综述 | microRNA在细菌感染过程中调节自噬的作用
编译：艾奥里亚，编辑：十九、江舜尧。
原创微文，欢迎转发转载。
论文ID
原名：The roles of microRNAs in regulation of autophagy during bacterial infection
译名：microRNA在细菌感染过程中调节自噬的作用
期刊：Seminars in cell & developmental biology
IF：5.46
发表时间：2019年7月
通讯作者：Eun-Kyeong Jo
通讯作者单位：Chungnam National University School of Medicine
DOI号：10.1016/j.semcdb.2019.07.011
综述内容
1 细菌感染中自噬/异体自噬的研究进展
作用机理和相关分子在自噬和异体自噬途径中的重要作用已被广泛研究。图1总我们简要概述了Mycobacteria，Listeria以及Helicobacter的自噬和异体自噬反应途径，并在后文进行探究。
1.1 Mycobacteria感染
Mycobacterium tuberculosis（Mtb）与宿主自噬系统之间的串扰是感染相关自噬研究最广泛的领域之一。Mtb是结核病（TB）的病原菌，其毒力主要取决于其抑制巨噬细胞溶解的免疫逃逸策略。早期研究表明，干扰素-γ诱导的自噬促进了宿主对Mtb和卡介苗感染巨噬细胞的固有防御。重要的是，人类免疫相关的GTP酶家族M蛋白（IRGM）和干扰素诱导的鸟苷酸结合（GBP）作为抑制细胞内Mtb复制的一种细胞自主防御机制，增强了宿主的自噬能力。在自然感染中，Mtb及其相应的DNA可以通过ESX-1途径进入胞质，通过自噬适配器蛋白p62/SQSTM1（以下简称p62）、核点蛋白52 kDa（NDP52）和视神经蛋白（optineurin，OPTN）的活化，导致非典型自噬（异体自噬）的激活。因此，这些间接活动提供了ubiquitination系统和自噬机制之间的联系。
体外研究表明，外源性因子激活引起的自噬表现出有益的作用。与先天免疫激活相关的维生素D信号转导等过程在人单核细胞和巨噬细胞中可以激活自噬以抵抗Mtb的感染。此外，包括AMP活化蛋白激酶（AMPK）激活剂、药物和小分子在内的各种先天免疫刺激剂已被证明在Mtb感染期间可以触发自噬性和抗微生物反应，这一结果同样适用于多重耐药Mtb菌。然而，在小鼠系统中，大量的自噬相关基因（ATGs）在体内并不能促进宿主的抗微生物防御。在这些所有的ATG中，只有ATG5具有保护性；但这种保护并不依赖于自噬。然而，这并不排除自噬-辅助疗法的潜在用处以及这种方式在人类细胞中自噬激活的重要性。
1.2 Listeria感染
L. monocytogenes感染的发病机制依赖于其在胞质中繁殖的能力，诱导基于肌动蛋白的活化，并使用致孔毒素Listeriolysin O（LLO）从胞质溶胶中逃逸。在Listeria感染过程中，可以通过使用诸如肌动蛋白组装诱导蛋白（ActA）的效应蛋白来抑制自噬诱导的细菌限制。L. monocytogenes的 LLO在抑制自噬方面同样也发挥作用，这为避免由于自噬诱导的细菌破坏提供了重要的策略。
异源自噬和LAP通过增强体外和体内的抗Listeria菌免疫应答，在控制Listeria菌方面发挥重要作用。与Mycobacteria感染相似，p62和NDP52以及E3连接酶Parkin和SMAD特异性的E3泛素蛋白连接酶1（SMURF1）在对L. monocytogenes的响应中发挥着重要的作用。此外，最近的研究表明，自噬调控因子视神经蛋白（OPTN）和E3泛素连接酶NEDD4可以通过抑制L. monocytogenes在细胞内的生长来增强宿主细胞保护。
1.3 Helicobacter感染
幽门螺杆菌（Helicobacter Pylori）是一种与慢性胃炎和胃腺癌相关的革兰氏阴性细菌。自噬对于H. pylori在胃上皮细胞中的清除以及对胃癌发生的保护都是十分重要的。H. pylori通过抑制溶酶体酸化来破坏正常的自噬过程。从机制上来说，它还可以诱导MAP1LC3A突变体1的甲基化介导的沉默，导致自噬的抑制和上皮细胞增殖的增强。
