miRNA在特發(fā)性肺間質(zhì)纖維化中的調(diào)控作用及機(jī)制初探

蔡麗慧，顧玉海，石雪峰

(1.青海大學(xué)研究生院，青海 西寧 810000；2.青海省人民醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科，青海 西寧 810000)

0 引言

特發(fā)性肺纖維化(Idiopathic pulmonary fibrosis, IPF)，是一種慢性進(jìn)行性肺間質(zhì)疾病，最常累及肺間質(zhì)、上皮細(xì)胞及血管，常引起肺組織結(jié)構(gòu)和功能不可逆轉(zhuǎn)損傷，其發(fā)病率隨著年齡的增長而急劇增加，約占間質(zhì)性肺疾病的20%-30%。IPF發(fā)病機(jī)制不能完全明確，尚缺少有效治療措施，預(yù)后極差。近年來，微小RNA (microRNA, miRNA)在IPF進(jìn)展過程中發(fā)揮作用成為當(dāng)前醫(yī)學(xué)研究熱點(diǎn)，本文就miRNA在IPF進(jìn)程中的調(diào)控作用及機(jī)制展開簡要綜述。

1 IPF與miRNA概述

IPF診斷標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過多年的演變，目前被定義為以組織病理學(xué)模式為特征的疾病，即在沒有明確肺損傷原因的情況下發(fā)生的間質(zhì)性肺炎，多為雙側(cè)；周圍性；以網(wǎng)格狀；蜂窩狀改變?yōu)榛A(chǔ)分布，常伴有不可逆性瘢痕形成，嚴(yán)重者出現(xiàn)牽拉性支氣管擴(kuò)張[1]。目前已知可能的發(fā)病機(jī)制包括肌纖維母細(xì)胞機(jī)制、上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化機(jī)制(EMT)、MMPs 與TIMPs失衡機(jī)制、血管生成機(jī)制、Th1/Th2 細(xì)胞假說機(jī)制、細(xì)胞因子的作用機(jī)制等[2,3]，關(guān)于IPF發(fā)病機(jī)制的理解已經(jīng)從慢性炎癥轉(zhuǎn)移到肺泡上皮損傷的異常纖維增生修復(fù)。

miRNA是一種內(nèi)源性小RNA，大小為19～25個(gè)核苷酸，可調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄[4]。其過表達(dá)或沉默能改變靶基因原有的生物活性。miRNA表達(dá)譜在疾病狀態(tài)和正常組織之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，臨床上已經(jīng)將miRNA單獨(dú)或與其他已知的生物標(biāo)志物聯(lián)合使用作為診斷手段[5]。LiP等[6]發(fā)現(xiàn)約60種miRNA在IPF患者血清中表達(dá)有差異，近三分之一類別的miRNA表達(dá)差異超過兩倍。對(duì)比于健康成年人let-7a、let-7d、miR-557、miR-486、miR-149、miR-31、miR-29a、miR-26a、miR-142-5p、miR-187-5p、miR-101-3p等在IPF患者血清中是明顯降低的，而miR-21、miR-155、miR-128、miR-3-675-3p、miR-199a-5p、miR-200c等是升高的。綜上所述，miRNA在IPF發(fā)病中發(fā)揮了重要作用，為分子靶點(diǎn)治療帶來了可能[7-9]。

2 miRNA在IPF發(fā)病機(jī)制中作用

2.1 miRNA與轉(zhuǎn)化生長因子受體(TGF-β1)

IPF的發(fā)病基礎(chǔ)是纖維母細(xì)胞異常增殖沉積在細(xì)胞外基質(zhì)，引發(fā)肺組織損傷，進(jìn)而肺成纖維細(xì)胞發(fā)生表型調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)變?yōu)棣?SMA、肌成纖維細(xì)胞，這是肺損傷后膠原分泌和修復(fù)過程中的關(guān)鍵步驟[10]。TGF-β1是目前已知致纖維化最強(qiáng)的細(xì)胞因子，當(dāng)其作用于人胚肺成纖維細(xì)胞(MRC5)時(shí)，肌成纖維細(xì)胞分化標(biāo)記物Fn和α-SMA的mRNA-486表達(dá)水平降低[11,12]。Yang IV等[13]人表明miR-486可以通過調(diào)控小鼠3T3細(xì)胞及MRC5細(xì)胞膠原蛋白等合成參與肺間質(zhì)纖維化發(fā)病過程，其作用機(jī)制是miR-486能減少S期細(xì)胞數(shù)量和增加G1周期細(xì)胞數(shù)量來抑制TGF-β1誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞增殖。let-7d是最早被發(fā)現(xiàn)在IPF中發(fā)揮調(diào)解作用的miRNA，當(dāng)其被抑制時(shí)，可導(dǎo)致肺泡間隔增厚，并增加表達(dá)肺泡上皮細(xì)胞SFTPC (肺相關(guān)表面活性蛋白C)中膠原、ACTA2和S100A4的表達(dá)，IPF中l(wèi)et-7d的下調(diào)以及這種下調(diào)在體內(nèi)外的促纖維化作用表明，let-7d預(yù)防肺纖維化方面發(fā)揮了關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。Kuse N、WeiP[14,15]實(shí)驗(yàn)證明miR-22及miR-133a能通過抑制ERK1/2通路，從而抑制TGF-β1誘導(dǎo)的α-SMA表達(dá)，延緩肺間質(zhì)纖維化進(jìn)展。miR-29c抑制劑實(shí)驗(yàn)顯示，IPF中miR-29c調(diào)控死亡受體Fas表達(dá)及死亡誘導(dǎo)信號(hào)復(fù)合物的形成，從而導(dǎo)致外源性凋亡，代表性的促纖維化TGF-β下調(diào)miR-29c和Fas受體的表達(dá)，并對(duì)凋亡產(chǎn)生抵抗。以此推測恢復(fù)IPF中miR-29的表達(dá)可以使肺成纖維細(xì)胞對(duì)凋亡受體的敏感性正?；@可能是治療IPF的一種有效策略[16]。

