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非酒精脂肪肝(NAFLD)与肝代谢的彻底重组有关。表观遗传机制,尤其是与放松管制的表情和活动相关的小分子核糖核酸(microrna)发挥重要作用在与非酒精性脂肪肝相关代谢紊乱和疾病的进展向更严重的阶段。在本文中,我们讨论了最近的进展解决多方面的角色复杂的microrna的监管网络的开发和发展非酒精性脂肪肝。miRNA-mediated基因调控的基本概念和机制以及基本中遇到各种各样的挫折和转化研究在这一领域的争论。microrna确定到目前为止,表达式/活动的管制在非酒精性脂肪肝,和导致的结果这个病理进一步审查。最后,潜在的治疗在短中期的用法miRNA-based策略在非酒精性脂肪肝,特别是识别非侵入性的生物标记,或设计药理类似物/抑制剂对肝代谢,产生广泛的行动突出显示。
- 慢性肝病
- 脂肪肝
- 脂质代谢
- 肝脏代谢
来自Altmetric.com的统计
介绍
全球流行性肥胖、胰岛素抵抗、糖尿病和非酒精脂肪肝(NAFLD)已成为重大公共卫生问题。肝脂肪变性引起的病毒性、遗传因素和不含酒精的起源的主要特点是NAFLD谱系的代谢紊乱,可进一步发展成炎症(非酒精性脂肪肝(NASH),最终纤维化和肝硬化和肝细胞癌(HCC)结束阶段的疾病。1 2非酒精性脂肪肝与彻底重组管制造成的肝代谢的关键分子机制管理后者,以及相关基因的表达。改变基因表达的表观遗传机制决定,包括DNA甲基化、组蛋白乙酰化和非编码依赖rna的规定,重要的是这些肝代谢紊乱。在后者中,小分子核糖核酸(microrna)发挥重要作用在非酒精性脂肪肝及其发展走向更严重的疾病,因此拥有巨大的潜力来影响病人的结果。3microrna的监管网络的许多方面仍然掩盖在异构和多因子的代谢疾病,如非酒精性脂肪肝及其并发症。然而,尽管高复杂性的microrna的生物,他们中的一些人已经被确认为重要的演员在非酒精性脂肪肝和可靠的循环生物标志物之间的非侵入性诊断疾病的不同阶段。4加深我们的理解在特定的复杂角色microrna在非酒精性脂肪肝应该有前途的角度打开关闭未来治疗策略基于药理microrna的目标。
microrna的生物起源、表达和功能
人类基因组包含超过2000个microrna的主要功能是抑制基因表达。5microrna的合成开始初级microrna的转录(pri-miRNAs),然后由核酶裂解蛋白复合物(Drosha / DGCR8)生成pre-miRNA分子。6 7Pre-miRNAs然后转移到周围的细胞质和加工成成熟的microrna的工器帽子20 - 25核苷酸的酶。双工的导链是纳入RNA-induced沉默复杂(RISC),而乘客链通常退化。6 7然而,这一步骤的microrna的生物起源非常多才多艺,乘客链也可以纳入RISC和触发基因沉默。8成熟种子序列互补的microrna 3 ' utr(翻译区)的信使rna (mrna),导致退化,或抑制通过控制其访问转化翻译机器。最终结果的机制是基因表达的抑制作用。重要的是,众多3 ' microrna的有能力来绑定一个-UTRs不同的mRNA,和一个信使rna可以由多个目标microrna。虽然这代表miRNA-mRNA交互的教条的观点,已报告其他机制,如microrna绑定到5 ' utr或mrna的编码序列。9此外,一些microrna可能不是旨在抑制,而是增强基因表达,提供了额外的一层复杂性的microrna分子功能。10最后,microrna的其他的机制,包括直接绑定toll样受体,11或线粒体转录,12目前进一步概述了我们有限的microrna的生物学的理解。
miRNA-based研究的复杂性和偏见
特定的microrna的表达和功能不同的细胞类型之间可以是非常不同的。13日14的确,直接microrna基因或蛋白编码基因的转录调控,microrna编码,取决于可用性的特异性转录因子(TFs)的控制下的各种环境因素,同时也精力充沛、分化和增殖状态的细胞。15反之亦然的转录组特定细胞类型相反的microrna的表达和活动水平。这些观察的一个推论是miRNA-dependent功能观察病理和癌变细胞/组织可能不是可翻译主要的细胞或组织,甚至从同源。16此外,啮齿动物疾病模型被广泛用于评估功能和治疗microrna的潜力,然而microrna在人类经常有不同的目标基因或可能的控制下不同的监管机制。17最后,药理针对microrna的抑制剂/活化剂在细胞/组织感兴趣的可能是,在某种程度上,不具体的,会导致不确定的解释相关的研究,由于不相干的事件。鉴于所有这些潜在的缺陷,数据应该被高度的谨慎,根据实验方法用于调查microrna的功能。
越来越多的证据也表明,microrna的表达和活动并不总是关联。15多种机制,包括竞争性结合蛋白质或rna microrna,以及细胞microrna的相对化学计量的差异或mrna,负责这一悖论见图1。最后,microrna可以接受序列编辑加工过程中(如A-to-I),影响他们的约束力的特点和管理链的选择(指南、乘客)纳入RISC复杂。18 19支持这些阐述miRNA-based监管机制的复杂性,超过4000编辑网站中发现了pri-miRNAs和成熟的microrna与伟大的人类和动物之间的差异。18
