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近视中靶向MicroRNA的研究:当前见解

生物制品圈  · 公众号  · 生物  · 2024-10-11 08:31

正文

摘要:近视,也称为短视或近视,是眼球轴过度延长的结果。这种延长导致来自远处物体的光线聚焦在视网膜前方,导致视力模糊。它是全球普遍的眼病。在许多国家的青少年中,其发病率在10%到30%之间,而在东亚和东南亚地区增加到80-90%。高度近视及其相关并发症,如近视性黄斑变性、视网膜脱离、脉络膜新生血管形成、视神经病变、眼球突出、白内障和青光眼,可能会显著影响患者的生活质量。未矫正的屈光不正估计每年造成全球国内生产总值2020亿美元的损失,代表着巨大的经济负担。

微小RNA(miRNAs)是非编码RNA分子,占人类基因组的约1%。它们通常长18-24个核苷酸,并通过干扰原始mRNA指令来调控基因表达,从而调控编码蛋白质的基因。miRNAs在许多生物过程中发挥关键作用,包括细胞生长、死亡、发育和分化。它们为基因表达的调控增加了额外的复杂性,并在基因组范围内的基因表达调控中发挥着不可或缺的作用。miRNAs在白内障、视网膜母细胞瘤、年龄相关性黄斑变性、翼状胬肉、葡萄膜炎和青光眼等疾病中的作用已有报道。越来越多的证据表明,自然(遗传和遗传)和获得性(环境和生活方式)因素都对近视有贡献。Baird等人总结了遗传连锁研究,并鉴定了与近视相关的基因组中20多个区域,表明近视的起源是多基因和异质的。近视与巩膜重塑有关,其组织病理学表现包括胶原纤维变薄、蛋白多糖含量减少、巩膜变薄和轴向长度的进行性增加。视网膜-脉络膜-巩膜轴调节巩膜的生化和机械特性,并影响巩膜重塑。如果相关基因没有正确表达,眼球生长则由活跃的巩膜重塑调节。包括胶原、基质金属蛋白酶(MMPs)、MMPs组织抑制剂、成纤维细胞生长因子受体1、转化生长因子β(TGF-β)、环磷酸腺苷(cAMP)、视黄酸和整合素在内的几个因素在巩膜重塑中发挥重要作用。然而,近视的具体病因和机制仍然不清楚。

近年来,下一代测序(NGS)被用于表征人类房水(AH)和其他组织样本中的miRNAs。这种技术可以用来检测所有成熟的miRNAs并预测新的miRNAs。NGS和生物信息学分析的应用为探索miRNAs和近视之间的关系提供了新策略。图1总结了检查miRNAs在近视中的作用和关联的常用技术途径。

在本综述中,我们的目标是总结检查在临床上高度近视的患者、儿童和胚胎眼球生长和发育以及近视动物模型中miRNAs表达概况的研究。我们的目标是展示miRNAs与近视的发病和发展之间的关联。此外,我们根据体内和体外实验探索miRNAs在近视发展中的调控机制。最后,我们总结了miRNAs在基因表达、眼球生长和发展以及近视形成方面的研究价值和未来应用前景。

2.近视中miRNA表达概况 

miRNAs在近视不同阶段的空间不同表达水平表明miRNAs在近视发展中发挥不同的调控作用。在本综述中,我们对不同物种、年龄和组织来源中miRNAs的差异表达进行了分类和总结。

