miRNA與放射性肺損傷相關(guān)性研究進(jìn)展

李淑晶 張瑞新 李 碩 寧方玲

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腫瘤科，山東濱州 256600

miRNAs是由19～25個(gè)核苷酸組成的非編碼短小RNA，通過(guò)引導(dǎo)Argonaute（AGO）蛋白到mRNAs 3’非翻譯區(qū)的靶點(diǎn)介導(dǎo)基因沉默[1]。一個(gè)miRNA可以沉默數(shù)百個(gè)基因，同一基因也能由多個(gè)miRNAs共同調(diào)節(jié)，目前已經(jīng)報(bào)道了不同細(xì)胞通路和miRNA生物學(xué)功能之間的串?dāng)_關(guān)系，其中多項(xiàng)研究涉及miRNAs對(duì)放射治療（radiotherapy，RT）的增敏和輻射防護(hù)作用[2]。RT是許多惡性腫瘤治療的主要手段之一，目的是殺死腫瘤細(xì)胞，同時(shí)使正常組織盡量少的接受輻射損傷。然而，與RT相關(guān)的嚴(yán)重不良事件限制了有效輻射劑量的應(yīng)用。Evans等[3]首次描述了輻射對(duì)肺的影響，并將放射性肺損傷（radiation-induced lung injury，RILI）分為放射性肺炎（radiation pneumonitis，RP）和隨后的放射性肺纖維化（radiation pulmonary fibrosis，RPF）。盡管早期的肺炎經(jīng)治療后往往是可逆的，但RPF卻被認(rèn)為具有不可逆的遲發(fā)性毒性。值得關(guān)注的是，?liwińska-Mossoń等[4]已經(jīng)指出miRNA有可能成為評(píng)估RT反應(yīng)和毒性的預(yù)測(cè)性生物標(biāo)志物。

1 miRNA

1.1 miRNA的生物合成

miRNAs的生物發(fā)生是一個(gè)多步驟的過(guò)程，首先由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄成結(jié)構(gòu)化的初級(jí)miRNAs，然后加工成前體miRNAs，最后形成成熟的miRNAs雙鏈[5]。雙鏈RNA特異性腺苷脫氨酶蛋白的A-to-I編輯可以改變初級(jí)miRNA的序列，這可能會(huì)影響進(jìn)一步的生物合成和成熟miRNA的序列，或促進(jìn)初級(jí)miRNA的降解[6]。

1.2 miRNA的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控

初級(jí)miRNAs和前體miRNAs的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控廣泛存在于正常組織和疾病中。特定的RNA結(jié)合蛋白（RNA-binding proteins，RBPs）對(duì) miRNAs的加工及加工后裝入RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體（RNA-induced silencing complex，RISC）的過(guò)程進(jìn)行調(diào)控[7]。RBPs還可以調(diào)節(jié)RISC負(fù)載[8]，動(dòng)物RISC的存在影響著miRNA生物發(fā)生。長(zhǎng)鏈非編碼RNA也調(diào)控miRNA的生物發(fā)生[9]。

1.3 miRNA的作用機(jī)制

成熟的miRNA在AGO蛋白中發(fā)揮作用，負(fù)載miRNA的AGO蛋白形成miRISC的靶向模塊，AGO-miRNA與mRNA的3’非翻譯區(qū)結(jié)合后通過(guò)翻譯抑制和mRNA降解導(dǎo)致基因沉默[10]。miRNAs在起始階段抑制翻譯可能是通過(guò)干擾eIF4A-Ⅰ和eIF4A-Ⅱ引起的[11]；與GW182蛋白的相互作用則能夠介導(dǎo)mRNA的降解[12]。核糖體圖譜分析顯示基因沉默66%～90%是由mRNA降解造成的，而這兩種miRISC介導(dǎo)的基因沉默模式被認(rèn)為是相互關(guān)聯(lián)的[10]。

