肺纖維化病因表達的microRNA及其調控機制

趙　楊，高宏生，魏路清　綜述，解立新　審校

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肺纖維化病因表達的microRNA及其調控機制

趙楊1,2，高宏生3，魏路清1綜述，解立新4審校

microRNA；肺纖維化；表達及調控機制

肺纖維化是間質性肺疾病晚期的共同表現，即肺部受損后，隨著炎性反應的進展，成纖維細胞反應性增生，產生大量膠原纖維，細胞外基質過度沉積，并與其他細胞因子共同作用，進而形成肺纖維化。患者治愈率低、生存期短、病死率高，給家庭及社會帶來嚴重負擔。按病因的不同，可將肺纖維化分為：(1)與職業暴露相關的肺纖維化，如矽肺；(2)與藥物相關的肺纖維化；(3)與病毒感染相關的肺纖維化；(4)與結締組織疾病相關的肺纖維化；(5)原因不明的特發性肺纖維化(idiopathicpulmonaryfibrosis，IPF)等。microRNA(miRNA)是一類內生性、長度21～25個核苷酸的小非編碼RNA，miRNA通過與其靶mRNA的3′-UTR堿基配對結合，降解靶mRNA或抑制其翻譯[1]，從而調控轉錄后基因表達而起到調控細胞增殖、凋亡、分化等作用，是生物生長發育和疾病發生發展過程中必不可少的調節因子。有研究發現，miRNA在血漿及血清中穩定存在[2，3]，且組織特異性較強。因此，靶向調節miRNA可成為疾病早期診斷及治療的潛在策略，如發現miRNA與肺纖維化的發生發展密切相關。為此，筆者就miRNA在不同類型肺纖維化之間的差異表達和共同表達,以及其調控機制進行綜述。

1　矽　　肺

矽肺為長期吸入大量游離二氧化硅所致疾病，以呼吸系統組織炎性反應為特征，引起組織廣泛的結節性纖維化導致呼吸功能明顯下降，即肺組織硬化。WangFaxuan等[4]研究發現，rno-miR-26a在大鼠矽肺模型肺組織中下調。已發現鼠類肺組織支氣管及肺泡上皮細胞選擇性表達miR-26a[5]，并參與肺的生長發育[6]。miR-26a的作用靶點為轉錄因子Smad1的mRNA，Smad1在肺生長階段和肺血管重塑階段參與成骨蛋白信號的調節[7，8]。因此，在矽肺纖維化過程中miR-26a的下調，可能是通過調控肺組織基礎發育及生理過程而發揮重要作用的。Fan等[9]發現，在小鼠矽肺模型肺組織中，miR-149表達顯著下調，IL-6表達上調；在體內試驗中miR-149的上調抑制IL-6表達。相反，抑制miR-149的表達，IL-6水平顯著上調。IL-6作為一種細胞因子在肺纖維化進程中起到促進成纖維細胞分化，細胞外基質生成及過度沉積等作用[10]。因此，可認為在矽肺纖維化進程中，miR-149靶向作用于IL-6，下調的miR-149可引起IL-6的上調，從而促進肺纖維化的發生。劉義濤等[11]研究發現，與健康人相比，矽肺患者血清中miR-21高表達。miR-21在纖維化疾病中起到重要作用。上調的miR-21會使上皮細胞鈣黏蛋白(E-cadherin)表達減少以及α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)表達升高，以促進上皮細胞-間充質細胞轉換(epithelial-mesenchymaltransition，EMT)進程，引起肺纖維化[12]。在腎臟纖維化進程中，miR-21通過擴大轉化生長因子-β(TGF-β)信號轉導通路活性促進纖維化的發生[13]。除此之外，HonglinZhu等[14]在研究系統性硬化癥(systemicsclerosis，SSc)患者組織時發現，TGF-β可上調miR-21的表達，而miR-21可靶向下調Smad7的表達而反過來促進TGF-β介導的纖維化過程。提示，患者血清中miR-21的上調可促進矽肺纖維化進程。

綜上所述，rno-miR-26a和miR-149在小鼠矽肺模型中表達下調，并可通過調控肺組織的基礎發育和成纖維細胞分化而參與矽肺纖維化。而患者血清中miR-21的上調在矽肺纖維化過程中起到重要作用。

