miR-21與組織纖維化關系的研究進展

胡兆勇，劉艷麗，謝賽飛，鄭 玲，譚 勁?

（1. 湖南中醫藥大學，湖南 長沙 410208 ；2. 湖南中醫藥大學第一附屬醫院，湖南 長沙 410007）

纖維化在本質上是組織細胞受損后發生的一種自我修復反應。當組織細胞受到損傷后，實質細胞可發生壞死，間質細胞可生成大量的細胞外基質進行修復，導致局部纖維結締組織明顯增多，即發生纖維化。這個病理過程的中心環節是成纖維細胞被激活[1]。發生增生的纖維結締組織不具備實質細胞的結構和功能。發生組織纖維化可導致器官的結構被破壞、功能喪失。人體的各個組織都可能會受到炎癥的侵襲而發生纖維化。在基因層面研究組織纖維化的發生機制對診斷組織纖維化、阻斷組織纖維化的進程具有重要的臨床意義。microRNA 是一類內生的、含有20 ～24 個核苷酸的小RNA，可參與多種生物學過程的調控。本文主要對microRNA-21（miR-21）與組織纖維化的關系進行分析。

1 miR-21 的概述

microRNA 是RNA 家族中的一員，其生成與DNA 的初級轉錄物有關。microRNA 是經核酸酶剪切、加工、再組裝形成的一種由RNA 誘導的沉默復合體。microRNA 屬于非編碼的短鏈RNA，通過堿基互補配對的方式識別靶向mRNA，發揮抑制mRNA 翻譯或直接降解mRNA 的作用[2]。microRNA 可以與蛋白、DNA 和RNA 相互作用，參與多種生物學過程的調控。目前發現的microRNA 共有2 萬多個，miR-21 是其中的一員。miR-21 已被證實存在于人體的頭頸部、食管、胃部、肺部、大腸等多個組織器官中。有研究結果顯示，miR-21 與腫瘤的發生、發展、癌細胞轉移及該病患者的預后密切相關。此外，miR-21 還參與調控心臟、肝臟、肺臟、腎臟等器官組織纖維化的發生及發展。

2 miR-21 與心肌纖維化的關系

miR-21 可調節人體心臟成纖維細胞中ERK-MAP 激酶信號傳導的途徑，改變心臟的結構和功能。心功能衰竭患者心臟成纖維細胞中miR-21 的表達水平呈選擇性升高的表現。該病患者體內的miR-21 主要是通過靶基因萌牙1（Spry1）增強ERK-MAP 激酶的活性，進而可促進其心肌成纖維細胞的存活及分泌生長因子，控制其心肌間質纖維化和心肌肥大的程度。相關動物研究的結果顯示，建立由壓力超負荷誘導的心功能障礙小鼠模型后，采用特定的抑制劑將小鼠體內誘發疾病的基因（即miR-21）進行靶向沉默處理，其心肌細胞中ERK-MAP 激酶的活性可明顯降低，其心肌間質纖維化的程度可受到抑制，其心功能障礙的癥狀可明顯減輕[3]。一項針對糖尿病性心臟病發病機制的研究結果顯示，抑制該病患者體內miR-21 的表達，可上調SMAD7 蛋白，激活p-SMAD2 和p-SMAD3，降低心肌血管周圍纖維化的程度。miR-21 可通過靶向SPTY1 介導心肌的纖維化[4]。研究發現，miR-21 可促進大鼠心肌纖維母細胞內膠原的沉積，進而可使其心肌發生纖維化，且miR-21的表達水平與其心肌纖維化的程度呈正相關[5]。

3 miR-21 與肝纖維化的關系

在肝纖維化的發生過程中，TGF-β1是一個非常重要的促纖維化因子[6]。miR-21 可通過介導TGF-β1/Smad2/3信號的通路正向調節膠原蛋白的生成。并且，miR-21 可被Smad7 負反饋調節[7]。肝纖維化患者體內miR-21 的表達水平可明顯升高。并且，miR-21 的表達水平與肝纖維化患者肝纖維化的程度密切相關[8]。有研究結果顯示，miR-21 可通過抑制TGF-β1/Smad7 信號通路減輕肝纖維化患者肝實質纖維化的程度[9]。

