徐志炫 張國英

胎兒生長受限(fetal growth restriction,FGR)是一種常見的妊娠并發(fā)癥,在世界范圍內(nèi)是死產(chǎn)、新生兒死亡以及短期和長期新生兒疾病(腦室內(nèi)出血、支氣管肺發(fā)育不良、壞死性小腸結(jié)腸炎、感染、肺出血、體溫過低和低血糖)的主要原因[1]。胎兒的生長發(fā)育受母體情況(疾病、營養(yǎng)、身高、吸煙、藥物)、胎盤功能、宮內(nèi)感染及遺傳(非整倍體、微缺失微重復(fù)綜合征等)多因素的影響。近年來,越來越多的微小RNA(microRNA,miRNA)被發(fā)現(xiàn)與滋養(yǎng)細(xì)胞功能障礙導(dǎo)致的胎盤發(fā)育不良有關(guān)。而排除基因或遺傳因素后,胎盤相關(guān)疾病也是FGR最常見的病因?qū)W因素。本文對(duì)miRNA進(jìn)行簡要介紹,并就miRNA在胎盤相關(guān)性胎兒生長受限中的最新研究進(jìn)展行綜述,分析miRNA在胎兒生長受限中的潛在作用機(jī)制,以期對(duì)疾病的預(yù)防和治療提供理論依據(jù)。

一、miRNA概述

MicroRNA(miRNA)是一種小的非編碼RNA,長19～25個(gè)核苷酸,已成為參與不同生物和病理過程的主要遺傳通路的主要調(diào)控因子[2]。大多數(shù)成熟的miRNA序列位于非編碼RNA的內(nèi)含子或外顯子以及前mRNA的內(nèi)含子內(nèi)。大多數(shù)miRNA基因被Pol II轉(zhuǎn)錄為初級(jí)miRNA(pri-miRNA),pri-miRNA被Drosha切割、剪接體機(jī)制或去支酶加工轉(zhuǎn)變成前體miRNA(pre-miRNA)。Pre-miRNA通過Exportin 5輸出到細(xì)胞質(zhì)中,在細(xì)胞質(zhì)中,pre-miRNA被Dicer切割成小的雙鏈RNA(dsRNA)。然后,RISC復(fù)合物介導(dǎo)其對(duì)靶向mRNA的識(shí)別,并導(dǎo)致mRNA不穩(wěn)定或翻譯抑制[3]。miRNA正是通過抑制蛋白質(zhì)翻譯和促進(jìn)mRNA切割來抑制基因表達(dá)的。

對(duì)miRNA的調(diào)控包括生物發(fā)生過程中的PTM調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)錄共轉(zhuǎn)錄與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控[4]。轉(zhuǎn)錄后調(diào)控途徑可能影響單個(gè)pri-miRNA或pre-miRNA的穩(wěn)定性或加工。例如,在秀麗隱桿線蟲中,通過成熟的let-7 miRNA靶向let-7 pri-miRNA可以增強(qiáng)正反饋回路中的加工[5]。pri-miR-151中的腺苷到肌苷編輯可以抑制pri-miRNA加工并刺激其降解[6]。此外,多種調(diào)節(jié)機(jī)制影響微處理器和Dicer的積累和活性。最近的研究表明,調(diào)控因素不僅協(xié)調(diào)單個(gè)miRNA加工步驟,而且還將miRNA生物發(fā)生與其他細(xì)胞過程聯(lián)系起來[4]。例如,蛋白質(zhì)磷酸化將miRNA生物發(fā)生與各種信號(hào)通路聯(lián)系起來,這種修飾通常與疾病有關(guān)。