2.1.高度近视患者房水中的miRNA表达概况

miR-29a中的单核苷酸多态性(SNPs)与高度近视相关。Zhu等人使用定量聚合酶链反应(PCR)检测了21名高度近视患者和8名白内障对照患者的房水和外周血浆中miR-29a的表达水平。尽管在外周血液中没有显著差异,但高度近视组房水中miR-29a的表达水平显著高于白内障对照组。同样,Chen等人使用ExoQuick溶液从8名高度近视患者和8名白内障对照患者的房水中分离出外泌体。这项研究发现高度近视组和对照组之间外泌体的数量和大小没有显著差异。然而,在将同一组的单个外泌体汇总以纯化RNA后,近视组的总RNA量是对照组的2.78倍。通过使用OpenArray系统分析miRNA概况,鉴定了15个近视特异性miRNAs和4个近视缺乏miRNAs。Zhu等人使用RNA从高度近视患者和对照组的房水样本中进行miRNA NGS和生物信息学分析。在高度近视的房水样本中检测到341个miRNAs,在白内障对照眼样本中检测到201个miRNAs。这项研究发现249个成熟miRNAs和17个新的miRNAs在近视眼中差异表达。使用qPCR检测的let-7i-5p、miR-127-3p和miR-98-5p的表达水平在近视组中显著高于对照组。

图 1. 近视研究中微小RNA研究的主要技术路线

1.患者选择或动物近视诱导;2. 组织样本提取;3. 微小RNA 表达谱检测;4. 通过使用 QPCR(定量聚合酶链反应)、WB(西方印迹)、免疫荧光染色等方法对目标生物标志物进行进一步验证。

2.2.胎儿和近视儿童队列中的miRNA表达概况

研究儿童近视进展的机制具有重要意义;然而,获取生物样本具有挑战性。Metlapally等人收集了人类胎儿(24周妊娠)和成人供体眼(死因为心脏或肺部疾病)的巩膜样本。使用Agilent miRNA微阵列平台进行全基因组miRNA分析。成人和胎儿样本之间的微阵列结果比较显示,胎儿样本中miR-214、let-7c、let-7e、miR-103、miR-107和miR-98的表达增加(1.5至4倍变化,P < 0.01)。然而,在成人和胎儿样本的后部和外周巩膜之间没有观察到显著的区域特异性差异。

在中国儿童的3.5年纵向随访研究中,招募了488名小学生,并评估了非环状球面等效折射率(SE)和其他眼部参数。从每位参与者的口腔拭子样本中提取基因组DNA。使用SNP扫描和Plink软件选择细胞外信号调节激酶(ERK)信号通路中的四个基因,以评估遗传变异与近视的发病或发展、SE和其他眼部参数的相关性。使用String和Cytoscape创建蛋白质-蛋白质相互作用(PPI)和miRNA-基因网络,并在这些网络中的基因上进行富集分析。预测了28个与三个基因(PDGFRA、RASGRF1和PTPN5)相互作用的miRNAs。基因和miRNA功能分析的组合与富集分析突出了与眼球发育和多巴胺生物学功能相关的调控效应。

2.3.动物模型中近视的miRNA表达概况

在一项实验性诱导近视研究中,Tkatchenko等人在视网膜中探索了53个差异表达的miRNAs(37个上调和16个下调的miRNAs),并发现在视觉形式剥夺10天后C57BL/6 J小鼠的巩膜中miRNA表达没有差异。然而,在另一项主要关注巩膜组织中miRNA表达概况的动物研究中,Guo等人在诱导后2周建立了负透镜诱导的近视(NLIM)豚鼠模型,并分离巩膜以纯化总RNA。使用NGS技术和生物信息学分析,他们鉴定了NLIM豚鼠巩膜中27个差异表达的miRNAs,包括10个上调和17个下调的miRNAs。Metlapally等人比较了C57BL/6 J小鼠的巩膜RNA概况,这些小鼠有形式剥夺性近视(FDM)和对照眼,并揭示了54个差异表达的miRNAs,其中24个上调和30个下调;然而,整体形式剥夺诱导的miRNA表达水平变化相对较小。Tanaka等人从三周龄C57BL/6 J小鼠的角膜、虹膜、晶状体、视网膜、脉络膜和巩膜组织中提取总RNA,这些小鼠被固定在负30度透镜上三周。miRNA表达的全面分析揭示了几个上调的miRNAs(角膜组织中有56个,虹膜组织中有13个,晶状体组织中有6个,视网膜组织中为0,视网膜色素上皮(RPE)/脉络膜组织中有29个,巩膜组织中有30个)和下调的miRNAs(角膜组织中有7个,虹膜组织中有28个,晶状体组织中有17个,视网膜组织中有9个,RPE/脉络膜组织中有7个,巩膜组织中有40个)。近年来,许多研究使用生物信息学分析鉴定了近视中差异表达的miRNAs。Liu等人,2022年指出,mmu-miR-1936、mmu-miR-338-5p和mmu-miR-673-3p在FDM眼上调,并可能通过转录后基因调控与近视发展相关。Mei等人,2017年筛选了24个视网膜上调的miRNAs和20个在全眼组织中上调的miRNAs,并鉴定了八个共同上调的miRNAs。