分子机制调节microrna的阻遏活动。(一)rna结合蛋白(RBPs)可以通过不同的机制影响microrna的阻遏活动。RBPs确实能促进microrna的阻遏活动绑定目标mrna和有利于构造适合miRNA-mRNA绑定和镇压转录(a) (PMID 25048093)。相反,如(b)所示,RBPs还可以抑制microrna的活动绑定microrna本身,因此阻碍了他们与目标mrna的互动。的隔离是一个典型的例子说明这种机制miR-21 RBP户珥,从而防止miR-21压制其目标(PMID 26189797)。另外,RBPs可以占领miRNA-binding序列或诱导胜构象目标mRNA的识别通过特定的microrna绑定之外的3 '非翻译区(3 'utr),这两种机制导致抑制microrna的阻遏活动(PMID 25048093)。(B)竞争rna如长非编码rna (lncRNAs),小非编码rna (sncRNAs,包括小分子核糖核酸和小核仁的rna),圆形的rna或伪基因可以容纳序列互补的microrna并隔离/诱饵microrna从绑定到目标mRNA,现在让它(PMID 24523727)。(C)化学计量目标mrna的表达可以影响microrna的活动。当一个目标mRNA-X过表达,它可以隔离大部分副本的microrna的细胞,因此强烈影响microrna的次要目标的影响,即使没有改变的microrna的表达(PMID 21802130)。(D)化学计量的microrna也会影响各自的活动具体的microrna。 When miR-X competes with miR-Y for the same target, overexpression of miR-X will displace miR-Y from its primary target and leave it available to bind to secondary mRNA targets (PMID 21802130).
总之,很明显,研究细胞/组织microrna的表达或循环microrna的签名可能代表了一种有价值的诊断toolsfeaturing特定疾病。然而,只考虑改变microrna的表达在组织和评估他们的病理生理角色复杂的非酒精性脂肪肝等疾病,是远远不够的(箱1)。
在非酒精性脂肪肝MiRNA-dependent表观遗传重编程
各种代谢途径解除在非酒精性脂肪肝收敛异常脂质积累成肝细胞。这些包括了(我)新创脂肪生成(黑暗),(2)增加吸收血液中的脂质中多余的,(3)降低肝脂质或(iv)出口受损的脂质氧化。20 21所有这些代谢过程是由特定的microrna(严格监管图2)。由于葡萄糖水平升高燃料黑暗,miRNA-dependent改变肝脏糖酵解,糖质新生和糖原代谢也导致非酒精性脂肪肝发展关键的病理机制。最后,放松管制的细胞过程,如自噬或内质网(ER)压力和展开的蛋白质反应(UPR)最近还与脂肪变性发展和microrna的控制下22 - 24(图2)。
microrna调节葡萄糖/脂质在肝脏代谢和应激通路。microrna的示意图表示管制在非酒精性脂肪肝和导致脂肪变性发展通过改变肝葡萄糖和脂类代谢,自噬,ER-stress UPR通路。呃,内质网;非酒精性脂肪肝,非酒精脂肪肝;UPR的蛋白质反应。
病理生理miRNA-dependent调节肝脏脂质代谢
提出了几个microrna施加严格控制肝脏脂质代谢的各个方面(框2)。3 25在此,我们将专注于四个具体的microrna,也就是说,mir - 122, miR-33, miR-34a miR-21,承认他们在肝脏代谢重要的监管职能和脂肪肝的治疗潜力高(盛名)。一个简单列表的microrna与管制肝表达和/或改变循环水平提供了非酒精性脂肪肝表1。
mir - 122几乎占70%的microrna的表达在肝脏副本。26目前的证据表明,它代表了肝脏脂质代谢的主要监管机构。在老鼠身上,肝mir - 122抑制导致的差别(i)间接对这些脂肪生成的酶(如FASN, ACC),增加脂肪酸β-oxidation和减少细胞内甘油三酯的积聚27(2)降低胆固醇的合成28通过机制仍然知之甚少(图2)。引人注目的是,尽管mir - 122表达下调的非酒精性脂肪肝患者肝组织/纳什,29日循环水平的microrna的增加,有证据表明肝mir - 122是由脂肪分泌acid-dependent机制30.(表1)。最近的一项荟萃分析进一步报道,mir - 122允许从纳什在区分非酒精性脂肪肝诊断的准确性。4基于这些研究,mir - 122出现无疑是肝脏脂质代谢的重要调节器和说明了谨慎原则假设循环水平microrna并不总是反映其组织的表达和/或活动,如非酒精性脂肪肝患者所示。
