非編碼RNA與特發性肺纖維化發病機制的研究進展

丘圓圓 王昌明

(1 廣西桂林醫學院臨床醫學院，桂林市 541004，電子郵箱：1982561066@qq.com；2 廣西桂林市人民醫院呼吸內科，桂林市 541002)

【提要】 特發性肺纖維化(IPF)是一種原因未明、以彌漫性肺泡炎和肺泡結構紊亂最終導致肺間質纖維化為特征的疾病。由于IPF的發病機制尚未明確，缺少有效的治療藥物，患者預后不佳。近年來，研究表明非編碼RNA(ncRNA)在生物的基礎生命活動中扮演著不可或缺的角色，包括細胞增殖、分化、凋亡和轉移，ncRNA與肺纖維化相關病理關系逐漸引起學者們的關注，本文就ncRNA與IPF發病機制之間的病理關系進行綜述。

特發性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是一種進行性的、致命的、不可治愈的慢性疾病，以肺泡上皮細胞損傷、上皮-間質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)以及成纖維細胞過度增殖為主要病理特征，以逐漸加重的呼吸困難為主要臨床表現，以呼吸衰竭為終末期臨床表現。關于日本北海道地區的一項回顧性隊列研究發現，IPF累積發病率和患病率分別為2.23人/10萬人和10.0人/10萬人，而IPF患者患肺癌的風險約為非IPF患者的3.34倍[1]。由于IPF的發病機制尚未明確，缺少有效的治療藥物，診斷后患者的中位生存時間為2～4年，因此闡明IPF的發病機制迫在眉睫。

根據DNA元素百科全書項目可知，整個人類基因組中有超過74.7%的基因為原始轉錄本，其中僅有2.94%的基因參與蛋白質的翻譯；這一發現引起了學者們對非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)的關注，但既往研究認為ncRNA是“編碼垃圾”[2]。近十年來，人類對ncRNA有新的認識，發現ncRNA具有轉錄調控和轉錄后調控、染色體復制、基因組印跡、RNA處理、選擇性剪接和修飾、信使RNA的翻譯和穩定性，甚至蛋白質的易位和降解等功能[3]，ncRNA在生物的基礎生命活動中扮演著不可或缺的角色。根據核苷酸長度不同，ncRNA可分為微小RNA(microRNA，miRNA)、長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)、環狀RNA(circular RNA，circRNA)，本文就ncRNA中的miRNA、lncRNA、circRNA與IPF發病機制的研究進展進行綜述。

1 miRNA與IPF

miRNA源自內源性莖環前體轉錄物，是一類小分子ncRNA，長度約為19～25個核苷酸[4]，可作為基因表達的轉錄后調節因子，參與各種細胞分化、增殖、轉移、凋亡等過程[5]。越來越多的研究表明在IPF的發病機制中存在miRNA的上調或者下調。

