微小RNAs在牙周致病过程中的调控机制研究进展

2017-6-5 15:06  来源:中国实用口腔科杂志
作者:姜慕舟 黄婉怡 林莉 阅读量:1506

    牙周炎是由牙周致病菌造成的牙周组织慢性炎症反应,炎症组织分泌的致病因子与宿主免疫反应相互作用导致牙周组织破坏性变化。牙周炎的发病机制涉及多种因素,研究发现,牙周炎是由免疫细胞、炎性细胞因子如白细胞介素(IL)家族、肿瘤坏死因子(TNF)-α、骨保护素(OPG)和核因子(NF)-κB受体活化因子配体(RANKL)等引起的一种免疫性疾病。

    牙周炎是由菌斑微生物在牙面长期积累所导致的牙周组织的慢性进行性损伤。其中,牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis,P.gingivalis)是牙周炎的主要致病因子。大量研究表明,P.gingivalis可产生多种致病因子(如蛋白酶、丁酸、纤毛等)并参与细胞凋亡;其产生的宿主免疫炎症反应在牙周组织的炎症中起到关键的作用。miRNAs是一种约22个碱基大小的内源性非编码RNA,其通过碱基配对方式结合靶基因mRNA的3′端非编码区域,导致靶基因mRNA降解或抑制其翻译,从而抑制靶基因的表达,也可在一定条件下上调靶基因的转录和翻译。

    研究显示,miRNA参与调控固有免疫和适应性免疫细胞的发育和分化;最近有研究报道,P.gingivalis体外刺激人外周血来源的单核巨噬细胞,引起miRNA-155表达明显上调,提示miRNAs在牙周免疫调控中起到一定作用。

