MicroRNA VÀ BỆNH LUPUS BAN ĐỎ HỆ THỐNG

Rối loạn điều hòa biểu hiện gen có thể gây ra nhiều bệnh phức tạp. Người ta đã biết rằng microRNAs (miRNAs) có vai trò tinh chỉnh quá trình biểu hiện gen, kiểm soát sự phát triển của tế bào miễn dịch và điều hòa các đáp ứng miễn dịch bẩm sinh cũng như miễn dịch thích ứng. Ngày càng có nhiều nghiên cứu cho thấy vai trò quan trọng của miRNAs trong quá trình bệnh sinh của nhiều loại bệnh tự miễn khác nhau trong đó có lupus ban đỏ hệ thống (SLE).

 
Khái niệm chung và vai trò của microRNA (miRNA)

 

MiRNA là những phân tử ARN nhỏ không mã hóa có chiều dài khoảng 19-25 nucleotide. MiRNA được tổng hợp phổ biến ở rất nhiều loài sinh vật và điều hòa âm tính quá trình biểu hiện gen ở giai đoạn sau phiên mã bằng cách chỉ điểm các ARN thông tin (mRNA) cụ thể cho quá trình phân hủy hoặc ngăn cản quá trình dịch mã từ mRNA. Ngày nay, người ta đã thừa nhận vai trò cơ bản của miRNA trong các quá trình sinh lý và bệnh lý  khác nhau, bao gồm quá trình phát triển tế bào gốc, biệt hóa tế bào, phát sinh cơ quan, quá trình sinh trưởng và chết theo chương trình, điều hòa miễn dịch và phát sinh bệnh. Mặc dù đóng góp của từng miRNA cụ thể trong việc làm giảm biểu hiện của một gen đích chỉ ở mức độ không cao (khoảng 50%), vùng không dịch mã 3’UTR (untranslated region) của mRNA ở người thường có chứa rất nhiều vị trí gắn miRNAs bảo thủ do đó có thể là đích gắn cho nhiều loại miRNAs khác nhau. Nói các khác, một mRNA cụ thể có thể là đích gắn của nhiều loại miRNA khác nhau và các miRNAs này phối hợp cùng điều hòa biểu hiện của gen. Ngoài ra, mỗi một miRNA trưởng thành có thể gắn với nhiều loại mRNA khác nhau. Hiện nay người ta đã biết rằng miRNA hoạt động phối hợp với các yếu tố phiên mã, đóng góp vào sự hình thành mạng lưới điều hòa sau phiên mã, làm giảm sự biến động trong quá trình biểu hiện gen.

Người ta ước lượng rằng hệ gen của người mã hóa cho ít nhất 800 loại miRNAs. Các gen mã hóa cho miRNA chủ yếu nằm trong các vùng intron, chỉ một số ít nằm trong các vùng exon của hệ gen. Các miRNA có xu hướng được mã hóa theo nhóm, gần 50% các locus miRNA ở động vật có vú được tìm thấy nằm cạnh các miRNA khác. Các miRNA trong 1 nhóm có thể được phiên mã chung và được điều khiển chung bởi một promoter hoặc cũng có thể được phiên mã riêng biệt, sử dụng các promoter khác nhau.  Các miRNA ở người được dự đoán có đích gắn với khoảng 1/3 số gen của người, trong đó có rất nhiều gen liên quan tới quá trình miễn dịch. Trong 1 nghiên cứu công bố từ năm 2007, người ta thấy rằng hơn 45% các gen liên quan đến quá trình miễn dịch có chứa các vị trí gắn miRNAs trong vùng 3’UTR. 

MiRNAs trong cơ chế phát sinh bệnh SLE

 

