miRNA參與病理性瘢痕形成機制的研究進展*

陳杏玲， 劉玥君， 閆媛

南方醫(yī)科大學 1第二臨床醫(yī)學院， 2基礎醫(yī)學院(廣東廣州 510515)

病理性瘢痕可引起皮膚瘙癢、疼痛、過敏、傷口處活動障礙等，同時影響美觀，對患者的日常生活造成巨大影響。目前治療病理性瘢痕的方法較多，如藥物注射、冷凍療法、激光治療、手術切除、硅凝膠膜治療等。但由于病理性瘢痕的發(fā)病機制尚未明了，故對其的預防和治療效果仍舊不如人意。近年來發(fā)現(xiàn)，microRNA(miRNA)是不同細胞途徑中基因表達的重要調節(jié)劑，幾乎涉及到傷口愈合過程的每個階段，這表明它們可以作為臨床治療靶點[1]，但miRNA參與生物途徑的復雜過程需要進一步研究以便全面了解其對于靶標的精確作用。在這篇綜述中，我們關注miRNA的相關內容并概述它們在病理性瘢痕中的作用機制。

1 miRNA的生物特性

miRNA是一類約21～23個核苷酸長的非編碼RNA，能夠同時影響多個基因網(wǎng)絡以協(xié)調強大的生物反應。miRNA存在于全身組織，可通過與靶mRNA的3′非翻譯區(qū)，編碼區(qū)或5′非翻譯區(qū)結合，阻斷mRNA翻譯或者降解mRNA來抑制靶基因的表達[2]，進而參與細胞增殖、分化、遷移、代謝和凋亡等多種生長發(fā)育過程。研究表明，通過給予特定的miRNA類似物或抑制劑來調節(jié)mRNA的表達，對腫瘤、心腦血管疾病、自身免疫相關性疾病以及病毒感染能產(chǎn)生積極作用[3]。此外，據(jù)文獻報道，miRNA在再生醫(yī)學中具有強大的潛在效應，能夠調節(jié)多種組織的生長，包括皮膚愈合、骨再生、肝臟再生、腎臟再生和心肌再生等[4]。miRNA可通過各種分子機制對機體成纖維細胞的生長和細胞外基質的合成起到明顯的調節(jié)作用，是皮膚形態(tài)發(fā)生，傷口愈合的關鍵調節(jié)因子。

2 病理性瘢痕的特點

病理性瘢痕可分為增生性瘢痕和瘢痕疙瘩，是由深部皮膚損傷后出現(xiàn)的纖維增殖性疾病，在組織學上表現(xiàn)為持續(xù)的局部炎癥[5]。病理性瘢痕實質上是受傷的網(wǎng)狀真皮慢性炎癥的結果，而瘢痕疙瘩可定義為強發(fā)炎的病理性瘢痕，增生性瘢痕可定義為弱致炎的病理性瘢痕[6]。在病理性瘢痕的網(wǎng)狀層中，可以發(fā)現(xiàn)以成纖維細胞為主的細胞過度增殖和以Ⅰ、Ⅲ型膠原蛋白為主的細胞外基質大量沉積。成纖維細胞是機體傷口愈合的主要修復細胞,在傷口修復的過程中激活、增殖并合成膠原蛋白,其過度增殖可以促進病理性瘢痕的形成。此外，細胞外基質的過度沉積以及各類膠原纖維排列紊亂也是導致病理性瘢痕形成的重要因素，增生性瘢痕主要由與表皮組織平行的Ⅲ型膠原蛋白組成，而瘢痕疙瘩主要由無規(guī)律的Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白組成。

目前臨床上針對病理性瘢痕的治療手段頗多，然而，治療過程中患者可能會出現(xiàn)色素沉著、皮膚刺激或過敏，甚至是皮膚萎縮等不良反應[7]。迄今為止，仍未有一種治療方法可以作為病理性瘢痕治療的金標準[8]，而與新技術相結合以增強或抑制體內靶向miRNA在傷口愈合的新療法開發(fā)中具有很大前景。

3 miRNA影響增生性瘢痕形成的分子機制

3.1 影響細胞外基質沉積 在受傷早期，高水平的TGF-β1由損傷部位的血小板釋放，可作為成纖維細胞、淋巴細胞和單核細胞的化學引誘物[9]，促進其轉化與生長。此外，TGF-β1是膠原蛋白和蛋白聚糖合成的最重要的刺激物之一，并且可抑制它們的降解[10]。