虽然miR-34a是弱表达肝细胞,它似乎紧调节脂类代谢。这个microrna也显著调节患者的血浆和肝脏纳什,将其视为一种疾病阶段的好和可靠的生物标志物4 31(表1)。在人类肝细胞脂肪变性的小鼠模型,抑制miR-34a可以证明这个PPARαmicrorna的具体目标和Sirtuin蛋白1 (SIRT1),从而抑制脂肪酸分解代谢,有利于脂肪变性的发展。32有趣的是,miR-34a也促进活化蛋白激酶抑制α(AMPKα)活动,一个主要的代谢开关与脂肪生成。32最后,miR-34a也显示在老鼠施加广泛控制存储通过专门针对肝细胞脂质核因子4 (HNF4),特遣部队保护从脂肪变性发展到一个关键的转录控制多个基因参与脂质分解代谢。33
MiR-33也在调节肝脏组织和非酒精性脂肪肝患者的血液循环,特别是纳什34(表1)。这microrna的关注,因为它的两个亚型a和b是内含子编码的两个关键脂肪生成的TFs, SREBP2(固醇调节元件结合蛋白2)和SREBP1,分别。MiR-33调节胆固醇和脂肪酸代谢在人类肝细胞系通过瞄准胆固醇流出调控蛋白(ABCA1和ABCG1)和监管者的脂肪酸β-oxidation (CPT1A和AMPKα)。35 36基于这些研究,miR-33抑制剂被认为是潜在的治疗武器来对抗心血管疾病和动脉粥样硬化。35然而,miR-33也报道防止肥胖和小鼠的肝脂肪变性。37有趣的是,连接肥胖的分子机制和miR-33仍争论不休,因为不同miR-33删除导致的小鼠模型观察不同机制的行动,也就是说,miR-33-mediated抑制脂肪生成的TF SREBP138或miR-33-dependent限制食物摄入通过分子机制仍不清楚。37不同研究结果之间不一致的在这microrna也可能源自不同亚型的miR-33的抑制。值得注意的是,注射miR-33抑制剂在防护剂量对小鼠动脉粥样硬化并没有促进肥胖发展这些动物,不像miR-33基因消融,因此支持与miR-33抑制剂治疗干预的潜在安全。39
MiR-21高度增加了患者的肝脏和血浆纳什29日40(表1)。这microrna是应激microrna的典型代表,强烈表达了在肝脏,但在正常的生理条件下剩余的灭活。41成千上万的报告列出了miR-21的致癌作用,但近期作品也强调肝代谢和炎症的关键功能。41在人类肝细胞,miR-21表达式/活动引起的显示是不饱和脂肪酸,42或者steatogenic丙肝病毒菌株。43在肝细胞中,miR-21目标重要因素抑制肝脂肪变性的发展,如磷酸酶和tensin同族体(PTEN),抑制了黑暗和脂肪酸的吸收44或PPARα,引发脂质氧化。45我们最近也证明hepatocyte-specificmiR-21消融在小鼠体内抑制脂肪变性发展引起的肥饮食,通过多个upregulation miR-21目标参与脂类代谢。41其他miR-21-dependent机制,如(i)调制的HBP1-p53-SREBP1信号轴推动食源性脂肪变性;42(2)针对HMGCR,调节甘油三酸酯和胆固醇代谢46和(3)调节脂肪酸结合蛋白7 (FABP7),调节脂质贩卖肝细胞,47最近也报道,作证miR-21广泛的功能在致癌作用和代谢体内平衡。
microrna在非酒精性脂肪肝:不仅仅是脂质代谢的监管机构
肝碳水化合物代谢
碳水化合物和脂质代谢通路是紧密相连的通过常见的生化基质和需要考虑对非酒精性脂肪肝发展和microrna在这种疾病的作用。据报道许多microrna调节糖原代谢,从而可能将葡萄糖向黑暗,观察到胰岛素抵抗48(图2)。据报道,mir - 122目标糖原合酶1 (GYS1),从而抑制糖原合成,27虽然miR-20-5p开车肝糖原合成通过间接机制涉及p53和PTEN。49此外,miR-29减少糖原含量和葡萄糖吸收的主要人类骨骼肌细胞,也间接地通过胰岛素信号衰减。50有趣的是,miR-20和miR-29a非酒精性脂肪肝患者的血清水平显著调节和表达下调,分别指向这些特定的microrna潜在生物标志物51 52(表1)。Upregulation肝脏的糖酵解同样经常观察到的非酒精性脂肪肝患者,可能造成重要的DNL通过提供代谢基质过度。53在这方面,mir - 122被证明目标糖酵解酶醛缩酶在肝细胞,这表明与非酒精性脂肪肝差别mir - 122对这些基因可能是部分负责upregulation糖酵解54(图2)。其他的研究,主要是利用癌细胞,指出具体的microrna潜在调节糖酵解。miR-34a确实是这种情况,目标乳酸脱氢酶(LDHA),糖酵解的关键酶,55或mir - 125 b,这是显著调节患者的纳什56和目标己糖激酶2 (HKII),因此在肝癌细胞抑制糖酵解57(图2)。是否这些microrna调节糖酵解在非酒精性脂肪肝/纳什以及他们是否产生一种保护在这些疾病或有害作用还有待建立。最后,miR-33也抑制糖质新生,途径调节非酒精性脂肪肝患者在胰岛素抵抗,通过直接针对磷酸烯醇丙酮酸carboxykinase (PCK1)和glucose-6-phosphatase (G6PC),两个关键酶新创葡萄糖生物合成。58
压力激发了途径