1.1 miRNA參與EMT介導IPF形成 EMT是早期胚胎發育、組織修復、癌癥病理學的基本生理過程。其特征為上皮表型的喪失、間充質表型的獲得；在分子水平上，經歷EMT的細胞表現出E-鈣粘蛋白表達水平下調和N-鈣粘蛋白、波形蛋白和纖連蛋白表達水平增加[6]，EMT的主要調節因子包括Snail蛋白、Twist蛋白和鋅指E-box結合蛋白(zinc-finger E-box binding homeobox，ZEB)轉錄因子[7]。越來越多的研究表明，miRNA在EMT介導的IPF中有重要作用。Liang等[8]發現，在博來霉素誘導的小鼠肺纖維化模型中miRNA-26a表達下調，抑制miR-26a表達可導致肺上皮細胞在體內及體外轉化為肌成纖維細胞，而miRNA-26a的過表達可在體外和體內抑制轉化生長因子(transforming growth factor，TGF)-β1表達和延緩博來霉素誘導的EMT。進一步研究發現，miRNA-26a是通過調控高遷移率族蛋白A2的表達減弱EMT，而高遷移率族蛋白A2是EMT的關鍵正調節因子[9]，由此可見miRNA-26a是一種潛在的EMT抑制劑，可被認為是IPF的新治療靶點。Yamada等[10]發現，在肺纖維化小鼠模型的肺上皮細胞以及在EMT誘導條件下培養分離的Ⅱ型肺泡細胞中miRNA-21表達增加，將特異性miRNA-21抑制劑轉染到Ⅱ型肺泡細胞后波形蛋白、α平滑肌肌動蛋白和ZEB1/2的表達減少，同時miRNA-21抑制劑減弱了TGF-β誘導的原代小鼠Ⅱ型肺泡細胞中的EMT，提示miRNA-21可能參與肺上皮細胞EMT。let-7d是最早發現的miRNA家族成員之一[11]，Liang等[12]用博來霉素干預小鼠肺纖維化模型和IPF患者均發現let-7d表達下調；使用let-7d轉染原代成纖維細胞后細胞失去間充質特性，如高遷移率族蛋白A2等EMT調控因子減少。因此let-7d是通過抑制高遷移率族蛋白A2軸介導其在成纖維細胞中的作用，let-7d補充劑可能對IPF有潛在治療價值[12]。綜上，miRNA可能在參與EMT介導IPF形成過程中扮演重要角色。

1.2 miRNA調控TGF-β1/Smad通路介導IPF形成 TGF-β1是TGF-β超級家族的成員之一，在細胞生長、形態發生、分化和凋亡中起重要的調節作用，它是一種有效的纖維化因子，通過增強膠原蛋白合成和抑制蛋白酶的產生來增加細胞外基質的積累[13]，Smad蛋白是TGF-β1受體下游信號分子。近年來，隨著對IPF研究的深入，TGF-β1/Smad通路作為介導IPF發生的經典通路被研究得最為透徹，miRNA調控TGF-β1/Smad通路參與IPF發生也成為研究熱點。miRNA-26曾被報告在膀胱癌、乳腺癌、口腔鱗狀細胞癌等患者中表達下調，是這些腫瘤的抑制性miRNA[14]。Liang等[8]發現實驗性肺纖維化小鼠miRNA-26a表達下調，且miRNA-26a能使TGF-β1介導的Smad3磷酸化水平下調從而抑制肺纖維化的形成，同時miRNA-26a表達下調能使結締組織生長因子表達失調，從而誘導膠原纖維產生[15]。Pandit等[16]分析了10個IPF和10個對照肺組織的差異性表達miRNA后發現，IPF肺組織中表達水平顯著下調的miRNA有let-7d、miRNA-26和miRNA-30家族的幾個成員，進一步研究發現let-7d受TGF-β的負轉錄調控，let-7d啟動子與TGF-β1/Smad通路中的Smad3結合，IPF組織中let-7d的表達下調導致被結合的Smad3減少，TGF-β1/Smad通路激活致肺纖維化加重。Yang等[17]發現miRNA-200家族成員，如miRNA-200a、miRNA-200b和miRNA-200c，在博來霉素誘導的肺纖維化小鼠模型中表達水平顯著下調，且miRNA-200家族成員抑制TGF-β1誘導的肺泡上皮細胞的EMT，并可以逆轉肺纖維化小鼠和IPF患者的肺成纖維細胞的纖維化活性。Lino Cardenas等[18]發現miRNA-199a-5p在肺成纖維細胞中是TGF-β信號轉導的關鍵效應器。Milosevic等[19]指出IPF組織中大多數表達水平上調的miRNA定位于染色體14q32，并且富含miRNA-154家族成員。綜上，miRNA可通過調控TGF-β1/Smad通路介導IPF的形成。