2.2 miRNA與FGF9

成纖維細(xì)胞生長因子9(FGF9)是一種抗凋亡和促遷移生長因子，能使成纖維細(xì)胞保持未分化狀態(tài)，增強(qiáng)細(xì)胞外基質(zhì)產(chǎn)生，促進(jìn)纖維化進(jìn)展等多種生理和病理的過程[17,18]。FGF9被認(rèn)為是miR-486 的靶基因能抑制肺纖維化的進(jìn)展[19,20]。在二氧化硅和博萊霉素誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠模型中均觀察到miR-486的表達(dá)降低，而引入擴(kuò)增的miR-486能觀察到能顯著降低纖維化基因[21,22]，故推測其與肺間質(zhì)纖維化發(fā)病密切相關(guān)。雙熒光素酶報(bào)告基因檢測結(jié)果示，miR-29b-3p可以反靶向FZD6的表達(dá)，過表達(dá)miR-29b-3p有助于抑制肺間質(zhì)成纖維細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲和分化，對(duì)IPF進(jìn)展起到一定抑制作用[23]。

2.3 miRNA與DOCK3

胞質(zhì)分裂作用因子3(DOCK3)是鳥嘌呤核苷酸交換因子中的一員，可以調(diào)控腫瘤細(xì)胞侵襲周圍組織和遠(yuǎn)處遷移，從而促進(jìn)非小細(xì)胞肺癌的發(fā)生與進(jìn)展[24]。KaurR等人證實(shí)了DOCK3在肺纖維化患者中異常高表達(dá)，介導(dǎo)成纖維化細(xì)胞向上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，與肺間質(zhì)纖維化發(fā)病密切相關(guān)[25]。雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)證實(shí)miR-486與DOCK3存在相匹配結(jié)合位點(diǎn)，在TGF-β1刺激下成纖維細(xì)胞中DOCK3蛋白表達(dá)水平明顯升高，當(dāng)miR-486過表達(dá)時(shí)，能抑制TGF-β1對(duì)DOCK3蛋白表達(dá)的促進(jìn)作用。該研究表明DOCK3是miR-486的潛在靶基因，miR-486通過靶向下調(diào)DOCK3可能是其抗纖維化的重要機(jī)制[26,27]。

2.4 miRNA與Smad

Smad3和Smad7通道蛋白屬于受體激活的Smads，在肺纖維化和上皮細(xì)胞再生中起重要作用，同時(shí)在多種腫瘤中被發(fā)現(xiàn)突變，是一種可能的腫瘤抑制基因[28]。Smad3是TGF-β的下游受體調(diào)節(jié)型通道蛋白，能誘導(dǎo)MRC5細(xì)胞轉(zhuǎn)化成α-SMA，是沉積在細(xì)胞外基質(zhì)的重要成分之一，常導(dǎo)致肺組織結(jié)構(gòu)紊亂，誘發(fā)肺纖維化形成[29]。過表達(dá)的miR-486可通過抑制TGFβ1誘導(dǎo)Smad3蛋白水平緩解小鼠肺纖維化。miR-26a經(jīng)Smad3磷 酸 化 下 調(diào) 能 加 快TGF-β誘 導(dǎo)MRC5細(xì)胞肺纖維化，其缺失或沉默表達(dá)時(shí)IPF發(fā)病率明顯提高。miR-101能抑制NFATc2信號(hào)通路及smad3信號(hào)通路從而抑制wnt5a誘導(dǎo)的肺成纖維細(xì)胞增殖，可用于預(yù)防smad3引起的致纖維化作用[30]。miR-21的高水平表達(dá)可通過smad3磷酸化調(diào)解膠原蛋白產(chǎn)生，可被Smad7負(fù)調(diào)節(jié)。與Smad3相反，Smad7 信號(hào)傳導(dǎo)通路是TGF-β1拮抗因子，競爭性的與TGF-β1的受體結(jié)合，阻斷信號(hào)傳導(dǎo)途徑，引起多泛素化和相關(guān)蛋白酶體降解。CHEN T等人證明Smad7過度表達(dá)時(shí)可預(yù)防肺間質(zhì)纖維化，也能減輕四氯化碳誘導(dǎo)的肝纖維化模型中的纖維化反應(yīng)，抑制Ⅰ型膠原和Ⅳ型膠原產(chǎn)生。因此利用miR-21低表達(dá)抑制Smad3通路引起的細(xì)胞外基質(zhì)，可能是治療IPF的一種可行的治療策略[31]。