3.miRNA在近视中的调控机制 

尽管已知miRNAs参与了近视的发展,包括基因表达调控、巩膜重塑、自噬、脉络膜纤维化等过程,但具体机制仍然不清楚。在本节中,我们主要讨论了几个通过体内或体外实验功能验证的具体miRNAs。我们总结了这些miRNAs调节近视发病和发展的潜在分子机制和途径。

3.1.miR-328和PAX6基因

配对盒6(PAX6)属于一类高度保守的转录因子家族,包含配对和同源异形盒DNA结合域。PAX6参与中枢神经系统和眼睛的发育。它在晶状体和视网膜分化的诱导中发挥重要作用,并被认为是眼睛发育中的主控基因。在一项基于台湾近视参与者的病例对照研究中,Liang等人发现,3'非翻译区(UTR)的功能SNP rs662702与极端近视相关。这个功能SNP位于miR-328结合位点内。风险等位基因可能通过miR-328介导的下调,导致PAX6蛋白表达减少。这个SNP被鉴定在PAX6基因的3'-UTR内。新出现的证据表明,PAX6基因(rs662702)TT和CT基因型在中度和高度近视中存在显著差异,C等位基因增加了近视的风险。近视患者外周血细胞中miR-328的表达高于对照组。为了阐明PAX6的作用及其与miR-328在近视中的关系,Chen等人对人类RPE和巩膜细胞进行了一系列的体外实验。该团队确定miR-328与野生型而非突变型3'-UTR的PAX6相关。rs644242的C等位基因对miR-328反应强烈;然而,保护性T等位基因对miR-328没有反应。miR-328的内源性表达在RPE细胞中低于巩膜细胞。使用shRNA或miR-328敲低PAX6表达,他们发现miR-328对PAX6表达有负向调控作用。他们随后证实,RPE细胞中PAX6的下调增加了它们的增殖,但减少了巩膜细胞的增殖。此外,RPE中的TGF-β3和巩膜中的MMP2增加,而巩膜中的胶原I和整合素β1减少。视黄酸剂量依赖性地增加了miR-328的表达,进而抑制PAX6表达。这些研究表明,miR-328和/或视黄酸减少是预防或治疗近视的潜在策略(图2)。

图 2. miR-328 可能通过负向调节 PAX6 基因表达影响近视的形成 视黄酸剂量依赖性地增加 miRNA-328 的表达,进而抑制 PAX6 的表达。RPE 细胞中 PAX6 的下调增加了它们的增殖,但减少了巩膜细胞的增殖。此外,PAX6 的下调增加了 RPE 中的 TGF-β3 和巩膜中的 MMP2,而减少了巩膜中的 COL1 和整合素 β1。

