miR-145在慢性阻塞性肺疾病和支氣管哮喘中的研究進展

李卓，劉華，羅天雯，劉麗芳，楊儒

（1.甘肅中醫藥大學第一臨床醫學院（甘肅省人民醫院），甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省人民醫院呼吸與危重癥醫學科，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD) 和支氣管哮喘(哮喘)是發病率和死亡率都很高的全球性健康問題。COPD和哮喘管理和治療的主要挑戰之一依然是缺乏可靠、準確和易于測量的篩查方法。肺功能檢測仍然是其診斷和評估疾病嚴重程度的標準方法，但是肺功能檢測反映的是疾病的嚴重程度，并不能準確反映疾病的活動性。此外，它的測量嚴格依賴于患者的依從性、醫生的專業知識和數據解釋，給疾病的管理帶來了巨大的挑戰。毫無疑問，目前迫切需要相關的生物標志物來診斷疾病以及反映疾病的活動性，才能有助于為呼吸系統疾病患者的治療提供更個性化的方法。越來越多的研究表明，微小RNA (microRNA，miRNA)在哮喘、COPD和氣道重塑的發病機制中發揮關鍵作用，通過調節參與疾病發病的通路來發揮作用。一些miRNA的表達變化也被發現在COPD或哮喘的發展和改善中發揮作用，這可能代表了新的治療的靶點。重要的是，miRNA可以由細胞向體液中分泌，如血液和痰液，并且體液中的miRNAs已經被證明是穩定的[1]。這表明，miRNA或許可以做為新型生物標志物診斷COPD和哮喘以及評估患者病情。在這片綜述中對miR-145與COPD及哮喘的關聯進行綜述。

1 miRNA概述

miRNA是一類小的內源性非編碼RNA，其長度約為19-25個核苷酸，在不同組織中均有表達，對疾病和健康都有重要的意義。miRNA的生物過程涉及一系列精密的步驟。首先在細胞核中，產生初級miRNA(primary miRNA,primiRNA)，主要由RNA聚合酶Ⅱ產生，在少數情況下可以由RNA聚合酶Ⅲ產生。然后，核糖核酸酶Ⅲ（ribonuclease Ⅲ,RNaseⅢ）、Drosha及其輔助因子迪喬治綜合征危象區基因 8(DiGeorge syndrome critical region gene 8,Dgcr8)將pri-miRNA加工成60-100個核苷酸的莖環結構，稱為前體miRNAs(miRNA precursor,pre-miRNA)[2,3]。核轉運蛋白Exportin5和核蛋白Ran-GTP將pre-miRNA轉運到細胞質中，在那里它們被RNase III Dicer進一步加工，產生25個核苷酸的成熟miRNA雙鏈(miRNA-miRNA＊)[4,5]。miRNA＊鏈被降解，而miRNA鏈被優先保留并裝載到Argonaute蛋白家族和RNA誘導沉默復合體(RNA induced silencing complex,RISC)中，該復合體能夠調節轉錄組的表達，抑制其目標信使R N A（messenger RNA，mRNA）的翻譯或沉默目的基因[6]。miRNA已被證明參與肺發育和組織內穩態過程，如免疫反應和代謝[7]，而且miRNA失調在幾種肺部疾病中均有被報道，如癌癥、COPD、哮喘和支氣管肺發育不良等。

2 miR-145概述

miR-145是一個位于5號染色體上的雙簇結構。miR-145的產生始于細胞核中產生的初級miR-145(primary miR-145,pri-miR-145)，P r i-m i R-1 4 5到前體m i R-1 4 5(m i R-1 4 5 precursor,pre-miR-145)的過程被運送到細胞質。pre-miR-145被RNase III Dester切割，產生成熟的miR-145。成熟的miR-145鏈最終以mRNA為靶點，導致mRNA降解或干擾其翻譯[8]。對于外源途徑的pre-miR-145則被認為是單獨與相關蛋白結合，或者被包裹到外泌體或多囊體中運輸到血液中。而循環中的miR-145則通過與受體結合或細胞內吞的方式被受體細胞攝取，并被加工為成熟的miR-145，以調控受體細胞中目標蛋白編碼基因的表達[8]。miR-145在多種組織中都有表達，從血漿、血清、尿液等體液分離的外泌體或微囊中均檢測到細胞外miR-145。目前，已有大量的研究證明miR-145與COPD及哮喘存在關聯，但是在不同疾病中miR-145的表達及參與疾病發病的機制不盡相同。靶向基因研究表明，miR-145在炎癥介質、增殖分化調控、氧化應激等方面發揮重要作用。

