microRNA在肺動脈高壓進展中作用及機制的研究進展

郭海旭，雷桅

1廣東醫科大學，廣東湛江524000；2廣東醫科大學附屬醫院

肺動脈高壓(PAH)是一種嚴重心肺疾病，其組織學特征為低氧、炎癥等刺激造成內皮細胞生理功能異常，肺動脈血管重塑，致使血管阻力升高，導致右心室肥大(RVH)和右心室衰竭并最終進展至死亡。PAH的發病機制復雜，研究表明，微小RNA(miRNA)參與了PAH的發生發展。miRNA是一類進化上高度保守的單鏈非編碼小分子RNA，分子長度為18～22個核苷酸，它主要通過結合mRNA的3′非翻譯區(3′-UTR)來降解mRNA和(或)抑制靶基因翻譯，從而在轉錄后水平負調節基因表達。miRNA參與多個信號通路，影響細胞的代謝、分化、增殖、凋亡、氧化應激以及表觀遺傳修飾，廣泛參與心血管疾病如高血壓、PAH等疾病的發生發展。研究顯示，PAH患者肺組織和細胞存在miRNA表達異常，且外周血循環miRNA水平與PAH患者的預后相關。進一步研究發現，PAH患者外周血miR-21、miR-23、miR-130、miR-133等表達升高[1～4]，而miR-1、miR-26、miR-29、miR-34等表達下降[4～7]。現將miRNA在PAH中作用及其機制的研究進展綜述如下。

1 miRNA在PAH進展中的作用

1.1 促進PAH進展 目前發現的促進PAH進展的miRNA主要有miR-17、miR-20、miR-27、miR-143/145、miR-210、miR-221等。Pullamsetti等[8]對PAH小鼠尾靜脈注射miR-17抑制劑A-17，可降低其右心室收縮壓；認為A-17可能通過下調p21表達、增加肺血管平滑肌細胞增殖而參與PAH進展。肺動脈平滑肌細胞的過度增殖是構成肺血管重塑的主要病理基礎，Brock等[9]對PAH小鼠腹腔注射miR-20抑制劑膽固醇修飾RNA寡核苷酸，發現其可以防止肺血管重構；認為miR-20抑制劑可能是通過恢復肺血管平滑肌細胞的骨形態發生蛋白受體2(BMPR2)水平，抑制肺血管平滑肌細胞的增殖，緩解PAH進展。TGF-β信號通路在細胞和組織的生長、發育中起關鍵作用，廣泛參與細胞的增殖、分化的調節。在PAH患者和低氧誘導的PAH大鼠模型中，肺動脈平滑肌細胞中的miR-143表達上調，其機制可能是通過作用于TGF-β1信號通路促進肺動脈血管平滑肌細胞遷移參與PAH進展[10]。線粒體是體內細胞功能代謝的主要場所，線粒體的功能障礙在PAH的病理過程發揮重要作用，ISCU1/2與線粒體密切相關，同時也是miR-210靶基因，研究發現，PAH患者和小鼠外周血及肺血管內皮細胞中miR-210表達均升高，表明miR-210通過抑制ISCU1/2的表達影響細胞線粒體的功能促進PAH的進展[11]。Nie等[12]報道，PAH患者和低氧誘導PAH大鼠肺組織和肺動脈血管平滑肌細胞中miR-221升高；進一步研究發現，miR-221可直接負向調節組織分化、損傷修復重要相關的β-catenin信號通路中的AXIN2因子，促進肺動脈血管平滑肌細胞增殖，進而促進PAH的進展。

