综述 | Frontiers in medicine：microRNA-21在肝脏疾病发病机制中发挥的作用
编译：alin，编辑：十九、江舜尧。
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MicroRNA是长度在18到24个核苷酸之间的非编码小RNA。MicroRNA-21（miR-21）具有调节增殖、分化、迁移和凋亡等多种生物学功能，可在多种哺乳动物细胞中高度表达，是研究最广泛的microRNA之一。由于miR-21不仅在不同类型的肝脏疾病中扮演着重要的角色而且其表达也存在显著的变异性和异质性，因此它作为不同类型肝脏疾病诊断标志物并服务于临床还有待进一步的研究。本文综述了miR-21在多种肝脏疾病中的研究进展，重点介绍了miR-21在多种肝脏疾病发病机制中的作用。
论文ID
原名：Critical Role of microRNA-21 in the Pathogenesis of Liver Diseases
译名: microRNA-21在肝脏疾病发病机制中发挥的作用
发表期刊：Frontiers in medicine
影响因子：3.113
发表时间：2020.1.30
通讯作者：Suthat Liangpunsakul
作者单位：美国印第安纳大学医学院
DOI号：10.3389/fmed.2020.00007
综述内容
1 MicroRNA-21简介
MicroRNA-21(miR-21)基因位于人类17号染色体上，高度保守(图1A)。F启动子包含几个保守的增强子元件，例如激活蛋白-1的结合位点(AP-1，由Fos和Jun家族蛋白组成)、E26转化特异性家族转录因子PU1(Ets/PU1)、CCAAT/增强子结合蛋白α(C/EBPα)、核因子I(NFI)、血清反应因子(SRF)、p53以及信号转导和转录激活因子3(STAT3)。在细胞水平，miR-21位于细胞胞浆和外泌体内。在组织水平，miR-21主要分布在外周血、骨髓、肝、肺、肾、肠、结肠和甲状腺。在功能上，miR-21通过与参与转录后基因沉默的3’非翻译区(UTR)结合来调节其靶点。经计算机算法预测有175个参与生物调节和细胞代谢过程的基因受到miR-21的调控(图1B)，然而，得到实验验证的相对较少(表1)。据研究报道，miR-21在炎症、纤维化和癌症等多种疾病中表现上调。同时，越来越多的证据也表明miR-21在多种肝脏疾病中发挥重要作用。
图1(A)miR-21在物种间高度保守，(B)miR-21在细胞内的生物学功能。
2 MIR-21在病毒性肝炎中高表达
病毒感染通过影响细胞miRNA的表达水平为其生存和致病创造了有利环境。宿主miRNA也可能靶向作用于病毒基因组，促进或者抑制病毒感染。如研究表明乙型肝炎病毒(HBV)感染者血清miR-21水平升高。虽然目前尚无直接证据证明miR-21与HBV感染或复制有关，但有研究已经表明miR-21在HBx蛋白(HBx)诱导的非肿瘤向肿瘤转化中起着重要作用，其机制是通过同源性磷酸酶/磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PTEN/PI3K/Akt)信号通路发挥作用。此外，丙型肝炎病毒(HCV)促进miR-21在肝细胞系和原代人肝细胞中的表达。同时，临床资料显示，HCV感染者肝组织miR-21的表达与病毒载量和肝组织纤维化程度均有关。研究发现，在丙型肝炎病毒感染过程中，miR-21通过抑制骨髓分化初反应蛋白88(MyD88)和白细胞介素-1受体相关激酶-1(IRAK1)来负性调节IFN-α信号转导。
表1已报道的受miR-21调控的基因靶点。
3 MIR-21在非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)中的作用
非酒精性脂肪肝(NAFLD)是与代谢综合征相关的最常见慢性肝病之一。它表现出广泛的组织病理学改变，即从单纯性脂肪变性、脂肪性肝炎(NASH)到肝硬化。在动物模型和NAFLD/NASH患者中，肝脏组织miR-21表达增加；然而，NAFLD患者血清miR-21水平与对照组相比，不同研究，结论却有所不同。一项研究显示25例NAFLD患者血清miR-21水平低于12名正常对照组，另一项研究表明NAFLD患者血清miR-21水平高于正常对照组。多项研究结果表明，miR-21依赖复杂的转录体系来调节肝细胞中的糖脂代谢。MIR-21通过与固醇调节元件结合蛋白1(SREBP1)、3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGCR)、脂肪酸结合蛋白7(FABP7)等因子相互作用，促进肝脏脂质蓄积。此外，通过调节F-box蛋白O1、胰岛素诱导基因-2、STAT3和肝细胞核因子4-α(HNF4-α)，肝细胞miR-21在促进饮食性肥胖小鼠肝脏胰岛素抵抗和脂肪变性中发挥新的作用。当下调肝脏miR-21表达时，可以有效改善糖耐量和胰岛素敏感性并减少肝脏脂肪变性和脂肪酸摄取。MIR-21还可通过抑制过氧化物酶体增长因子活化受体-α(PPARα)信号通路参与细胞损伤、炎症和纤维化。综上所述，miR-21可能以细胞特异性的方式影响NAFLD进展的不同阶段，即肝细胞脂肪堆积和脂肪变性的早期阶段和/疾病后期的炎症和纤维化。