3 miR-145與COPD

COPD是一種以慢性呼吸道炎癥引起的以氣流阻塞為特征的疾病[9]。遺傳和環境因素被認為在COPD的發生中發揮了重要的作用。COPD有兩個主要特征：小氣道狹窄(主要是由于慢性毛細支氣管炎)和肺泡壁破壞(肺氣腫)。慢性阻塞性肺病目前是世界范圍內疾病和死亡的主要原因，最近的一項預測表明，到2030年，它或許將成為第四大死因，這可能會導致嚴重的的社會經濟負擔[10]。早期診斷和個體化治療是降低死亡率和社會經濟負擔的有效途徑。

多條證據表明，多種miRNAs的上調/下調可能與COPD的發病機制有關[11]。Izzotti[12]等人研究發現，暴露在香煙煙霧中會影響大鼠肺部miR-145的表達水平。隨后Molina-Pinelo[13]等人證實與健康人相比，COPD患者支氣管肺泡灌洗(broncho-alveolar lavage，BAL)液中，miR-145的表達水平增高。Liu[14]等人發現COPD患者外周血單個核細胞中miR-145的表達水平明顯低于健康對照組，miR-145在頻繁加重組較非頻繁加重組下調，進一步證實了，miR-145在COPD發病過程中起作用。而這與之前的研究沖突，或許是由于研究設計的方式不同，預計結果也會有所不同。此外，必須考慮用于分析的生物標本，因為它可能會造成對觀察到的差異很大。在這方面，正如之前所報道的，在循環血漿miRNA中觀察到的表達模式與從同一患者的BAL液細胞的miRNA的表達模式之間的相關性非常差[15]，BAL液可能更能反映正在研究的實際肺部實際的病理情況。在曾宗鼎[16]等人的研究中，通過對存活組和死亡組血漿 miR-145表達的檢測發現，死亡組血漿 miR-145表達水平明顯高于存活組，極重度組血漿 miR-145表達水平明顯高于重度組和輕-中度組，這表明mir-145血漿的表達水平與COPD的嚴重程度與預后密切相關。在另一項研究中，也證實了慢性阻塞性肺疾病急性加重期(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease, AECOPD)患者血漿miR-145表達水平明顯升高，且與AECOPD患者肺功能指標相關，miR-145對COPD的診斷及預后的預測具有重要的意義[17]。

慢性炎癥和氣道重塑是COPD的主要病理特征。有研究表明，COPD患者miR-145表達上調可抑制白介素-6（Interleukin-6,IL-6）和白介素-8 (Interleukin-8, IL-8)的釋放。而肺組織中的miR-145-5p也可通過調節P53介導的細胞凋亡信號和炎癥前因子腫瘤壞死因子-α、IL-6、IL-8，顯著減輕香煙煙霧提取物 (cigarette smoke extract, CSE)誘導的細胞凋亡和炎癥反應，而下調miR-145-5p的作用則相反[18]。Smad3是轉化生長因子-β通路中重要的下游信號分子之一，在COPD中起重要作用。在謝圓媛[19]等人的研究中，通過雙熒光素酶報告基因實驗驗證了Smad3與miR-145的靶向關系，發現miR-145 通過抑制SMAD3 的表達，來抑制肺泡細胞炎癥的發生。還可通過促進細胞外基質（extracellular matrix,ECM）的降解以及抑制P13K /Akt /mTOR 通路的發生抑制細胞的增殖，減輕COPD 的發生。O’Leary[20]等人發現，在COPD患者的氣道平滑肌(airway smooth muscle,ASM)細胞中過表達的miR-145通過控制Smad3來抑制IL-6和IL-8的釋放，miR-145可以通過靶向Smad3來調節COPD患者氣道平滑肌細胞的促炎細胞因子的釋放，這或許是COPD治療的潛在靶點之一。有趣的是，miR-145也可能在調節哮喘的ASM細胞方面起重要作用[21]。可以說，miR-145在COPD的發生和發展過程中的作用是非常多樣的。

