miRNA在特發性肺間質纖維化中的調控作用及機制初探

蔡麗慧，顧玉海，石雪峰

(1.青海大學研究生院，青海 西寧 810000；2.青海省人民醫院呼吸與危重癥醫學科，青海 西寧 810000)

0 引言

特發性肺纖維化(Idiopathic pulmonary fibrosis, IPF)，是一種慢性進行性肺間質疾病，最常累及肺間質、上皮細胞及血管，常引起肺組織結構和功能不可逆轉損傷，其發病率隨著年齡的增長而急劇增加，約占間質性肺疾病的20%-30%。IPF發病機制不能完全明確，尚缺少有效治療措施，預后極差。近年來，微小RNA (microRNA, miRNA)在IPF進展過程中發揮作用成為當前醫學研究熱點，本文就miRNA在IPF進程中的調控作用及機制展開簡要綜述。

1 IPF與miRNA概述

IPF診斷標準經過多年的演變，目前被定義為以組織病理學模式為特征的疾病，即在沒有明確肺損傷原因的情況下發生的間質性肺炎，多為雙側；周圍性；以網格狀；蜂窩狀改變為基礎分布，常伴有不可逆性瘢痕形成，嚴重者出現牽拉性支氣管擴張[1]。目前已知可能的發病機制包括肌纖維母細胞機制、上皮細胞間質轉化機制(EMT)、MMPs 與TIMPs失衡機制、血管生成機制、Th1/Th2 細胞假說機制、細胞因子的作用機制等[2,3]，關于IPF發病機制的理解已經從慢性炎癥轉移到肺泡上皮損傷的異常纖維增生修復。

miRNA是一種內源性小RNA，大小為19～25個核苷酸，可調節靶基因的轉錄[4]。其過表達或沉默能改變靶基因原有的生物活性。miRNA表達譜在疾病狀態和正常組織之間差異有統計學意義，臨床上已經將miRNA單獨或與其他已知的生物標志物聯合使用作為診斷手段[5]。LiP等[6]發現約60種miRNA在IPF患者血清中表達有差異，近三分之一類別的miRNA表達差異超過兩倍。對比于健康成年人let-7a、let-7d、miR-557、miR-486、miR-149、miR-31、miR-29a、miR-26a、miR-142-5p、miR-187-5p、miR-101-3p等在IPF患者血清中是明顯降低的，而miR-21、miR-155、miR-128、miR-3-675-3p、miR-199a-5p、miR-200c等是升高的。綜上所述，miRNA在IPF發病中發揮了重要作用，為分子靶點治療帶來了可能[7-9]。

2 miRNA在IPF發病機制中作用

2.1 miRNA與轉化生長因子受體(TGF-β1)

IPF的發病基礎是纖維母細胞異常增殖沉積在細胞外基質，引發肺組織損傷，進而肺成纖維細胞發生表型調節，轉變為α-SMA、肌成纖維細胞，這是肺損傷后膠原分泌和修復過程中的關鍵步驟[10]。TGF-β1是目前已知致纖維化最強的細胞因子，當其作用于人胚肺成纖維細胞(MRC5)時，肌成纖維細胞分化標記物Fn和α-SMA的mRNA-486表達水平降低[11,12]。Yang IV等[13]人表明miR-486可以通過調控小鼠3T3細胞及MRC5細胞膠原蛋白等合成參與肺間質纖維化發病過程，其作用機制是miR-486能減少S期細胞數量和增加G1周期細胞數量來抑制TGF-β1誘導的成纖維細胞增殖。let-7d是最早被發現在IPF中發揮調解作用的miRNA，當其被抑制時，可導致肺泡間隔增厚，并增加表達肺泡上皮細胞SFTPC (肺相關表面活性蛋白C)中膠原、ACTA2和S100A4的表達，IPF中let-7d的下調以及這種下調在體內外的促纖維化作用表明，let-7d預防肺纖維化方面發揮了關鍵的調節作用。Kuse N、WeiP[14,15]實驗證明miR-22及miR-133a能通過抑制ERK1/2通路，從而抑制TGF-β1誘導的α-SMA表達，延緩肺間質纖維化進展。miR-29c抑制劑實驗顯示，IPF中miR-29c調控死亡受體Fas表達及死亡誘導信號復合物的形成，從而導致外源性凋亡，代表性的促纖維化TGF-β下調miR-29c和Fas受體的表達，并對凋亡產生抵抗。以此推測恢復IPF中miR-29的表達可以使肺成纖維細胞對凋亡受體的敏感性正?；?，這可能是治療IPF的一種有效策略[16]。

2.2 miRNA與FGF9

成纖維細胞生長因子9(FGF9)是一種抗凋亡和促遷移生長因子，能使成纖維細胞保持未分化狀態，增強細胞外基質產生，促進纖維化進展等多種生理和病理的過程[17,18]。FGF9被認為是miR-486 的靶基因能抑制肺纖維化的進展[19,20]。在二氧化硅和博萊霉素誘導的肺纖維化小鼠模型中均觀察到miR-486的表達降低，而引入擴增的miR-486能觀察到能顯著降低纖維化基因[21,22]，故推測其與肺間質纖維化發病密切相關。雙熒光素酶報告基因檢測結果示，miR-29b-3p可以反靶向FZD6的表達，過表達miR-29b-3p有助于抑制肺間質成纖維細胞的增殖、遷移、侵襲和分化，對IPF進展起到一定抑制作用[23]。

