MicroRNA與白內障發病相關性的研究進展

蒲雅迪 綜述 李元彬 審校

青島大學附屬煙臺毓璜頂醫院眼科，煙臺 264000

微小RNA(microRNA，miRNA)是一種長度約22個核苷酸的非編碼小分子RNA。自1993年在線蟲(

C

．

elegans

)的發育中發現 lin-4 miRNA，目前在不同的物種中已發現了數千個miRNA，并且這個數目將繼續增加。大多數miRNA以單拷貝、多拷貝或基因簇的形式存在于基因組中；成熟的miRNA由較長的初級轉錄物經過一系列核酸酶的剪切加工而產生，隨后組裝進RNA誘導的沉默復合體，通過堿基互補配對方式識別靶mRNA，并根據不同的互補程度指導沉默復合體降解靶mRNA或者阻遏靶mRNA的翻譯。miRNA失調與許多疾病有關，如各種癌癥、心血管疾病和神經退行性疾病。miRNA的遺傳變異也與一些遺傳性疾病有關，包括聽力損失和生長缺陷等。鑒于miRNA在生物學上的重要性，其目前被認為是疾病新的生物標志物和潛在治療靶點。白內障是導致有用視力喪失的常見原因之一，是目前全球范圍內居首位的致盲眼病。根據其病因，白內障可分為年齡相關性白內障、糖尿病性白內障、先天性白內障、后發性白內障(posterior capsule opacification，PCO)、藥物性白內障等。近年來越來越多的研究證實miRNA與白內障發病機制的關系，現就其相關性作一綜述。

1 miRNA概述

人類基因組中有近一半的DNA可以轉錄為RNA，其中只有不到2%的RNA可翻譯成蛋白質，其余不能翻譯為蛋白質的RNA稱為非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)。miRNA是一種長度約22個核苷酸的高度保守單鏈ncRNA，可以通過特異性結合目標RNA的3'非翻譯區誘導目標mRNA降解或抑制其翻譯，從而參與細胞的發育、組織生成、凋亡等過程。miRNA對靶基因的調控具有多向性，即一種miRNA可以調控多種不同基因通路的蛋白質翻譯過程。miRNA在眼部多種組織中均有表達，同時也參與了多種眼科疾病的進程。

2 白內障的發病機制

目前白內障的發病機制仍不十分明確，大量研究已經證實年齡相關性白內障主要與氧化應激、晶狀體蛋白變性及晶狀體上皮細胞凋亡等有關，糖尿病性白內障則與多元醇通路代謝異常、氧化應激損傷和蛋白質非酶糖基化等有關，先天性白內障主要與基因突變相關，PCO與晶狀體上皮細胞增生、遷移及上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)有關。白內障的危險因素包括年齡增長、遺傳組成、紫外線照射和糖尿病等。

3 miRNA與白內障的關系

Tsonis等在蠑螈的晶狀體和毛細胞再生過程中用微陣列分析驗證了miRNA對組織的特異性調節作用，在晶狀體纖維再生早期，let-7家族表達量下調。Frederikse等發現，腦組織內特異性表達的miRNA-7、miRNA-124、let-7α和miRNA-25b在小鼠和大鼠的晶狀體中均有表達。Wu等應用微陣列表達譜在人晶狀體中發現了206種miRNA，在透明成年人晶狀體中miRNA表達前8位的分別為miRNA-184、let-7b、miRNA-923、miRNA-1826、miRNA-125b、miRNA-1308、miRNA-26a和miRNA-638，同時miRNA-184在透明嬰兒晶狀體中含量也最高。這些miRNA通過相關信號通路調控各自的靶基因，進而影響晶狀體上皮細胞的增生、遷移、EMT、凋亡等過程，最終導致白內障的發生。

3.1 miRNA與先天性白內障

先天性白內障，是指在出生前后或兒童早期發現的晶狀體混濁，可表現為單純性白內障或伴發眼部及其他全身發育異常。先天性白內障可導致嬰幼兒盲或弱視，是一種嚴重的致盲疾病，嚴重影響兒童的視力發育；兒童盲中有22%～30%為白內障所致，先天性白內障已成為兒童盲的第二位原因。

絕大多數先天性白內障為單基因遺傳病，Wu等研究發現，與正常嬰兒相比，先天性白內障患兒中央區晶狀體上皮細胞中miRNA-182表達上調，miRNA-204和miRNA-124表達下調，且miRNA-204表達量的下降程度較miRNA-124更明顯，miRNA-204可能通過沉默

