microRNA在特應性皮炎發病機制中的作用*

鄧皓月綜述黎靜宜審校

(四川大學華西醫院皮膚性病科,四川 成都 610041)

特應性皮炎(Atopic dermatitis,AD)是一種慢性、復發性、炎癥性皮膚疾病,以皮膚干燥、明顯瘙癢、濕疹樣皮損為主要特征,患者常伴有鼻炎、支氣管哮喘等過敏性疾病的個人史或家族史,嚴重影響患者的生活質量、心理健康及社會功能。各年齡段均可發病,約15%～25%的兒童和1%～10%的成人罹患AD,且患病率在近十幾年間逐漸增高[1-2]。目前AD的病因和發病機制尚未完全明確,研究報道與遺傳易感性、皮膚屏障功能障礙、自身免疫失調、環境變化、皮膚微生物群異常等多因素相關[3-4]。microRNA(MiRNA)是一類高度保守的非編碼單鏈RNA分子,含19～25個核苷酸,廣泛存在于組織、細胞及體液中,可與mRNAs的3′UTR區結合,參與轉錄后基因表達調控[5],影響細胞的生長、分化、凋亡和信號轉導,以改變細胞功能、調節信號通路、控制炎癥介質釋放等方式參與AD的發生與發展(表1)。本文就microRNA在AD發病機制中的作用進行綜述,為AD的研究提供新思路。

表1 microRNA在特應性皮炎中的作用

1 microRNA失調抑制角質形成細胞(Keratinocyte,KC)增殖

皮膚是人體最大的器官,由外向內包含表皮、真皮及皮下組織,具有屏障、免疫、感覺、體溫調節等作用[6]。皮膚屏障的建立與角質形成細胞和細胞間脂質密切相關,皮膚炎癥反應和病理改變常與表皮屏障功能異常有關[7]。表皮由角質形成細胞、朗格漢斯細胞、黑素細胞、梅克爾細胞等構成,其中角質形成細胞是主要構成細胞,它通過橋粒進行緊密連接,在分化過程中產生角蛋白和抗菌肽,與細胞間脂質共同維護皮膚屏障,減少水分流失,防護各種損傷刺激和病原微生物的入侵,釋放相關蛋白質修復皮膚損傷[8]。

相關研究[9-10]提示,當microRNA表達失調,角質形成細胞出現增殖異常,表皮屏障功能直接受損,進一步引發AD。Vaher等[9]收集了10例AD患者的健康皮膚和病變皮膚組織,測定AD患者皮膚KC中microRNA的表達,發現與對照組相比,AD組健康和病變皮膚中miR-10a-5p均顯著上調,在增殖的KC中表達更高。研究證實透明質酸合酶3(HAS3)是miR-10a-5p新的靶點,miR-10a-5p通過抑制HAS3在內的多個靶基因來抑制KC增殖。Meng等[10]測序發現AD患兒血漿中有3種上調的microRNA(hsa-let-7d-5p、hsa-miR-330-3p和 hsa-miR-744-5p)和兩種下調的microRNA(hsa-miR-194-5p和hsa-miR-184),其中hsa-miR-194-5p下調最明顯。hsa-miR-194-5p可直接靶向HS3ST2基因,抑制KC增殖,破壞皮膚屏障的建立,HS3ST2在hsa-miR-194-5p過表達后下調,提示hsa-miR-194-5p可能通過調節HS3ST2基因表達參與AD發病。

