miRNA 在氣道重構中的研究進展

裘晨暉 陳曄

氣道重構是指氣道組織由于反復慢性炎癥刺激損傷及不全性修復所導致的結構功能變化，其特征是細胞、分子組成和（或）組織學的變化，影響氣道平滑肌、上皮、血管和細胞外基質（ECM）。其多見于哮喘、COPD、支氣管擴張和囊性纖維化等慢性氣道炎癥性疾病，可以說是這些疾病中最棘手的問題之一，同時也是導致氣道不可逆性狹窄和氣流受限的重要原因。微RNA（miRNA 或miR）是一類具有18～25 個核苷酸的小型非編碼單鏈RNA 分子。它們通過與目標mRNA中的3′-非翻譯區（3′-UTR）結合形成沉默復合體，在轉錄后抑制目標mRNA 表達或促進mRNA降解從而減少目標蛋白的表達。miRNA 分子廣泛存在于組織細胞和體液中，參與細胞增殖分化、組織損傷修復、器官纖維化等幾乎所有的病理生理過程，是功能優異的基因調控因子，具有重要的臨床價值。近年，研究者發現miRNA 通過不同的信號通路和靶點影響氣道平滑肌細胞（ASMC）的增殖和遷移、上皮細胞的增殖和黏附、成纖維細胞的增生、氣道血管的生成、杯狀細胞的分泌和氣道炎癥的發生，從而影響氣道重構。現就miRNA 在氣道重構中的研究進展做一綜述，以探討miRNA 作為潛在生物標志物和治療靶點抑制氣道重構、治療慢性炎癥性氣道疾病的機制。

一、miRNA 與ASMC

ASMC 控制氣道的收縮與舒張，是氣道口徑的效應器，也被證明是氣道重構過程中的重要成員，ASMC 的異常改變包括過度增殖、遷移增強和凋亡減少是哮喘中氣道重構的重要標志。同時，ECM是由纖維蛋白、糖蛋白和蛋白多糖組成的一種高度動態的復合體，其過度沉積也可導致哮喘患者氣道重構。研究者發現，miRNA 針對不同的信號通路或靶點作用于ASMC，參與哮喘、COPD 等慢性氣道炎癥性疾病氣道重構的過程，如miR-145通過抑制鋅指樣轉錄因子4（KLF4）表達，miR-378 通過促進Ⅰ型膠原（COL-I）和纖維連接蛋白（FN）的表達以及miR-620、miR-181a、miR-21-5p 和miR-19a 通過抑制第10 號染色體缺失性磷酸酶和張力蛋白同源物（PTEN）基因表達促進ASMC 增殖、遷移，而后三者也被發現具有促進ECM 沉積的作用。另外，miR-221 可以通過激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）通路來促進ASMC 中ECM 沉積。miR-142、miR-216a、miR-375、miR-139-5p、miR-217、miR-182-5p、miR-155-5p、miR-590-5p、miR-20b-5p、miR-638、miR-200a、miR-192-5p、miR-326、miR-874和miR-204-5p 分別通過抑制表皮生長因子受體（EGFR）、酪氨酸激酶2（JAK2）、染色質重建因子1（BRG1）、E 盒結合鋅指蛋白1（ZEB1）、三結構域蛋白8（TRIM8）、轉化生長因子-β 活化激酶結合蛋白2（TAB2）、信號轉導和轉錄激活因子3/卵泡抑素樣蛋白1（STAT3/FSTL1）、細胞周期蛋白D1（Cyclin D1）/孤核受體1（ONR1）、叉頭框蛋白C1（FOXC1）、基質金屬蛋白酶-16/自噬相關蛋白7（MMP-16/ATG7）、TNF 配體超家族蛋白14（TNFSF14）、STAT3、同源異型蛋白Six1 的表達抑制ASMC 增殖和遷移，同時后三者對ECM 沉積也有抑制作用。miR-223 可抑制胰島素樣生長因子-1 受體（IGF-1R）表達而抑制ECM 沉積，且不影響ASMC 增殖與凋亡。