Li等[11]在增生性瘢痕成纖維細胞(HSF)中添加TGF-β1并在48 h后檢測各分子的表達，發(fā)現(xiàn)細胞中miR-21的表達顯著上調，Ⅰ型膠原蛋白，Ⅲ型膠原蛋白和α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)等纖維化標志物的水平也顯著上升，而Smad7的表達受到抑制。隨后，他們在另一組HSF中轉染miR-21模擬物，發(fā)現(xiàn)有相同的表現(xiàn)。由此證明，miR-21在TGF-β1/ miR-21/Smad7信號通路中扮演重要角色，可通過抑制Smad7表達來促進TGF-β1誘導的細胞外基質的合成。

另有文獻報道[12]，miR-29b在增生性瘢痕中表達下調，其可抑制纖維化標志物的分泌，通過研究進一步確定miR-29b是通過下調TGF-β1/Smad/CTGF信號通路的活性來抑制增生性瘢痕的形成。Xiao等[13]通過分析20個增生性瘢痕組織樣品中TGF-β1和miR-185的表達水平，發(fā)現(xiàn)miR-185與TGF-β1表達呈負相關，進而導致Ⅰ型膠原蛋白合成減少。

Bi等[14]研究發(fā)現(xiàn)，在增生性瘢痕組織中miR-98低表達，其亦可通過直接靶向COL1A1來抑制Ⅰ型膠原蛋白的合成。另有文獻報道[15]，miR-29b分別靶向定位于COL1A1和COL1A2的3′UTR并使其沉默，抑制成纖維細胞合成Ⅰ型膠原蛋白，最終抑制瘢痕形成。

不同的miRNA能對同樣的TGF-β1信號通路進行調節(jié)，或者直接作用于膠原蛋白基因，結果表現(xiàn)為膠原蛋白合成的增加或減少，其最終在皮膚上表現(xiàn)為病理性瘢痕的形成或消退。上述研究證實，miRNA是生理和病理途徑強有力的介質，為治療靶標提供了顯著的轉化前景。

3.2 影響成纖維細胞的增殖與凋亡 PI3K/AKT信號通路對HSF的促增殖、抑凋亡作用具有重要意義，是未來治療病理性瘢痕的重要研究方向之一。

文獻報道[16]，PI3K/AKT信號通路途徑是抑癌基因PTEN的重要下游信號通路之一，并且AKT的磷酸化受到PTEN的抑制。研究發(fā)現(xiàn)[17]，miR-21可通過直接結合PTEN的mRNA上的3′-UTR來抑制PTEN的表達。在成纖維細胞內轉染miR-21抑制劑后會導致AKT磷酸化水平降低，端粒酶逆轉錄酶hTERT的表達上調，并且抑制HSF的增殖；而在細胞內轉染miR-21模擬物則有相反的表現(xiàn)。隨后，他們證實hTERT是PTEN的下游靶基因之一。由此，他們提出miR-21的過表達可通過PTEN/PI3K/AKT信號傳導途徑上調hTERT表達，進而促進HSF的增殖。另有研究發(fā)現(xiàn)[18]，miR-21表達下調亦可促進程序性死亡因子PDCD4的表達，并借此抑制PDCD4下游途徑PI3K/AKT傳導通路的活性，進而減少HSF的增殖。

Mu等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在增生性瘢痕組織中miR-143-3p表達顯著下調，其可抑制細胞增殖并促進細胞凋亡。隨后，他們發(fā)現(xiàn)miR-143-3p可直接結合結締組織生長因子(CTGF)的3′-UTR來下調CTGF的表達進而抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路的活性。以上結果證實，miR-143-3p可通過靶向CTGF來抑制PI3K/AKT/mTOR信號通路的活性，進而影響HSF的增殖與凋亡。

以上描述了3種miRNA對PI3K/AKT信號通路的調節(jié)，而PI3K/AKT信號傳導途徑是傷口愈合中細胞遷移和增殖的關鍵通路，其分布范圍廣泛，功能強大，將來必然還會有更多與之緊密相關的miRNA被探知，故PI3K/AKT信號通路途徑是重要的治療靶點。

3.3 同時影響細胞外基質沉積與成纖維細胞的增殖與凋亡 缺氧誘導因子抑制因子(FIH)已被證明能夠使缺氧誘導因子-1(HIF-1α)的結構域失活，而HIF-1α可通過活化基質金屬蛋白酶抑制劑-1(TIMP-1)促進瘢痕的纖維化[20]?；|金屬蛋白酶是一類能直接降解細胞外基質的一類多肽家族，同時能促進細胞遷移和增殖，其活性可被TIMP-1抑制。文獻報道[21]，在缺氧條件下，細胞通過下調hsa-miR31-5p可增強FIH的表達，顯著抑制HSF的增殖，并降低膠原蛋白和TIMP-1的合成。隨后，他們確定FIH基因中存在hsa-miR31-5p的靶位點?；谝陨辖Y果，他們認為hsa-miR31-5p通過靶向FIH來激活HIF-1α/TIMP-1信號通路轉導，從而促進HSF的增殖以及細胞外基質的形成。