Từ khi được phát hiện, các chức năng sinh học của miRNA trong cả hai loại miễn dịch bẩm sinh và miễn dịch thích ứng đã được tập trung nghiên cứu một cách sâu rộng. Các kết quả nghiên cứu trong hơn một thập kỷ qua cho thấy những bất thường trong quá trình biểu hiện miRNA gây ra nhiều loại bệnh liên quan đến miễn dịch. Một điều thú vị là người ta nhận thấy trong các bệnh SLE, viêm khớp dạng thấp và hội chứng Sjögren đều có các phản ứng tự miễn với một số thành phần quan trọng của con đường hình thành miRNA. Đối với bệnh SLE, các tự kháng thể kháng Su có thể nhận biết enzyme xúc tác trong các con đường tổng hợp miRNA (Ago1, Ago2, Ago3, Ago4, và Dicer). Điều này cho thấy có thể có các mối liên quan giữa miRNA và cơ chế bệnh sinh SLE.  Bằng cách so sánh hồ sơ biểu hiện miRNA trong các tế bào máu, dịch cơ thể và các mô liên quan lấy từ bệnh nhân SLE với hồ sơ đó ở những người bình thường hoặc những người mắc các loại bệnh khác người ta đã phát hiện các chỉ dấu miRNA của bệnh. Nghiên cứu chức năng của những miRNA có biểu hiện bất thường sẽ làm sáng tỏ cơ chế bệnh sinh SLE.

Trong nhiều loại miRNAs khác nhau được phát hiện có vai trò trong hệ thống miễn dịch, miR-155 và miR-146a được chú ý nhiều nhất. Những miRNAs này không chỉ gắn với những con đường tiền viêm có liên quan chặt chẽ với các bệnh tự miễn mà các nghiên cứu in vivo trên 2 loại miRNA này đã đưa đến những hiểu biết toàn diện nhất về vai trò của miRNAs trong các bệnh tự miễn. Ngoài ra, những nghiên cứu này còn cho thấy miRNAs là những mục tiêu rất hứa hẹn trong điều trị các bệnh nhân SLE.

 
MiRNAs điều hòa miễn dịch bẩm sinh ở bệnh nhân SLE

Các tế bào miễn dịch bẩm sinh không tạo ra các kháng thể đặc hiệu. Tuy nhiên, bằng cách sử dụng các thụ thể nhận biết khuôn mẫu (PRR – pattern recognition receptor), các tế bào miễn dịch bẩm sinh có thể nhận ra các dấu hiệu nguy hiểm đến từ các tác nhân gây bệnh hoặc các tế bào bị tổn thương. Có vài họ PRR trong hệ thống miễn dịch bẩm sinh: TLRs (toll-like receptors); NLRs (NOD-like receptors), RLRs (RIG-I-like receptors, CDS (cytosolic DNA receptors). Những ligand gắn với các thụ thể này sẽ kích hoạt chuỗi truyền tín hiệu, từ đó hoạt hóa các yếu tố phiên mã (như NFκB và/hoặc IRFs) dẫn tới việc tổng hợp các cytokines viêm và/hoặc các interferon type I. Các cytokines này sẽ tiếp tục tác động theo phương thức autocrine hoặc paracrine để làm trung gian cho quá trình viêm, sử dụng nhiều loại tế bào miễn dịch khác và bắt đầu hệ thống miễn dịch thích ứng.

     Đã từ lâu người ta biết rằng hệ thống miễn dịch bẩm sinh có vai trò trong cơ chế bệnh sinh SLE. Một số bằng chứng cho thấy hoạt hóa TLR9 thúc đẩy phát triển bệnh thận ở chuột lupus mô hình. Interferon type I được coi là một trong những cytokine tiền viêm quan trọng nhất trong quá trình phát sinh bệnh SLE. Do có vai trò quan trọng trong việc kích thích sản xuất interferon type I, TLRs, RLRs và CDSs ở các tế bào miễn dịch bẩm sinh được coi lànhững yếu tố quan trọng tham gia vào việc khởi đầu và tăng cường các phản ứng tự miễn ở bệnh nhân SLE. Ở chuột SLE mô hình, TLR7 có vai trò then chốt trong sản xuất interferon type I và phát triển các triệu chứng lupus. Một số miRNAs có vai trò quan trọng trong điều hòa âm tính các đáp ứng  miễn dịch bẩm sinh. Một số TLRs và cytokines tiền viêm kích hoạt quá trình phiên mã miR-146a và nhờ đó hoạt hóa NFκB. Bằng cách tác động vào các protein của chuỗi truyền tín hiệu họ TRAF-6 và IRAK-1, miR-146a sẽ ngăn cản quá trình hoạt hóa NFκB và tiếp đó là quá trình tổng hợp cytokine. MiR-146a cũng có thể ức chế quá trình cảm ứng tổng hợp interferon type I bởi con đường TLR7 và RIG-I. Như vậy, miR-146a có thể ngăn chặn tổng hợp interferon type I bằng cách tác động vào nhiều phân tử quan trọng của con đường dẫn truyền tín hiệu của hệ thống miễn dịch bẩm sinh. Nghiên cứu hồ sơ miRNAs được biểu hiện ở bạch cầu đơn nhân máu ngoại vi (PBMCs) ở bệnh nhân lupus cho thấy ở những bệnh nhân này, miR-146a bị giảm biểu hiện. Ngoài ra, điều này có thể có nguyên nhân ở sự thay đổi di truyền dòng tế bào sinh dục ở vùng promoter của miR-146a. Những nghiên cứu khác cho thấy một đích tác động khác của miR-146a là STAT1, và có một mối liên quan nghịch giữa mức biểu hiện của miR-146a và mức biểu hiện của các gen cảm ứng bởi interferon và hoạt động của bệnh SLE. Như vậy, miR-146a có vai trò quan trọng trong việc sản xuất quá mức interferon type I và hoạt động dẫn truyền tín hiệu ở bệnh nhân SLE.