4 miR-21 與肺纖維化的關系

有研究結果顯示，肺纖維化小鼠模型血清中miR-21 的表達水平可明顯升高，其肺部的成纖維細胞中miR-21 的表達水平較高[10]。對miR-21 進行基因敲除處理后，實驗小鼠肺纖維化的程度可明顯減輕。在實驗小鼠體內導入miR-21 的前體物質后，其肺纖維化的程度可明顯加重。這說明，miR-21 具有致肺纖維化的作用[11]。miR-21 表達的水平與肺纖維化的嚴重程度密切相關。有研究結果顯示，miR-21可以調控TGF-β1/Smad 信號的通路，調節成纖維細胞的纖維化活動，促使肺纖維化[12]。

5 miR-21 與腎纖維化的關系

有研究結果顯示，miR-21 在腎纖維化患者腎組織中的表達水平可明顯升高。相關動物實驗的研究結果顯示，在腎纖維化的動物模型體內，miR-21 的表達水平可明顯升高。這說明，miR-21 是腎纖維化發生、發展過程中一個重要的基因[13-14]。miR-21 可通過介導MMP9/TIMP1 促進腎纖維化[15]。相關動物實驗的研究結果顯示，糖尿病小鼠體內的miR-21 可抑制PI3k/PTEN 的通路，增強Ⅰ型膠原蛋白的表達，進而可形成細胞外基質[16]。miR-21 的高表達可促使PPARα 下調，激活TGF-β1/Smad3 信號傳導的通路，并誘導腎纖維化。抑制miR-21 的表達可起到相反的作用。在經血管緊張素II 處理的細胞中，上調其中miR-21 的表達水平會導致PPARα 的水平降低，激活TGF-β1/Smad3 的信號通路，促進腎纖維化。反之，抑制miR-21 的表達可減輕腎纖維化的程度[17]。腎小管上皮細胞中的miR-21 呈高表達，轉化生長因子-β（TGF-β）可被激活，膠原纖維蛋白- Ⅰ、a-SMA 表達的水平可明顯升高，進而可誘發上皮細胞- 間充質轉化（是指上皮細胞通過特定的程序轉化為具有間質表型細胞的生物學過程）。同時，采用特定的抑制劑將導致疾病發生的基因（miR-21）進行靶向沉默處理后，膠原纖維蛋白- Ⅰ、a-SMA 可呈低表達，上皮細胞-間充質轉化的形成可受到抑制[18]。PTEN/Akt/mTORC1 信號通路是TGF-β 下游的一條信號通路。該通路參與了系膜細胞肥大和上皮細胞- 間充質轉化的形成過程。miR-21 可直接作用于PTEN。在人腎小球系膜細胞中的miR-21 可抑制PTEN 的表達，間接激活Akt、mTORC1，進而可誘發細胞肥大，上調纖維蛋白和 I 型膠原蛋白的表達水平。因此，下調miR-21 的表達水平能降低腎纖維化的程度[19-20]。

6 小結

miR-21 與人體常見組織纖維化的發生、發展密切相關。在發生纖維化的組織中，miR-21 可呈高表達，且miR-21 表達的水平與組織纖維化的程度密切相關。臨床上可對miR-21 進行靶基因預測，對靶基因集進行GO、KEGG 分析，找出相關的信號通路，對miR-21 的靶基因進行熒光驗證。在進行組織纖維化動物實驗時，可采用加入激活劑、抑制劑或轉染高表達基因、沉默基因的方法驗證miR-21 的靶基因及相關通路。目前，miR-21 在介導口腔黏膜下纖維化方面的機制尚未明確。但miR-21 在促使心、肝、腎、肺纖維化方面的研究為其他組織纖維化的研究提供了理論依據。miR-21 有望成為臨床上診斷組織纖維化的生物學標志物和治療上述疾病的靶點。