Nong等[22]發(fā)現(xiàn)，COL1A2-AS1基因抑制HSF增殖以及細胞外基質的形成，并通過測定成纖維細胞中COL1A2-AS1過表達及表達下調后Smad7的表達情況，明確了COL1A2-AS1與Smad7的表達正相關。隨后通過實驗證實了miRNA-21可通過堿基互補的方式與COL1A2-AS1緊密結合并抑制其下游Smad7的表達。以上結果說明miRNA-21在COL1A2-AS1 /Smad7通路起到重要作用，影響增生性瘢痕的形成。

能夠同時影響細胞外基質沉積與成纖維細胞增殖的miRNA較為少見，但隨著對于病理性瘢痕研究的深入，應當會有更多的這類分子物質被發(fā)現(xiàn)，而這些物質將是增生性瘢痕重要的治療靶點。

4 miRNA影響瘢痕疙瘩形成的分子機制

4.1 影響細胞外基質沉積 研究發(fā)現(xiàn)[23]，在用miR-196a前體轉染的瘢痕疙瘩成纖維細胞(KF)和正常成纖維細胞中，Ⅰ型和Ⅲ型膠原分泌減少，miR-196a抑制劑卻能增加它們的表達。隨后，實驗證明miR-196a可直接與COL1A1和COL3A1 3′UTR結合。以上發(fā)現(xiàn)表明miR-196a通過靶向成纖維細胞中COL1A1和COL3A1基因的3′UTR直接下調膠原蛋白的表達。

直至目前，僅有少數(shù)miRNA被發(fā)現(xiàn)能夠直接調節(jié)膠原蛋白基因的表達，從而調節(jié)病理性瘢痕的形成。顯然，不通過復雜的信號通路而直接影響病理性瘢痕膠原蛋白的翻譯過程是對瘢痕形成最直接、最簡單的調節(jié)方式。

4.2 影響成纖維細胞的增殖與凋亡 血管內皮生長因子(VEGF)在瘢痕發(fā)生的調節(jié)中起關鍵作用。有研究發(fā)現(xiàn)miR-205-5p過表達能夠顯著損害細胞活力，誘導細胞凋亡，并抑制KF的侵襲和遷移能力[24]。此實驗證明，miR-205-5p通過直接靶向VEGF表達后抑制PI3K/AKT途徑，從而拮抗瘢痕疙瘩。

目前已經(jīng)確認PHLPP2是PHLPP家族和AKT信號傳導抑制劑的最新特征成員，可抑制細胞周期進程并促進細胞凋亡[25]。Rang等[26]發(fā)現(xiàn)miR-181a的過表達可抑制KF的凋亡。隨后，他們發(fā)現(xiàn)miR-181a結合PHLPP2的3′UTR，并且顯著抑制PHLPP2的表達。同時研究表明，在KF中miR-181a的過表達可增加AKT磷酸化的水平。以上結果說明，miR-181a負向調節(jié)PHLPP2的表達，并通過激活PI3K/AKT信號通路來增加細胞的增殖以及抑制細胞的凋亡。

miRNA對于KF的調節(jié)作用再次證明了PI3K/AKT信號通路的重要性。

4.3 同時影響細胞外基質沉積與成纖維細胞的增殖與凋亡 Yao等[27]發(fā)現(xiàn)，miR-1224-5p的上調促進KF凋亡，而miR-1224-5p的下調抑制KF凋亡。隨后，他們進一步分析miR-1224-5p對TGF-β1和Smad3表達的影響，證明miR-1224-5p能夠通過抑制KF中TGF-β1/Smad3途徑的表達來影響瘢痕的形成。

miR-31-5p與miR-1224-5p這類能夠同時影響細胞外基質沉積與成纖維細胞增殖的miRNA值得更進一步的研究。

5 結語

miRNA是強大的基因調控者，單個miRNA的調節(jié)就可能產(chǎn)生強大的效應。人類病理性瘢痕和正常皮膚組織中存在顯著的miRNA表達差異，這與病理性瘢痕的發(fā)生、發(fā)展及演化息息相關。皮膚損傷痊愈的特定階段有特殊的 miRNA表達，這些特殊的miRNA可通過相關的作用機制對慢性傷口的愈合產(chǎn)生巨大的影響。學者們對miRNA領域的不斷擴展，能加深我們對其在生理和病理性傷口愈合中的潛在作用的理解。miRNA具有調節(jié)多個基因靶標的能力，提供了在不同途徑內同時進行協(xié)調的可能性，通過進一步研究miRNA的機制并確定其安全性，可能發(fā)現(xiàn)一種安全和具有革命性意義的療法。