MicroRNA已被證明可以在細(xì)胞間通訊中發(fā)揮作用[7-8]。在細(xì)胞外遷移并進(jìn)入體液的MicroRNA被稱為循環(huán)miRNA。研究表明[9],大約90%的循環(huán)miRNA與蛋白質(zhì)形成復(fù)合物,包括Ago2,NPM 1(核磷素1)和高密度脂蛋白;另外10%的循環(huán)miRNA可以通過外泌體,微囊泡,凋亡體,脂蛋白和核糖核蛋白從供體細(xì)胞進(jìn)入受體細(xì)胞,并遠(yuǎn)離其起源影響mRNA靶標(biāo);基于外泌體含量對(duì)起源細(xì)胞的特異性,因此,可以使用循環(huán)miRNA進(jìn)行無創(chuàng)診斷和預(yù)后。

miRNAs基因也可作為表觀遺傳修飾的靶標(biāo),如DNA甲基化,以及表觀遺傳修飾劑如DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyl-transferase,DNMT)和組蛋白脫乙酰酶的調(diào)節(jié)劑。通過DNA甲基化對(duì)miRNA表達(dá)的調(diào)節(jié),一組特定的miRNA可以直接或間接靶向幾種表觀遺傳調(diào)節(jié)因子[如DNMT和組蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDAC)]的表達(dá)。

研究發(fā)現(xiàn)[7],miRNA在心血管疾病(心臟肥大)、代謝性疾病(膽固醇、葡萄糖代謝)、糖尿病、惡性腫瘤以及病毒發(fā)病中有著重要作用。MiRNA可以用作治療劑(miRNA模擬物)或作為治療藥物(抗miRs)的靶標(biāo),用于使用基于miRNA的療法治療疾病。研究表明,用合成寡核苷酸阻斷miR-122會(huì)改變脂質(zhì)代謝并降低膽固醇水平[10]。

二、miRNA與FGR的關(guān)系

FGR定義為由于病理過程而未能實(shí)現(xiàn)其生長潛能的超聲估計(jì)體重低于胎齡第10百分位數(shù)的胎兒[11]。雖然FGR的危險(xiǎn)因素很多,但胎盤相關(guān)疾病是最常見的病因?qū)W因素。有研究報(bào)告,胎盤和腫瘤發(fā)展之間存在許多相似之處[12]。在胎盤發(fā)育的早期階段,滋養(yǎng)層細(xì)胞的動(dòng)態(tài)周轉(zhuǎn)受到復(fù)雜的分子途徑的嚴(yán)格調(diào)控,以確保胎盤的正常發(fā)育和功能。滋養(yǎng)層增殖和分化之間的失衡可導(dǎo)致嚴(yán)重的胎盤病理和妊娠并發(fā)癥。因此,揭示滋養(yǎng)層周轉(zhuǎn)和功能的分子機(jī)制具有重要意義。

在多項(xiàng)研究中,發(fā)現(xiàn)了miRNA與FGR之間的相關(guān)性。Awamleh等[13]分析了兩種常見妊娠并發(fā)癥的胎盤組織,包括先兆子癇和FGR,他們?cè)贔GR樣品中發(fā)現(xiàn)了25個(gè)上調(diào)和12個(gè)下調(diào)的miRNA,在這37個(gè)有表達(dá)差異的miRNA中,4個(gè)屬于C19MC(520a-3p,520f-5p,515-5p,519-5p),6個(gè)屬于C14MC(299-3p,494-3p,376a-5p,382-3p,154-3p,369-3p),這是已知對(duì)胎盤特異性的兩個(gè)miRNA簇。Hannan等[14]在澳大利亞和新西蘭隊(duì)列中,確定了五種在早產(chǎn)FGR的妊娠中高度差異表達(dá)的mRNA:NR4A2,EMP1,PGM5,SKIL和UGT2B1;其中,EMP1mRNA似乎與胎盤功能不全具有最一致的相關(guān)性。

FGR目前沒有有效的治療方式,故確診FGR后,主要是進(jìn)行胎兒監(jiān)測和確定適當(dāng)?shù)姆置鋾r(shí)機(jī)。其中,監(jiān)測胎兒是否缺氧至關(guān)重要。miRNA在細(xì)胞對(duì)缺氧的反應(yīng)中起著重要的作用。研究發(fā)現(xiàn)[15],MiR-100-5p和miR-199a-5p在34周后分娩的FGR妊娠中顯示水平下降。有研究表明[16],在FGR妊娠中,大腦中動(dòng)脈血流速度波形與miR-143-3p基因表達(dá)呈弱正相關(guān)。在胎盤組織中也報(bào)告了類似的發(fā)現(xiàn),其中miR-143-3p的下調(diào)與早期FGR有關(guān),需要在34周前終止[16]。