2 miRNA調(diào)節(jié)RILI的分子機(jī)制

2.1 RILI中的miRNA

隨著高通量測(cè)序和miRNA數(shù)據(jù)庫(kù)的開(kāi)發(fā)，miRNAs與RILI之間的關(guān)系逐漸清晰。據(jù)報(bào)道輻射后的大鼠肺組織中存在明顯差異表達(dá)的miRNA[13]，這些差異表達(dá)的miRNAs與Th1和Th2細(xì)胞分化的分子通路相關(guān)[14]。當(dāng)在RILI小鼠模型中構(gòu)建lncRNA-miRNA-mRNA通路，并對(duì)這些靶mRNAs進(jìn)行功能注釋后發(fā)現(xiàn)與Th17細(xì)胞分化、造血細(xì)胞譜系等相關(guān)的通路也明顯失調(diào)，這突出了RILI中T輔助細(xì)胞在miRNA網(wǎng)絡(luò)中的作用[15]。胸部腫瘤患者RT后外周血中has-miRNA-19b-3p/933的表達(dá)呈劑量依賴性，且能預(yù)測(cè)是否發(fā)生RP[16]。血漿外泌體中高表達(dá)的miRNA-7-5p/17-5p也可能是預(yù)測(cè)RILI的重要生物學(xué)標(biāo)志[17]。因此，研究miRNAs的作用機(jī)制將有助于RILI的預(yù)防與治療。

2.2 miRNAs通過(guò)參與DNA損傷修復(fù)在RILI中發(fā)揮作用

直接的DNA損傷是RILI激活的主要機(jī)制，其中最致命的損傷形式是DNA雙鏈斷裂（doublestrand break，DSB）[18]。在肺部受輻射后幾分鐘內(nèi)，DNA和細(xì)胞器的損傷引發(fā)細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致基因表達(dá)的變化。ATM激酶是這一過(guò)程中最常見(jiàn)的中間產(chǎn)物，在RILI小鼠模型中miRNA-214-3p通過(guò)靶向ATM/P53/P21通路減輕輻射誘導(dǎo)的DNA損傷和細(xì)胞衰老[19]。非同源末端連接是典型的DSB修復(fù)途徑[20]，電離輻射誘導(dǎo)的miRNA-1246高表達(dá)促進(jìn)非同源末端連接通路參與DSB[21]。Nrf2/miRNA-140通路的輻射保護(hù)不僅在短期內(nèi)發(fā)揮作用，而且具有一定的持久性[22]。miRNA-140還參與人胚胎成纖維細(xì)胞的自我更新，調(diào)節(jié)DNA修復(fù)[22]，為保護(hù)肺組織免受放射性損傷提供了一種有前景的防護(hù)策略。

2.3 miRNA通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞因子在RILI中發(fā)揮作用

功能障礙的內(nèi)皮細(xì)胞和受輻射損傷的細(xì)胞釋放的細(xì)胞因子引起炎癥反應(yīng)，并激活防御機(jī)制以應(yīng)對(duì)放療的毒性反應(yīng)[23]。Lei等[19]發(fā)現(xiàn)接受15 Gy全胸照射的小鼠經(jīng)富含miRNA-214-3p的外泌體治療后炎癥與纖維化程度明顯減輕。miRNA-340則能夠通過(guò)抑制TLR4/NF-κB通路調(diào)節(jié)細(xì)胞因子的表達(dá)[24]。此外，接受RT的非小細(xì)胞肺癌患者的血清和支氣管肺灌洗液中miRNA-21水平在早期階段均有所增加，在第4周達(dá)到高峰；這一現(xiàn)象可能與miRNA-21調(diào)控肺部巨噬細(xì)胞的M1極化有關(guān)[25]。據(jù)報(bào)道m(xù)iRNA-21也能調(diào)節(jié)晚期肺間質(zhì)纖維化的形成[26]。綜上所述，對(duì)接受胸部放療的患者來(lái)說(shuō)，無(wú)論是在早期急性炎癥階段還是晚期纖維化時(shí)期應(yīng)用miRNA-21都是一種有效的管理策略。

2.4 miRNA通過(guò)抑制核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3（NLRP3）炎癥小體減輕RILI