     MiR-155 là một miRNA khác được nghiên cứu rất kỹ về chức năng trong điều hòa đáp ứng miễn dịch bẩm sinh. Đặc điểm điều hòa của miR-155 phụ thuộc và tình huống cụ thể: bằng cách tác động vào MyD88 và TAB2, miR-155 có thể ức chế đáp ứng viêm; ngược lại, miR-155 kích thích đáp ứng viêm và con đường dẫn truyền tín hiệu của interferon type I bằng cách tác động vào chất ức chế dẫn truyền tín hiệu SOCS-1 ở đại thực bào. Một phát hiện thú vị khác là mặc dù có cùng nguồn gốc phát sinh, miR-155* có tác động ngược với miR-155 lên quá trình điều hòa sản xuất interferon type I ở tế bào PDC (plasmatytoid dendritic cell).

Ngoài 2 miRNA kể trên (miR-146a và miR-155), nhiều miRNA khác cũng có những vai trò nhất định trong điều hòa các đáp ứng miễn dịch bẩm sinh.

 
MiRNAs điều hòa miễn dịch thích ứng ở bệnh nhân SLE

 

Trong thực tế, các tự kháng thể tăng lên ở các bệnh nhân SLE. Các tế bào B và các tế bào T tự phản ứng được coi là có vai trò quan trọng trong phát sinh bệnh và đã được nghiên cứu kỹ. Người ta đã thấy ở các bệnh nhân SLE,  có những bất thường ở các tế bào T CD4+ và do đó gây nên những trục trặc trong hệ miễn dịch thích ứng. Các nghiên cứu cho thấy có những bất thường trong quá trình giảm methyl hóa DNA (DNA hypomethylation). Điều này giải thích cho việc hoạt hóa quá mức tế bào T, tuy nhiên cơ chế của quá trình này còn chưa được hiểu rõ. Hồ sơ biểu hiện miRNA của tế bào T CD4+ ở chuột mô hình đã cho thấy miR-21 và miR-148a có thể có liên quan. Bên cạnh 2 loại miRNA này, miR-126 và miR-29b cũng có sự thay đổi biểu hiện và do đó có thể có liên quan đến bất thường trong quá trình điều hòa methyl hóa DNA ở tế bào T CD4+.

Cơ chế phát sinh bệnh SLE còn liên quan đến rối loạn điều hòa cytokines và chemokines. Người ta thấy rằng IL2 được biểu hiện yếu hơn hẳn trong khi CCL5 được tăng cường biểu hiện ở bệnh nhân SLE so với người bình thường. Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy miR-31 và miR-125a có liên quan đến sự tăng/giảm biểu hiện này.

MiRNAs có thể được sử dụng làm biomarker cho SLE

Trong vài thập kỷ qua, đã có rất nhiều nghiên cứu tập trung cố gắng làm sáng tỏ những cơ chế khởi đầu và phát triển quá trình tự miễn cũng như những tổn thương đa cơ quan sau đó ở bệnh nhân SLE. Tuy nhiên, còn rất nhiều thử thách cần phải vượt qua để có thể kiểm soát được bệnh. Một trong những khó khăn đó là việc thiếu các biomarker đáng tin cậy để chẩn đoán, theo dõi, phân loại và dự đoán tiến triển của bệnh.