二、miRNA 與氣道上皮細胞

氣道上皮細胞包含基底細胞、纖毛細胞、克拉拉細胞和杯狀細胞，具有屏障防御功能、黏液纖毛清除功能和免疫功能，保護機體免受吸入的環境顆粒和病原體的潛在危害。上皮細胞的損害和增殖也是氣道重構的典型病理特征。Haj-Salem等（2015 年）研究發現miR-19a 通過靶向轉化生長因子-β 受體2（TGF-βR2）促進重度哮喘支氣管上皮細胞（BEC）增殖。此外，抑制miR-19a 表達可通過TGF-β2 信號通路促進Smad3 磷酸化，從而抑制BEC 增殖。Huang 等通過細胞學研究發現，miR-744 通過調節TGF-β1 介導Smad3 途徑抑制了BEC 的增殖。Mei 等通過體外試驗發現長鏈非編碼RNA（lncRNA）NNT-AS1 通過海綿化miR-582-5p 上調FBXO11，促進氣道重構，加速了由吸煙導致的COPD 發展；miR-582-5p 抑制劑或FBXO11過表達則可抵消由lncRNA NNT-AS1 沉默引起的BEC 增殖、凋亡減少、炎癥和氣道重構的作用。Chi 等研究發現，miR-29b 通過抑制MMP-2 表達進而抑制氣道上皮細胞增殖和遷移。Sheu 等（2017 年）通過下一代測序（NGS）數據和生物信息學方法得出miR-203a 上調可能會抑制MEF2C（一種轉錄因子），從而導致上皮細胞增殖減少，而miR-3065-3p 上調可能會抑制細胞膜錨定蛋白1（MDGA1），從而抑制哮喘BEC 中的細胞黏附。上皮細胞-間充質轉化（EMT）是指上皮細胞通過特定程序轉化為具有間質表型特征的細胞生物學過程，也是氣道重構的一個重要機制。近年，不少研究顯示miRNA 能夠調節EMT，其中miR-448-5p 的過表達使Six1 表達下調，進而抑制TGF-β1介導的EMT 和纖維化；miR-515-5p 過表達可以通過抑制FOXC1 mRNA 的轉錄，拮抗香煙煙霧誘導的EMT；miRNA-451a 通過靶向Ⅱ型鈣黏蛋白11（CDH11）抑制了TGF-β 誘導的EMT。Huang 等研究發現，在卵清蛋白（OVA）誘導的哮喘小鼠模型肺組織中miR-181b 下調，而在小鼠中過表達miR-181b 后，小鼠氣道組織內的EMT、呼吸阻力、炎癥浸潤、黏液生成和纖維化均減弱。進一步研究顯示miR-181b 直接靶向抑制高遷移率族蛋白B1（HMGB1），而HMGB1 可促進NF-κB 信號通路的激活，促進哮喘小鼠氣道重構。

三、miRNA 與成纖維細胞

成纖維細胞是結締組織的主要細胞成分，可以合成并分泌膠原纖維，與氣道纖維化和膠原沉積密切相關。miR-27a-5p 通過靶向PRDM1 參與轉錄負調控，抑制TGF-β 誘導的肺成纖維細胞增殖。miR-21 可以通過TGF-β/Smad 通路促人支氣管成纖維細胞（HBF）增殖并抑制其凋亡。另有研究顯示在HBF 中，miR-21 通過靶向pVHL 引起缺氧誘導因子-1α（HIF-1α）水平升高，從而提高α-平滑肌肌動蛋白（α-SMA）和COL-I 水平，誘導肌成纖維細胞分化表型。研究還表明，抑制miR-21 表達可防止肺功能的惡化，并減輕炎癥和氣道阻塞。當成纖維細胞受到化學性或物理性傷害時，會分泌膠原蛋白進行肺間質組織的修補，造成肺臟纖維化。Wang 等通過增加小鼠體內miR-29c 的表達發現，小鼠肺中β-catenin、MMP-2 和MMP-9 的表達以及支氣管肺泡灌洗液中TGF-β1 和IL-6 的水平均降低，結果表明miR-29c 可能通過調節Wnt/β-catenin 通路抑制二氧化硅誘導的肺纖維化進展。