2　病毒感染性肺纖維化

近年來，隨著病毒引起的呼吸系統疾病，如嚴重急性呼吸綜合征(severeacuterespiratorysyndrome，SARS)、甲型HINI流感等在局部地區乃至全世界范圍內廣泛傳播，人們對病毒感染導致的肺損傷越來越重視，特別是肺纖維化的形成。研究證明，許多肺纖維化患者在病變初期均有病毒感染史，提示病毒感染在肺纖維化發生發展過程中具有一定作用[15]。可致肺纖維化的病毒有很多，如腺病毒、SARS病毒、甲型流感病毒、皰疹屬病毒等。以下主要簡述miRNA在兩種病毒所致肺纖維化中的表達與作用機制。

2.1腺病毒引起的肺纖維化腺病毒為呼吸道感染常見病毒之一。嬰幼兒易患腺病毒肺炎，主要表現為急性上呼吸道感染，病情嚴重，病死率高，且無特效治療方法。腺病毒感染宿主細胞后立即嚴重影響宿主細胞，并持續至最后階段，最終導致肺纖維化。HongxingZhao等[16]發現，與未轉染Ⅱ型腺病毒的人類成纖維細胞相比，轉染Ⅱ型腺病毒的成纖維細胞中，有100余種miRNA差異表達，其中miR-23a/27a族及miR-17/92族有顯著差異。miR-23a/27a轉染后期表達顯著上調，而miR-17/92在轉染初期表達顯著下調。研究發現過表達的miR-23a通過Smad依賴通路靶向抑制E-cadherin及胰島素受體底物-1(insulinreceptorsubstrate-1，IRS-1)而促進TGF-β引起的EMT的發生,而EMT在肺纖維化發生發展過程中起到重要作用[17，18]。DuaaDakhlallah等[19]研究發現，與正常成纖維細胞相比，肺纖維化組織中miR-17/92表達下調，而脫氧核糖核酸甲基轉移酶-1(DNAmethyltransferase-1，DNMT-1)表達上調，且miR-17/92可通過調控DNMT-1(DNMT-1與組織損傷修復過程有關[20])的表達而參與肺纖維化。

總之，腺病毒感染細胞中，miR-23a的上調和miR-17/92的下調可參與腺病毒所致肺纖維化。并且由于miR-17/92在疾病初期上調，提示miR-17/92亦可作為腺病毒所致肺纖維化的早期診斷指標。

2.2SARS引起的肺纖維化SARS即嚴重急性呼吸綜合征，為近年來新發的非典型性肺炎，于2002年至2003年呈地域性及全球性爆發，表現為急性呼吸衰竭，病死率高。Bibekanand等[21]發現細支氣管肺泡干細胞(bronchioalveolarstemcell，BASCs)為SARA冠狀病毒(SARScoronavirus，SARS-CoV)的主要感染細胞，由SARS-CoV引起的BASCs中miR-17，miR-574-5p和miR-214的上調用于抑制其自身的復制及逃避免疫清除反應直到成功傳染。研究還發現病毒核衣殼和突起蛋白可分別靶向下調BASCs中的miR-223和miR-98，從而控制BASCs的分化、炎性因子的激活和下調血管緊張素轉化酶2(angiotensin-convertingenzyme2，ACE2)的表達。Masashi等[22]就肝癌細胞進行研究發現，LX-2細胞中過表達的miR-214-5p上調纖維化相關基因，如基質金屬蛋白酶-2(matrixmetalloproteinase-2，MMP-2)、MMP-9、α-SMA及TGF-β1。文獻[23，24]證實miR-214-5p也與腎纖維化、肝纖維化的發生發展有關，提示SARS-CoV感染引起的miR-214上調，可參與肺纖維化的發生發展。Gao等[25]對實驗性肺纖維化大鼠病理組織進行分析發現，miR-98在肺纖維化組織中下調。實驗亦發現過表達的miR-98通過抑制Stat3信號轉導通路來提高細胞凋亡相關因素Bax/Bcl-2的比值，進而抑制肺纖維化的程度。因此，提示miR-98的下調，可起到促進SARS所致肺纖維化的作用。總之，SARS-CoV感染細胞中miR-214的上調及miR-98的下調可參與SARS所致肺纖維化。

