MicroRNA在口腔疾病中的研究进展

2018-9-14 10:09  来源:临床口腔医学杂志
作者:卢怡 彭友俭 阅读量:8858

    microRNA是长度为19~25个内源性小的非编码核糖核苷酸序列并调节靶RNA信使(mRNA)的翻译,已经成为基因表达的关键负转录后调控因子。microRNA是一个有吸引力的治疗靶点,由于其可以在血清,血浆,尿液和唾液样品中以相同物种个体之间稳定,以重复和一致的形式进行检测,可进一步用作临床诊断和疾病监测的生物标志物。microRNA在口腔疾病如牙周疾病,口腔扁平苔藓,口腔癌,牙髓根尖疾病,口腔正畸等遗传调控机制方面有重要作用。下面就microRNA在口腔疾病中最新进展作一综述。

    1.microRNA介绍

    1.1microRNA结构

    microRNA是长度为19~25个内源性小的非编码核糖核苷酸序列并调节靶RNA信使(mRNA)的翻译,作为内源表观遗传学基因表达调节剂。研究表明它们可以组合的方式调节大约30%的蛋白质编码基因的表达。第一个被描述的microRNA(LIN-4)和其调节功能在1993年由维克托·安布罗斯和加里·鲁维昆研究秀丽隐杆线虫中报道。目前为止,已经鉴定出223个种类中的35828个miRNA,其中包括人类中的数千个。已经成为基因表达的关键负转录后调控因子。

    1.2microRNA发生

    miRNA生物发生是pri-miRNA依次切割以首先产生premiRNA的过程,其先后切割以产生成熟miRNA。该过程开始于核,其中pri-miRNA由RNA聚合酶II转录。pri-miRNA是具有5'-cap和3'-poly-A尾部的初级转录物,其包含编码miRNA序列的局部发夹结构。由Drosha和DiGeorge综合征染色体区域8(DGCR8)组成的微处理器复合体随后切割pri-miRNA以产生前体miRNA。然后通过Exportin-5将pre-miRNA从细胞核输出到细胞质。一旦进入细胞质,pre-miRNA被称为Dicer的内切核糖核酸进一步切割成18~25个核苷酸长双链RNA(dsRNA)。将该发夹双链体的一条链装载到Argonaute(AGO)蛋白中以形成RNA诱导的沉默复合物(RISC),与RISC并入的成熟miRNA能够通过碱基配对靶向mRNA。

    1.3microRNA功能

    microRNA5'末端中的6个核苷酸被称为“种子序列”,可以特异性结合目标信使RNA(mRNA)的3'UTR,将其靶向降解或翻译调控。大多数miRNA通过基因沉默机制影响基因表达,包括通过RISC的mRNA切割和翻译抑制。miRNA在RNA干扰介导的转录后基因调控被认为是正常的细胞生理学不可避免的,为转录后水平调节基因表达提供了有效途径。microRNA可以抑制信使mRNA翻译,稳定或诱导其降解,在发育和细胞稳态过程中发挥关键作用。其调节遗传表达并参与细胞功能的控制(上皮与间质转化分化,增殖,凋亡和代谢)。

    microRNA参与肿瘤发生和心血管功能,癌症,糖尿病,口腔疾病,肥胖症和神经障碍等各种疾病中的作用。近年来,miRNA已经成为涉及复杂生理事件的交叉协调和功能整合的许多复杂生物过程的调节剂。

    1.4microRNA调控原则

    miRNA在不同细胞,组织或疾病中的表达和功能可能显示异质性,这表明miRNA和靶mRNA的复杂调控机制。首先,每个miRNA可以作用于许多靶mRNA。其次,单个mRNA通常由多个miRNA靶向,这允许巨大的组合复杂性和调节潜力。而且,计算预测的miRNA/mRNA靶标不一定限于特定的功能类别或生物学途径。最后,miRNA在开发和组织体内平衡的调控中可能主要负责“微调”基因表达。

