LncRNA MALAT1 在器官纖維化進展中的機制研究

魏依卿，邵國豐，李旎，葉蒙蒙，陳航

纖維化被認為是一個病理重塑終點的過程，有助于解釋多種慢性疾病和衰老相關器官損傷的發病機制，心臟、肝、肺和腎等器官的病理發展都與這一過程有關。器官纖維化由細胞外基質（ECM）蛋白的過度合成和沉積引起，活化的促纖維化成纖維細胞在這一過程中起著重要的作用。ECM 的合成和降解之間的止血障礙可能是由器官損傷所誘導的一系列復雜的細胞反應級聯引起的。雖然器官損傷的觸發器可以一種器官特異性的方式來發揮作用，但不同器官之間的纖維化過程和所涉及的級聯反應是非常保守的。不同的級聯反應和信號通路，包括WNT 和TGF- ，調節不同器官的纖維化過程。

長鏈非編碼RNA（lnc RNA）是一大類200-nt的非編碼轉錄物，其缺乏蛋白質編碼能力。LncRNA轉移相關肺腺癌轉錄物1（Malat1）是目前研究最廣泛的LncRNA 之一。Malat1 首次在非小細胞肺癌（NSCLC）中與轉移和患者生存相關的基因篩選中被發現[1]，可作為觀察早期NSCLC轉移的診斷因子。Malat1 基因的初級序列包含超過8 000 bp，在33 種哺乳動物中表現出高度的保守性。Malat1 幾乎在所有人體組織中均有表達，在胰腺和肺中表達最高。本文就Malat1 在調節與各種疾病相關的纖維化機制中的作用進行整理總結與討論。

1 肝纖維化

肝纖維化是一種慢性肝損傷，可能由長期飲酒、肝炎病毒感染或代謝紊亂引起。在中國，人們的生活方式以及肝炎病毒感染的流行是導致肝纖維化發病率和死亡率的增加的主要原因。肝星狀細胞（HSCs）占肝細胞組成的58%，HSCs 的活化和向成纖維肌成纖維細胞的分化是肝纖維化發病機制的驅動力。因此，了解HSCs 活化和炎癥的機制，對于肝纖維化診斷和治療策略至關重要。有研究顯示，Malat1 海綿化LX2 細胞中的miR-181a-5p，并激活造血干細胞中的TLR4/NF-kB 信號通路，從而促進造血干細胞的膠原的產生、增殖、遷移和黏附能力[2-3]。此外，Malat1 上調誘導Smad3 去乙酰化和HSC 失活。Yu 等[4]發現，在四氯化碳誘導的小鼠肝纖維化模型中，Malat1 在活化的造血干細胞中顯著上調，并與miR-101b 的表達呈負相關。Malat1 和ras 相關的C3 肉毒桿菌毒素底物1（Rac1）是miR-101b的靶點，前者作為ceRNA 增強Rac1 的表達，從而促進HSCs 的增殖和激活。并且還可以通過下調miR-26b[5]，增加膠原蛋白1（COL1）A2 的表達，從而促進HSCs 的激活，致使肝纖維化進展。有研究報道，Malat1 通過抑制沉默信息調節器1（SIRT1）的表達和功能來影響肝纖維化，SIRT1 通過抑制纖維化基因啟動子，如I型膠原，從而抑制TGF- 信號通路，因而Malat1 通過阻斷sirt1 介導的對肝纖維化中TGF- 信號通路的抑制來促進HSCs 的激活[6-7]。

研究證明，HSCs的激活可以通過促炎性M1 巨噬細胞來實現。在對不同微環境刺激的反應中，肝巨噬細胞可能呈現從促炎性M1 表型到抗炎性M2表型的異質性功能[8]。因此，了解控制肝巨噬細胞M1 極化的機制可能有助于確定針對HSC活化的解決策略。Malat1 以正反饋的方式增強巨噬細胞的促炎反應，同時，Malat1 在細胞核中被RNase P切割后所產生的Malat1 相關的小細胞質RNA（mascRNA）也被證實參與巨噬細胞中促炎反應的激活。METTL3 通過m6A 穩定Malat1 的甲基化，在上調的METTL3 和巨噬細胞的M1 極化之間存在相互的正反饋機制[9-10]。

