miRNA在呼吸系統疾病的研究進展

張雨葦 梁民勇

【關鍵詞】 miRNA 呼吸道疾病 研究進展

[Key words] miRNA Respiratory diseases Research progress

First-author’s address： Jishou University School of Medicine， Jishou 416000， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2021.18.044

miRNA是一系列長度約22個核苷酸的非編碼小分子單鏈RNA，約占基因總數的2%，主要存在于真核生物中，通過作用于靶向mRNA的3’UTR區在轉錄后水平調控基因表達，參與細胞增殖、凋亡，血管形成等。miRNA可調控將近三分之一的人類基因，肺組織在胚胎發育階段已表現出miRNA依賴性，已有研究證實部分miRNA的增加或減少均會干擾肺組織發育。近年研究顯示循環血中的miRNA與呼吸系統疾病（慢性阻塞性肺疾病、支氣管哮喘、肺結核、肺癌等）密切相關，提示miRNA在呼吸系統疾病的發生、發展及預后中扮演重要角色，且miRNA可在血液、痰液、胸腔積液等穩定存在，未來有望成為呼吸系統疾病診斷、治療的新靶點。近年研究發現miRNA在呼吸系統疾病的發生、發展中的作用機制，現綜述如下。

1 miRNA概述

miRNA是一系列非編碼小分子單鏈RNA，通過與信使RNA（message RNA，mRNA）結合在轉錄后水平下調基因表達[1]。miRNA具有組織特異性及細胞特異性，在某些疾病狀態下發生的病理生理變化可能引起循環血中相應組織和細胞特異性的miRNA含量的改變，提示miRNA在呼吸系統疾病的發生、發展及預后中扮演重要角色。

2 miRNA與呼吸系統疾病

2.1 慢性阻塞性肺疾病 慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種常見的慢性非傳染性疾病，常因大量暴露于有毒顆粒或氣體引起氣道和/或肺泡發育異常[2]。主要以持續的呼吸道癥狀和氣流受限為特征的，常合并多種肺外表現如代謝紊亂、骨骼肌障礙等，導致患者生活質量差。隨著吸煙率增加及人口老齡化，預計未來40年其發病率仍會上升，為社會、家庭及個人帶來沉重的疾病負擔。

研究發現miRNA通過TGF-β及Wnt途徑參與COPD發病過程[3]。Ezzie等[3]通過對比26例COPD患者和9例無氣流受限的吸煙者的肺組織中miRNA及mRNA表達模式，COPD患者肺組織中miR-233、miR-1274a等表達水平均升高，同時發現miR-233表達水平與TGF-β呈正相關，后者在組織穩態中發揮重要作用，TGF-β/Smad信號通路失衡促進成纖維細胞增殖，引起細胞外基質異常沉積導致氣道重塑。其另一項研究發現miR-15b通過抑制TGF-β信號通路中抑制因子Smad7，正反饋調節TGF-β/Smad信號通路從而促進氣道重塑[4]。此外Wu等[5]發現無論是香煙煙霧提取物處理的人支氣管上皮細胞還是香煙煙霧誘導的COPD小鼠模型，miR-130a均在COPD組表達上調，且miR-130a通過靶向Wnt1調節Wnt/β-catenin信號傳導加劇香煙煙霧刺激造成的損傷。Wnt信號傳導是肺發育過程重要信號通路，在損傷修復和組織再生過程中被重新激活，促進肺泡修復[6-7]。上述研究證實miRNA在COPD中表達水平發生改變，并通過TGF-β及Wnt途徑參與COPD氣道重塑、肺泡損傷過程。此外有研究者通過從COPD患者股四頭肌中提取RNA中的miR-542-3p和-5p進行定量研究發現其表達升高，且通過抑制線粒體和胞質核糖體的合成以及抑制蛋白質的合成來抑制其身體機能，并進一步發現其與肺部疾病的嚴重程度成正比[8]。另一項研究發現吸煙者和COPD患者血清中的miR-21水平增高，與FEV1/FVC呈負相關[9]。提示miRNA可作為COPD患者病情評估的新指標。