四、miRNA 與杯狀細胞

杯狀細胞是一種黏膜柱狀上皮細胞之間的黏液分泌細胞，其主要功能是合成并分泌黏蛋白，形成黏膜屏障以潤滑并保護氣道。哮喘、COPD 及囊性纖維化患者體內杯狀細胞數量明顯增加，導致患者痰液分泌過多而排出不暢，進一步造成氣道阻塞及氣道重構。MUC5AC 和MUC5B 是支氣管杯狀細胞產生最多的黏蛋白，其中MUC5AC 是輔助性T 淋巴細胞（Th2）高型哮喘患者病理性黏液的主要成分。Siddiqui 等研究發現，miR-141 對IL-13 刺激后氣道上皮杯狀細胞數量有調節作用，使MUC5AC 基因和黏蛋白表達升高以及上皮黏液產生增加。哮喘小鼠模型鼻內給予mmu-miR-141-3p 特異性的拮抗劑后，氣道高反應性下降，黏液產生減少，而細胞炎癥水平未見明顯變化，說明miR-141 對上皮細胞具有直接作用，而不是通過炎癥細胞間接進行信號轉導。該研究結果表明，以miR-141 為靶點能抑制IL-13 誘導的黏液生成，可以為Th2 型重度哮喘中的病理性黏液產生和氣流阻塞提供治療的新策略。另有文獻報道，miR-92a 在哮喘小鼠中通過抑制杯狀細胞化生來減少MUC5AC 分泌，從而抑制氣道重構。miR-145 可通過負反饋調節EGFR 從而下調MUC5AC 的表達，進而減輕氣道重構。

五、miRNA 與氣道血管生成

氣道血管生成被認為是一種特殊的血管結構變化，與氣道重構有關。一些早期的研究報道了ASMC 具有促進氣道血管生成的能力，Zhao 等創新性地觀察到哮喘急性發作期組織和細胞中miR-375 的表達降低，并且miR-375 可直接與Yes相關蛋白1（YAP1）的3′-UTR 結合而參與ASMC的促血管生成過程。