microrna - ER跟压力UPR监管非酒精性脂肪肝需要重要的细胞压力和lipotoxicity,导致压力激发了通路的激活,如UPR引发的ER应激。肝脂肪变性扰乱正常的ER功能,从而触发了UPR的三个轴包括inositol-requiring酶1 (IRE1) PRKR-like ER激酶(活跃)和激活转录因子6 (ATF6)。22有趣的是,UPR直接显示激活脂肪生成,从而促进脂质积累创造了一个恶性循环。22mir - 122的多效性的细胞行为,这也microrna的负调节UPR在人类肝癌细胞(图2,差别),它对这些基因在非酒精性脂肪肝,导致细胞凋亡的减少。59有趣的是,UPR可以反过来进一步调节microrna的表达,以miR-30c-2-3p,诱导的活跃,导致目标的差别和随后对这些X-box-binding蛋白1表达。60此外,IRE1, UPR的关键内切核糖核酸酶的选择性降解显示诱导microrna在小鼠胚胎成纤维细胞,导致细胞凋亡的激活。61年高凋亡水平在非酒精性脂肪肝明显有助于发展向纳什,62年进一步强调microrna控制UPR的重要性。
MiRNA-dependent调节自噬特别是自噬深深影响肝细胞脂质稳态通过减少细胞的脂肪含量。23然而,自噬调控microrna在肝脏研究甚少,然而数据在肝肿瘤细胞可以在这个领域奠定了基础。事实上,mir - 375,这是调节在非酒精性脂肪肝患者的肝脏和血清(表1)所示的行为作为一个重要的肝癌细胞自噬抑制剂通过瞄准autophagy-related蛋白7 (ATG7)。63年据报道其他microrna调节自噬,mir - 224等,会使ATG5,或mir - 101和mir - 199,目标mTOR激酶,一个关键的信号效应抑制自噬。24现在,未来的研究需要更好地理解microrna的作用在调节细胞应激反应和非酒精性脂肪肝这些机制的相关性,这仍可能被低估,尽管上面讨论的最新进展。
miRNA-dependent塑造非酒精性脂肪肝的恶性肿瘤
non-cirrhotic非酒精性脂肪肝患者的肝细胞癌的发生率在上升,打破教条,肝硬化是肝癌发展的必要前提。1 64与癌症相关的分子机制在没有肝硬化发展仍主要是模糊的,但是越来越多的证据表明,non-genomic癌症相关因素的变化在非酒精性脂肪肝可以生成一个有利的微环境促进肝肿瘤发生。
支持这一概念,PTEN,一个关键的肿瘤抑制基因(TS)的部分损失表达式/活动足以引起各器官恶性肿瘤,明显表达下调与脂肪变性动物模型和人类。65 66miR-21多次报告目标在肝肿瘤细胞PTEN表达,支持其声誉的强有力的致癌microrna的(oncomiR)在其他癌症。44因此,除了它的作用在肝脏代谢和非酒精性脂肪肝/纳什发展,upregulation miR-21的盛名也可能促进肿瘤发生。然而,如图3,验证miR-21目标的众多复杂的控制与新陈代谢、免疫和致癌作用,还提高重要的病理生理的辩论在活的有机体内角色miR-21肝脏作为一个促进因素。miR-21相比,mir - 122被证明有在HCC tumour-suppressive作用通过不同的机制包括(i)间接抑制小鼠致癌基因原癌基因的报道67年(2)其潜在作用在促进人类肝脏肝细胞分化。68年符合其角色TS, mir - 122经常表达下调与差别在肝癌和mir - 122对这些不良预后。68年最后,相应的监管放松管制的癌症相关关键microrna NAFLD的因素也可能发生。例如,miR-34a表达式被报道的控制下的TS p53食源性肥胖老鼠的肝脏,这表明p53的抑制,从而对NAFLD-associated有保护作用差别miR-34a对这些并发症。69年此外,这个途径最近的相关性进一步支持对老鼠的研究表明,激活p53 / miR-34a途径触发肝纤维化。70年
多效性的角色miR-21的肝代谢体内平衡和肿瘤发生。尽管miR-21调节非酒精性脂肪肝/纳什和导致脂肪肝的发展,许多研究已经确定了它作为一个强有力的致癌microrna (oncomiR)针对关键的肿瘤抑制基因(PMID 27699004)。然而,许多实验验证miR-21目标也特征明显致癌基因表明根据上下文(如细胞/组织、肿瘤微环境突变,代谢体内平衡,…),miR-21也可能有一个肿瘤抑制活性。miR-21目标的众多参与复杂的流程紧密调节代谢和肿瘤发生进展/回归呈现很难预测结果的潜在治疗策略基于抑制或激活miR-21。说明这种复杂性和miR-21多向性的角色,一系列实验验证人类miR-21-5p目标从miRWalk检索数据库(V.2.0),然后相互参照(维恩图解,左上角面板)HCC-related基因从MetaCore获得软件和葡萄糖的列表/脂质代谢相关基因(基因本体,葡萄糖和脂质代谢过程)。23个基因参与新陈代谢的基因验证miR-21之间重叠的目标和在绿色面板(右上)。一个重叠之间的109个基因被发现miR-21目标和HCC-related因素进行验证。109 HCC-related因素被归类为致癌基因(左下方面板红色)或肿瘤抑制(右下蓝色面板),基于文献。引用(PMIDs)的分类下面提到的每个基因的基因名称。值得注意的是一些miR-21目标列为或致癌基因参与肿瘤抑制肝代谢(如PTEN、BRCA1、HPGD AKT2, PPARα,MYC和俱乐部在绿色低板),从而强调代谢重编程的贡献肝肿瘤发生。 HCC, hepatocellular carcinoma; NAFLD, non-alcoholic fatty liver disease; NASH, non-alcoholic steatohepatitis.