    2.牙周疾病

    牙周病是全世界最常见的口腔疾病之一,多项研究表明microRNA在牙周病发病机理中有重要作用。牙周组织和牙周炎相关机制中的miRNA动力学已被广泛研究,然而,miRNA在牙周病中的作用尚待阐明。Kalea等报道了患牙周炎肥胖患者的牙龈组织miRNA谱与正常体重患者相比,显示出13个上调和22个下调的miRNA,并证实miR-200b靶基因参与伤口愈合和血管生成相关的生物学途径。Du等研究了在牙龈卟啉单胞菌处理的PDLC(人牙周膜细胞)中鉴定了22个上调和28个下调的miRNA,可来增加对miRNA作为LPS诱导的牙周炎的关键调节剂的作用的理解。

    有文献显示牙龈卟啉单胞菌诱导的miR-132可通过调节肿瘤坏死因子TNFα调控牙周炎的发病机制。而另项研究表示miR-142也通过靶向BACH2介导TNF-α诱导人牙龈上皮细胞凋亡,可能代表牙周炎的潜在治疗靶点。最近一项研究中牙周炎大鼠模型提供了牙周韧带祖细胞中促炎因子和miR-138表达之间直接关系的证据,建立了miR-138调节炎症条件下牙周矿质稳态的潜在机制,提示miR-138抑制剂可作为预防与晚期牙周病有关的骨丢失的潜在治疗剂。

    Jiang等研究显示miR-146a在牙龈卟啉单胞菌多糖刺激后对人牙周膜细胞中促炎细胞因子分泌的调节发挥负反馈作用。Tomofuji等提出了血清miRNA(miR-207,miR-495和miR-376b-3p)可能是牙周炎的有价值的生物标志物,并提出牙周炎中miRNAs的变化可能反映牙周组织破坏的进展,而不是牙周炎的发生。有研究评估慢性牙周炎患者miR-146a和miR-196a2基因组单核苷酸多态性(SNP)的关联。Nayar等研究是第一个显示原发性牙周感染可以改变次级部位如唾液腺和胰腺等的miRNA谱,研究突出了牙周病,糖尿病和干燥综合征之间的复杂关联。

    3.扁平苔藓

    口腔扁平苔藓(OLP)是口腔黏膜内皮的慢性炎性疾病,病因不明。口腔扁平苔藓被分类为具有相当大的恶性转化风险的“潜在癌前疾病”,因此需要定期监测。Byun等研究了口腔扁平苔藓唾液外泌体的潜在miRNA生物标志物,鉴定的3个miRNA(miR-4484,miR-1246和miR-1290)提供了miRNA在口腔炎症发病机理中的作用。Liu等研究鉴定出靶向SRGAP2和VAMP4的miR-362可能是调节OLP的潜在风险miRNA。同时,还对差异表达基因(DEGs)和差异表达miRNA(DEM)之间的潜在监管关系进行了调查。

    Shen等首次报道,miR-562和miR-203的异常表达水平与IL-22的高表达相关,表明IL-22及其靶向miRNA有助于OLP发病机制的研究。有研究提出OLP患者血浆样本中HCMV(人类巨细胞病毒)编码的miRNA的表达谱与正常对照组不同。有研究显示miR-138的下调增加了细胞周期蛋白D1在OLP黏膜中的表达,这可能在疾病发病中起关键作用。Wang等证实了LPS诱导的OLP模型中miR-125b通过PI3K/Akt/mTOR途径靶向MMP-2表达,抑制角质形成细胞增殖并促进角化细胞凋亡,表明miR-125b是OLP治疗的潜在治疗靶点。