2.5 miRNA與MET

上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化機(jī)制(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，是指上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為間質(zhì)細(xì)胞獲得新的表型，產(chǎn)生大量膠原纖維導(dǎo)致器官纖維化[32]。肺纖維化病灶內(nèi)增生的肌成纖維細(xì)胞除來源于肺內(nèi)固有的間質(zhì)細(xì)胞外，Ⅱ型肺泡上皮細(xì)胞通過EMT成為肌成纖維細(xì)胞為另一來源，加快肺纖維化進(jìn)程。miRNA-21被檢測到在IPF患者肺泡上皮細(xì)胞中高表達(dá)，能增強(qiáng)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，在正反饋中起到促纖維化作用。在誘導(dǎo)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的培養(yǎng)條件下，加入外源性miRNA-21抑制劑及Let-7d可降低小鼠肺泡II型細(xì)胞中波形蛋白、α-SMA、N-鈣黏蛋白-2的表達(dá)[33]，由此證明二者是IPF相關(guān)miRNA。Lin28B是miR-26a的直接靶點(diǎn)之一，和miR-200家族成員一樣，可通過抑制TGF-β1誘導(dǎo)的A549細(xì)胞和MLE-12細(xì)胞的纖維形成，減輕EMT。更重要的是，在A549細(xì)胞中，過表達(dá)miR-26a可以同時(shí)增強(qiáng)let-7d的表達(dá)抑制EMT進(jìn)程，緩解肺纖維化[34]。

2.6 miRNA與MSCs

間充質(zhì)干細(xì)胞(Mesenchymal stem cells，MSCs)可以通過旁分泌、細(xì)胞融合分化、抗炎免疫調(diào)節(jié)、抗氧化等機(jī)制治療肺間質(zhì)纖維化。Liu SS等[35]人證明MSCs移植后可逐漸歸巢到肺組織受損部位，更新并轉(zhuǎn)化為肺泡上皮細(xì)胞，減少局部炎癥反應(yīng)、細(xì)胞外基質(zhì)沉積從而減輕肺組織纖維化。此外，既往實(shí)驗(yàn)證明miR-486在造血機(jī)制中發(fā)揮調(diào)節(jié)作用[36]，IPF引起限制性通氣功能障礙，機(jī)體在缺氧環(huán)境中可以促使間充質(zhì)干細(xì)胞中miR-486的表達(dá)增加，后者可以通過調(diào)節(jié)PTEN-PI3K/AKT信號(hào)通路，調(diào)節(jié)血管生成活性，促進(jìn)了MSCs的增殖和存活，當(dāng)其過表達(dá)時(shí)可使肝細(xì)胞生長因子和血管內(nèi)皮生長因子mRNA和蛋白水平的升高，減少炎癥反應(yīng)及膠原蛋白在細(xì)胞外基質(zhì)沉積。這些依據(jù)為IPF有效治療策略提供新的認(rèn)識(shí)[37]。SOX4和DKK1是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的拮抗物能激活成纖維細(xì)胞表達(dá)，而miR-186可以通過抑制SOX4和DKK1的表達(dá)延緩IPF進(jìn)展。

3 小結(jié)

IPF是由多種因素共同作用的結(jié)果，目前現(xiàn)有的治療方案效果甚微，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量及壽命，其有效治療方案必然與發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)，國內(nèi)外相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明微小RNA能通過多種途徑延緩或抑制體內(nèi)臟器纖維化進(jìn)展，為分子靶點(diǎn)治療帶來了可能。但目前肺纖維化中miRNA表達(dá)調(diào)控的具體機(jī)制不明確，仍處于研究初級(jí)階段，不能廣泛將其應(yīng)用于臨床診斷及治療，期待未來能有更多miRNA抗纖維化的作用機(jī)制被研究與臨床實(shí)際相結(jié)合為IPF治療提供新的方向。