2.2 支氣管哮喘 全球哮喘倡議（GINA）將哮喘定義為一種異質性疾病，是以氣道重構和氣道高反應性的一組慢性非特異性炎癥[10]。在世界范圍內估計有3億人受到哮喘影響，在我國哮喘患病率呈上升趨勢[11]。哮喘的經典發病機制為輔助性T淋巴細胞兩種亞型的失衡[12]。Elhamed等[13]研究發現miR-21在哮喘患者中表達明顯升高，同時證實miR-21可以通過抑制IL-21的表達從而抑制Th1功能，降低IFN-γ釋放。IFN-γ水平降低導致不受限制的Th2激活，同時miR-21也可在T細胞激活后上調Gata3和IL-4表達，直接誘導T細胞向Th2譜系分化誘導免疫反應。另有研究發現let-7家族與哮喘的發生發展密切相關，Polikepahad等[14]使用熒光素酶報告系統證明過敏性疾病所必需的細胞因子IL-13是let-7 miRNA的直接靶點，兩者呈負相關。let-7 miRNA通過抑制State的miRNA和蛋白表達水平來抑制人支氣管平滑肌的增殖并促進其凋亡，后者已被證實是氣道重塑的關鍵調控因素[15-18]。

糖皮質激素是治療支氣管哮喘的一線抗炎藥物，但并不是所有哮喘患者對激素的治療有效果，部分患者即使使用大劑量激素治療效果仍不理想，被稱為激素抵抗型哮喘（glucocorticoid resistant asthma，GRA），目前認為它與先天性免疫相關，活化的巨噬細胞和中性粒細胞引起的炎癥反應是其主要特征[19]。Li等[20]研究證實巨噬細胞和IFN-γ在GRA中誘導持續性氣道高反應，進一步發現miRNA-9通過降低蛋白磷酸酶2A的活性，引起GRA氣道高反應性，抑制miR-9可以恢復類固醇敏感性。因此miRNA可能與GRA發生、發展密切相關。Wadhwa等[21]通過使用miR-21抑制劑降低PI3K活性并提高HDAC2表達水平，恢復類固醇敏感性。綜上推測miRNA在GRA發病過程中作為啟動子，靶向miRNA或其下游靶點可能成為GRA治療新方向。

2.3 肺癌 肺癌為起源于支氣管黏膜或腺體的惡性腫瘤，其發病率居我國惡性腫瘤首位，目前多采用化療或放療，效果欠佳。研究證實miRNA與惡性腫瘤相關，包括淋巴瘤、肝癌、乳腺癌等，提示miRNA具有充當癌基因或抑癌基因的作用[22]。研究發現miR-200家族可以下調鋅指結構E-box的同源盒（ZEB）1和E-box的同源盒（ZEB）2表達，使其編碼的E-鈣黏著蛋白轉錄抑制物減少，從而使E-鈣黏著蛋白表達增加，增強腫瘤侵襲性，在肺癌組織中miR-200表達水平降低，E-鈣黏蛋白減少，肺癌細胞運動增加，并且證實PD-L1的表達受miR-200/ZEB1軸調控[23]。另一項研究也證實miRNA的表達與PD-1表達水平呈負相關，提高miRNA表達可以改善患者耐藥性，miR-200c的過表達通過直接調節氧化應激反應基因PRDX2，GAP /Nrf2和來增加細胞的放射敏感性[24]。研究發現miR-26a表達增加抑制HMGA2介導的E2F1-Akt途徑，從而促進了順鉑誘導的NSCLC細胞凋亡，而miR-26a的抑制則表現出相反的作用，此外臨床研究表明miR-26高水平表達者可能預后更好[25]。上述研究表明miRNA參與肺癌的發展、發展，也可以作為肺癌治療新靶點及評估肺癌預后新型生物學指標。

2.4 肺結核 肺結核目前仍是嚴重危害人類健康的慢性傳染性疾病，結核分支枝桿菌通過抑制吞噬體的酸化及成熟，破壞了巨噬細胞內殺傷和抗原呈遞機制，從而導致結核病的發生[26]。其臨床診斷率低、漏診率高，導致耐藥性肺結核增加，結核病仍是重要的全球健康挑戰，目前迫切需要尋找肺結核特異性標志物。近期研究發現感染了結核分枝桿菌的巨噬細胞能夠釋放特定的miRNA[27]。Alipoor等[28]通過測定牛分枝桿菌卡介苗感染的巨噬細胞釋放出一組特定的miRNA證實了該觀點。在他們另一項研究中發現結核病患者血清外泌體中miR-484、miR-425和miR-96的表達增加，受試者工作特征（ROC）曲線分析表明血清外泌體miR-484、miR-425和miR-96的AUC值分別為0.72、0.66和0.62，并且還發現三種血清外泌體miRNA的水平與結核感染程度呈正相關，提示miRNA在肺結核診斷中具有重要潛力。Liu等[29]發現在肺結核患者中miR-27a表達水平顯著升高，并發現miR-27a靶向Ca2+轉運蛋白Cacna2d3，下調ER Ca2+信號傳導抑制自噬，促進結核分枝桿菌在巨噬細胞內存活，缺乏miR-27a的小鼠和接受過antagomir miR-27a治療的小鼠對結核分枝桿菌感染的抵抗力更高，提示miR-27a抑制劑可能成為治療肺結核的新手段。越來越多證據表明miRNA在結核病種扮演重要角色，有望提供新的治療靶點。