1.2 延緩PAH進展 能夠延緩和逆轉PAH進展的miRNA主要有miR-34、miR-140-5p、miR-223、miR-451、miR-204、miR-424和miR-503等。Wang等[13]報道，PAH患者和低氧誘導的PAH大鼠模型中，肺動脈血管平滑肌細胞的miR-34表達減少；使用合成的miR-34分子氣道霧化給藥可逆轉缺氧誘導的大鼠PAH，其機制可能與下調肺血管平滑肌細胞的PDGFR表達有關。PAH患者外周血miR-140表達減少，動物實驗也證實患病肺組織中miR-140-5p表達降低。在野百合堿誘導的大鼠PAH模型中，氣道霧化miR-140-5p模擬物可預防和治療PAH[14]。PAH患者肺組織以及肺動脈平滑肌細胞miR-223表達減少，將miR-223模擬物mimic-223經氣道霧化到野百合堿誘導的PAH大鼠肺中，恢復肺動脈平滑肌細胞中miR-223水平，進而逆轉PAH的進程，其機制與下調miR-223靶蛋白PARP1、減弱血管平滑肌細胞增殖有關[15]。Grant等[16]報道，在缺氧誘導PAH大鼠模型中，靜脈注射anti-miR-451可延緩病程進展，其機制可能是抑制了肺動脈血管平滑肌細胞的遷移。然而也有研究認為，基因敲除miR-451在小鼠PAH進展中并無明顯效果，可能有其他途徑補償了miR-451在慢性丟失的中的作用。Courboulin等[17]報道，在PAH患者和野百合堿誘導的PAH大鼠肺組織中miR-204表達下調，其下調程度與PAH的嚴重性呈正相關；通氣管內霧化miR-204模擬物的給藥方式，能夠延緩肺動脈高壓，其機制可能與平滑肌細胞增殖減少以及對凋亡易感有關。同樣的，在PAH患者肺動脈內皮細胞中miR-424、miR-503表達水平降低，過表達miR-424、miR-503可延緩PAH的發展[18]。

2 miRNA參與PAH進展的機制

2.1 miRNA參與PAH進展的經典機制 血管重塑是PAH的主要病理特征，包括細胞增殖、凋亡和表型轉化等。大量研究表明，miRNA在細胞增殖、凋亡、表型轉化等過程中發揮重要作用，肺血管細胞增殖與凋亡的失衡也是PAH各種形成機制的共同作用結果，表型轉化則決定PAH發展和轉歸。

2.1.1 細胞增殖 肺動脈平滑肌血管平滑肌過度增生、血管中膜增厚是PAH的重要發病機制，miRNA對其有關鍵促進作用。Rothman等[14]對PAH大鼠模型使用miR-140-5p模擬物氣管內霧化，成功阻止且逆轉了PAH的進展；進一步研究發現，miR-140-5p模擬物可影響骨形態發生蛋白的信號轉導，抑制肺動脈平滑肌細胞增殖。另外有研究表明，miR-140-5p與TNF-α的3′-UTR結合，直接靶向TNF-α抑制肺動脈平滑肌細胞增殖，從而抑制PAH進展[19]。

2.1.2 細胞凋亡 肺動脈平滑肌細胞增殖過度伴隨凋亡減少也是PAH形成的重要原因，許多促進細胞增殖的miRNA也可對抗肺動脈平滑肌細胞的凋亡。Chen等[20]研究發現，PAH患者肺動脈平滑肌細胞中線粒體動力學蛋白質(MiD)表達增加，這加速了線粒體分裂蛋白(Drp1)介導的有絲分裂，增加細胞增殖，并減少細胞凋亡。沉默MiD促進線粒體融合并通過細胞外信號調節激酶1/2和細胞周期蛋白依賴性激酶4依賴性機制引起G1期細胞周期停滯。進一步研究發現，MiD上調是由miR-34a-3p表達降低引起的，且PAH患者和PAH臨床前模型循環血液中miR-34a-3p表達均下降，沉默MiD或增強miR-34a-3p可緩解PAH進展。Chen等[21]在PAH小鼠模型中發現，miR-29b可抑制動脈血管平滑肌細胞增殖，促進其凋亡。miR-29b能夠抑制髓樣細胞白血病1(Mcl-1)蛋白和細胞周期素D2(CCND2)蛋白的表達，沉默的Mcl-1和CCND2可以抑制細胞增殖，促進動脈血管平滑肌細胞凋亡，推測miR-29b可作為治療PAH的有用工具。

2.1.3 表型轉化 血管平滑肌細胞由收縮表型轉化為合成表型，是血管重塑的關鍵環節，決定PAH發生發展和轉歸。miR-143和miR-145是調節血管平滑肌細胞增殖、遷移、凋亡以及表型轉換的復雜分子網絡調節的核心[22]。Caruso等[23]報道，特發性和遺傳性PAH患者肺組織中miR-145表達升高，且這些miR-145均來自重塑血管的平滑肌細胞。此外，從BMPR2突變患者和BMPR2缺陷小鼠的肺中提取并培養的原代血管平滑肌細胞，miR-145表達也升高。另有研究表明，miR-143和miR-145可作為平滑肌細胞與內皮細胞之間的通信分子，TGF-β觸發了miR-143和miR-145從平滑肌細胞轉移到相鄰內皮細胞，進而通過降低內皮細胞的增殖指數及其在基質膠上培養時形成血管樣結構的能力來調節血管生成，參與PAH的進展[24]。