3.2.miR-29家族和近视

miR-29家族被认为是在各种疾病中经常涉及的miRNA群体之一。miR-29家族包括miR-29a、miR-29b-1、miR-29b-2和miR-29c,miRNA由两个主要转录本产生:pri-miR-29a/b1和pri-miR-29b2/c簇。尽管miR-29s在哺乳动物中广泛保守,但miR-29a是这个家族中最丰富的成员。microRNA-29编码基因家族的成员被认为是几种人类疾病中胶原的抑制剂。先前的研究评估了miR-29a和let-7i多态性(rs157907 A/G和rs10877885 C/T)在高度近视发展和进展中的潜在作用。尽管没有发现rs10877885 C/T与高度近视之间的显著关联,但rs157907多态性与高度近视风险显著降低相关,表明miR-29a的遗传变异与高度近视相关。为了表征miR-29a在近视中的调控作用,Zhu等人检测了房水和外周血浆中miR-29a的表达水平。他们还评估了miR-29a介导的SF细胞增殖、迁移和胶原I合成,并发现miR-29a抑制了人类SF细胞中I型胶原的合成,并增强了细胞迁移,但对细胞增殖没有显著影响,表明它可能在近视的发展中发挥重要作用。Tang等人最近研究了miR-29a在HFSFs中的功能,并表明miR-29a模拟物显著抑制了热休克蛋白(Hsp)47、Smad3、P-Smad3和胶原I型α1链(COL1A1)的表达。相比之下,miR-29a抑制剂增强了这些基因的表达。此外,miR-29a过表达抑制了HFSF的增殖并增加了凋亡率。与这一发现一致,miR-29a过表达导致Bcl-2下调和Bax上调。此外,Hsp47的过表达防止了HFSF凋亡并增强了胶原产生。这一发现强调了miR-29a在巩膜重塑中的关键作用。miR-29a对巩膜重塑的影响可能是通过靶向Hsp47和抑制Smad3途径介导的(图3)。

图 3. miR-29a 对巩膜重塑的影响可能通过靶向 Hsp47 并抑制 Smad3 通路介导 Hsp47 阻止 HFSFs(人晶状体状皮肤成纤维细胞)凋亡并增强胶原产生。miR29a 模拟物显著抑制 Hsp47、Smad3、P-Smad3 和 COL1A1 的表达。此外,miR-29a 的过表达通过下调 Bcl-2 和上调 Bax 抑制 HFSFs 增殖并增强 HFSFs 凋亡率。

在动物实验中,Wang等人研究了胶原蛋白交联剂染料木素对豚鼠近视模型中miR-29簇、MMP2和COL1A1在巩膜表达的影响,并发现染料木素抑制了miR-29和MMP2的巩膜表达,并促进了COL1A1的表达。因此,染料木素可能通过降低miR-29簇的表达来促进COL1A1的表达。MMPs与近视的发展密切相关。MMP-2在近视患者的房水中高度表达。MMP-2是调节胶原I合成的关键因素,并在近视巩膜重塑中发挥关键作用。对人类巩膜成纤维细胞的体外研究表明,MMP激动剂促进MMP-2的表达和活性,并降低胶原I的表达,而MMP-2抑制剂则表现出相反的效果。这些结果表明,巩膜中miR-29a的表达水平与MMP2的表达水平呈正相关,与COL1A1的表达水平呈负相关。Zhang等人进行了一系列实验以评估miR-29a对巩膜成纤维细胞和RPE细胞生长的影响。报告称miR-29a模拟物或抑制剂并未显著改变巩膜成纤维细胞或RPE细胞的生长。用miR-29a模拟物转染的巩膜成纤维细胞和RPE细胞中MMP2 mRNA水平显著降低。用miR-29a模拟物转染的巩膜成纤维细胞和RPE细胞分泌的MMP-2量显著减少。这些相互矛盾的实验结果可能与不同的细胞类型和转染方法有关,这意味着MMP2的调控作用可能存在更复杂的机制。因此,它可能是预防和治疗近视的治疗靶点。
3.3.Has-miR-142–3p和巩膜细胞外基质(ECM)重塑

ECM重塑被认为是导致近视进展的共同因素。然而,miRNAs在调控巩膜ECM组织中的作用仍然不清楚。近视归因于光轴的过度延长,导致巩膜变薄和ECM重塑。近视进展期间巩膜变薄归因于巩膜重塑,这一过程与巩膜ECM的合成减少和降解加剧有关。miR-142具有抗纤维化作用,并且可以在许多组织中减少ECM。例如,miR-142–3p的上调抑制了小鼠心肌细胞中胶原I、II、III、IV的表达和人类肺成纤维细胞中COL1A1的表达。Li等人使用NGS和qPCR的组合检测了高度近视患者房水中的miRNA表达。在他们的研究中,与对照组相比,高度近视样本的房水中鉴定出37个差异表达的miRNAs。值得注意的是,他们观察到房水中hsa-miR-142–3p水平与眼球轴向测量长度呈正相关。随后的免疫荧光和西方印迹分析显示,HFSFs中hsa-miR-142–3p过表达降低了胶原I的表达,而hsa-miR-142–3p的下调则有相反的效果,增加了胶原I水平。通过qPCR和西方印迹的进一步分析表明,miR-142–3p降低了TGFβ-1的表达,而其抑制剂则表现出相反的效果。因此,hsa-miR-142–3p直接靶向TGFβ-1基因。总之,他们的发现建立了miR-142–3p表达水平变化与人类巩膜成纤维细胞中胶原α1表达之间的负相关关系(图4)。