在H. pylori感染过程中，几种细菌效应物都参与了异体自噬过程的调节。空泡毒素（VacA）是H.pylori的毒力因子，可诱导自噬体的形成，导致细胞内H. pylori的消除；然而，长时间暴露于VacA会破坏自噬，导致p62的积累和氧化应激，进而导致炎症和癌变的增加。细胞毒素相关基因A（CagA）是H.pylori的另一种毒力因子，可通过自噬被降解，但当自噬被抑制时，其可在胃癌干细胞中得到积累。此外，CagA还通过c-Met-PI3K/Akt-mTOR信号通路作为自噬的负调节因子和组织炎症的增强剂。虽然这些数据为不同效应因子在宿主自噬中的作用提供了新的见解，但有关H.pylori感染过程中自噬调节失调、慢性炎症和癌变之间的联系仍有待进一步研究。
2 细菌感染过程中miRNA对自噬的调节作用
2.1 miRNA对mycobacterial感染自噬的调节作用
2.1.1 mir-155和mir-17-5p：自噬激活剂
早期研究表明，miR-155和miR-17-5p在Mtb感染期间对自噬具有调节作用。miR-155通过促进分枝杆菌吞噬体的成熟而降低巨噬细胞中Mycobacteria的存活。与另一项研究相比（miR-155的表达在来自结核病患者的外周血单核细胞（PBMC）中增加），这些数据表明miR-155参与抗分枝杆菌的免疫反应。然而，最近的一项研究表明miR-155通过靶向人树突状细胞（DC）中的ATG3来介导抑制自噬，这表明Mtb在宿主细胞中持续存在的机制。ATG3水平的降低减少了Mtb感染的DC中LC3向其脂化形式（LC3-II）的转化，从而抑制了自噬。此外，miR-155过表达降低了BTB和CNC同源1（Bach1）和SH2-含肌醇5'-磷酸酶（SHIP1）的表达，这有利于巨噬细胞中Mycobacteria在细胞内的存活（图2）。
此外，miRNA-17-5p作为Mtb感染过程中的正调控因子，可以抑制Mcl-1及其与Beclin-1的结合。相比之下，BCG感染后miR-17-5p表达的增加抑制了ULK1（自噬启动的重要因子）的表达，并促进了Mycobacteria的细胞内生长。这些数据表明miR-155和miR-17-5p在自噬的调节中发挥着不同的作用，这取决于宿主细胞类型和细菌菌株。
2.1.2 miR-125 a-3p，mir-26a，mir-106b和mir-144*：自噬抑制剂
Mtb感染影响几种已知调节自噬过程的miRNAs的表达，这些过程对宿主防御是十分重要的。Mycobacterial感染上调了miR-125a-3p的表达，这将抑制抗微生物反应。miR-125a-3p介导的UVRAG抑制减弱抗Mtb感染的自噬激活和吞噬体成熟。此外，Mtb感染还下调了miR-26a的表达，从而促进了M2极化和Mtb细胞内的存活，并抑制了Mtb的自噬。虽然miR-106b在克罗恩病中具有调节ATG16L1的作用，但其在Mtb感染中的病理作用是由其对组织蛋白酶S活性的影响所驱动的。利用肺结核病患者的miRNA微阵列数据集发现，miR144*/hsa-miR-144-5p被鉴定为人类结核病的候选miRNA。相对于健康对照组，肺结核患者和肺外结核患者的PBMC和病变部位中miR144*的表达显著升高。在人单核细胞和巨噬细胞中，Mtb感染可能导致miR144*的显著上调，导致自噬基因DRAM2表达量降低，并抑制自噬和抗Mtb感染的抗微生物反应。在人类TB患者中，一些其他miRNA被视为循环中的miRNA；然而，相关领域研究仍处于初期阶段，关于miRNAs在调节人体细胞自噬和异源吞噬中的病理生理学作用还有很多需要了解。
2.1.3 miR-33，miR-33*和miR-27a：体内自噬的负调节因子
除了miR-155，同样也有学者研究了miR-33/33*和miR-27a在体内的重要功能。Ouimet等人开创性的研究揭示了miR-33/miR-33*在分枝杆菌感染过程中对多种自噬和溶酶体基因的整合调节作用。此外，miR-33/miR-33*通过抑制AMPKα和下游转录因子TFEB，促进细胞脂质堆积和脂质小体的形成，从而有利于Mtb细胞内的存活。重要的是，造血miR-33缺陷小鼠的肺中表现出miR-33/miR-33*靶基因表达量的提高，并改善了体内Mtb的清除。这些研究强调了miRNA介导的固有宿主防御机制通过调节自噬和溶酶体途径对Mtb感染的体内调节作用。有必要对体内模型进行更多的研究，以更好地阐明miRNAs在对抗结核分枝杆菌感染中的确切作用。
2.1.4 miRNAs调控M. bovis BCG感染过程的自噬