4 MIR-21在酒精性肝病中的作用
酒精性肝病的组织病理学改变与过度饮酒患者的非酒精性脂肪肝相似。酒精性肝损伤后表现为多个miRNAs异常表达。在乙醇灌胃喂养或Lieber-DeCarli酒精液体饲料（标准型，酒精热量36%）喂养5周的动物模型中，发现酒精喂养的小鼠肝脏的miR-21水平与配对喂养的正常对照小鼠相比有不同程度的过表达。
肝脏miR-21的诱导被认为对继发性酒精肝损伤具有保护作用。首先，在酒精诱导的肝损伤期，miR-21的过表达增加了细胞的存活率。其次，酒精性肝炎和酒精性肝硬化导致组织修复的改变。MIR-21是肝脏损伤的介质，在酒精引起的肝损伤组织修复中起关键作用。这一过程涉及一系列死亡受体信号通路。第三，miR-21可能是肝脏再生的关键调节因子，以应对饮酒引起的继发性肝损伤。除了动物模型的研究结果外，还有两条证据支持miR-21在ALD中的重要作用。人肝组织的整合miRNA图谱分析显示，与对照组相比，饮酒患者的miRNA表达存在显著改变。在不同来源的miRNA中，饮酒患者肝脏miR-21显著上调。尽管有证据表明miR-21在酒精性肝病中具有保护作用，但缺乏miR-21在酒精性肝炎脂肪变性、炎症和纤维化这3种关键性组织病理学改变方面深入的分子机制研究。同时，酒精性肝损伤过程复杂，涉及肝细胞、枯否细胞(KCs)和星状细胞之间的交互作用。酒精诱导肝损伤的凋亡肝细胞促进KCs分泌炎症和促纤维化细胞因子。由于miR-21存在于肝细胞、炎性细胞/巨噬细胞和星状细胞中，因此不同细胞类型的miR-21在ALD发病机制中的具体作用有待进一步研究。
5 MIR-21在肝纤维化和肝细胞癌中的作用
MIR-21已被证明可以促进肌肉和各种器官(包括心脏、肾脏、肺和肝脏)纤维化形成。临床资料显示，miR-21在胆道闭锁所致肝纤维化患者的肝脏中表达上调。在肝脏中，miR-21通过激活肝星状细胞(HSCs)和胶原合成诱导纤维化。从机制上来说，miR-21的过表达促进氧化，增加胶原合成，并通过 Spry1/ERK/NFκB、PTEN/AKT、程序性细胞死亡因子4(PDC4)/AP-1、Smad7/Smad2/3/NADPH氧化酶四个途径激活血管紧张素系统。最近，研究表明，在NASH相关性肝损伤的蛋氨酸胆碱缺乏饮食模型中，miR-21基因敲除致使脂肪变性、炎症和脂肪细胞凋亡减少，并减弱纤维化。类似地，在另一项胆管结扎小鼠模型研究中，miR-21表达的缺失导致胶原沉积减少，纤维化标记物转化生长因子-β1和α-平滑肌肌动蛋白的表达减少。尽管有证据表明miR-21与纤维化有关，但最近在CCL4诱导肝纤维化小鼠的模型中发现，miR-21的反义抑制或基因缺失不会改变HSC的激活或肝纤维化。
MIR-21是一种“onco-miR”，miR-21在人类实体恶性肿瘤中经常上调，如乳腺、结肠、肺、胰腺、前列腺、肝脏和胃的肿瘤。MIR-21是肝损伤和肝细胞癌发生发展过程中公认的生存因子。临床资料显示miR-21在HCC组织和血清中均显著上调。虽然miR-21在HCC组织中的表达不能预测总生存期，但研究表明miR-21的表达增加与肿瘤的进展显著相关，可能成为HCC预后的一个新型潜在生物标志物。从机制上讲，miR-21通过miR21-PDCD4-AP-1反馈环，促进肝癌的迁移和侵袭。MiR-21的上调可以激活同源磷酸酯酶基因蛋白(PTEN)，激活AKT的磷脂酰肌醇-3激酶信号，从而促进HCC的进展。此外，miR-21通过靶向调控Kruppel样因子5(KLF5)促进肝癌细胞的迁移和侵袭。同时，肝癌细胞也可分泌针对PTEN外泌体的miRNA-21，从而激活肝星状细胞中的丙酮酸脱氢酶激酶1/AkT信号通路，进而通过分泌血管内皮生长因子、基质金属肽酶2、基质金属肽酶9、碱性成纤维细胞生长因子和转化生长因子-β(TGF-β)等血管生成细胞因子促进肿瘤发展。研究发现在两个不同的HCC肿瘤异种移植模型中，用特异性单链寡核苷酸抑制剂miR-21(抗miRNAs)治疗可抑制HCC生长。
表2 miRNA-21在不同肝脏疾病中表达失调。
6 MIR-21作为肝脏疾病诊断和治疗靶点的潜在作用
虽然miR-21在不同类型的肝脏疾病中扮演着重要的角色，但它作为其诊断标记物并服务临床还有一些问题亟待解决。例如在NAFLD患者中，循环中的miR-21作为疾病分期的诊断标记物产生了相互矛盾的结果。更重要的是，缺乏标准的操作程序和统一的方法来标准化具有把关基因的miR-21水平，这也是目前不能采用miR-21作为诊断工具的问题。虽然靶向miRNA已被用于治疗丙型肝炎，但在将miR-21用于治疗干预之前，还需要更多的研究来进一步探究miR-21在不同类型肝脏疾病发病机制中的具体机制。
总结
MIR-21表达失调在多种类型的慢性肝脏疾病中非常普遍(表2)。然而，在不同的研究中，不同类型肝脏疾病miR-21的表达又存在变异性和异质性。潜在的解释可能是使用了不同的动物模型以及缺乏标准化的程序和方法来标准化miR-21水平。因此，使用miR-21作为治疗靶标或作为不同类型肝脏疾病的潜在生物标志物还有问题需要解决。在我们将实验成果应用到临床之前，还需要进一步深入研究确定miR-21的功能及其与每种慢性肝病相关机制。
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