2 腎纖維化

糖尿病腎病（DN）是糖尿病最嚴重的并發癥之一，也是腎纖維化最常見的因素之一，其特征是細胞外基質（ECM）蛋白的積累、基底膜增厚、腎纖維化和肌成纖維細胞的激活。上皮-間充質轉化（EMT）參與了腎間質纖維化、足細胞功能障礙和腎小球硬化的發病機制，是DN 發展過程中不可或缺的過程。在EMT 過程中，上皮細胞獲得間充質細胞特征，導致上皮標記物丟失、間充質標記物獲得、ECM 沉積增加和腎間質纖維化。據報道，Malat1 過表達促進人腎小管上皮細胞（HK-2 和293T）中膠原I（col I）col IV、纖連蛋白（FN）和層粘連蛋白（LN）的蛋白表達水平，而Malat1 敲低則產生相反的效果。Huang 等[11]研究發現，在用鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠腎組織和高糖處理的HK-2 或293T 細胞中，Malat1 表達上調，Malat1 的過表達抑制了miR-2355-3p 水平。而白細胞介素 6 信號轉導因子（IL6ST）作為miR-2355-3p 的靶點，可隨著miR-2355-3p 表達水平的上調或下調，表現為抑制或激活。同時miR-2355-3p 的過表達亦能滅活重組信號轉導子和轉錄激活子3（STAT3）及NF-kB 信號通路。簡而言之，Malat1 過表達通過miR-2355-3p/IL6ST/STAT3/NF-kB 信號通路軸，促進DN 大鼠的腎纖維化。同時，在腎小管上皮細胞中，高糖誘導Malat1 通過靶向miR-23c 和連續上調ELAVL1 和NLRP3[12]導致細胞凋亡增加。

阻塞性腎病（ON）是由尿路或小管液體流動受損引起的腎臟疾病，指尿路存在結構或功能的改變，阻礙尿液的正常流動。纖維化是慢性腎病（CKD）的一個標志，考慮到腎纖維化在ON 合并CKD 中的作用，了解腎纖維化的形成、逆轉和潛在機制非常重要。先前的研究證明TGF- 1 在CKD 的進展中起重要作用，因為它促進EMT 和ECM 沉積。還有研究發現，TGF- 1 通過調節TGF- /Smad 通路發揮其功能，可能是纖維化的主要調節因子[13-14]。

3 心臟纖維化

心肌梗死（MI）是心血管疾病相關死亡的主要原因，MI通常是由動脈粥樣硬化斑塊破裂和心肌缺血-再灌注損傷演變而來的冠狀動脈血栓形成的結果。在MI 后的早期，心肌組織經歷了快速變化，包括細胞外基質消化和纖維化。巨噬細胞已被證明與MI的發病機制和MI 后的組織修復密切相關[15-16]，骨髓來源的巨噬細胞（BMMs）與MI 的早期“炎癥”階段有關，并參與MI 后的心臟修復和重塑[17]。Chen 等[18]研究發現，M1-BMMs-EVs能加重MI小鼠的梗死面積及纖維化程度，同時能抑制小鼠MI后血管生成和心肌再生。而這一病理的潛在機制，是通過釋放被包封在EVs 中的Malat1，使其表達上調，然后競爭性地結合miR-25-3p 以促進CDC42 表達，激活下游的MEK/ERK 途徑來完成的。Wu 等[19]發現，人胚胎干細胞衍生的心血管祖細胞（hCVPC）分泌的EVs在增強心臟功能和限制纖維化形成方面具有保護作用，它還可以保護心肌細胞免于MI誘導的細胞死亡并促進MI 后血管再生。目前所知，血管生成也有助于減少梗塞心臟中的細胞死亡和纖維化程度。這一潛在機制可能是通過存在于hCVPC-EVs中的Malat1靶向作用于miR-497 而實現的。此外，Huang 等[20]發現，Malat1 還可通過miR-145 調節TGF 1 活性，促進MI 后的心肌纖維化。

糖尿病性心肌病（DCM）是一種常見的糖尿病性心血管并發癥。心臟纖維化是糖尿病患者和糖尿病動物模型中DCM 的一個突出的病理過程。心臟成纖維細胞（CFs）可以在各種刺激下被激活成為肌成纖維細胞（MFs），后者反過來分泌ECM，導致心臟纖維化[21-22]。顯然，心臟纖維化是DCM 發展的關鍵因素之一。轉化生長因子1（TGF- 1）是細胞內信號通路的重要啟動因子，通過激活糖尿病小鼠smads依賴的信號通路，誘導CFs 中ECM 蛋白的表達，從而導致病理性纖維化。