Trong quá trình nghiên cứu các chức năng của các miRNAs có liên quan với lupus, người ta nhận thấy ở các bệnh nhân SLE có sự rối loạn điều hòa các miRNAs. Những nghiên cứu gần đây cho thấy mô hình biểu hiện của miRNAs ở các tế bào bạch cầu máu ngoại vi của bệnh nhân SLE có sự khác biệt so với người bình thường. Ngoài ra, có mối liên hệ nhất định giữa những mô hình biểu hiện cụ thể với các thành phần tự kháng thể khác nhau ở những bệnh nhân SLE. Trong nghiên cứu khác, người ta đã xác định được sự biểu hiện bất thường của các miRNAs (đặc biệt là hsa-miR-371-5p, hsa-miR-423-5p, hsa-miR-638, hsa-miR-1224-3p và hsa-miR-663) ở các tế bào PBMC của các bệnh nhân lupus có viêm thận, không phụ thuộc vào chủng tộc. Việc phát hiện ra rằng các miRNAs tồn tại trong dịch cơ thể đã khiến cho các miRNAs trở thành một biomarker lý tưởng cho rất nhiều loại bệnh. Các miRNAs trong huyết thanh và nước tiểu có mối liên quan với các đặc điểm khác nhau của SLE. Một nghiên cứu khác đã chứng minh rằng các miRNAs lưu chuyển trong dịch cơ thể có sự thay đổi một cách hệ thống ở các bệnh nhân SLE, và một chỉ dấu gồm 4 loại miRNA có thể được sử dụng để phân biệt SLE với các đối chứng khỏe mạnh và một nhóm miRNA khác có thể dùng để phân biệt bệnh nhân lupus có viêm thận. Cùng với sự phát triển của các kỹ thuật phát hiện miRNA lưu chuyển trong dịch cơ thể, các kỹ thuật mới lập hồ sơ biểu hiện của miRNA cũng như khi các dữ liệu về biểu hiện của miRNA ngày càng được tích lũy nhiều hơn, miRNA sẽ có thể trở thành một biomarker thuận tiện được lựa chọn để quản lý bệnh SLE và các tổn thương cơ quan đi kèm với bệnh.

 
Triển vọng điều trị SLE bằng liệu pháp miRNA

            Bên cạnh các nghiên cứu cơ bản nhằm làm sáng tỏ cơ chế bệnh sinh của SLE, nhiều nghiên cứu đã tập trung vào mục tiêu áp dụng những hiểu biết về miRNA trong bệnh SLE để phát triển những liệu pháp mới. Nhiều nghiên cứu mới đây đã cho thấy mycophenolate mofetil (MMF), chất được sử dụng rộng rãi trong điều trị SLE, có thể làm tăng cường biểu hiện miR-142-3p/5p và miR-146a ở các tế bào T.  Phát hiện này gợi ra rằng tác động điều trị của MMF có thể có được một phần thông qua hai loại miRNA nói trên và chúng ta có thể phát triển nhiều liệu pháp đặc hiệu hơn sử dụng 2 loại miRNA này. Nhờ biết được các cơ chế của một số miRNA hoạt hóa bất thường các phản ứng miễn dịch ở bệnh nhân SLE, người ta đang cố gắng tìm hiểu khả năng sử dụng miRNA như những đích tác động của liệu pháp điều trị SLE. Từ lâu, người ta đã biết miR-155 có vai trò điều hòa các chức năng của tế bào B. Do đó, miR-155 có thể tham gia điều hòa quá trình sản xuất các tự kháng thế trong bệnh SLE. Nhiều nghiên cứu gần đây cho thấy ức chế miR-155 có thể mang lại lợi ích cho bệnh nhân SLE. Một miRNA có tiềm năng ứng dụng khác là miR-146a. Chuột thử nghiệm được tiêm miR-146a agomir, một chất giống miR-146a đã trở nên chống chịu tốt hơn với chứng xuất huyết mao mạch phổi gây ra bởi Pristane. Mặc dù vẫn còn nhiều vấn đề cần giải quyết ví dụ như phát triển cách thức đưa thuốc vào một cách hiệu quả hay biến đổi về mặt hóa học để cải thiện khả năng được hấp thụ và tính ổn định của các oligonucleotide tổng hợp cũng như kiểm tra các đặc tính dược động học và tác dụng phụ của việc sử dụng thuốc ức chế hoặc thuốc tương tự miRNA in vivo, việc sử dụng miRNA vẫn là một lựa chọn đầy hứa hẹn để điều trị bệnh SLE trong tương lai.