Meis2

基因來調節晶狀體發育和先天性白內障的形成。

TDRD7

基因突變或缺陷會導致人、小鼠和雞出現先天性白內障，Anand等研究發現，與正常小鼠晶狀體相比，

TDRD7

基因敲除小鼠晶狀體中let-7b、miRNA-34c、miRNA-298、miRNA-382、miRNA-409、miRNA-1198、miRNA-1947和miRNA-3092的表達下調，miRNA-15a、miRNA-19a、miRNA-138、miRNA-328、miRNA-339、miRNA-345、miRNA-378b、miRNA-384、miRNA-467a、miRNA-1224、miRNA-1935、miRNA-1946a、miRNA-3102和miRNA-3107呈高表達。Tang等發現

AQP5

基因敲除小鼠出生6個月時晶狀體輕度混濁，小鼠晶狀體中miRNA-124-3p表達下調。

3.2 miRNA與年齡相關性白內障

年齡相關性白內障是引起全球老年人視力損害和盲的主要眼病。其危險因素主要包括年齡、女性、過度紫外線照射、高度近視、血脂中高密度脂蛋白含量較低及低密度脂蛋白含量較高、腌制食品的攝入、糖尿病、吸煙及類固醇激素的使用等。年齡相關性白內障的發病機制復雜且不明確，目前公認氧化應激損傷是白內障發生的始動環節，其中晶狀體上皮細胞凋亡是其主要的病理學基礎。

Wu等的研究證實，相較于透明晶狀體，年齡相關性白內障患者晶狀體中有12種miRNA的表達量增加2倍以上，其中以miRNA-34a的表達量增加最為顯著；20種miRNA的表達量明顯下降，其中以miRNA-933的表達量下降最為顯著。這些差異表達的miRNA在年齡相關性白內障發病中起重要作用。

3.2.1

表達下調的miRNA 有研究顯示，早期年齡相關性白內障患者前囊膜以及紫外線照射的晶狀體上皮細胞中LncRNA H19和胸腺嘧啶DNA糖苷酶(thymine DNA glycosylase，TDG)呈高表達，而miRNA-29a表達下調；LncRNA H19過表達可提高晶狀體上皮細胞活力、促進其增生并抑制其凋亡，其可通過抑制miRNA-29a來上調TDG的表達，從而參與了早期年齡相關性白內障的發生。在HO誘導的人晶狀體上皮細胞氧化應激白內障模型中，miRNA-335-3p和miRNA-124的表達量明顯下調，其具體機制還需進一步研究。Qin等研究發現，年齡相關性白內障患者的晶狀體前囊膜標本以及紫外線照射誘導體外晶狀體上皮細胞凋亡中，miRNA-125b的表達量均下降；且進一步研究發現晶狀體前囊膜標本中miRNA-125b與p53 mRNA相對表達量呈顯著負相關；對轉染miRNA-125抑制劑、P53 siRNA及相應對照物的晶狀體上皮細胞進行比較發現，抑制miRNA-125b表達可誘導p53表達上調，從而促使細胞發生凋亡。BCL2樣2蛋白(Bcl-2 like protein 2，

BCL2L2

)是miRNA-133b的靶基因，在白內障模型組小鼠晶狀體組織和紫外線照射組細胞中miRNA-133b mRNA的相對表達量分別低于相應正常對照組，BCL2L2 mRNA的相對表達量分別高于相應正常對照組，miRNA-133b可防止紫外線照射所致白內障的形成，其機制可能與靶向負性調控

BCL2L2

基因從而調控晶狀體上皮細胞的凋亡過程有關。年齡相關性白內障中主要表達下調的miRNA見表1。

表1 在年齡相關性白內障中表達下調的miRNAmiRNA相關因子或通路參考文獻miRNA-29aLncRNA H19,TDG[23]miRNA-335-3P-[24]miRNA-124-[25]miRNA-125bp53[26]miRNA-133bBCL2L2[24]miRNA-204TP53INP1-p53[33] 注:miRNA:微小RNA;LncRNA:長鏈非編碼RNA;TDG:胸腺嘧啶DNA糖苷酶;BCL2L2:BCL2樣2蛋白;-:未知

3.2.2

表達上調的miRNA miRNA-211在年齡相關性白內障患者晶狀體前囊膜中表達上調，下調miRNA-211的表達可以通過Notch 22介導β-晶狀體蛋白B2明顯減輕HO誘導的晶狀體上皮細胞凋亡；miRNA-181a在年齡相關性白內障晶狀體組織中呈高表達，通過慢病毒質粒轉染敲低晶狀體上皮細胞中miRNA-181a的表達可減輕HO誘導的細胞凋亡。秦宇等研究發現，miRNA-204在年齡相關性白內障晶狀體組織中呈高表達，miRNA-204可能通過靶向調控Bcl-2家族成員B淋巴細胞瘤-2(B-cell lymphoma-2，

bcl-2

)基因及髓細胞白血病1(myeloidcell lekemia-1，

mcl-1

)基因的表達，在年齡相關性白內障發病過程中發揮重要作用。然而，有研究證實miRNA-204在年齡相關性白內障晶狀體前囊膜中的表達量低于正常人，miRNA-204可以通過下調靶基因

