肺纖維化病因表達的microRNA及其調(diào)控機制

趙　楊，高宏生，魏路清　綜述，解立新　審校

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肺纖維化病因表達的microRNA及其調(diào)控機制

趙楊1,2，高宏生3，魏路清1綜述，解立新4審校

microRNA；肺纖維化；表達及調(diào)控機制

肺纖維化是間質(zhì)性肺疾病晚期的共同表現(xiàn)，即肺部受損后，隨著炎性反應(yīng)的進展，成纖維細胞反應(yīng)性增生，產(chǎn)生大量膠原纖維，細胞外基質(zhì)過度沉積，并與其他細胞因子共同作用，進而形成肺纖維化。患者治愈率低、生存期短、病死率高，給家庭及社會帶來嚴重負擔。按病因的不同，可將肺纖維化分為：(1)與職業(yè)暴露相關(guān)的肺纖維化，如矽肺；(2)與藥物相關(guān)的肺纖維化；(3)與病毒感染相關(guān)的肺纖維化；(4)與結(jié)締組織疾病相關(guān)的肺纖維化；(5)原因不明的特發(fā)性肺纖維化(idiopathicpulmonaryfibrosis，IPF)等。microRNA(miRNA)是一類內(nèi)生性、長度21～25個核苷酸的小非編碼RNA，miRNA通過與其靶mRNA的3′-UTR堿基配對結(jié)合，降解靶mRNA或抑制其翻譯[1]，從而調(diào)控轉(zhuǎn)錄后基因表達而起到調(diào)控細胞增殖、凋亡、分化等作用，是生物生長發(fā)育和疾病發(fā)生發(fā)展過程中必不可少的調(diào)節(jié)因子。有研究發(fā)現(xiàn)，miRNA在血漿及血清中穩(wěn)定存在[2，3]，且組織特異性較強。因此，靶向調(diào)節(jié)miRNA可成為疾病早期診斷及治療的潛在策略，如發(fā)現(xiàn)miRNA與肺纖維化的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。為此，筆者就miRNA在不同類型肺纖維化之間的差異表達和共同表達,以及其調(diào)控機制進行綜述。

1　矽　　肺

矽肺為長期吸入大量游離二氧化硅所致疾病，以呼吸系統(tǒng)組織炎性反應(yīng)為特征，引起組織廣泛的結(jié)節(jié)性纖維化導致呼吸功能明顯下降，即肺組織硬化。WangFaxuan等[4]研究發(fā)現(xiàn)，rno-miR-26a在大鼠矽肺模型肺組織中下調(diào)。已發(fā)現(xiàn)鼠類肺組織支氣管及肺泡上皮細胞選擇性表達miR-26a[5]，并參與肺的生長發(fā)育[6]。miR-26a的作用靶點為轉(zhuǎn)錄因子Smad1的mRNA，Smad1在肺生長階段和肺血管重塑階段參與成骨蛋白信號的調(diào)節(jié)[7，8]。因此，在矽肺纖維化過程中miR-26a的下調(diào)，可能是通過調(diào)控肺組織基礎(chǔ)發(fā)育及生理過程而發(fā)揮重要作用的。Fan等[9]發(fā)現(xiàn)，在小鼠矽肺模型肺組織中，miR-149表達顯著下調(diào)，IL-6表達上調(diào)；在體內(nèi)試驗中miR-149的上調(diào)抑制IL-6表達。相反，抑制miR-149的表達，IL-6水平顯著上調(diào)。IL-6作為一種細胞因子在肺纖維化進程中起到促進成纖維細胞分化，細胞外基質(zhì)生成及過度沉積等作用[10]。因此，可認為在矽肺纖維化進程中，miR-149靶向作用于IL-6，下調(diào)的miR-149可引起IL-6的上調(diào)，從而促進肺纖維化的發(fā)生。劉義濤等[11]研究發(fā)現(xiàn)，與健康人相比，矽肺患者血清中miR-21高表達。miR-21在纖維化疾病中起到重要作用。上調(diào)的miR-21會使上皮細胞鈣黏蛋白(E-cadherin)表達減少以及α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)表達升高，以促進上皮細胞-間充質(zhì)細胞轉(zhuǎn)換(epithelial-mesenchymaltransition，EMT)進程，引起肺纖維化[12]。在腎臟纖維化進程中，miR-21通過擴大轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)信號轉(zhuǎn)導通路活性促進纖維化的發(fā)生[13]。除此之外，HonglinZhu等[14]在研究系統(tǒng)性硬化癥(systemicsclerosis，SSc)患者組織時發(fā)現(xiàn)，TGF-β可上調(diào)miR-21的表達，而miR-21可靶向下調(diào)Smad7的表達而反過來促進TGF-β介導的纖維化過程。提示，患者血清中miR-21的上調(diào)可促進矽肺纖維化進程。