 
Bài dịch: TS. Trần Dụ Chi  
Đăng tin: Phòng CNTT&GDYT

Tài liệu tham khảo

 

1.         Baumjohann D, Kageyama R, Clingan JM, Morar MM, Patel S, de Kouchkovsky D, Bannard O, Bluestone JA, Matloubian M, Ansel KM, Jeker LT (2013) The microRNA cluster miR-17 approximately 92 promotes TFH cell differentiation and represses subset-inappropriate gene expression. Nat Immunol 14(8): 840-8

2.         Ceppi M, Pereira PM, Dunand-Sauthier I, Barras E, Reith W, Santos MA, Pierre P (2009) MicroRNA-155 modulates the interleukin-1 signaling pathway in activated human monocyte-derived dendritic cells. Proc Natl Acad Sci U S A 106(8): 2735-40

3.         Chafin CB, Regna NL, Dai R, Caudell DL, Reilly CM (2013) MicroRNA-let-7a expression is increased in the mesangial cells of NZB/W mice and increases IL-6 production in vitro. Autoimmunity 46(6): 351-62

4.         Deng Y, Zhao J, Sakurai D, Kaufman KM, Edberg JC, Kimberly RP, Kamen DL, Gilkeson GS, Jacob CO, Scofield RH, Langefeld CD, Kelly JA, Ramsey-Goldman R, Petri MA, Reveille JD, Vila LM, Alarcon GS, Vyse TJ, Pons-Estel BA, Argentine Collaborative G, Freedman BI, Gaffney PM, Sivils KM, James JA, Gregersen PK, Anaya JM, Niewold TB, Merrill JT, Criswell LA, Stevens AM, Boackle SA, Cantor RM, Chen W, Grossman JM, Hahn BH, Harley JB, Alarcomicronn-Riquelme ME, Biolupus, networks G, Brown EE, Tsao BP (2013) MicroRNA-3148 modulates allelic expression of toll-like receptor 7 variant associated with systemic lupus erythematosus. PLoS Genet 9(2): e1003336

5.         Fan W, Liang D, Tang Y, Qu B, Cui H, Luo X, Huang X, Chen S, Higgs BW, Jallal B, Yao Y, Harley JB, Shen N (2012) Identification of microRNA-31 as a novel regulator contributing to impaired interleukin-2 production in T cells from patients with systemic lupus erythematosus. Arthritis Rheum 64(11): 3715-25

6.         Hou J, Wang P, Lin L, Liu X, Ma F, An H, Wang Z, Cao X (2009) MicroRNA-146a feedback inhibits RIG-I-dependent Type I IFN production in macrophages by targeting TRAF6, IRAK1, and IRAK2. J Immunol 183(3): 2150-8

7.         Kang SG, Liu WH, Lu P, Jin HY, Lim HW, Shepherd J, Fremgen D, Verdin E, Oldstone MB, Qi H, Teijaro JR, Xiao C (2013) MicroRNAs of the miR-17 approximately 92 family are critical regulators of T(FH) differentiation. Nat Immunol 14(8): 849-57

8.         Kim SJ, Gregersen PK, Diamond B (2013) Regulation of dendritic cell activation by microRNA let-7c and BLIMP1. J Clin Invest 123(2): 823-33

9.         Lashine YA, Salah S, Aboelenein HR, Abdelaziz AI (2015) Correcting the expression of miRNA-155 represses PP2Ac and enhances the release of IL-2 in PBMCs of juvenile SLE patients. Lupus 24(3): 240-7

10.       Liu Y, Dong J, Mu R, Gao Y, Tan X, Li Y, Li Z, Yang G (2013) MicroRNA-30a promotes B cell hyperactivity in patients with systemic lupus erythematosus by direct interaction with Lyn. Arthritis Rheum 65(6): 1603-11