在这里,一个清晰的了解microrna的管制在非酒精性脂肪肝导致启动肝细胞恶性肿瘤,无论是直接还是间接的,例如通过提供一个有利的环境致癌作用,需要进一步的调查(框2)。深化我们的知识在这一领域能提供基本的科学家和临床医生突破概念理解和预防/治疗肝细胞癌在non-cirrhotic NAFLD患者。
针对microrna对非酒精性脂肪肝的治疗潜力
解体病理生理功能和治疗潜在的microrna及其目标
高通量技术,如microrna的微阵列和microrna的测序,确定管制microrna行列式在组织或血液循环,可能参与治疗潜在疾病发展或展示。71年然而,如上所述,microrna的表达变化不一定推断其活动的差异或支持其相关性疾病。因此,越来越多的额外的工具,如microrna的传感器和诱饵,目前正在开发评估microrna的生物利用度和活动在病理生理条件下,以及他们的治疗潜力。72年在这方面,黄金标准方法确认病理生理学microrna / mRNA交互利用荧光素酶报告基因检测。相关的细胞,例如,对非酒精性脂肪肝肝细胞,设计表达3 ' utr序列(或其他相关序列)的mRNA感兴趣的目标,与一位记者基因,如荧光素酶的活动是调制合成核苷酸模仿或抑制特定的microrna。73年或者,下拉标签microrna的分析(如生物素化的microrna)或免疫沉淀反应前复合物(RISC-associated蛋白质绑定microrna),其次是RNA序列是高吞吐量目标识别其他有价值的策略。74年各种公开的软件(如TargetScan, MirWalk miRDB, miRGator, miRTar)也经常使用的角度预测潜在的mRNA microrna的目标和反之亦然,通过调整预定义的种子序列microrna的信使rna序列。75年虽然生物信息学算法允许microrna的检测/信使rna相互作用往往会导致相关的结果,这些预测与谨慎考虑,需要通过实验方法证实,如上面所描述的。相反,可用生物目前有限的预测能力见图4,这突显出高架mir - 122, miR-34a, miR-33和miR-21目标,通过实验验证的,而不是预测的生物信息学工具。
预测和验证人类mir - 122 - 5 - p, miR-33a-5p, miR-34a-5p和miR-21-5p目标参与葡萄糖和脂质代谢。miRWalk 2.0数据库用于检索的预测和验证目标的列表:(A) mir - 122 - 5 - p, (B) miR-33a-5p, (C) miR-34a-5p和(D) miR-21-5p。预期目标是获得使用12种不同的算法(即miRWalk2.0 MicroT4,米兰达,miRBridge miRDB, miRMap, miRNAMap, PICTAR2,皮塔饼,RNA22, RNAhybrid和TargetScan)。只有候选人至少五个不同的预测的算法。预测和验证目标的microrna与葡萄糖/脂质代谢相关基因与MetaCore获得软件(浓缩与基因本体,生物过程,脂质/葡萄糖代谢)。基因参与脂质/葡萄糖代谢和每个特定的目标microrna是显示在右面板。非酒精性脂肪肝,非酒精脂肪肝。
破译microrna的角色和功能在活的有机体内,有三个主要的实验方法被开发的啮齿动物:(1)本构或条件基因敲除动物的基因工程,(2)调制的microrna的表达病毒转导或(3)管理的合成寡核苷酸模仿或抑制内源性microrna。表2总结执行重要的研究在活的有机体内通过这些不同的方法调查关键microrna与非酒精性脂肪肝相关的角色。所有方法都显示这两个优点和缺点。microrna的淘汰赛的遗传工程小鼠模型导致的损失和指导乘客microrna的链,与不可能区分每个链的特定角色。基因敲除也导致完全丧失的microrna的表达,与通常的2 - 10倍的变化在病理生理条件下观察到的。最后,如果报废microrna的编码序列在宿主基因,后者的表达也可能受到影响。相比之下,尤其是对非酒精性脂肪肝密切相关,基因方法的一个重要利益可能驻留在生成细胞/组织基因敲除或microrna的过度表达,因此避免了大量的负面影响通常与病毒转导或相关药理microrna的目标。事实上,慢病毒,adenoviral (AV)和腺相关病毒(AAV)可以使用转导microrna的类似物的交付/拮抗剂在活的有机体内。76 77慢病毒载体的优势触发一个稳定的转基因的基因插入,但潜在的插入突变是一个高危因素。AV / AAV mediated-delivery提供转基因剩余的游离形式,与细胞分裂可能会丢失,但插入突变的风险很低。与非酒精性脂肪肝相关研究,这些病毒的基因工程病毒衣壳蛋白的特定的启动子或挪用取向可以提供一个microrna的转基因的肝脏特异性表达。然而,免疫反应对这些向量不能总是被排除在外。最后,合成寡核苷酸模仿(模仿)或抑制(antimiRs)内源性microrna可以管理在活的有机体内,效率高(表2)。