2 lncRNA與IPF

lncRNA是長度大于200個核苷酸的轉錄本，具有很少或沒有蛋白編碼潛能[20]。迄今為止，在所有被識別的lncRNA中，只有一小部分lncRNA的功能被我們認識，lncRNA參與的生理過程包括調控順式和反式基因表達、指導色素修飾復合物、X染色體失活和基因組印跡、核分區、RNA剪接和翻譯控制、核細胞質轉運等[21]。研究表明，lncRNA的錯誤表達與許多疾病有關[22]，但lncRNA與IPF之間具體的病理作用尚不明確。Huang等[23]發現有34個lncRNA與IPF中表達失調的miRNA存在潛在結合位點。

2.1 lncRNA參與EMT介導IPF形成 近年來，lncRNA參與生物基礎生命活動的病理生理過程的研究取得階段性成就，但其在IPF發生的生理病理機制中的研究有限。Sun等[24]在百草枯誘導的肺纖維化小鼠模型中發現513個表達上調和204個表達下調的lncRNA，其中表達上調的lncRNA包括uc.77和2700086A05Rik(05Rik)，在轉染uc.77或05Rik的A549細胞中，上皮標志物如E-鈣粘蛋白、上皮細胞粘附分子的表達均顯著下調，而包括波形蛋白和α平滑肌肌動蛋白的間充質標志物的表達水平增加，表明uc.77和05Rik可能參與EMT的表達。Liu等[25]發現在肺上皮細胞EMT期間lncRNA-ATB過表達，同時lncRNA-ATB能抑制miRNA-200c的表達水平，因此猜測高水平表達的lncRNA-ATB可能通過抑制miRNA-200c導致EMT，介導IPF發生發展。Sakai等[26]發現，ELIT-1(一種新的lncRNA)可控制TGF-β誘導的間充質標記基因信使RNA表達，如Snail、Vimentin、N-鈣粘蛋白、纖連蛋白，有助于TGF-β介導EMT，沉默ELIT-1可抑制TGF-β誘導的E-鈣粘蛋白定位和干擾肌動蛋白應力纖維形成，進一步研究發現，ELIT-1可與Smad3結合，促進Smad3與TGF-β靶基因啟動子的結合，促進EMT。Qian等[27]發現lncRNA ZEB1-AS1通過充當miRNA-141-3p的競爭性內源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)來促進ZEB1的表達及成纖維細胞活化，導致EMT的發生。綜上可知，IPF存在lncRNA表達失調，且表達失調的lncRNA可通過介導EMT途徑參與IPF的形成。

2.2 lncRNA介導TGF-β/Smads 通路參與IPF形成 隨著學者們對lncRNA功能的深入研究，lncRNA介導TGF-β/Smads 通路致IPF已成為研究熱點。Liu等[28]發現lncRNA PCAT29在二氧化硅誘導的肺纖維化小鼠的間質肺細胞中表達下調，而lncRNA PCAT29表達增加可抑制肺成纖維細胞內的TGF-β表達水平，減少炎癥和纖維化進展，因此lncRNA PCAT29有可能成為治療肺纖維化的潛在靶標。研究表明，lncRNA-PCF在肺纖維化中表達上調，并促進肺纖維化中TGF-β激活的上皮細胞增殖，而敲低lncRNA-PCF可抑制由TGF-β激活的上皮細胞增殖[29]。Hao等[30]發現一種與肺癌發生相關的lncRNA，即LINC01186，是Smad3下游的信號分子，由Smad3調節的LINC01186可促進TGF-β1誘導EMT，但LINC01186在IPF發病機制中的作用還需進一步研究。總之，lncRNA可通過調節TGF-β的表達水平、影響TGF-β的效應細胞及TGF-β的下游信號分子參與IPF形成。