2.2 miRNA參與PAH進展的新機制 除了經典的miRNA參與肺動脈平滑肌細胞的增殖、凋亡、表型轉化外，近年研究發現miRNA通過一些新的途徑參與PAH進展。

2.2.1 miR-124-PTBP1-PKM信號軸 目前研究認為，細胞代謝重組參與了PAH的形成。Zhang等[25]報道，嚴重PHA患者和低氧誘導PAH小牛模型的肺外膜成纖維細胞(PH-Fibs)表現出糖酵解和線粒體代謝重組增加，糖酵解與三羧酸循環的葡萄糖分解代謝比例增加。miR-124-PTBP1-PKM參與肺血管內皮細胞的代謝重組，miR-124作用于可變剪接因子多嘧啶束結合蛋白1(PTBP1)，影響丙酮酸激酶肌肉異構體(PKM)的比例，PKM2/PKM1比值升高，糖酵解增強，促進細胞增殖以及巨噬細胞分泌炎性因子，進而參與PAH的進展。Caruso等[26]也驗證了PAH患者肺血管內皮細胞以及外周循環內皮細胞中miR-124表達下降，PTBP1、PKM2表達增多，影響內皮細胞的糖代謝，進而參與PAH進展。此外，過表達miR-124或敲低PTBP1可使PH-Fibs中的PKM2/PKM1比值正常化，逆轉糖酵解表型(即降低糖酵解中間體和乳酸等副產物的產生)，改變線粒體代謝重組，減少細胞增殖，緩解PAH進展。

2.2.2 內皮素1(ET-1) ET-1是最有力的內源性血管收縮因子，在內皮功能中起關鍵作用，而內皮功能的改變是肺動脈血管重塑的基礎。Yuan等[27]研究表明，ET-1通過活化信號轉導和轉錄激活因子3(STAT3)誘導肺動脈PASM，miR-200c直接結合微管相關蛋白2(MAP-2)和鋅指電子盒綁定同源1(ZEB-1)的3′-UTR區，減少MAP-2、ZEB-1表達，進而參與ET-1誘導的肺動脈PASM的進展。Kang等[28]發現，PAH患者分離的肺動脈內皮細胞中，miR-98表達減少，ET-1增加。體外細胞實驗證實，缺氧可減少miR-98表達，增加ET-1水平，促進肺動脈內皮細胞增殖。動物實驗表明，缺氧能夠降低小鼠肺中miR-98表達，增加ET-1和增殖細胞核抗原水平；進一步研究表明，miR-98直接與ET-1的3′-UTR結合，抑制ET-1表達，從而參與肺動脈內皮細胞的增殖。使用過氧化物酶體增殖物激活受體γ可提高miR-98水平，降低ET-1表達，減少肺動脈內皮細胞增殖。

2.2.3 雌激素及其代謝產物16α-羥雌酮 研究顯示，雌激素及其代謝產物16α-羥雌酮是PAH發展的危險因素[29]。Chen等[30]報道，遺傳型PAH患者肺組織與能量代謝有關的miRNA升高，其中包括miR-29家族。BMPR2基因突變與遺傳型PAH發生密切相關，BMPR2突變誘導的遺傳型PAH小鼠，miR-29表達較對照組升高，使用miR-29拮抗劑α-miR29可緩解PAH。此外，將遺傳型PAH小鼠暴露于16α-羥雌酮4周后，miR-29表達較對照組高出4～8倍，提示雌激素可能促進了miR-29的表達。Wallace等[31]研究發現，女性PAH患者肺動脈平滑肌細胞和雌性BMPR2小鼠肺動脈平滑肌細胞的miR-96表達均降低，miRNA-96作用于5-羥色胺1b受體，影響5-羥色胺介導的細胞增殖；研究人員對PAH小鼠尾靜脈注射miRNA-96模擬物no.MC10422后，發現其可恢復miRNA-96在肺動脈平滑肌細胞中的表達，延緩PAH進展。

miRNA在PAH的進展中扮演重要角色，不同亞類的miRNA作用不同，但又相互影響。目前，動物實驗以及部分臨床實驗發現一些靶向調控miRNA的藥物，可緩解PAH的進展。但是，如何使miRNA靶向精準進入肺組織，如何避免其進入其他組織產生不良反應的脫靶效應，以及其在細胞中的穩定性，還需要更多研究。