图 4. 房水中的 Hsa-miR-142–3p 与眼球轴向长度呈正相关 Hsa-miR-142–3p 靶向 TGFβ-1 基因表达。miR-142–3p 表达的增加下调了 TGFβ-1 的表达,然后降低了 COLIA1 的表达水平,这也导致巩膜强度下降和眼球轴向延长。

3.4.低氧诱导的转录因子-1α和miR-150–5p和miR-138–5p

低氧诱导的转录因子-1α(HIF-1α),最初被认为是细胞对低氧反应的关键调节因子,已成为免疫细胞功能的重要决定因素。它作为细胞代谢变化和细胞类型特异性转录反应之间的联系。Zhao等人观察到高度近视个体中HIF-1α信号通路显著富集。他们进一步建议,这一途径通过促进遗传因素和环境因素之间的相互作用,有助于人类近视的发展。先前的研究建立了HIF-1α和miR-150之间的相关性。具体来说,它揭示了在肝再生期间的低氧条件下,HIF-1α降低了miR-150的表达。此外,miR-138–5p的过表达也可以有效地抑制HIF-1α水平,以抑制肝细胞癌中的上皮-间质转化。在最近的一项研究中,Ren等人旨在研究HIF-1α及其潜在机制在病理性近视中的作用。他们首先使用与病理性近视相关的微阵列基因表达分析来识别差异表达的基因。随后,他们在低氧暴露的人类巩膜成纤维细胞中进行了增益和丧失功能实验,以评估HIF-1α/miR-150–5p/LAMA4/p38 MAPK轴对ECM降解和随后病理性近视进展的影响。他们的发现揭示了HIF-1α在miR-150–5p启动子区域富集,并对miR-150–5p的表达产生抑制作用。这种抑制导致了HSFs中ECM降解的抑制,表现为COL1A1和TIMP-2水平的增加和MMP2水平的降低。因此,HIF-1α可以降低miR-150–5p的表达,并通过LAMA4激活p38 MAPK信号通路,最终抑制HSFs中ECM的降解,并有助于病理性近视的发展。然而,关于近视发展的普遍共识集中在ECM重塑引发巩膜强度降低和巩膜变薄,最终导致眼球轴延长的观点上。因此,这项研究的结果应该进一步验证。

除了巩膜纤维化,研究人员还关注了脉络膜纤维化与近视之间的关系,以及miRNA在这一过程中的作用。Li等人通过玻璃体内注射装载miR-138–5p的慢病毒来诱导豚鼠近视。他们的研究证实,诱导的近视豚鼠脉络膜变薄,并且表现出纤维化,这与轴向长度延长呈正相关。MiR-138–5p通过抑制HIF-1α信号通路,有效地降低了TGF-β1、α-SMA、HYP、IL-1β、TNF-α和I型胶原的表达,从而减轻了近视豚鼠脉络膜纤维化的过程。这些发现表明,HIF-1α介导的脉络膜纤维化可能成为预防近视的新潜在靶点。