3　特發性肺纖維化

特發性肺纖維化(IPF)，是一種慢性、進行性、不可逆轉的肺部疾病，也是最常見的致命性肺疾病[26],其發病率約為5/10萬,5年生存率低于50%[27]。治療效果不佳，病因不明。miRAN在IPF中的調控機制為近年來的研究熱點，已發現miR-21、miR-155、miR-154、miR-200、let-7d、miR-145等[28-33]，miRNA在IPF發生發展過程中起到重要作用，并有新的miRNA不斷的被研究人員探索與發現。如,Christian等[34]發現，經博來霉素造模后，小鼠纖維化的肺組織中miR-199a-5p顯著上調，上調的miR-199a-5p誘導TGF-β的表達，從而促進肺成纖維細胞增殖分化。實驗也發現miR-199a-5p在肺成纖維細胞中通過調節小窩蛋白-1(caveolin-1，CAV-1)，而在TGF-β信號傳導過程中起重要作用。HaihaiLiang等[35]發現，實驗性肺纖維化小鼠肺組織中miR-26a表達下調，并引起結締組織生長因子(connectivetissuegrowthfactor，CTGF)的轉錄后表達及膠原蛋白的產生，進而引起肺纖維化。有研究證明，miR-26a是通過TGF-β1介導的Smad3磷酸化而下調表達。另有文獻[36，37]，miR-26a的下調可通過上調高遷移率族蛋白A2(highmobilitygroupA2，HMGA2)及TGF-β1以分別促進EMT進程及肺成纖維細胞增殖而調控肺纖維化的發生發展。此外，XiaoXiao等[38]發現，miR-424可通過調節Smurf2(Smurf2為抑制TGF-β信號的調節因子)，增強TGF-β信號轉導通路，從而在EMT過程中調節肌成纖維細胞分化。除了上述幾種miRNA外，miR-326在IPF患者組織中下調，并可靶向上調TGF-β而引起促纖維化基因如Ets1，Smad3及MMP-9的上調，從而在肺纖維化過程中起重要作用[39]。

上述實驗性肺纖維化小鼠肺組織中miR-199a-5p、miR-424的上調及miR-26a、miR-326的下調在IPF發生發展過程中起到重要作用。

4　肺纖維化共同表達的microRNA

通過以上分析發現，多種肺纖維化之間既有差異表達的miRNA，亦有共同表達的miRNA。現已將本文所提到的纖維化疾病中共同表達的miRNA總結于表1，以方便讀者閱讀與理解。從表1可觀察到，miR-26a在大鼠矽肺模型肺組織及小鼠IPF模型肺組織中均下調，并起到促纖維化的作用；miR-21在矽肺患者血清及大鼠IPF模型肺組織中均上調，并促進肺纖維化。提示miR-26a及miR-21可作為肺纖維化的相關基因，這為日后的研究提供了新思路。

表1　各器官纖維化疾病中miRNA的表達

注：“促”表示miRNA的上調或下調促進纖維化的發生發展。

綜上所述，近年來的研究表明miRNA在肺纖維化進程中起到重要調控作用，提示靶向調控miRNA可作為肺纖維化的潛在治療策略。盡管各種類型的肺纖維化它們有共同的病理改變，但其相關miRNA并不完全相同。如上文分析所述，rno-miR-26a和miR-149在小鼠矽肺模型中表達下調參與矽肺纖維化，患者血清中miR-21的上調與矽肺纖維化有關。腺病毒感染細胞中miR-23a的上調和miR-17/92的下調與腺病毒所致肺纖維化有關；SARS感染后組織中miR-214的上調和miR-98的下調參與SARS引起的肺纖維化；miR-199a-5p、miR-424的上調和miR-26a、miR-326的下調參與IPF的發生發展。同時，通過本文分析發現，miR-26a與miR-21共同表達于不同肺纖維化，提示miR-26a及miR-21可作為肺纖維化的相關基因。充分了解多種肺纖維化的病因及其發病機制，有助于建立肺纖維化的預防及治療策略，從而降低肺纖維化的發病率、病死率，提高患者的生存質量。但以上研究動物實驗較多，患者病理組織實驗較少，實驗結果說服力不足，并且上述miRNA的調控機制尚未明確，需要進一步研究證明，同時也為我們日后的研究提供了新的方向。

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(2015-07-27收稿2015-12-20修回)

(責任編輯梁秋野)

國家自然基金面上項目(81273048)；天津市職業與環境危害防制重點實驗室基金(WHK201203)

趙楊，碩士研究生。

300162天津，武警后勤學院：1.附屬醫院呼吸與重癥醫學科；3.救援醫學系部隊衛生學教研室；2.121000錦州，遼寧醫學院研究生院；4.100853北京，解放軍總醫院呼吸科

魏路清，E-mail：luqing-wei@163.com

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