2.5 結節病 結節病是一種病因不明的多系統、慢性肉芽腫性疾病，主要侵犯肺和淋巴系統。結節病的確切病因及發病機制尚不清楚，目前觀點認為是一種抗原性自身免疫疾病，巨噬細胞激活以及CD4+T型輔助細胞1（Th1）細胞因子產生浸潤。傳統生物標志物是血清血管緊張素轉換酶水平，其診斷敏感性差且特異性不足[30]。目前仍缺乏特異性生物學標志物，一些研究表明miRNA參與了結節病的發生與發展。Ascoli通過對比結節病和正常對照組miRNA表達水平發現hsa-miR-128-3p、hsa-miR-22-5p、hsa-miR-30e-3p、hsa-miR-4306、hsa-miR-92a-1-5p、has-miR-150-3p、hsa-miR-6729-5p和hsa-miR-342-5p在結節病患者中呈差異性表達，對結節病陽性預測價值為88%，并發現hsa-miR-150-3p和hsa-miR-342-5p的表達不足與淋巴細胞減少、氣流受限有關，盡管大多數患者的肺功能檢查結果仍在正常范圍內，淋巴細胞減少和氣流阻塞預示結節病的預后不良[31]。提示miRNA可作為結節病的診斷標志物，且可預測其于預后。Culver等[32]通過對比活動性結節病患者與健康對照者發現前者的肺泡巨噬細胞表現出NF-κB活化和PPARγ缺乏。Agnieszka等[33]研究發現結節病患者miR34水平升高，并通過下調沉默蛋白（SIRT）1刺激IFNγ，氧化能代謝中斷引起細胞穩態失衡導致NF-kB介導的炎癥反應。此外有研究發現miR-33在結節病患者中水平升高，并可能通過抑制PPARγ靶基因ABCA1和ABCG1脂質轉運蛋白的抗炎功能使慢性炎性肉芽腫性疾病永存，miR33抑制巨噬細胞脂質轉運蛋白在肉芽腫中發揮作用[34]。上述研究證實miRNA通過不同途徑調節NF-κB和PPARγ，從而參與結節病的發病過程。

2.6 缺氧性肺動脈高壓 缺氧性肺動脈高壓（hypoxic pulmonary hypertension，HPH）是以肺血管重塑為特征，目前尚未發現針對HPH的有效治療。缺氧誘導因子-1（HIF）的激活是缺氧性肺動脈高壓（HPH）的標志，在缺氧條件下，缺氧誘導因子1α（HIF-1α）間接抑制血管緊張素轉換酶2（ACE2），ACE2可通過抑制肺動脈平滑肌細胞（PASMC）的增殖和遷移來預防缺氧性肺動脈高壓（HPH）。Deng等[35]發現HPH大鼠模型中miR-103/107顯著下調，而HIF-1α表達上調，提出miR-103/107對HIF-1β的抑制作用喪失可能導致缺氧性肺動脈高壓中PASMCs過度增殖和血管重塑。近期Zhang等[36]通過敲除miR-Let-7b恢復ACE2表達減輕了HPH中右心室肥大和肺血管重構，證實了miR-let-7b通過誘導PASMCs增殖和遷移而促進了HPH的發病。

3 展望

隨著分子生物學的不斷發展，關于miRNA的研究不斷增多，諸多研究證實miRNA在肺部疾病中存在差異性表達，提示miRNA參與肺部疾病的發生與發展，可穩定在體內存在而不被酶分解，故有望成為呼吸系統疾病治療新靶點。但是目前大多數研究仍處于基礎研究階段，研究規模較小，需要大樣本研究進一步驗證。

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（收稿日期：2021-04-01） （本文編輯：程旭然）