2 microRNA調節T細胞分化

T淋巴細胞是機體重要的免疫細胞,包括輔助性T細胞(Helper T cells,Th)、效應T細胞(Effector T cells)、調節性T細胞(Regulatory T cells ,Treg)等不同亞群,廣泛參與自身免疫性、過敏性、炎癥性疾病的發生。目前認為Th17細胞可在IL-1、IL-6、IL-23、TGF-β等因子的誘導或過敏原刺激下由初始CD4+T細胞分化形成,并與Th1細胞、Th2細胞、Th22細胞、Treg細胞形成平衡機制,共同調節皮膚免疫,參與AD發病[11-12]。

microRNA可通過調節Th17細胞的功能和分化,影響IL-17、IL-22等相關細胞因子的表達,參與皮膚炎癥反應[13]。Ma等[14]研究發現AD患者外周血CD4+T細胞和皮膚標本中miR-155、IL-17mRNA表達升高以及細胞因子信號轉導抑制因子-1(SOCS1)表達降低,AD患者miR-155表達與Th17細胞百分比、IL-17 mRNA表達、病情嚴重程度均呈正相關,與SOCS1表達呈負相關,SOCS1是JAK/STAT信號通路中負向調節Th17淋巴細胞分化的因子,研究提示上調miR-155可能靶向抑制SOCS1促進Th17細胞分化參與皮膚炎癥的發生。K?rner等[15]在人外周血單個核細胞中篩選IL-22/IL-17陽性T細胞,其中IL-22/IL-17雙陽性T細胞顯著高表達miR323-3p,miR323-3p可靶向TGF-β、STAT3等途徑的多個基因調節Th17細胞分化和效應功能,抑制IL-22表達,改善皮膚炎癥反應。Bergallo等[16]檢測發現AD患兒血液miR-155、叉頭樣轉錄因子3(FOXP3)mRNA表達增高,Th17/Treg比值顯著降低;另有研究[17]顯示經過常規治療后,病情緩解的AD患者外周血CD4+CD25+FOXP3+Treg細胞計數和比例顯著降低,并與病情嚴重程度明顯相關,FOXP3是轉錄調控因子和Treg細胞的標志性分子, 可通過調節Treg細胞的發育,影響其活性和功能[18],以上提示T細胞在AD發病機制中發揮免疫調節的作用,影響病情發展,miR-155和FOXP3表達上調可能抑制T細胞功能導致免疫失衡,推測miR-155可能與T細胞分化存在一定關系。

3 microRNA參與細胞信號通路

信號通路轉導正常是維持細胞生理功能的關鍵因素,信號通路異常不僅影響細胞的增殖、分化、代謝和凋亡,還可能導致免疫系統紊亂和機體的炎癥反應,從而引起各種自身免疫性和炎癥性疾病[19]。

microRNA與細胞信號通路相互作用,參與信號通路的協同調節,介導細胞間通訊,影響相應細胞功能,引發機體生理效應或病理改變[20]。Rebane等[21]發現miR-146a在AD患者的角質形成細胞和皮損中表達上調,并通過作用于白細胞介素1受體相關激酶(IRAK1)、趨化因子5(CCL5)等靶標阻斷NF-κB信號通路,抑制趨化因子、干擾素、泛素樣蛋白D等相關炎癥因子表達,從而減輕皮膚炎癥。Chang等[22]研究發現AD患者血液和皮膚中IL-32上調,IL-32促使HaCaT細胞中相關炎癥因子mRNA表達增加,并誘導小鼠模型的皮膚炎癥加重。IL-32可激活JAK1信號通路,促進下游基因磷酸化,增加miR-155表達,參與AD發病。Lee等[23]研究發現與野生型小鼠相比,IL-32γ轉基因AD小鼠皮損中IL-32γ表達下降,miR-205表達顯著降低,進一步實驗表明,IL-32γ抑制NF-kB信號通路的激活,提示IL-32γ可能通過調控NF-kB信號通路抑制miR-205的表達,減少皮損中炎癥細胞浸潤和相關因子的分泌。Yan等[24]發現AD皮膚模型中的miR-1294顯著降低,上調miR-1294可抑制AD樣皮膚損害,miR-1294可能通過靶向STAT3-NF-κB信號通路抑制皮膚氧化,促進屏障修復。Jia等[25]研究表明IL-13可激活HaCaT細胞中的雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號通路,抑制miR-143表達,并使絲聚蛋白等皮膚屏障相關蛋白表達缺失,在予以mTOR抑制劑—雷帕霉素后,miR-143水平上調,從而抑制皮膚免疫失衡,維護表皮屏障功能穩定,此研究證實miR-143參與mTOR信號通路以及該信號通路在AD發病機制中發揮作用。