    4.口腔鳞状细胞癌

    口腔鳞状细胞癌(OSCC)是常见恶性肿瘤。过去几十年没有诊断和治疗的实质性改善。以往研究已证明,异常表达的癌症相关microRNA可能与OSCC的发生和发展相关。一项研究显示miR-200C-3P在口腔鳞状细胞癌的微环境具有潜在传播侵袭力。有文献分析30例OSCC调查miRNA表达与临床肿瘤参数的相关性,miR-99,miR-224和miR-205在肿瘤中不同表达,表明其可能作为生物标志物。

    Yang等报道miR-381-3p在OSCC中下调,通过抑制FGFR2作为肿瘤生长抑制剂起作用,新发现的miR-381-3p/FGFR2提供了对口腔癌发生机制的了解,并为OSCC提供了潜在的治疗靶点。最近研究显示miR-486-3p,miR-139-5p和miR-21的特异性组合可以在区分TSCC和非癌组织样品中达到最佳结果,可能导致早期发现和预防口腔癌。Zhou等发现miR-221/222可能下调OSCC细胞中PTEN(同源张力蛋白)的表达,为OSCC肿瘤发生的潜在机制提供了新的见解。另有研究报道miRNA-375通过靶向胰岛素样生长因子1受体IGF-1R抑制生长并增强OSCC细胞的放射敏感性,表明miR-375可能是OSCC患者的潜在治疗靶标。

    5.牙髓根尖周疾病

    microRNA在牙髓根尖周疾病的作用近年研究增多。Wang等研究在老年人和年轻人中发现人类牙髓细胞中发现miRNA的表达差异,miR-433被认为是促进老化牙髓细胞再生和修复能力的潜在目标。Yue等发现在根尖病变和人牙周膜成纤维细胞炎症之间的不同miRNA表达谱。此外,miR-155可能通过外来体介导的递送成为治疗根尖病变靶点。一项研究提出miR-335-5p可能通过直接靶向与炎症和骨破坏高度相关的uPAR和RANKL在根尖周炎中起双重作用,miR-335-5p可能是根尖病变的潜在治疗靶点。这些发现为进一步对牙髓病变发病机理研究的新见解,且可能确定未来相关研究的潜在治疗靶点。

    6.其他

    Chen等小鼠体内研究表明牙周miR-21在牙齿运动期间对正畸力和牙周炎症敏感,调节了正畸牙运动后人牙周膜干细胞的成骨。研究提出miR-29家族作为矫正牙齿运动期间牙槽骨重建中牙周细胞外基质稳态调节剂的可能作用。Schoen等比较了来自腭裂患者和年龄匹配对照的腭成纤维细胞中的miRNA表达,需要大规模的基因组和表达研究来验证其发现。高和低口腔健康生活质量的唾液miRNA谱研究,表明miR-203a-3p在唾液中的表达可以反映口腔生活质量。

    7.前景展望

    microRNA在生物液体如血清,血浆和唾液,龈沟液中的稳定性使其成为有潜力的非侵入性生物标志物。miRNA不仅具有实验性或诊断价值,而且具有治疗疾病,包括口腔疾病的巨大潜力。作为治疗学,个体miRNA可以靶向若干基因并影响多个调节网络,而miRNA或其拮抗剂的组合可用于调节相同信号传导途径的几个成员,影响许多生物级联,证明miRNA的转录后调控的重要性和复杂性,这些研究为潜在的治疗提供了基础。然而,应进一步调查miRNA和细胞内信号之间的转导和通讯途径不同miRNAs的直接和间接目标,在特定组织类型中找到其真实目标,并确定精确的表达模式是开发有效和实用的治疗方法所必需的。与疾病相关的miRNA的下调或拮抗,以及模仿内源性有益miRNA的外源miRNA的施用。另一方面,增加组织特异性miRNA表达的miRNA诱导剂的给药可能是治疗相关疾病的替代方法,但仍有巨大挑战。但未来几年将会看到基于miRNA疗法的发展,在动物模型中测试安全性和有效性后,可用于治疗代谢,自身免疫和退行性疾病,癌症和许多其他特征的病症。

编辑: 陆美凤

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