2.3 lncRNA作為ceRNA與miRNA競爭性結合參與IPF形成 最近越來越多的研究表明，lncRNA通過調控miRNA導致多種疾病發生，lncRNA作為ceRNA與miRNA競爭性結合參與IPF形成。Li等[31]發現，lncRNA NONMMUT021928在肺纖維化小鼠模型和TGF-β1誘導的成纖維細胞中表達上調，且同時lncRNA NONMMUT021928在肺成纖維細胞中作為ceRNA與miRNA-18a競爭性結合，從而促進肺纖維化的形成。Lu等[32]發現lncRNA H19通過結合miRNA-196a作為ceRNA調節COL1A1表達，從而促進博來霉素誘導IPF。Wu等[33]的研究表明，lncRNA CHRF通過抑制miRNA-489的過表達來調控其靶基因MyD88和Smad3，阻斷肺纖維化。Song等[34]發現，lncRNA MRAK088388和lncRNA MRAK081523作為ceRNA與miRNA-29b-3p和let-7i-5p結合參與肺纖維化。綜上所述，lncRNA可作為ceRNA與miRNA競爭性結合來調控IPF的病理生理過程，這為研究IPF的發病機制提供了新的線索。

3 circRNA與IPF

circRNA是一類低豐度但生物化學性穩定的細胞RNA，既不具有5′末端也不具有3′末端[35]。circRNA是一類新的內源性ncRNA，可以調節哺乳動物的基因表達[36]。截至目前已經發現1 370條circRNA，且其作為呼吸道疾病標志物參與各種非腫瘤以及腫瘤相關的呼吸道疾病的發生[37]。作為具有潛在調節功能的RNA家族新成員，circRNA已經得到學者們的廣泛關注，但很多關于circRNA在肺疾病中的研究尚處于起步階段，尤其是關于circRNA是否介導IPF的病理生理機制的研究鮮有報告。Li等[38]通過對比IPF患者與健康者的血漿circRNA發現，IPF患者血漿中共有67種顯著表達失調的circRNA，其中38種表達上調、29種表達下調。研究證實circRNA HIPK3是人體組織中、甚至是人成纖維細胞中含量最豐富的circRNA之一[39-40]。Zheng等[39]發現，circRNA HIPK3在博來霉素誘導的肺組織纖維化小鼠模型肌成纖維細胞中和IPF患者肺樣本中表達上調，沉默circRNA HIPK3可以阻止成纖維細胞向肌成纖維細胞轉化衍生并抑制成纖維細胞的增殖。Yang等[41]發現SiO2活化的巨噬細胞通過circZC3H4 RNA/ZC3H4通路促進成纖維細胞增殖和遷移，可能導致肺纖維化的發生，但該研究結果尚未在IPF患者中得到證實。Zhou等[42]的研究表明，circRNA HECTD1能夠阻止SiO2誘導的M1/M2表型改變和巨噬細胞活力下降，提示circRNA HECTD1對巨噬細胞活化具有預防作用，而巨噬細胞活化在肺纖維化的發病機制中具有重要作用，但circRNA HECTD1在IPF的發病機制中的作用還需進一步研究。綜上所述，IPF中存在circRNA的表達失調，circRNA可導致成纖維細胞向肌成纖維細胞轉化衍生以及巨噬細胞活化，從而參與IPF的發生發展，circRNA參與IPF發病機制還有很多潛在的研究空間，有待進一步探討。

4 小 結

在IPF中存在miRNA、lncRNA及circRNA的表達失調，miRNA、lncRNA均可通過參與EMT、介導TGF-β/Smads 通路導致IPF發生，此外，lncRNA還作為ceRNA與miRNA競爭性結合參與IPF的發病；circRNA在IPF發病機制中的研究報告尚少，circRNA主要是通過促進成纖維細胞向肌成纖維細胞轉化衍生以及巨噬細胞活化從而參與IPF的發病。但miRNA、lncRNA及circRNA異常表達是否存在相互之間的關系網而導致IPF仍有待進一步研究，IPF中的ncRNA分子機制仍未十分明確，闡明肺纖維化與ncRNA的關系將為IPF患者的治療帶來曙光。