    1.miRNAs的来源及特征
    最早的miRNA是由Lee等在线虫中发现的可调控胚胎发育的基因lin-4。随着研究的深入,又陆续发现了数千种miRNAs,并且每个miRNA都可调控多个目的基因的表达。miRNA的合成过程比较复杂,最先在细胞核内加工,输出miRNA前体,而后前体miRNA在细胞质内加工为成熟单链miRNA。在RNA聚合酶Ⅱ或聚合酶Ⅲ的促进下,编码miRNA的基因在胞核内转录生成primiRNA;pri-miRNA经核酸酶Drosha剪切成前体miRNA,再由Ran-GTP/转运蛋白Exportin-5将前体miRNA转运至胞浆中。细胞质中,在核酸酶Dicer作用下pri-miRNA被剪切生成miRNA。成熟的miRNA与Dicer、Agonaute等蛋白结合生成基因沉默复合体(RNA-induced silencing complex,RISC)。该复合体可与目的mRNA的3'端非翻译区(3′UTR)特异性结合,进而完成与目的mRNA的互补结合,起到抑制目的mRNA翻译及多肽合成的作用。在人类基因组中,miRNAs所占的比重不足1%,却能调控相当一部分基因的表达。一个miRNA可调控多组目的基因,不同miRNA也可共同调控同一个基因。
    因miRNA可调控基因的转录和翻译,其在早期发育、细胞分化、凋亡、器官发育、病毒感染和癌症等生物进程中也发挥着重要的作用。由于miRNA的序列丰富,其在细胞的分化、凋亡,个体的生长、发育等过程中均发挥了重要的作用。
    2.miRNAs在牙周免疫调控中的潜在作用
    固有免疫是生物在种系生长发育过程中形成的免疫防御机制,可视为机体抵御病原微生物的第一道防线。Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)是存在于人类细胞的跨膜蛋白,通过识别致病菌的病原相关分子模式(pathogen associated molecular patterns,PAMPs),识别病原微生物表面高度保守结构并通过细胞间信号通路活化下游产物,从而激发免疫应答。TLRs在固有免疫细胞中均有表达。在Toll样受体家族中,Toll样受体4(TLR4)在牙周的炎症免疫反应中发挥关键作用,其在牙周膜细胞上也有表达。脂多糖(LPS)是TLR4的特异性配体,其对牙周膜细胞(PDLCs)具有毒性作用,可引起PDLCs释放各种炎性因子,促进牙周组织炎症反应。
    在TLRs信号的传导过程中,有多种接头蛋白的参与包括髓样细胞分化因子88(myeloid differentiation factor 88)、MyD88接头蛋白样蛋白(MyD 88 adaptor-like protern,Mal)、含TIR接头蛋白分子(TIR-containing adaptor molecule,TRIF)以及TRIF相关接头蛋白分子(TRIF related adaptor molecule,TRAM)等。TLR4通过MyD88非依赖通路活化干扰素调节因子-3(interferon-regulatory factor-3,IRF-3)诱导IFN-1的表达,同时IFN-1可通过经典的JAK/STAT级联传导调控下游信号通路,刺激炎症反应的进行。细胞因子信号传导抑制因子(suppressors of cytokine signalling,SOCS)是一类存在于细胞中,对细胞因子具有负反馈调节作用的蛋白质分子,其可调控经典的JAK/STAT通路抑制下游的信号传导,起到抑制炎症的作用。miRHA-155可通过抑制SOCS1的负向调控作用而促进了JAK/STAT通路的信号传导,使通路下游炎性因子正常表达,促进炎症的发展。
    此外,Sipert等通过定量PCR法检测人牙周膜纤维中miRNA-155,LPS刺激24h后,miRNA-155的表达量明显增高;于飞等构建小鼠牙周炎模型发现,牙周炎小鼠牙龈组织中miRNA-155的表达量比正常小鼠增加了4倍,提示miRNA-155可能在促炎过程中发挥一定作用。
    3.miRNAs在成骨破骨细胞分化和骨形成中的作用
    牙槽骨的重塑性很高,正常情况下,其代谢和改建维持一定的平衡状态。牙周炎可破坏牙槽骨的代谢稳态,导致牙齿松动和脱落。牙周炎导致的牙槽骨吸收形式比较复杂,其分泌的炎症因子,可以促进破骨细胞活化。破骨细胞是一类具有骨吸收功能的细胞,可影响牙槽骨的代谢及改建,炎性因子的释放可激活破骨细胞的增殖和分化。研究表明,巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)和NF-κB受体活化因子配基(RANKL)主要起到促进破骨细胞分化的作用,M-CSF可使NF-κB受体活化因子(RANK)分化为破骨细胞前体,而后PGE2、IL-1、IL-6、TNF-α等促骨吸收因子能加强RANKL与破骨细胞前体表面的RANK结合,诱导破骨细胞活化,促进牙槽骨吸收。此外,miRNAs还可通过调节成骨细胞信号通路,影响牙槽骨的改建和再生。
    研究显示,BMP、Wnt/β-catenin、Ihh(Indian hedgehog)等信号通路在成骨细胞成熟分化中占主导地位,其中转录因子Runt相关转录因子2(runt-related transcripion facor2,RUNX2)是成骨细胞分化的重要转录因子,在上述通路中发挥关键作用。有报道称miRNA-204、miRNA-23和miRNA-133可抑制RUNX2的表达,进而抑制成骨细胞分化。Zhang等利用芯片技术研究细胞在成骨分化中miRNA表达谱的变化,发现有些miRNAs的表达量发生改变,并认为这些miRNAs与骨形成以及成骨分化的调控相关;其中,miRNA-146在牙槽骨改建中发挥重要作用。有学者研究显示,miRNA-146a在TLRs/NF-κB炎症通路中具有明显的调节作用,而肿瘤坏死因子受体相关因子6(TNF receptor-associated factor 6,TRAF6)和白介素-1受体相关激酶1(IL-1 receptor-associated kinase 1,IRAK1)是miRNA-146的目标基因,也是TLRs/NF-κB通路中的关键接头蛋白编码基因。
    Xie等研究发现,miRNA-146的下调可促进TNF-α、IL-1、IL-6的分泌,表明miRNA-146可负反馈调节促炎因子的表达和活化。Bhushan等研究表明,miRNA-181a能够上调BMP2/BMP6,从而诱导细胞的成骨分化;miR⁃NA-138在干细胞成骨方面起到抑制作用;miRNA-206和miRNA-335能够抑制间充质干细胞的骨向分化;miRNA-335-5p和miRNA-29a可激活Wnt信号通路,促进干细胞成骨分化;miR⁃NA-2861和miRNA-3960促进成骨细胞的形成;LPS、TNF-α等炎症因子通过激活JNK信号通路抑制BMP-2诱导的成骨分化。SOCS1可以抑制TNF-α诱导的JNK通路,miRNA-155通过抑制SOCS1进而激活JNK通路。研究表明,miRNA-155在炎性条件下通过抑制SOCS1的表达而阻碍成骨细胞的成骨分化作用。
    牙周的炎症因子会抑制干细胞的骨再生功能,从而影响牙周炎的治疗效果。miRNAs可通过抑制破骨细胞信号通路中的某些重要基因的表达,间接调控破骨细胞的分化。其亦可抑制RUNX2的表达进而抑制成骨细胞的分化。人体牙槽骨的稳态与成骨及破骨细胞两者的动态平衡紧密相关。正常骨组织中成骨细胞与破骨细胞可达到相对稳定,而在炎症状态时,骨保护素/RANKL比例发生变化,成骨与破骨的平衡遭到破坏而导致成骨能力下降。
    4.miRNAs在炎症期牙周组织的调控作用
    赵家珍等对慢性牙周炎患者及正常人唾液中miRNA-146a的表达进行对比发现,前者的miRNA-146a的表达量明显高于后者,并且在对慢性牙周炎患者实行牙周基础治疗后,其miRNA-146的表达量明显降低。Taganov等研究miRNAs在机体内免疫调控机制时发现,LPS刺激人单核细胞系THP-1细胞上TLR后,miRNA-146、miRNA-155、miRNA-132表达水平升高。研究已证实,miRNA-146可调节TLR从而抑制IRAK1和TRAF6,阻断TLR下游信号的传导,从而影响整个免疫信号传导。有学者研究发现,LPS可诱导miRNA-150表达下调,使得miRNA-150对促炎反应重要信号因子IL-1受体相关激酶2(IRAK2)的抑制作用减弱,最终促进炎症反应的进行。
    Jiang等证实,miRNA-34a可使Notch信号减弱并可靶向其他信号通路,使miRNA-34a抑制NF-κB的激活,抑制下游炎症因子TNF-α、IL-6、NF-κB的释放,进而抑制牙周炎症的发展。
    综上所述,miRNAs是影响基因表达的重要调控因子,参与宿主免疫应答和炎症反应。其既可诱导干细胞成骨分化,促进牙槽骨再生,亦可抑制间充质干细胞的骨向分化,阻碍牙槽骨的形成;此外,还可通过调控炎症通路间接影响牙周炎症的进行。可以说,不同miRNAs对牙周炎的作用不尽相同,有些类型miRNAs可以促进炎症的发展,有些则对牙周炎发展起到抑制作用。当今医学对于牙周炎的主要治疗手段是牙周基础治疗配合药物及手术治疗,而随着对于miRNAs与牙周炎致病机制关系研究的深入,从分子角度治疗牙周疾病会为治疗方法提供新的思路。

编辑: 陆美凤

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