3.5.RPE细胞自噬和miR-181a-5p

自噬是大量降解的主要机制,在维持能量源平衡和对营养应激反应中发挥着关键作用。它受到几个基因的调节,包括编码微管相关蛋白1轻链3(LC3)、Beclin-1和P62的基因。自噬系统的功能障碍与年龄相关的神经退行性视网膜疾病有关,包括糖尿病视网膜病变和年龄相关性黄斑变性(AMD)。受损的自噬可以诱导RPE细胞的凋亡和退化,导致炎症诱导的细胞毒性和眼内血管生成的升级。

miR-181a-5p 是 miR-181 家族的成员,该家族包含的微小RNA与多种疾病的发展有关。在啮齿动物模型中,miR-181a-5p 的失调在非动脉炎性前部缺血性视神经病变(NAION)患者的玻璃体样本中被鉴定出来,表明它在巨噬细胞激活中发挥作用,以协调 NAION 期间的抗炎反应。MiR-181a-5p 抑制氧诱导的视网膜病变中的病理性新生血管形成,并抑制人视网膜内皮细胞的增殖、存活和管状形成。此外,miR-181a-5p 可能通过 ERK1/2 信号通路发挥抗血管生成效应。Jiang 等人证实,与对照组织相比,近视小鼠的视网膜组织中 miR-181a-5p 显著上调。他们进一步在人类 RPE 细胞系 ARPE-19 中验证了 miR-181a-5p 的作用。miR-181a-5p 的过表达显著抑制了 SGSH 的表达,因为 miR-181a-5p 靶向 SGSH 的 3′-UTR。RPE 细胞中 miR-181a-5p 水平的增加导致细胞增殖增加和自噬的诱导。该研究发现 miR-181a-5p 增加了自噬,miR-181a-5p 模拟物促进自噬的作用被 SGSH 的作用所逆转。MiR-181a-5p/SGSH 在近视 RPE 细胞中调节自噬。自噬调节可能是近视和近视相关视网膜疾病的治疗策略。然而,需要使用动物模型和临床样本进行进一步研究,以验证和增强我们对 miR-181a-5p 和自噬在近视发展中作用的理解。

3.6.近视引起的视网膜神经节细胞损伤和 miR-760–3p

视网膜神经节细胞(RGCs)的变化与近视的发生和发展有关。这些变化包括 RGC 数量的改变、异常的轴突形态和 RGC 蛋白表达。在儿童和青少年中,高度近视和弱视眼的外丛状层厚度减少,与视力下降相关。

Wang 等人使用 RNA 测序检查了 FDM 和正常对照豚鼠的 RGCs 中长链非编码 RNA(lncRNAs)和 mRNAs 的表达谱。随后,基于 miRanda 数据库中的不同表达 lncRNAs、mRNAs 和 miRNAs 构建了一个全面的竞性内源性(ceRNA)网络。在 FDM 和正常对照豚鼠的 RGCs 中,通过 qRT-PCR 和其他相关分子实验验证了选定的 lncRNAs/miRNAs/mRNAs 的表达水平。研究表明,在 FDM 豚鼠的 RGCs 中,FDM 显示分布不均、数量减少和凋亡增加。在正常对照和 FDM 豚鼠的 RGCs 中,共有 873 个 lncRNAs 和 2480 个 mRNAs 被鉴定为差异表达。通过构建 lncRNA 介导的 ceRNA 网络和 PCR 验证,研究团队发现 lncRNA-XR_002792574.1 可能通过 miR760–3p/Adcy1 通路参与 RGCs 中近视的发生和发展。在 FDM 豚鼠和小鼠以及高度近视成人中的进一步验证表明,RGCs 中的 lncRNA-XR_002792574.1/miR-760–3p/Adcy1 轴可能与 cGMP/PKG、apelin 信号通路和巩膜重塑有关。lncRNA-XR_002792574.1/miR-760–3p/Adcy1 轴可能通过抑制 RGCs 中的 cGMP/PKG 和 apelin 信号通路,导致与近视相关的 RGC 损伤。相比之下,lncRNA-XR_002792574.1/miR-760–3p/Adcy1 轴可能通过 ERK-MMP-2 通路在近视中诱导巩膜重塑。miR-760–3p 通过靶向神经元中的 CHAC1 抑制神经元铁沉积,并在脑缺血炎症中发挥潜在作用。它们在近视进展和其他视网膜疾病的参与为进一步研究提供了重要的前景。