六、miRNA 與氣道炎癥

炎癥細胞在氣道的局部聚集、炎癥介質和細胞因子的釋放等是形成和維持氣道炎癥，并進而引起組織損傷和氣道功能障礙的主要原因。不同的氣道炎癥性疾病，炎癥性質也不同，支氣管哮喘主要為變態反應性，以嗜酸性粒細胞和CD4T淋巴細胞浸潤為主；而COPD 以中性粒細胞和CD8T 淋巴細胞浸潤為主。Shi 等用miR-142-5p反義寡核苷酸或miR-130a-3p 模擬物轉染均可以抑制IL-4 誘導的M2 型巨噬細胞因子表達，從而抑制單核細胞促進氣道重構的能力。Chung 等研究發現，miR-451 有助于肺中趨化因子CCL17 的過敏性誘導，并且在促進巨噬細胞活化中起關鍵作用，從而促進氣道重構。Ramelli 等使用miR-145 拮抗劑進行小鼠實驗，發現其能夠通過減少嗜酸性粒細胞和CD68巨噬細胞的數量來減輕小鼠肺組織的炎癥。Lee 等發現miR-21 缺失可有效減輕OVA 誘導的哮喘小鼠模型的氣道嗜酸性炎癥、氣道高反應性和氣道重構，進一步研究顯示miR-21 缺失小鼠氣道重構減少的機制可能與肺巨噬細胞的選擇性（M2）極化被抑制以及M2 型巨噬細胞與Th2 的相互作用有關。Aripova 等研究發現，中度哮喘患者的miR-19b-3p 和miR-320c 明顯失調，哮喘患者血漿中miR-320c 的表達水平與IL-4 的表達水平呈正相關。Malmhall 等（2014 年）研究顯示，miR-155 通過轉錄因子PU.1 調節Th2 免疫反應，有助于調節過敏氣道炎癥。Roffel 等研究發現，較高水平的miR-223 可能通過降低NF-κB 通路的活性抑制小鼠肺部炎癥。Shen 等研究發現，使用miR-943-3p 拮抗劑和Ad-SFRP4 均可有效減輕炎癥細胞的氣道浸潤以及氣道重構程度，進一步研究顯示miR-943-3p 通過Wnt 信號通路抑制卷曲相關蛋白4（SFRP4）在哮喘患者和OVA 誘導的小鼠中的活性，從而加速了過敏性哮喘中氣道炎癥和重構的進展。Ye 等（2017 年）所進行的研究顯示，miR-19b 在小鼠哮喘模型中通過降低胸腺淋巴素（TSLP）抑制STAT3 信號通路，從而降低氣道炎癥、氧化應激程度和氣道重構。

七、miRNA 與自噬

自噬是一種存在于真核細胞中依賴溶酶體的自我降解途徑，能夠使機體維持內環境穩態。近期有不少研究顯示miRNA 通過影響細胞自噬，調節氣道重構。Li 等發現，miR-30a 通過下調ATG5 抑制BEC 自噬，并且觀察到miR-30a 的過表達抑制了BEC 中IL-33 介導的纖維增生和細胞自噬；體內實驗同時表明，miR-30a 過表達后自噬減少而氣道重構減輕。Yu 等（2017 年）在體外實驗發現，經OVA 處理的細胞中過表達miR-20a-5p 降低了ATG7 的表達水平，并減輕了自噬引起的細胞凋亡、纖維化和炎癥反應。體內實驗進一步證明，經OVA 處理的小鼠中，miR-20a-5p 過表達與ATG7 減少相關，同時通過抑制膠原積累、細胞凋亡和炎癥反應以減輕氣道重構。該研究表明miR-20a-5p 作為自噬抑制劑，可抑制過敏性哮喘的發展。Lou 等進行的體內及體外實驗均顯示，miR-192-5p 通過靶向ATG7 和MMP-16 抑制ASMC 自噬。Yin 等（2017 年）通過細胞學研究發現miR-34/449過表達下調IGFBP-3，減輕了IL-13 誘導的自噬相關的氣道炎癥和氣道纖維化。Cheng 等（2017 年）通過生物信息學方法發現miR-384 的遷移能夠降低ASMC 中Belcin-1 蛋白的水平，使ASMC 自噬減少，從而降低OVA 引起的哮喘嚴重程度。

八、結 語

綜上所述， miRNA 與氣道重構關系密切且復雜，同一miRNA 能通過不同的靶點及通路影響不同的效應器官來調節氣道重構（如miR-19a 對ASMC、BEC 和氣道炎癥均產生影響）；不同的miRNA 也可能通過相同的靶點及通路對氣道重構產生相似的影響（如miR-216a 和miR-375 均能通過靶向JAK2 抑制ASMC 增殖）。一般認為氣道重構是不可逆的，僅在少數動物實驗中發現早期炎癥刺激的氣道重構可被逆轉，而miRNA 是抑制氣道重構藥物的潛在研究方向。目前miRNA 在氣道重構中的研究取得了很大的進展，但miRNA 作為哮喘、COPD 等存在氣道重構疾病的生物標志物或治療靶點研究基本處于動物實驗與體外細胞實驗階段，若要將其用于臨床實踐還需進一步研究。