这些化合物药理允许合理控制抑制/激活特定的microrna的水平,以及这些干预的时机,除了开放宝贵的治疗观点对于复杂的代谢疾病,如非酒精性脂肪肝。不幸的是,重要的药理模拟缺陷/ antimiRs呼吁谨慎。事实上,一个有效的模拟效果/ antimiRs supraphysiological浓度要求可以在目标细胞饱和RISC复杂,导致重要的和不必要的脱靶效应。78年此外,针对具体一个细胞类型与这些药物化合物或器官仍然是具有挑战性的,虽然各种交付系统,如脂质体的解决方案,脂质使共轭聚合物,已经开发了肝脏。79 80有趣的是,蛋白质纳米粒子结合工程能够瞄准特定细胞类型也成功地用于microrna的运输交付急性髓系白血病细胞。81年这种方法也可以用于肝microrna的未来交付。化学改性技术对寡核苷酸序列同样被开发出来,以防止这些短的双链rna的rna降解,以及增强他们的亲和力。82年模仿,化学修饰可以干扰识别合成microrna的RISC复杂,只有2′氟(2′- f)修改报告显示免受核酸酶,同时仍然允许RISC的认可。83年值得注意的是,通过化学修改绑定/活动的优化模拟也可以大大提高这些化合物的稳定性和亲和力,可能导致意外和不必要的细胞效应相比与内生microrna。AntimiRs,相反,更适合化学修饰以提高其功能的亲和力和稳定性。其中包括2′-O-methyl(2′我)-cholesterol-conjugated寡核苷酸(antagomiRs), 2′-O-methoxyethyl (2′moe)共轭寡核苷酸或锁核酸(放大器)提出一个修改的寡核苷酸的糖结构。83 84强调不同的策略调查是很重要的角色相同的microrna在特定疾病(例如,基因缺失和管理抑制合成核苷酸)可能会产生不一致的结果和结论的相关性microrna的治疗目的。这一悖论的一个引人注目的例子是说明了研究调查的角色miR-21心脏压力保护通过antimiRs管理局或基因删除老鼠。85年
基于上述元素,很明显,加大临床试验之前miRNA-based疗法,彻底检查的作用和相关性microrna的利益需要在不同的执行在活的有机体内通过不同的系统的方法(模型和盒3)。
microrna作为非酒精性脂肪肝/纳什合适的生物标志物
缺乏可利用的生物标志物来诊断非酒精性脂肪肝与非侵入性的不同阶段的策略是目前临床医生面临的最大挑战之一,因为,到目前为止,肝活检仍然是黄金标准诊断方法。最近的证据表明,特定的水平非酒精性脂肪肝患者的血清microrna /纳什可能显著改变,不同阶段的疾病(表1)。4 56 86特别是,mir - 122和miR-34a血清水平与有关血清肝酶和脂质,以及肝脏炎症和纤维化阶段,确认他们的相关性循环生物标志物能够准确地从纳什歧视非酒精性脂肪肝患者。4 51 87等循环microrna miR-16 miR-19a / b, miR-21, mir - 125, mir - 375和mir - 192,也建议代表有前途的新的血液生物标志物对非酒精性脂肪肝/纳什(表1),3 4 51 56 88但进一步验证这些microrna作为值得信赖的生物标志物的相关性对非酒精性脂肪肝/纳什现在需要在大人类军团(盒3)。最后,值得注意的是miRNA-based生物标记物的流通NAFLD-like特色可以高度相关的其他疾病,如糖原存储I型疾病,肝癌的进展,但目前的血清生物标志物是相关的。89年
microrna的类似物或抑制剂作为非酒精性脂肪肝的治疗药物/纳什
目前,没有用来测试miRNA-based疗法临床试验专门为非酒精性脂肪肝/纳什。然而,鼓励数据和mir - 122和miR-34药理抑制剂在其他肝脏疾病阻碍了未来的设计试验非酒精性脂肪肝/纳什。除了诊断价值,mir - 122抑制和模仿,是治疗的相关性。90年mir - 122沉默的确是在非洲绿猴对丙肝病毒感染有效91年和黑猩猩。92年mir - 122反义放大器(Miravirsen)目前在二期临床试验中,因为这些抑制剂被证实的能力减少丙型肝炎患者的病毒RNA加载,没有诱导病毒抵抗。93 94此外,N-acetylgalactosamine-conjugated mir - 122抑制剂(rg - 101)也效率大大降低,甚至清除患者的病毒载量。95年另一方面,非酒精性脂肪肝和肝细胞癌治疗方法和mir - 122模拟可以改善患者的结果,而不非酒精性脂肪肝进展纳什,或减少肝细胞癌侵犯。然而,目前没有临床试验取得测试这个假说。