基于一项具有毒性的M. bovis的研究表明，在感染的巨噬细胞中miR-199a的表达上调。miR-199a抑制自噬和干扰素-β的诱导，这导致细胞内Mycobacteria负荷增加。有报道表明，M. bovis BCG感染增加了miR-20a和miR-144-3p的表达量，以抑制自噬并促进细胞内BCG的生长。在miRNA-mrna相互作用对BCG感染巨噬细胞成熟可能有重要意义的硅分析中认为，mir-3619-5p可以靶向溶酶体半胱氨酸蛋白酶组织蛋白酶s（Cts），从而在分枝杆菌的发病机制中发挥作用。在感染M. bovis BCG的牛肺泡巨噬细胞中，miR-15a，miR-142-5p，miR-21-3p，miR-30b-5p，miR-22-3p和miR-23a分别靶向Rab4a，Rab5b，Rab5c，Rab11，Rab22a和Rab7a，阻止吞噬体成熟。鉴于BCG缺乏ESX-1而似乎不能诱导异源自噬，BCG介导的miRNAs上调可能通过一种不依赖自噬的靶向自噬基因的机制促进BCG在巨噬细胞中的生长。
2.2 Listeria感染过程中自噬的miRNA调控
虽然关于Listeria依赖LLO表达激活异源自噬的机制已有诸多报道，但仍缺乏miRNA调节异源自噬功能的直接证据。基于对Listeria感染的巨噬细胞进行全基因组miRNA分析发现，有一些miRNA显著上调。其中，miR-155、miR-146a、miR-125a-3p/5p和miR-149等5个miRNA在野生型和L. monocytogenes LLO缺陷型中均上调。由于这些miRNA是巨噬细胞表达的早期反应基因之一，其在LLO缺陷型Listeria感染时依赖于MyD88的诱导，使其成为早期先天免疫反应的一部分。这些数据表明，由于这些细菌独立于细菌毒力诱导产生且具有进入宿主细胞胞质的能力，因此候选miRNAs在宿主防御Listeria菌感染方面的作用有限。
Mycobacteria和Listeria通过激活Wnt和Shh通路抑制干扰素-γ诱导的自噬途径，以克服细胞内微生物的清除。有关miR-155和miR-31在自噬微调中的机理目前已被阐明，它们调节PP2A-GSK3B轴以延长Wnt和Shh信号，从而导致抑制IFN-γ诱导的JAK-STAT信号来调节自噬。未来的研究有必要确定与Listeria菌毒力相关的关键miRNAs，并解决miRNA在Listeria感染过程中对不同类型的自噬、异源自噬和LAP的调节作用。
2.3 miRNA对Helicobacter感染自噬的调节作用
在H.pylori感染过程中，AGS细胞株和人胃组织中miR-30b的表达量上调，而其他细菌未能引起类似的结果。miR-30b抑制ATG12和beclin-1的表达（在自噬激活中起重要作用的蛋白质），并促进宿主细胞中的细菌的复制。同样，在H.pylori感染过程中，miR-30d表达量上调，这其中自噬途径的五个核心成员（ATG2B，ATG5，ATG12，BECN1和BNIP3L）可能受该miRNA调控。
有趣的是，在H.pylori阳性患者的胃粘膜组织中，miR-155水平与临床结果显著相关。与Mycobacterial感染相似，miR-155的表达通过诱导自噬和抑制Rheb降低了H.pylori在GES-1细胞中的细胞内存活。综上所述，H.pylori诱导的miRNA的表达有助于形成有利于H.pylori逃避宿主防御和自噬清除的环境。表1总结了自噬和响应细菌感染的差异调节miRNAs之间的关系。
总结
了解病原菌如何逃避或破坏自噬将使我们对疾病的发病机制和感染过程中相关的宿主防御机制有更进一步的认识。病原菌驱动的效应蛋白在分子发病机制中起着重要作用，在感染过程中逃避自噬清除。正如miRNAs在各种环境中参与自噬的调节一样，病原菌miRNAs为我们提供了对细菌致病的分子机制的新见解。但在许多问题上目前仍有待欠缺。例如，尚不清楚多个miRNAs在一起表达时可能会产生什么影响，细菌如何调节宿主miRNAs的表达，以及体内模型在评估miRNAs在感染过程中的临床意义的价值。
基于可控的体外研究，目前有关Mycobacteria，Listeria以及Helicobacter感染过程中上调或下调的miRNAs也有所了解，在未来研究中需要更多的证据来支持我们对miRNA在体内感染过程中的功能的理解。此外，有关由特定的和有毒的细菌菌株特异性调控的miRNA标记很少被人们所了解。例如，miR-155的表达的下降与抗菌功能相关，但这似乎是非特异性诱导的结果。确定调节细菌逃逸策略的miRNAs的功能以及miRNA对细菌的操纵是否可用于改变宿主的自噬机制是十分重要的。这些研究不仅可以提供有关miRNA在宿主-病原体相互作用中功能的基础知识，同时对于开发新的抗感染诊断和治疗模式也是至关重要的。
更多推荐
1 科研 | 基于转录组和调控网络分析揭示了石斛降血糖作用及其机制（国人二区作品）