綜上所述，rno-miR-26a和miR-149在小鼠矽肺模型中表達下調(diào)，并可通過調(diào)控肺組織的基礎(chǔ)發(fā)育和成纖維細胞分化而參與矽肺纖維化。而患者血清中miR-21的上調(diào)在矽肺纖維化過程中起到重要作用。

2　病毒感染性肺纖維化

近年來，隨著病毒引起的呼吸系統(tǒng)疾病，如嚴重急性呼吸綜合征(severeacuterespiratorysyndrome，SARS)、甲型HINI流感等在局部地區(qū)乃至全世界范圍內(nèi)廣泛傳播，人們對病毒感染導致的肺損傷越來越重視，特別是肺纖維化的形成。研究證明，許多肺纖維化患者在病變初期均有病毒感染史，提示病毒感染在肺纖維化發(fā)生發(fā)展過程中具有一定作用[15]。可致肺纖維化的病毒有很多，如腺病毒、SARS病毒、甲型流感病毒、皰疹屬病毒等。以下主要簡述miRNA在兩種病毒所致肺纖維化中的表達與作用機制。

2.1腺病毒引起的肺纖維化腺病毒為呼吸道感染常見病毒之一。嬰幼兒易患腺病毒肺炎，主要表現(xiàn)為急性上呼吸道感染，病情嚴重，病死率高，且無特效治療方法。腺病毒感染宿主細胞后立即嚴重影響宿主細胞，并持續(xù)至最后階段，最終導致肺纖維化。HongxingZhao等[16]發(fā)現(xiàn)，與未轉(zhuǎn)染Ⅱ型腺病毒的人類成纖維細胞相比，轉(zhuǎn)染Ⅱ型腺病毒的成纖維細胞中，有100余種miRNA差異表達，其中miR-23a/27a族及miR-17/92族有顯著差異。miR-23a/27a轉(zhuǎn)染后期表達顯著上調(diào)，而miR-17/92在轉(zhuǎn)染初期表達顯著下調(diào)。研究發(fā)現(xiàn)過表達的miR-23a通過Smad依賴通路靶向抑制E-cadherin及胰島素受體底物-1(insulinreceptorsubstrate-1，IRS-1)而促進TGF-β引起的EMT的發(fā)生,而EMT在肺纖維化發(fā)生發(fā)展過程中起到重要作用[17，18]。DuaaDakhlallah等[19]研究發(fā)現(xiàn)，與正常成纖維細胞相比，肺纖維化組織中miR-17/92表達下調(diào)，而脫氧核糖核酸甲基轉(zhuǎn)移酶-1(DNAmethyltransferase-1，DNMT-1)表達上調(diào)，且miR-17/92可通過調(diào)控DNMT-1(DNMT-1與組織損傷修復過程有關(guān)[20])的表達而參與肺纖維化。

總之，腺病毒感染細胞中，miR-23a的上調(diào)和miR-17/92的下調(diào)可參與腺病毒所致肺纖維化。并且由于miR-17/92在疾病初期上調(diào)，提示miR-17/92亦可作為腺病毒所致肺纖維化的早期診斷指標。