TP53INP1

在晶狀體上皮細胞中的表達抑制晶狀體上皮細胞凋亡，從而對年齡相關性白內障晶狀體上皮細胞發揮抗氧化損傷作用，該作用可能是通過影響TP53INP1-p53通路實現的，因此miRNA-204與年齡相關性白內障之間的關系還需進一步研究。miRNA-34a-5p和miRNA-630在HO誘導的人晶狀體上皮細胞氧化應激白內障模型中表達均上調；唐雷等研究也發現miRNA-34a-5p在白內障患者前囊膜中表達顯著增加，miRNA-34a-5p可通過調節Nrf2-Keap1信號通路增加晶狀體上皮細胞氧化應激，抑制晶狀體上皮細胞增生，從而參與年齡相關性白內障的發生和發展過程。miRNA-23b-3p在HO誘導的人晶狀體上皮細胞以及年齡相關性白內障患者前囊膜中呈高表達，miRNA-23b-3p通過抑制晶狀體上皮細胞中NAD-依賴性去乙?；窼irtuin-1(NAD-dependent histone deacetylase sirtulin 1，SIRT1)的表達來調節細胞凋亡和自噬；Zhu等研究發現，白內障患者前囊膜及紫外線照射后晶狀體上皮細胞中miRNA-4328表達上調，NLR家族凋亡抑制蛋白(NLR family apoptosis inhibitory protein，NAIP)是miRNA-4328的潛在靶點，人晶狀體上皮細胞轉染miRNA-4328擬似物后細胞內NAIP mRNA及蛋白表達均降低，推測miRNA-4328通過靶向調節NAIP誘導晶狀體上皮細胞凋亡。年齡相關性白內障中主要表達上調的miRNA見表2。

表2 在年齡相關性白內障中表達上調的miRNAmiRNA相關因子或通路參考文獻miRNA-34a-5pNrf2-Keap1[8]miRNA-211Notch 22,β-晶體蛋白B2[28]miRNA-181abcl-2[30-31]miRNA-204bcl-2,mcl-1[32]miRNA-630-[24]miRNA-23b-3pSIRT1[34]miRNA-4328NAIP[35] 注:miRNA:微小RNA;bcl-2:B淋巴細胞瘤-2;mcl-1:髓細胞白血病1;SIRT1:NAD-依賴性去乙?；竤irtuin-1;NAIP:NLR家族凋亡抑制蛋白;-:未知

3.3 miRNA與糖尿病性白內障

糖尿病性白內障的發病機制復雜，至今仍不十分清楚，目前公認其受多種因素的綜合作用，高血糖狀態引起的晶狀體上皮細胞異常凋亡是其始動因素。孫熒等研究發現，在糖尿病大鼠模型晶狀體混濁的早期階段晶狀體組織中miRNA-29a-5p表達下調，而凋亡因子BMF mRNA的表達上調。Sun等的研究也證實，糖尿病小鼠模型晶狀體上皮細胞中miRNA-29a和miRNA-29c的表達下調，而凋亡相關基因

BMF

表達上調。Zeng等研究發現，在糖尿病性白內障小鼠模型中，miRNA-211表達上調，其可能通過靶向調節SIRT1來影響晶狀體上皮細胞增生和凋亡。Zhang等研究發現，人糖尿病性白內障晶狀體組織中miRNA-30a表達明顯下調，而EMT標志物波形蛋白及α-平滑肌肌動蛋白(alpha-smooth muscle actin，α-SMA)的表達高于對照組，推測上調miRNA-30a可靶向性抑制晶狀體上皮細胞EMT，從而預防或治療糖尿病性白內障。Yang等采用高糖誘導人晶狀體上皮細胞HLE-B3建立糖尿病性白內障模型，證實

PVT1

基因敲除可抑制HLE-B3細胞增生，促進其凋亡，且糖尿病性白內障患者前囊膜標本中PVT1 mRNA與其miRNA靶點miRNA-214-3p呈高度負相關。糖尿病性白內障中表達變化的miRNA見表3。

表3 在糖尿病性白內障中表達變化的miRNAmiRNA變化情況相關因子或通路參考文獻miRNA-29a-5p下調BMF[36]miRNA-29a下調BMF[37]miRNA-29c下調BMF[37]miRNA-211上調SIRT1[38]miRNA-30a下調波形蛋白,α-SMA[39]miRNA-214-3p下調PVT1[40] 注:miRNA:微小RNA;SIRT1:NAD-依賴性去乙?；竤irtuin-1;α-SMA:α-平滑肌肌動蛋白