4 miR-145與哮喘

哮喘是一種慢性炎癥性呼吸道疾病,可導致咳嗽、喘息和胸悶等癥狀。其特點是可逆性氣道阻塞、氣道高反應性、粘液高分泌和氣道炎癥[22]。越來越多的證據表明，哮喘的發病受多種因素的影響，包括遺傳因素、免疫因素和環境因素。近些年來，哮喘的發病率和死亡率都呈不斷上升的趨勢。目前除了肺功能外，還沒有其他反應哮喘的臨床狀態及分型的客觀指標。

先前研究發現，哮喘患者的血漿中miR-145的表達水平顯著增加，血漿miR-145或許是哮喘的特異性生物標志物[23]。在最近一項研究中，李穎[24]等人通過對比支氣管哮喘患者和健康人群血清miR-145表達水平也證實了這一觀點，哮喘患者的血清中miR-145表達水平明顯上調。在此研究中還發現，血清 miR-145表達水平與FEV1/FVC，Th1，Th1/Th2呈負相關，與Th2，白介素-4(Interleukin-4, IL-4)呈正相關。血清中miR-145可以作為生物標志物來進一步了解哮喘患者病情。

哮喘發病的主要機制是2型輔助性T淋巴細胞細胞因子介導的嗜酸性氣道炎癥與氣道的高反應性有關[25]。隨著醫學技術的發展，多項研究證實miRNA與哮喘關系密切。越來越多的證據也表明miR145通過氣道重塑對哮喘起著關鍵作用[21]。在ASM細胞中過表達miR-145可顯著抑制Krüppel-like factor 4(KLF4)，進而影響下游細胞因子，從而促進ASM細胞的體外增殖和遷移[26]。此外，miR-145還調節平滑肌的發育和成纖維細胞向平滑肌細胞的分化[27]。Collison[28]等人，通過使小鼠致敏，然后用房塵螨（house dust mite，HDM)進行空氣過敏原誘導的過敏性氣道小鼠模型，發現小鼠的肺組織的miR-145出現明顯的上調，在研究中還發現，抑制miR-145可以抑制HDM誘導的氣道上皮細胞黏液高分泌和嗜酸性炎癥，其效果與地塞米松治療一致。抑制miR-145可以抑制Th2細胞抗原誘導的白介素-5（Interleukin-5,IL-5）和白介素-13（Interleukin-13,IL-13）的產生，表明miR-145功能的整體效應可能有助于促炎作用[28]。在隨后的研究中發現runt相關轉錄因子3 ( runtrelated transcription factor 3，RUNX3)可以調節T輔助細胞分化，影響Th1/Th2平衡，miR-145通過靶向RUNX3調節Th1/Th2平衡，從而參與哮喘的發病機制，RUNX3可能是哮喘患者潛在的治療靶點[29]。Yu[30]等的研究進一步證實了miR-371、miR-138、miR-544、miR-145和miR-214可以通過組合方式調控RUNX3來調節哮喘中的Th1/Th2平衡。而在動物研究中，發現miR-145可以特異性結合表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）的3’UTR區，抑制其活性，從而減輕氣道重塑來降低粘蛋白5AC (MUC5AC)的表達[31]。在另一項動物模型研究中，證實miR-145-5p通過直接靶向驅動蛋白家族成員3A促進HDM誘導的趨化因子和炎癥因子的釋放和上皮屏障功能障礙，并抑制上皮修復導致并加劇了HDM誘導的小鼠Th2型免疫反應。因此，靶向miR-145或驅動蛋白家族成員3A是哮喘的潛在治療選擇之一[32]。

6 小結

miRNA生物學作用是介導細胞在各種脅迫條件下反應的關鍵機制，越來越多的證據支持這樣的觀點，即由于miR-145的異常表達而導致的蛋白質編碼基因表達的放松調控可導致COPD及哮喘發病的不同階段。miR-145作為一種非編碼基因，通過不同的途徑參與了COPD及哮喘的炎癥以及氣道重塑，但是在COPD和哮喘中起著不同的作用。盡管未能完全闡明miR-145的生物學作用，但是miR-145與COPD及哮喘具有一定的相關性是COPD及哮喘治療的潛在治療靶點的選擇之一。雖然在不同的疾病中作用是不同的，miR-145在COPD及哮喘的發生發展中起著重要的作用，而且其在外周血中已被證明是穩定的可以作為診斷及評估疾病進程的標志物。