2.2SARS引起的肺纖維化SARS即嚴重急性呼吸綜合征，為近年來新發(fā)的非典型性肺炎，于2002年至2003年呈地域性及全球性爆發(fā)，表現(xiàn)為急性呼吸衰竭，病死率高。Bibekanand等[21]發(fā)現(xiàn)細支氣管肺泡干細胞(bronchioalveolarstemcell，BASCs)為SARA冠狀病毒(SARScoronavirus，SARS-CoV)的主要感染細胞，由SARS-CoV引起的BASCs中miR-17，miR-574-5p和miR-214的上調(diào)用于抑制其自身的復制及逃避免疫清除反應(yīng)直到成功傳染。研究還發(fā)現(xiàn)病毒核衣殼和突起蛋白可分別靶向下調(diào)BASCs中的miR-223和miR-98，從而控制BASCs的分化、炎性因子的激活和下調(diào)血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(angiotensin-convertingenzyme2，ACE2)的表達。Masashi等[22]就肝癌細胞進行研究發(fā)現(xiàn)，LX-2細胞中過表達的miR-214-5p上調(diào)纖維化相關(guān)基因，如基質(zhì)金屬蛋白酶-2(matrixmetalloproteinase-2，MMP-2)、MMP-9、α-SMA及TGF-β1。文獻[23，24]證實miR-214-5p也與腎纖維化、肝纖維化的發(fā)生發(fā)展有關(guān)，提示SARS-CoV感染引起的miR-214上調(diào)，可參與肺纖維化的發(fā)生發(fā)展。Gao等[25]對實驗性肺纖維化大鼠病理組織進行分析發(fā)現(xiàn)，miR-98在肺纖維化組織中下調(diào)。實驗亦發(fā)現(xiàn)過表達的miR-98通過抑制Stat3信號轉(zhuǎn)導通路來提高細胞凋亡相關(guān)因素Bax/Bcl-2的比值，進而抑制肺纖維化的程度。因此，提示miR-98的下調(diào)，可起到促進SARS所致肺纖維化的作用。總之，SARS-CoV感染細胞中miR-214的上調(diào)及miR-98的下調(diào)可參與SARS所致肺纖維化。

3　特發(fā)性肺纖維化

特發(fā)性肺纖維化(IPF)，是一種慢性、進行性、不可逆轉(zhuǎn)的肺部疾病，也是最常見的致命性肺疾病[26],其發(fā)病率約為5/10萬,5年生存率低于50%[27]。治療效果不佳，病因不明。miRAN在IPF中的調(diào)控機制為近年來的研究熱點，已發(fā)現(xiàn)miR-21、miR-155、miR-154、miR-200、let-7d、miR-145等[28-33]，miRNA在IPF發(fā)生發(fā)展過程中起到重要作用，并有新的miRNA不斷的被研究人員探索與發(fā)現(xiàn)。如,Christian等[34]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)博來霉素造模后，小鼠纖維化的肺組織中miR-199a-5p顯著上調(diào)，上調(diào)的miR-199a-5p誘導TGF-β的表達，從而促進肺成纖維細胞增殖分化。實驗也發(fā)現(xiàn)miR-199a-5p在肺成纖維細胞中通過調(diào)節(jié)小窩蛋白-1(caveolin-1，CAV-1)，而在TGF-β信號傳導過程中起重要作用。HaihaiLiang等[35]發(fā)現(xiàn)，實驗性肺纖維化小鼠肺組織中miR-26a表達下調(diào)，并引起結(jié)締組織生長因子(connectivetissuegrowthfactor，CTGF)的轉(zhuǎn)錄后表達及膠原蛋白的產(chǎn)生，進而引起肺纖維化。有研究證明，miR-26a是通過TGF-β1介導的Smad3磷酸化而下調(diào)表達。另有文獻[36，37]，miR-26a的下調(diào)可通過上調(diào)高遷移率族蛋白A2(highmobilitygroupA2，HMGA2)及TGF-β1以分別促進EMT進程及肺成纖維細胞增殖而調(diào)控肺纖維化的發(fā)生發(fā)展。此外，XiaoXiao等[38]發(fā)現(xiàn)，miR-424可通過調(diào)節(jié)Smurf2(Smurf2為抑制TGF-β信號的調(diào)節(jié)因子)，增強TGF-β信號轉(zhuǎn)導通路，從而在EMT過程中調(diào)節(jié)肌成纖維細胞分化。除了上述幾種miRNA外，miR-326在IPF患者組織中下調(diào)，并可靶向上調(diào)TGF-β而引起促纖維化基因如Ets1，Smad3及MMP-9的上調(diào)，從而在肺纖維化過程中起重要作用[39]。