源自胎盤的microRNA在妊娠期間在母體血液中循環(huán),可用作妊娠并發(fā)癥的非侵入性生物標(biāo)志物[7]。Tagliaferri等[17]發(fā)現(xiàn)miR-16-5p、miR-103-3p和miR-27b-3p在妊娠32周前在 FGR 中上調(diào),而miR-103-3p和miR-107-3p在妊娠32周和37周之間在FGR中下調(diào)。

三、與FGR相關(guān)的miRNA

1.MicroRNA-210:MicroRNA-210是近年來研究最多的miRNA之一,主要被描述為缺氧條件下誘導(dǎo)的主要miRNA,其參與調(diào)節(jié)線粒體代謝、細(xì)胞增殖、DNA損傷反應(yīng)和血管生成[18]。

大多數(shù)胎盤發(fā)育發(fā)生在妊娠的前三個(gè)月,這是胎盤中低氧張力的時(shí)期。滋養(yǎng)層重塑子宮螺旋動(dòng)脈后胎盤氧濃度逐漸升高[19]。在缺氧條件下,miR-210被轉(zhuǎn)錄因子HIF-1α上調(diào)[20]。據(jù)報(bào)道[21],在螺旋動(dòng)脈重塑不足的妊娠疾病(如子癇前期和FGR)中,胎盤中HIF-1α和miR-210的表達(dá)異常升高。研究表明[22],miR-210通過靶向各種基因來調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細(xì)胞功能,例如腎上腺素A3(EFNA3)和同源盒A9影響血管生成和血管重塑,鉀通道調(diào)節(jié)因子1,含有7A的血小板反應(yīng)素1型結(jié)構(gòu)域,蛋白酪氨酸磷酸酶非受體2型,成纖維細(xì)胞生長因子1調(diào)節(jié)細(xì)胞侵襲和遷移,鐵硫簇組裝酶與線粒體呼吸相關(guān),以及羥基類固醇17-β脫氫酶1(HSD17B1)影響胎盤類固醇合成。所有這些體內(nèi)外證據(jù)表明,miR-210的缺失會(huì)損害胎盤對(duì)缺氧應(yīng)激的適應(yīng),其在妊娠期間對(duì)缺氧應(yīng)激下的胎兒生長和調(diào)節(jié)母胎界面的胎盤發(fā)育方面具有關(guān)鍵作用[20]。

MiRNA-210雖然在缺氧條件下對(duì)胎兒生長具有保護(hù)作用,但是還有研究表明[23],miR-210在疾病期間上調(diào)對(duì)胎盤具有負(fù)面影響。miR-210的已確定靶標(biāo)包括EFNA3和HOXA9,它們對(duì)細(xì)胞功能(如遷移和侵襲)很重要。Wang等[19]證實(shí)miR-210通過減弱NOTCH1表達(dá)在滋養(yǎng)層功能中起負(fù)作用,miR-210還可通過MMP2、VEGF-A和PIGF途徑在滋養(yǎng)層遷移、侵襲和網(wǎng)絡(luò)形成中起負(fù)作用。這些研究表明,miR-210可能是滋養(yǎng)層依賴性胎盤血管疾病調(diào)控的候選因子。

2.Lethal-7miRNAs:Lethal-7 (let-7) miRNAs家族于2002年首次作為秀麗隱桿線蟲的發(fā)育調(diào)節(jié)因子被發(fā)現(xiàn)[24]。Let-7 miRNAs在不同物種中高度保守,表明Let-7 miRNAs在不同生物體中調(diào)控相同的分子途徑和生物學(xué)過程[25]。Let-7 miRNA,在分化細(xì)胞中高表達(dá),也被稱為分化誘導(dǎo)miRNA;通過結(jié)合mRNA中的互補(bǔ)區(qū),let-7 miRNA可降低多種基因的表達(dá),包括不同的增殖因子;Let-7 miRNAs在人類胚胎發(fā)育、葡萄糖代謝、細(xì)胞多能性和分化、腫瘤發(fā)生、組織再生、青春期和絕經(jīng)期的開始年齡以及器官生長中發(fā)揮著深遠(yuǎn)的作用;Let-7表達(dá)受不同的轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后過程控制,包括OCT4、MYC和突變體p53的轉(zhuǎn)錄調(diào)控,以及RNA結(jié)合蛋白LIN28和RNA編輯酶ADAR的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控[26]。