肝细胞癌和其他固体肿瘤治疗,另一个临床试验使用复合MRX34成立,miR-34的脂质体模拟。96年然而,尽管第一这个试验的结果令人鼓舞,在特定的促进因素差别一个高效的对这些miR-34的目标,严重的几种不良事件呼吁停止在这个临床试验。这次试验的失败和其他实验证据表明,需要解决两个主要问题,以提高效率和安全的miRNA-based疗法。首先,microrna的模拟的具体交付/抑制剂感兴趣的病变细胞或器官需要改进,以防止不必要的脱靶效应在健康器官。anti-miR-33-based疗法进一步说明这个问题,取得了有前景的结果在小鼠治疗心血管疾病,但可能也促进了肥胖和代谢障碍。37同样,尽管miR-21可能改善非酒精性脂肪肝的药物抑制/纳什或限制在癌症肝细胞增殖,41 97它也可能导致缺乏免疫反应。98年第二,治疗剂量的药物模仿/ antimiRs有效剂量之间微妙的平衡导致明显的临床结果和有毒剂量诱导的不利影响,特别是通过最优的中断所有microrna在细胞/组织之间的生理化学计量学中突出显示图1。这些重要问题的下一个挑战,临床医生和科学家需要解决与miRNA-based治疗非酒精性脂肪肝进展/纳什和其他疾病(盒3)。
其他治疗相关的非酒精性脂肪肝/纳什microrna
其他几个microrna已确定,除了这些广泛讨论了在先前的部分中,作为非酒精性脂肪肝/纳什的潜在治疗靶点。一个有趣的候选人是mir - 132,其抑制的肥胖老鼠触发upregulation几个具体目标,包括PTEN、SIRT1和FOXO3 (forkhead盒O3),一致行动,减轻食源性肝脂肪变性。99年其他microrna,即mir - 217, mir - 181 a和miR-29管理SIRT1的表情也报道,自噬和脂肪生成的主要监管机构。100 - 103药理调制的microrna的表达的影响/活动代谢途径可以进一步放大,当目标microrna调节重要的TFs及其代数余子式,具有广泛影响代谢体内平衡。microrna调节是这样(我)脂肪生成的TFs,如SREPB1 ChREBP, LXR PPARγ,(ii)等重要的代数余子式或阻遏蛋白脂肪生成的TFs PGC1αNCOR,分别和(iii) TFs促进脂肪分解代谢,如PPARα。图5总结microrna前所述调节表达和活动的关键球员在葡萄糖/脂质代谢。其中许多microrna见图5据报道有一个改变肝脏中表达,肥胖与脂肪变性的啮齿动物模型,或非酒精性脂肪肝患者。其他人被确定在研究调查从肥胖小鼠脂肪组织的脂质代谢/人类。对于后者,他们是否也有效地调节肝脏脂质代谢还有待建立。有趣的是,大多数的microrna的表达是由众多的报告显示被改变通过体育活动,或代谢紊乱,或通过特定的激素和/或营养中描述表3。然而,这些研究的一部分进行非肝细胞或肝细胞或器官。虽然这些数据代表了新的治疗策略的一个重要基地,其相关性对非酒精性脂肪肝要谨慎对待,因为如前所述,这种监管机制microrna可以高度组织(盒3)。未来的研究应进一步评估治疗的意义和可行性策略基于药理模仿或抑制这些microrna NAFLD /纳什治疗。
关键代谢转录因子和监管者的microrna的目标。为了发展一个高效miRNA-based策略,针对转录因子参与肝葡萄糖和脂类代谢可能有更广泛的系统对非酒精性脂肪肝的影响比选择microrna针对特定代谢酶。描绘在图中,mir - 192和miR-29,两管制的非酒精性脂肪肝患者的肝脏,据报道目标SREBP1,从而表达下调肝脂肪生成在啮齿动物(PMID 28483554, 28483554)。ChREBP受mir - 1322在肝细胞(PMID 30079502)。LXR,可调节的活动SREBP1和ChREBP也发现microrna的目标如miR-1, mir - 155, mir - 206和mir - 613 (PMID 23499676, 23991091, 24603323, 23496987)。PPARγ,第四个脂肪生成的转录因子被发现受miR-27a, miR-34a, mir - 128和miR130 (PMID 28167956)。值得注意的是,除了脂肪生成,PPARγ还参与肝星状细胞激活的压制,从而消极调节肝纤维化。鉴于肝纤维化是一种常见的并发症在非酒精性脂肪肝的后期,这些microrna可以用来防止肝纤维化发展,除了脂质代谢调制。感兴趣的也microrna针对代数余子式(如PGC1α)或阻遏蛋白(如NCOR) PPARγ。很少有microrna调节这些蛋白质的表达,包括mir - 696和mir - 130 a为PGC1α(PMID 27432632, 27432632),或为NCOR2 miR-16和mir - 100 (PMID 22292036, 22292036)。 