敏反應等[39],且各個病理機制之間可以互為因果,這就造成患者體內的病理機制不是單一的。

隨著研究的深入,miRNA在IBS中的機制將得到進一步闡明。IBS是一種以臨床癥狀為診斷基礎的疾病,加上該病與多種疾病癥狀表現的重疊,這會導致一部分患者漏診、誤診。一項研究表明,約50%的符合羅馬Ⅲ標準的IBS患者不能完全符合羅馬Ⅳ的標準診斷,提示羅馬Ⅳ標準對IBS的診斷率明顯降低[40]。目前IBS的診斷缺乏客觀的診斷標準。以miRNA作為IBS的特異性標志物具有診斷IBS的前景。miRNA在IBS的發生發展過程中起著不同程度的影響,部分治療措施可能通過靶向miRNA調節腸道通透性、腸道菌群等達到治療IBS的效果。現有醫學方法的局限性多表現為一種藥物應用于多個個體表現出來的不良反應,miRNA的多樣性為個體化治療指明了方向[41],以miRNA為載體或靶點的新藥物有望成為治療IBS的特效藥物,并且可以根據個體定制。目前的研究雖然在IBS大鼠及人體內均發現表達異常的miRNA,但是是否能通過調節相應的miRNA獲得更大的臨床益處還無定論,且單一靶點的藥物可能無法同時緩解IBS排便異常和/或腹痛癥狀。