NLRP3炎癥小體是外源性病原體和內(nèi)源性損傷相關(guān)分子模式的胞質(zhì)傳感器，輻射可激活存在于各種肺細(xì)胞炎性小體中的NLRP3[27]。miRNAs已被證明是NLRP3炎癥體活性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器，在炎性肺組織中miRNA-223/142能夠抑制NLRP3炎癥體的激活[28]；miRNA-495也被證明可以通過(guò)減弱NLRP3炎性小體的激活預(yù)防急性肺損傷[29]。在RILI中miRNA-233通過(guò)降低NLRP3炎癥復(fù)合體的活化水平減少促炎因子的分泌[30]；負(fù)向調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞的miRNA-30e/NLRP3軸對(duì)輻射誘導(dǎo)的肺損傷同樣具有保護(hù)作用[31]。以上證明通過(guò)調(diào)節(jié)miRNAs的表達(dá)抑制NLRP3炎癥小體的功能可能會(huì)成為限制輻射誘導(dǎo)的肺損傷的新策略。

2.5 miRNAs通過(guò)抑制轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）/Smad信號(hào)通路改善RILI

近期的研究揭示了幾種在RILI中由TGF-β/Smad信號(hào)通路誘導(dǎo)的具有促纖維化作用的miRNA。miRNA-21是成纖維細(xì)胞增殖和纖維化的調(diào)節(jié)器，接受輻射的大鼠肺組織中miRNA-21的表達(dá)顯著升高，而當(dāng)抑制miR-21/TGF-β1/Smad3通路時(shí)則能夠減輕RILI[26]。miRNA-495-3p被認(rèn)為是TGF-β1誘導(dǎo)的肺上皮細(xì)胞纖維化的抑制劑，在RPF中TGF-β1/Smad途徑發(fā)揮了重要的橋梁作用[32]；miRNA-29a作為組織纖維化的一個(gè)重要媒介，顯著降低了常見(jiàn)膠原蛋白的表達(dá)[33]。此外，研究顯示miRNA-125a也可能是預(yù)測(cè)放射治療后肺炎風(fēng)險(xiǎn)的一個(gè)潛在生物標(biāo)志物[34]。由此可以推測(cè)調(diào)控miRNA/TGF-β/Smad通路能夠減輕RILI，這為RILI的治療提供了新的靶點(diǎn)。

2.6 miRNAs通過(guò)抑制上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）減輕RILI

EMT在胚胎發(fā)生、傷口愈合和器官纖維化中發(fā)揮關(guān)鍵作用，輻射致?lián)p的肺泡上皮細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞觸發(fā)促炎因子的釋放，誘導(dǎo)肺泡上皮細(xì)胞的EMT，最終促進(jìn)RPF的發(fā)展[35]。研究表明，miRNA-21參與許多器官的纖維化反應(yīng)，同樣也是EMT重要的調(diào)節(jié)物[36]。RPF小鼠模型肺組織中miRNA-21的表達(dá)顯著上調(diào)；在A549和BEAS-2B細(xì)胞中，miRNA-21靶向PTEN/Akt途徑在輻射誘導(dǎo)的肺纖維化EMT進(jìn)展中發(fā)揮關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用[37]。miRNA-34a-5p通過(guò)沉默CD44抑制輻射誘導(dǎo)的EMT及RPF[38]。梁鑫等[39]創(chuàng)新性的發(fā)現(xiàn)Let-7i/IL-10/PI3K/AKT可能是輻射誘導(dǎo)EMT的新途徑。此外，小鼠肺組織中的miRNA-155-5p可以抑制GSK-3β/NF-κB通路的激活，減輕RPF的程度[40]。

3 總結(jié)與展望

自從miRNA的發(fā)現(xiàn)及其在細(xì)胞信號(hào)通路中的作用被逐漸揭開(kāi)以來(lái)，這種小的非編碼分子在人類疾病的研究中開(kāi)辟了一個(gè)全新的領(lǐng)域，其中就包括RILI。RILI作為一種嚴(yán)重而復(fù)雜的肺部疾病，目前仍缺乏特異性治療。目前有關(guān)miRNAs在RILI中的作用的文獻(xiàn)非常有限，而且功能尚不清晰，大多都處于初級(jí)階段。RILI的調(diào)節(jié)是多種信號(hào)分子共同作用的結(jié)果，miRNA可以靶向大量的mRNAs，但發(fā)揮功能的可能只是其中的幾個(gè)。因此，未來(lái)需要對(duì)這些miRNA及它們的上下游靶基因和蛋白進(jìn)行更多的研究，為篩選RILI的臨床生物標(biāo)志物和治療提供新思路。