let-7 miRNA的生物發(fā)生受到癌蛋白LIN28的抑制[27]。LIN28是一種高度保守的RNA結(jié)合蛋白,在未分化的細(xì)胞中高表達(dá),并具有兩種旁系同源物L(fēng)IN28A和LIN28B。調(diào)節(jié)miRNA生物發(fā)生的最突出的例子之一是LIN28旁系同源物L(fēng)IN28A,抑制分化誘導(dǎo)let-7 miRNA在干細(xì)胞中的表達(dá)。為了有效地消除let-7表達(dá),LIN28A在細(xì)胞質(zhì)中結(jié)合pre-let-7轉(zhuǎn)錄本并募集末端尿苷轉(zhuǎn)移酶4(TUT4)或TUT7。TUT4 和 TUT7 在 let-7 前體的 3′端添加短寡核苷酸(U)拉伸,從而抑制Dicer加工,其通常識(shí)別Drosha產(chǎn)生的2-核苷酸3′突出。在后續(xù)步驟中,3′-5′外切核糖核酸酶 DIS3樣核酸外切酶2(DIS3L2)降解尿苷化的pre-let-7。在沒有LIN28A表達(dá)的體細(xì)胞中,幾種pre-miRNA只有一個(gè)單核苷酸3′突出。由于這些前體不是Dicer的理想底物,因此TUT4,TUT7和TUT2(在人類中也稱為TENT2)將單個(gè)尿苷基添加到3′末端,從而產(chǎn)生最佳的Dicer底物。孕早期人滋養(yǎng)層細(xì)胞中的LIN28敲除導(dǎo)致let-7 miRNA上調(diào),增殖相關(guān)基因下調(diào),細(xì)胞增殖減少[28]。Ali等[29]研究發(fā)現(xiàn)LIN28A和LIN28B在足月FGR中顯著降低,let-7 miRNA顯著高于正常胎盤。并且let-7miRNA通過靶向富含AT的相互作用域(ARID)-3B復(fù)合物來調(diào)節(jié)對(duì)人類胎盤發(fā)育具有重要作用滋養(yǎng)層細(xì)胞中的基因。

3.其他與FGR相關(guān)的miRNA:近年來,有越來越多的miRNA被發(fā)現(xiàn)參與FGR的發(fā)生。miR-141-3p已被證實(shí)可通過直接抑制轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白(transthyretin,TTR)的表達(dá)影響滋養(yǎng)細(xì)胞的分化、侵襲與遷移進(jìn)而參與FGR的發(fā)病[30]。Yu等[31]的研究發(fā)現(xiàn)miR-212-3p能夠靶向和抑制胎盤生長因子(PGF)的表達(dá),調(diào)節(jié)PI3K/AKT信號(hào)通路,調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細(xì)胞侵襲、遷移、增殖和細(xì)胞凋亡,從而在FGR的發(fā)生中發(fā)揮作用。胰島素樣生長因子2(insulin-like growth factor 2,IGF2)在胎兒發(fā)育中具有明確的作用[32]。研究發(fā)現(xiàn)[33],miR-1227-3p可以通過靶向參與胰島素途徑的基因來調(diào)節(jié)滋養(yǎng)層細(xì)胞增殖和凋亡,從而參與FGR的發(fā)展。

四、結(jié)語

FGR的發(fā)病機(jī)制仍不完全明確,探討其發(fā)生的分子機(jī)制將有助于對(duì)疾病的發(fā)生進(jìn)行篩查及預(yù)防,也為治療提供理論依據(jù)。miRNA對(duì)FGR的影響仍需進(jìn)一步研究,相信隨著基因測序的不斷發(fā)展,會(huì)有更多與FGR及妊娠相關(guān)疾病的miRNA被發(fā)現(xiàn),能更有助于妊娠疾病診斷和治療。