4 肺纖維化

急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）是急性肺損傷的一種嚴重形式，其中的炎癥反應可誘導纖維化相關因子釋放，從而導致肺纖維化。目前研究發現，Malat1參與ARDS 的進展，如Malat1 直接與miR-425 相互作用，并通過海綿miR-425 上調PTEN 的表達，從而抑制PI3K-Akt 途徑的下游功能來抑制細胞增殖、促進細胞凋亡[23]。PTEN 的表達水平與急性肺損傷期間成纖維細胞異常增殖和膠原分泌有關。Yao 等[24]發現，Malat1 與miR-150-5p 結合上調（細胞間黏附分子-1）ICAM-1 的表達，從而增加促炎細胞因子和黏附因子的表達。

矽肺是一種間質性肺纖維化疾病，肺泡上皮細胞損傷和增生、持續炎癥、細胞外基質沉積和隨后的異常傷口愈合是矽肺的共同特征。在肺纖維化過程中，上皮細胞和巨噬細胞受到二氧化硅顆粒的刺激，分泌大量細胞因子和炎癥介質，從而促進上皮細胞通過上皮化生、凋亡、纖維細胞募集和EMT 向肌成纖維細胞轉化。Yan 等[25]研究表明，LncRNA Malat1可能通過海綿化miR-503 激活下游PI3K /Akt 信號通路作用于mTOR受體來影響二氧化硅誘導的肺纖維化中的EMT 過程。

5 其他組織與器官纖維化

骨髓增生性腫瘤（MPNs）是一種克隆性干細胞疾病，以骨髓細胞增殖增加和異常分化為特征包括真性紅細胞增多癥（PV）、原發性血小板增多癥（ET）和原發性骨髓纖維化（PMF），后者根據骨髓纖維化的程度分為前纖維化（前PMF）和明顯纖維化（明顯PMF）階段。除了新發的PMF，繼發性骨髓纖維化（SMF）可能由PV 或ET 演變而來，分別導致PV 后骨髓纖維化（PPV-MF）或ET 后骨髓纖維化（PETPV），統稱為骨髓纖維化（MF）。研究顯示，高水平的Malat1 與MF 的有害特征相關，如高WBC 計數、循環CD34+細胞數量增加、顯著的LDH 活性、存在脾腫大和更嚴重的骨髓纖維化程度[26]。

有研究發現，Malat1 在成肌細胞分化過程中表現出不同的表達模式，說明其在肌纖維發育和成熟中起關鍵作用。Li 等[27]通過對年輕和老年小鼠的骨骼肌中基因表達的分析發現，Malat1 表達隨著年齡顯著降低，miR-34a 表達隨著年齡而增加，miR-34a和Malat1 與衰老之間存在負相關，細胞衰老和氧化應激與許多不同器官和組織的纖維化相關。例如，隨著年齡的增長，骨骼肌中的p53 增加，同時ROS誘導p53 的激活，刺激miR-34a，抑制Malat1，Malat 1 又產生正反饋，進一步增加miR-34a 水平。升高的mir-34a靶向作用于Sirt1，sirt1 可促進細胞衰老，沉默的Malat1 增加TGF- 1 的表達，從而促進纖維化[28]。而衰老又能誘導組織纖維化。TGF- 1 不僅可以增加骨骼肌的纖維化，而且是隨著衰老損害衛星細胞再生能力的關鍵因素[29]。

6 總結

器官纖維化是大部分病理學中的最后過程，特別是在與年齡相關的病理學中。這一過程已被發現受到一些LncRNA 的調控。LncRNAs 主要通過海綿化miRNAs 來影響纖維的生成。到目前為止，Malat1 與不同器官纖維化的相互關系也持續得到了一些研究與證實，說明其在不同病理情況下存在一些共同途徑。可以作為不同器官的潛在共同靶點來調節纖維化程度。舉例來說，Malat1 抑制因子可以有效并同時改善心、肝、腎等多種器官纖維化。盡管如此，它生物標志物的作用尚未被完全了解。我們無法確定其在其他病理過程中所起的作用。因此，在未來，我們在考慮將其作為治療靶點的同時，應當進一步研究并完善其功能。