4.近视微小RNA研究进展的临床应用

考虑到微小RNA的功能以及在近视发展中的主要联系和机制,我们总结了微小RNA在基因表达、眼球生长和发育以及近视形成方面的研究价值和未来应用前景。

4.1.近视基因因子和微小RNA

近视病例在家族中的聚集增加,特别是在近视父母和近视近亲后代中,表明近视具有遗传成分。遗传连锁研究已经鉴定了 20 多个与近视相关的基因组区域,表明其起源是多基因和异质的。罕见的错义或功能丧失变异的 ARR3、BSG、CTSH、CCDC111、LEPREL1、LOXL3、LRPAP1、NDUFAF7、P4HA2、SCO2、SLC39A5、UNC5D 和 ZNF644 已被确认与高度近视有关,全基因组测序显著扩大了连锁研究获得的见解。

由屈光误差和近视联合体进行的两项最大的全基因组关联研究对屈光误差进行了研究,在近 80,000 个个体样本中发现了 24 个屈光误差遗传位点和 22 个与近视发病年龄相关的 SNP(Kiefer 等人,2013;糖尿病控制和并发症试验/糖尿病干预和并发症流行病学研究组等人,2013)。总共鉴定了 39 个与屈光误差和近视相关的位点。值得注意的是,两项研究中鉴定的位点之间发现了相当大的重叠。此外,基因表达可以通过微小RNA通过结合特定 mRNA 的 3′ UTR 来调节。微小RNA 中的 SNP 是影响相关 mRNA 表达的众多病理过程的重要标志。当前研究表明,miR-328 可以结合 PAX6 基因的 3′-UTR,PAX6 基因的 SNP 多态性影响其与 miR-328 的结合。类似地,通过比较血液样本中的基因 SNP,发现 miR-29a 与高度近视有关。这些发现为近视的遗传机制提供了见解,并为开发特定的靶向遗传疗法提供了希望。

4.2.眼球生长和微小RNA

很少有人天生就是近视的,而儿童通常天生就是远视的。眼轴长化主要发生在婴儿期的前两年。随着时间的推移,屈光度的变化涉及角膜和晶状体功率的降低以及轴向长度的增加。鉴于微小RNA的重要生物学作用,研究儿童和胚胎中不同微小RNA表达水平的前景在于阐明近视的机制。一些微小RNA 表现出与年龄相关的差异调节,在快速生长的胎儿眼球的巩膜中更高,与其在眼球生长调节中的作用一致。

动物模型已经证明,生长调节机制位于眼内。眼球的延长由视网膜中的多种机制调节,这些机制以区域选择性的方式独立操作,并能产生眼球后部形状的局部变化,可能为了优化视觉场中的眼球焦点。

生长调节级联反应具有从视网膜到巩膜的取向,从神经视网膜开始,穿过视网膜色素上皮和脉络膜,调节巩膜的生化和机械特性,从而促进眼球长度变化,通常消除屈光不正。尽管确切的途径尚不清楚,包括视网膜多巴胺机制在内的几个组成部分已被牵涉其中。在一项针对小学生生物样本的研究中,通过基因和微小RNA的功能分析和富集,强调了与眼球发育和多巴胺生物功能相关的调节作用。

4.3.巩膜重塑和微小RNA

轴向长度的过度增加是近视眼的一个重要结构变化。在这个过程中,巩膜,特别是在后极,变得越来越薄。近视中巩膜变薄通常是由于细胞外基质重塑,导致巩膜强度降低和眼球轴向延长。随着近视的发展,巩膜胶原积累减少,巩膜断裂增加。除了巩膜胶原的变化外,巩膜蛋白多糖形成也减少。许多细胞因子和信号转导途径参与巩膜重塑,包括 MMP 和金属蛋白酶组织抑制因子、HIF-1α 信号、TGF-β、骨形态发生蛋白、成纤维细胞生长因子、赖氨酸氧化酶和视黄酸。参与巩膜重塑的微小RNA最近引起了极大的兴趣。一些微小RNA,如 miR-328 、miR-29a、miR-142–3p和 miR-150–5p被报道参与近视眼巩膜重塑。我们在前述部分详细总结了这些微小RNA及其调节作用。随着进一步的研究,微小RNA可能被确定为通过调节巩膜重塑来控制近视发展的新型治疗剂。