4 microRNA調節皮膚免疫及炎癥反應

microRNA通過抑制mRNA翻譯或啟動降解來改變基因表達,調節細胞免疫活動,改變細胞生物學功能,其異常表達引發機體病理改變[26]。目前許多研究表明在AD患者的血液、病變皮膚組織等樣本中測定出多種microRNA的差異表達,microRNA失調引發皮膚免疫失衡和炎癥反應,促進AD發生發展,并與病情嚴重程度相關,這為其成為疾病診斷生物標志物和新型治療靶點提供了新思路[27]。

4.1 microRNA抑制靶基因促發炎癥反應 microRNA是轉錄后基因表達調控的關鍵因子,通過與靶基因結合,而直接抑制其表達,進而破壞免疫穩態,促進炎癥發生。Nousbeck等[28]發現AD患兒外周血單個核細胞miR-451a明顯下調,其靶基因白細胞介素6受體(IL-6R)和蛋白酶體亞基β-8 (PSMB8)上調,抑制miR-451a可使IL-6R、PSMB-8水平提高,導致自身免疫失調,促發炎癥。Wang等[29]發現AD小鼠模型表皮miR-155-5p表達明顯增加,其特異性靶點蛋白激酶抑制劑α(PKIα)顯著降低,炎性因子IL-4、IL-5、IL-9和IL-13顯著升高;而阻斷miR-155-5p的表達可使表皮PKIα升高,上述各炎性因子明顯降低,維持皮膚屏障功能的緊密連接蛋白增加,同時介導炎性反應的胸腺基質淋巴細胞生成素(TSLP)和促炎因子IL-33表達降低,從而抑制表皮炎癥反應及恢復皮膚屏障功能。Cheng等[30]提出miR-375-3p可以通過Yes相關蛋白1(YAP1)/淋巴上皮KazaI型抑制劑 (LEKTI)途徑減弱AD炎癥反應的假設。該研究發現上調miR-375-3p可顯著抑制HaCaT細胞活力,減少IL-1β、IL-6等炎癥因子的釋放,而YAP1過表達后,會增強HaCaT細胞活力,促進炎癥因子釋放以及降低LEKTI的水平,這提示miR-375-3p和YAP1的作用是相反的。在HaCaT細胞中,miR-375-3p通過特異性結合其3′-UTR直接靶向YAP1并抑制其表達,從而減少AD炎癥反應。上述研究提示針對microRNA的治療可能是減輕炎癥反應,改善皮膚免疫狀態,修復皮膚屏障損傷的抗炎治療新途徑。

4.2 microRNA失調促進Th2免疫反應 Th2免疫反應和2型細胞因子的產生是AD發病的關鍵機制和重要特征[31]。microRNA表達失調可使Th1/Th2失衡,誘發2型免疫反應,使IL-4、IL-13等2型細胞因子分泌增加,從而進一步介導AD的發生發展[32]。

Yan等[33]發現AD患者血清miR-146a表達顯著上調,Th1/Th2比率顯著降低,AD小鼠模型中同樣發現小鼠皮膚miR-146a上調和Th1/Th2比率降低,小鼠AD樣皮損可能與Th1/Th2失衡引發的2型炎癥反應相關,且研究顯示miR-146a上調可能是通過SUMO1介導Th2炎癥反應引起皮膚病變。Chen等[34]測序發現AD患者血漿和血細胞miR-151a均顯著上調。IL-12受體β2(IL-12RB2)是miR-151a新的靶點,miR-151a可抑制IL-12RB2表達,影響Th1細胞分化,減少Th1細胞因子分泌,引起Th1/Th2失衡,Th2相關細胞因子表達增加從而介導免疫反應。