Several other miRNAs indicated in the figure were shown to target PPARγ in murine and human adipose tissue, including miR-27b, miR-540, miR-302a, miR-138 and miR-548d but their role in the liver remains currently not investigated. Another strategy to alleviate steatosis in the liver is to activate lipid oxidation by derepressing expression of PPARα, a key lipid oxidation factor. PPARα was shown to be targeted by miR-9, miR-10b, miR-21, miR-33 and miR-199a (PMID 25592151, 19780876, 21636785, 24100264, 25312970). Finally, miRNAs targeting PPARα in adipose tissue of obese mice/humans, for example, miR-106b-93 (PMID 23954633), are also indicated. Arrows on the miRNAs indicate upregulation or downregulation of the miRNA in NAFLD. The PMID of references of interest are indicated. HAT, human adipose tissue; H-HCC, human HCC samples; HL, human liver; MAT, mouse adipose tissue; ML, mouse liver; ND, not determined.
结束语
他们的发现在1990年代初以来,重大进展在我们对角色的理解和监管microrna的实现,为诊断和治疗干预打开新的视角复杂和多因子的肝代谢紊乱和癌症等疾病。标准化的循环microrna的表达谱作为非侵入性的非酒精性脂肪肝/纳什生物标志物诊断目前正在评估,可能会导致在短期内常规临床实践,验证后这些生物标记扩展群病人。然而,具体临床应用之前miRNA-based疗法治疗非酒精性脂肪肝/纳什,几个重要的问题和技术难题有待解决。这些包括特别是(i)理解和掌握microrna之间的交互网络,他们的目标mrna,蛋白质的因素(例如RBPs)和其他非编码rna(如lncRNAs),为了评估microrna的活动,(2)解释的具体角色指导和乘客的microrna的兴趣和(iii)实现一个有效的和特定目标的microrna的模仿或抑制剂肝细胞/组织。解决这些问题应向临床医生提供一个广泛的治疗武器治疗肝脏疾病和许多其他疾病治愈仍然不佳。
microrna的主要作用是诱导信使rna降解或抑制他们的翻译,但是最近发现新功能。
microrna的指导和乘客链可以在细胞功能活跃。
microrna的表达并不一定与它在病理生理条件下活动。
microrna的活动可以通过各种调节机制包括竞争内源性rna, rna结合蛋白,microrna的编辑和microrna / mrna的化学计量学。
特定的microrna的表达和活动需要评估理解他们的病理生理作用。
microrna规范交易的各个方面,脂质在肝脏细胞的合成代谢和分解代谢。
其他途径导致脂肪变性的发展,例如,碳水化合物代谢和压力激发了通路,也microrna的控制下。
管制microrna的表达/活动与非酒精脂肪肝(NAFLD)重要的是有助于改变肝脏的癌症相关的因素。
改变mir - 122, miR-33 miR-34a和miR-21表达/活动是关键机制导致非酒精性脂肪肝发展和发展成更严重的阶段。
目前生物信息学工具预测能力有限,识别所有相关病理生理的目标具体的microrna。
在活的有机体内调制的microrna的表达/活动可以通过基因工程的淘汰赛/转基因动物,或病毒载体转导系统或药理的内生microrna合成改性核苷酸抑制或模仿。
不同的在活的有机体内方法来识别一个特定的microrna的病理生理作用会导致不同的结论,由于可用方法的特点。
循环水平mir - 122和miR-34a适合非酒精脂肪肝疾病的生物标记物/非酒精性脂肪肝(NAFLD)。其他感兴趣的microrna标志物需要进一步验证在大型人类军团。
目前没有使用miRNA-based疗法临床试验为非酒精性脂肪肝专门设计的。
肝交付系统的优化、化学修饰和药理剂量的microrna的类似物/抑制剂需要设计成功的临床试验miRNA-based治疗非酒精性脂肪肝。
类似物/ microrna针对代谢抑制剂转录因子具有广泛的系统性影响肝脏代谢特别感兴趣的是治疗非酒精性脂肪肝的工具。
引用
脚注
贡献者所有作者大大促进了手稿的编写和设计作品。
资金这项工作是由瑞士国家科学基金会(授予310030 - 172862和crsii3 - 160717)和瑞士癌症研究基金会(格兰特kf - 4094 - 02 - 2017)。数据是由图像取自Servier医学艺术收藏。
相互竞争的利益没有宣布。
出处和同行评议委托;外部同行评议。
病人同意出版不是必需的。