5.结论和展望

了解在近视发展过程中哪些微小RNA异常表达是很重要的。这些见解可以为这种疾病的更准确诊断、预后和未来治疗反应预测提供依据。随着高通量技术的发展,大量关于小调节分子(例如,mRNA 或微小RNA)在包括近视在内的各种人类疾病发病机制中的复杂作用的信息已经被鉴定出来。NGS 技术和高分辨率全基因组表观遗传分析是高通量方法,可以准确评估特定微小RNA或微小RNA-靶标 mRNA 相互作用在选定组织和细胞类型中的影响。

在 2022 年发表的一项荟萃分析中,Hong 等人选择了七项独立研究。京都基因和基因组百科全书(KEGG)通路富集和基因本体(GO)功能富集分析被用来识别受功能障碍微小RNA影响最大的通路。他们发现 18 个微小RNA 在至少两项研究中方向相同,其中 13 个通常在近视样本中相对于对照样本上调,五个通常下调。亚组分析根据物种(人类和动物)和眼组织类型对差异表达的微小RNA 进行了划分和比较。KEGG 分析揭示,功能障碍的小鼠微小RNA 最富集于细胞外基质-受体相互作用信号通路。在功能障碍的小鼠中,受微小RNA 调节的最丰富的 GO 过程是细胞蛋白修饰。不同微小RNA 表达谱研究在近视中的结果显示不一致,主要是由于表达谱平台的多样性、小样本量、组织样本和数据分析方法的多样性。尽管动物研究可能为理解人类近视指标提供有价值的参考点,但由于动物和人类之间固有的差异,不同物种之间的微小RNA 表达不同。某些微小RNA 在人类样本中上调但在动物样本中下调,包括 miR-543、miR-411–5p、miR-132–3p、miR-376c-3p 和 miR-155–5p。这些发现强调了仅依赖动物模型是不足以识别特定于人类近视的生物标志物的,可能存在具有信息性和协同效应的共同微小RNA。在眼组织的亚组分析中,一些微小RNA 在不同的眼组织中一致显示出失调,表明微小RNA 在与近视相关的不同眼组织或疾病进展的不同阶段有不同的表达模式。

在这篇综述中,我们综合了最近关于近视中微小RNA差异表达及其相关机制的不同研究的发现(表 1)。随着微小RNA 表达谱技术在人类受试者和近视动物模型中的日益采用,科学界,包括眼科医生,越来越多地将研究工作转向验证这些机制和探索潜在的治疗干预措施。例如,Hsiao 等人利用 NGS 技术和生物信息学分析检查了阿托品对巩膜成纤维细胞基因表达调节的影响。他们的研究表明,差异表达的基因富集在与巩膜成纤维细胞的抗重塑效应相关的过程中,包括细胞分化和结构修饰。此外,以前的研究已经鉴定了功能富集的通路,包括夜间抑制褪黑激素降解,这可能通过重塑减少巩膜厚度。此外,miR-2682-5p-KNCJ5 和 miR-2682-56p-PRLR 相互作用为评估低剂量阿托品治疗对巩膜成纤维细胞的影响奠定了科学基础。Cui 等人使用生物信息学分析确定了 miR-671–5p 在近视中的一般调节作用及其上下游机制。这些发展标志着在理解近视机制和探索潜在治疗途径方面取得了有希望的进展。

然而,近视的发病是一个复杂的多因素相互作用。随着研究的进展,眼球组织功能异常,如自噬、脉络膜纤维化和 RGC 损伤在近视的发生和发展中的作用越来越受到关注。微小RNA 的失调和调节作用对这些过程做出了显著贡献。将来,必须深入研究微小RNA 表达变化对近视发病和进展的影响。这些调查可能会为近视的预防和治疗策略提供新的见解,填补我们当前理解中的空白。