4.3 microRNA失調促進炎癥因子分泌 許多炎癥因子分泌參與AD發病,microRNA可通過調控基因表達影響白細胞介素、干擾素、趨化因子等炎癥介質分泌而影響AD的發生發展。有研究[35]通過測定AD患者和健康對照者血液中miR-20a和miR-210的水平,發現AD組miR-20a和miR-210均高于對照組,miR-20a可抑制IFN-γ、CCL5、CCL8等炎癥因子分泌,miR-210可通過調節絲氨酸/蘇氨酸激酶2介導的NF-κB信號通路來抑制炎癥因子的產生[36],兩者上調均可能促進炎癥因子分泌,與AD病情嚴重程度相關。miR-124可靶向抑制P65降低病變皮膚中IL-8、CCL5、CCL8等下游炎癥因子水平實現免疫調節,Yang等[37]發現在AD患者病變皮膚中miR-124表達降低,P65、IL-8、CCL5和CCL8mRNA表達顯著上調, 可能促進了AD的發生發展。

4.4 microRNA活化血小板引發炎癥 血小板是成熟巨核細胞胞漿脫落后形成的無核細胞,不僅具有凝血、收縮血管、形成止血栓等功能,還參與腫瘤侵襲、感染、炎癥和免疫反應[38]。microRNA的表達失調可激活血小板,迅速釋放儲存于血小板內α顆粒中的各種介質,包括細胞因子、趨化因子、二磷酸腺苷、三磷酸腺苷以及血清素等,導致炎癥和免疫反應,參與AD的發病機制[38-42]。

有研究[39]發現重度AD患者血漿miR-223表達水平明顯高于輕度AD患者和對照組,同時發現miR-223表達水平與血清胸腺活化調節趨化因子(TARC)水平相關,TARC是評估AD嚴重程度的標志物[40],提示miR-223可能成為AD病情嚴重程度生物標志物。AD患者的血小板處于激活狀態,且激活程度與AD嚴重程度相關,有研究[41]發現,在予以抗血小板藥物抑制血小板活性后,受試者血漿microRNA水平下調,提示microRNA可能與血小板活化相關,因此考慮miR-223上調可能引起血小板活化,加重了AD炎癥表達。Maeno等[42]分析顯示重度AD患者血漿miR-24、miR-191水平均明顯高于輕中度患者和健康者,AD患者血漿miR-24、miR-191水平與其血清TARC水平高度相關,提示血漿miR-24和miR-191也可能作為判斷AD病情嚴重程度的標志物之一。同時研究發現AD患者血漿miR-24、miR-191水平與血漿PF-4、β-TG等血小板活化生物標志物之間具有高度相關性,提示血漿miR-24、miR-191水平可能與血小板活化有關,而活化的血小板可以通過分泌趨化因子促進局部炎癥進程而進一步加重AD病情[43]。

5 小結

AD正逐漸成為值得關注的社會性健康問題,研究者目前已經形成充分共識—AD是由遺傳、免疫、環境等多因素參與發病的慢性炎癥性皮膚病,患者常呈現為緩解—復發的病程特點,但是臨床常規治療方式難以讓大多數患者獲得病情持續緩解。microRNA通過上調或下調的異常表達參與AD的發病機制,其表達失調導致角質形成細胞出現異常增殖,損傷表皮屏障功能;調節T細胞的功能和分化,影響細胞因子的表達,參與皮膚炎癥反應;參與信號通路的協同調節和介導細胞間通訊,引發機體生理效應或病理改變;抑制靶基因表達而破壞免疫穩態,誘導Th1/Th2失衡而誘發2型免疫反應,活化血小板以分泌炎癥介質和趨化因子等引發皮膚免疫失衡、促進局部炎癥進程、進一步加重AD的發生和發展。microRNA不僅與AD病情嚴重程度具有相關性,而且具有成為新治療靶點的潛在價值。對microRNA與AD之間聯系的深入研究,可為AD的病因、診斷和治療提供新的思路和方法,以期更全面的揭示以AD為代表的炎癥性皮膚疾病的發展過程,最終能實現更高效的治療手段,提高患者的生活質量,減輕家庭和社會的醫療經濟負擔。