11.       Pan W, Zhu S, Yuan M, Cui H, Wang L, Luo X, Li J, Zhou H, Tang Y, Shen N (2010) MicroRNA-21 and microRNA-148a contribute to DNA hypomethylation in lupus CD4+ T cells by directly and indirectly targeting DNA methyltransferase 1. J Immunol 184(12): 6773-81

12.       Qin H, Zhu X, Liang J, Wu J, Yang Y, Wang S, Shi W, Xu J (2013) MicroRNA-29b contributes to DNA hypomethylation of CD4+ T cells in systemic lupus erythematosus by indirectly targeting DNA methyltransferase 1. J Dermatol Sci 69(1): 61-7

13.       Qu B, Shen N (2015) miRNAs in the Pathogenesis of Systemic Lupus Erythematosus. Int J Mol Sci 16(5): 9557-72

14.       Shen N, Liang D, Tang Y, de Vries N, Tak PP (2012) MicroRNAs–novel regulators of systemic lupus erythematosus pathogenesis. Nat Rev Rheumatol 8(12): 701-9

15.       Taganov KD, Boldin MP, Chang KJ, Baltimore D (2006) NF-kappaB-dependent induction of microRNA miR-146, an inhibitor targeted to signaling proteins of innate immune responses. Proc Natl Acad Sci U S A 103(33): 12481-6

16.       Tang B, Xiao B, Liu Z, Li N, Zhu ED, Li BS, Xie QH, Zhuang Y, Zou QM, Mao XH (2010) Identification of MyD88 as a novel target of miR-155, involved in negative regulation of Helicobacter pylori-induced inflammation. FEBS Lett 584(8): 1481-6

17.       Tang Y, Luo X, Cui H, Ni X, Yuan M, Guo Y, Huang X, Zhou H, de Vries N, Tak PP, Chen S, Shen N (2009) MicroRNA-146A contributes to abnormal activation of the type I interferon pathway in human lupus by targeting the key signaling proteins. Arthritis Rheum 60(4): 1065-75

18.       Wang P, Hou J, Lin L, Wang C, Liu X, Li D, Ma F, Wang Z, Cao X (2010) Inducible microRNA-155 feedback promotes type I IFN signaling in antiviral innate immunity by targeting suppressor of cytokine signaling 1. J Immunol 185(10): 6226-33

19.       Xiao C, Srinivasan L, Calado DP, Patterson HC, Zhang B, Wang J, Henderson JM, Kutok JL, Rajewsky K (2008) Lymphoproliferative disease and autoimmunity in mice with increased miR-17-92 expression in lymphocytes. Nat Immunol 9(4): 405-14

20.       Zhao S, Wang Y, Liang Y, Zhao M, Long H, Ding S, Yin H, Lu Q (2011) MicroRNA-126 regulates DNA methylation in CD4+ T cells and contributes to systemic lupus erythematosus by targeting DNA methyltransferase 1. Arthritis Rheum 63(5): 1376-86

21.       Zhao X, Tang Y, Qu B, Cui H, Wang S, Wang L, Luo X, Huang X, Li J, Chen S, Shen N (2010) MicroRNA-125a contributes to elevated inflammatory chemokine RANTES levels via targeting KLF13 in systemic lupus erythematosus. Arthritis Rheum 62(11): 3425-35

22.       Zhou H, Hasni SA, Perez P, Tandon M, Jang SI, Zheng C, Kopp JB, Austin H, 3rd, Balow JE, Alevizos I, Illei GG (2013) miR-150 promotes renal fibrosis in lupus nephritis by downregulating SOCS1. J Am Soc Nephrol 24(7): 1073-87

23.       Zhou H, Huang X, Cui H, Luo X, Tang Y, Chen S, Wu L, Shen N (2010) miR-155 and its star-form partner miR-155* cooperatively regulate type I interferon production by human plasmacytoid dendritic cells. Blood 116(26): 5885-94

24.       Zhu S, Pan W, Song X, Liu Y, Shao X, Tang Y, Liang D, He D, Wang H, Liu W, Shi Y, Harley JB, Shen N, Qian Y (2012) The microRNA miR-23b suppresses IL-17-associated autoimmune inflammation by targeting TAB2, TAB3 and IKK-alpha. Nat Med 18(7): 1077-86