上述實驗性肺纖維化小鼠肺組織中miR-199a-5p、miR-424的上調(diào)及miR-26a、miR-326的下調(diào)在IPF發(fā)生發(fā)展過程中起到重要作用。

4　肺纖維化共同表達的microRNA

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，多種肺纖維化之間既有差異表達的miRNA，亦有共同表達的miRNA。現(xiàn)已將本文所提到的纖維化疾病中共同表達的miRNA總結(jié)于表1，以方便讀者閱讀與理解。從表1可觀察到，miR-26a在大鼠矽肺模型肺組織及小鼠IPF模型肺組織中均下調(diào)，并起到促纖維化的作用；miR-21在矽肺患者血清及大鼠IPF模型肺組織中均上調(diào)，并促進肺纖維化。提示miR-26a及miR-21可作為肺纖維化的相關(guān)基因，這為日后的研究提供了新思路。

表1　各器官纖維化疾病中miRNA的表達

注：“促”表示miRNA的上調(diào)或下調(diào)促進纖維化的發(fā)生發(fā)展。

綜上所述，近年來的研究表明miRNA在肺纖維化進程中起到重要調(diào)控作用，提示靶向調(diào)控miRNA可作為肺纖維化的潛在治療策略。盡管各種類型的肺纖維化它們有共同的病理改變，但其相關(guān)miRNA并不完全相同。如上文分析所述，rno-miR-26a和miR-149在小鼠矽肺模型中表達下調(diào)參與矽肺纖維化，患者血清中miR-21的上調(diào)與矽肺纖維化有關(guān)。腺病毒感染細胞中miR-23a的上調(diào)和miR-17/92的下調(diào)與腺病毒所致肺纖維化有關(guān)；SARS感染后組織中miR-214的上調(diào)和miR-98的下調(diào)參與SARS引起的肺纖維化；miR-199a-5p、miR-424的上調(diào)和miR-26a、miR-326的下調(diào)參與IPF的發(fā)生發(fā)展。同時，通過本文分析發(fā)現(xiàn)，miR-26a與miR-21共同表達于不同肺纖維化，提示miR-26a及miR-21可作為肺纖維化的相關(guān)基因。充分了解多種肺纖維化的病因及其發(fā)病機制，有助于建立肺纖維化的預(yù)防及治療策略，從而降低肺纖維化的發(fā)病率、病死率，提高患者的生存質(zhì)量。但以上研究動物實驗較多，患者病理組織實驗較少，實驗結(jié)果說服力不足，并且上述miRNA的調(diào)控機制尚未明確，需要進一步研究證明，同時也為我們?nèi)蘸蟮难芯刻峁┝诵碌姆较颉?/p>

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(2015-07-27收稿2015-12-20修回)

(責任編輯梁秋野)

國家自然基金面上項目(81273048)；天津市職業(yè)與環(huán)境危害防制重點實驗室基金(WHK201203)

趙楊，碩士研究生。

300162天津，武警后勤學院：1.附屬醫(yī)院呼吸與重癥醫(yī)學科；3.救援醫(yī)學系部隊衛(wèi)生學教研室；2.121000錦州，遼寧醫(yī)學院研究生院；4.100853北京，解放軍總醫(yī)院呼吸科

魏路清，E-mail：luqing-wei@163.com

R563.1