2.3 miRNA與DOCK3

胞質分裂作用因子3(DOCK3)是鳥嘌呤核苷酸交換因子中的一員，可以調控腫瘤細胞侵襲周圍組織和遠處遷移，從而促進非小細胞肺癌的發生與進展[24]。KaurR等人證實了DOCK3在肺纖維化患者中異常高表達，介導成纖維化細胞向上皮間質轉化，與肺間質纖維化發病密切相關[25]。雙熒光素酶報告基因實驗證實miR-486與DOCK3存在相匹配結合位點，在TGF-β1刺激下成纖維細胞中DOCK3蛋白表達水平明顯升高，當miR-486過表達時，能抑制TGF-β1對DOCK3蛋白表達的促進作用。該研究表明DOCK3是miR-486的潛在靶基因，miR-486通過靶向下調DOCK3可能是其抗纖維化的重要機制[26,27]。

2.4 miRNA與Smad

Smad3和Smad7通道蛋白屬于受體激活的Smads，在肺纖維化和上皮細胞再生中起重要作用，同時在多種腫瘤中被發現突變，是一種可能的腫瘤抑制基因[28]。Smad3是TGF-β的下游受體調節型通道蛋白，能誘導MRC5細胞轉化成α-SMA，是沉積在細胞外基質的重要成分之一，常導致肺組織結構紊亂，誘發肺纖維化形成[29]。過表達的miR-486可通過抑制TGFβ1誘導Smad3蛋白水平緩解小鼠肺纖維化。miR-26a經Smad3磷 酸 化 下 調 能 加 快TGF-β誘 導MRC5細胞肺纖維化，其缺失或沉默表達時IPF發病率明顯提高。miR-101能抑制NFATc2信號通路及smad3信號通路從而抑制wnt5a誘導的肺成纖維細胞增殖，可用于預防smad3引起的致纖維化作用[30]。miR-21的高水平表達可通過smad3磷酸化調解膠原蛋白產生，可被Smad7負調節。與Smad3相反，Smad7 信號傳導通路是TGF-β1拮抗因子，競爭性的與TGF-β1的受體結合，阻斷信號傳導途徑，引起多泛素化和相關蛋白酶體降解。CHEN T等人證明Smad7過度表達時可預防肺間質纖維化，也能減輕四氯化碳誘導的肝纖維化模型中的纖維化反應，抑制Ⅰ型膠原和Ⅳ型膠原產生。因此利用miR-21低表達抑制Smad3通路引起的細胞外基質，可能是治療IPF的一種可行的治療策略[31]。

2.5 miRNA與MET

上皮-間質轉化機制(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，是指上皮細胞轉化為間質細胞獲得新的表型，產生大量膠原纖維導致器官纖維化[32]。肺纖維化病灶內增生的肌成纖維細胞除來源于肺內固有的間質細胞外，Ⅱ型肺泡上皮細胞通過EMT成為肌成纖維細胞為另一來源，加快肺纖維化進程。miRNA-21被檢測到在IPF患者肺泡上皮細胞中高表達，能增強上皮-間充質轉化，在正反饋中起到促纖維化作用。在誘導上皮-間充質轉化的培養條件下，加入外源性miRNA-21抑制劑及Let-7d可降低小鼠肺泡II型細胞中波形蛋白、α-SMA、N-鈣黏蛋白-2的表達[33]，由此證明二者是IPF相關miRNA。Lin28B是miR-26a的直接靶點之一，和miR-200家族成員一樣，可通過抑制TGF-β1誘導的A549細胞和MLE-12細胞的纖維形成，減輕EMT。更重要的是，在A549細胞中，過表達miR-26a可以同時增強let-7d的表達抑制EMT進程，緩解肺纖維化[34]。

2.6 miRNA與MSCs

間充質干細胞(Mesenchymal stem cells，MSCs)可以通過旁分泌、細胞融合分化、抗炎免疫調節、抗氧化等機制治療肺間質纖維化。Liu SS等[35]人證明MSCs移植后可逐漸歸巢到肺組織受損部位，更新并轉化為肺泡上皮細胞，減少局部炎癥反應、細胞外基質沉積從而減輕肺組織纖維化。此外，既往實驗證明miR-486在造血機制中發揮調節作用[36]，IPF引起限制性通氣功能障礙，機體在缺氧環境中可以促使間充質干細胞中miR-486的表達增加，后者可以通過調節PTEN-PI3K/AKT信號通路，調節血管生成活性，促進了MSCs的增殖和存活，當其過表達時可使肝細胞生長因子和血管內皮生長因子mRNA和蛋白水平的升高，減少炎癥反應及膠原蛋白在細胞外基質沉積。這些依據為IPF有效治療策略提供新的認識[37]。SOX4和DKK1是信號轉導通路的拮抗物能激活成纖維細胞表達，而miR-186可以通過抑制SOX4和DKK1的表達延緩IPF進展。

3 小結

IPF是由多種因素共同作用的結果，目前現有的治療方案效果甚微，嚴重影響患者的生活質量及壽命，其有效治療方案必然與發病機制密切相關，國內外相關實驗證明微小RNA能通過多種途徑延緩或抑制體內臟器纖維化進展，為分子靶點治療帶來了可能。但目前肺纖維化中miRNA表達調控的具體機制不明確，仍處于研究初級階段，不能廣泛將其應用于臨床診斷及治療，期待未來能有更多miRNA抗纖維化的作用機制被研究與臨床實際相結合為IPF治療提供新的方向。