3.4 miRNA與PCO

PCO是白內障超聲乳化或囊外摘除聯合人工晶狀體植入術后常見的并發癥之一，兒童白內障術后PCO的發生率幾乎達100%。與PCO形成有關的因素有許多，如手術術式的選擇、植入人工晶狀體的材料、晶狀體上皮細胞的生物活性等。白內障術后殘留的晶狀體上皮細胞發生增生、遷移及EMT等是導致PCO的主要原因。Nd：YAG激光后囊截開術是目前PCO主要的治療方法。

上皮型鈣粘蛋白(epithelial-cadherin，E-cadherin)和纖維連接蛋白(fibronectin，FN)是EMT的標志物。研究表明，在PCO患者晶狀體上皮細胞中miRNA-30a和E-cadherin表達下調，而FN表達上調，miRNA-30a與E-cadherin呈顯著正相關，而與FN則呈顯著負相關，上調miRNA-30a表達可抑制腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TGF)-β誘導的晶狀體上皮細胞遷移和EMT，證實miRNA-30a參與PCO的發展。Dong等研究發現，miRNA-26b能抑制晶狀體上皮細胞的增生、遷移和EMT，miRNA-26b可通過沉默靶基因

Smad4

和

COX-2

來干預PCO的發生及發展，而下調miRNA-26b可誘導

EZH2

基因的表達，從而促進晶狀體上皮細胞的EMT。Liu等研究證實，miRNA-486-5p在TGF-β誘導的人晶狀體上皮細胞SRA01/04細胞系中表達下調，Smad2、p-Smad2和p-Smad3表達上調，雙熒光素酶報告分析顯示miR-486-5p直接作用于Smad2的3'非翻譯區，miRNA-486-5p的過度表達可通過抑制Smad2/Smad3信號來抑制TGF-β誘導的SRA01/04細胞增生、侵襲和EMT，miRNA-486-5p可能是有效干預PCO進展的靶點。Wang等通過比較人正常晶狀體與PCO的晶狀體上皮細胞的微陣列，發現了122條差異表達的miRNA，進一步對miRNA-204-5p進行研究，證實miRNA-204-5p能通過結合靶基因

Smad4

來干預TGF-β/Smad信號通路，從而調節晶狀體上皮細胞的轉分化，進一步影響PCO的發生。另有Hoffmann等對PCO小鼠模型的晶狀體囊袋進行檢測，證實miRNA-204表達下調，且miRNA-204可下調轉錄因子Meis及Runt相關轉錄因子，從而抑制細胞增生、遷移及EMT，進而抑制PCO的形成；該研究同時證實，miRNA-184、let-7/98在小鼠晶狀體摘除手術后晶狀體囊袋中表達上調；下調miRNA-184表達可減弱晶狀體上皮細胞增生、遷移及EMT，提示miRNA-184可促進PCO形成。然而，Hughes等的研究表明，miRNA-184可抑制外源性TGF-β誘導的人晶狀體上皮細胞EMT，該結果提示miRNA-184的上調可能抑制PCO的形成。因此，miRNA-184與PCO的關系還需進一步研究來證實。Feng等研究發現miRNA-34a在人PCO囊膜組織中的表達顯著降低，miRNA-34a可通過下調晶狀體上皮細胞內酪氨酸蛋白激酶Met(c-Met)蛋白的表達來調節細胞增生和遷移，從而對PCO發揮抑制作用。PCO中表達變化的miRNA見表4。

表4 在PCO中表達變化的miRNAmiRNA變化情況相關因子或通路參考文獻miRNA-30a下調E-cadherin,FN[41-42]miRNA-26b下調Smad4,COX-2,EZH2[43-44]miRNA-486-5p下調Smad2,p-Smad2,Smad3[45]miRNA-204-5p下調TGF-β/Smad[46]miRNA-204下調Meis,Runt[47]miRNA-184上調/下調[47-48]miRNA-34a下調c-Met[49] 注:E-cadherin:上皮型鈣粘蛋白;FN:纖維連接蛋白;TGF:腫瘤壞死因子;c-Met:酪氨酸蛋白激酶受體

4 展望

白內障的發生機制與晶狀體上皮細胞的異常凋亡及EMT有關，晶狀體上皮細胞凋亡是所有非先天性白內障發生的共同生物學基礎。近年來，已有越來越多的研究證實miRNA與白內障的發生有一定相關性，但miRNA在晶狀體中的表達情況及其對白內障的影響還有待進一步深入研究。隨著研究方法的不斷改進，miRNA在晶狀體中的表達譜將更加完善，其在白內障發生和發展中的作用機制也將被進一步闡釋。目前手術治療仍是白內障的唯一有效治療手段，但對miRNA的深入研究將為白內障的預防及治療提供新的靶點及思路。

利益沖突

所有作者均聲明不存在利益沖突