microRNA在肺動脈高壓進(jìn)展中作用及機(jī)制的研究進(jìn)展

郭海旭，雷桅

1廣東醫(yī)科大學(xué)，廣東湛江524000；2廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院

肺動脈高壓(PAH)是一種嚴(yán)重心肺疾病，其組織學(xué)特征為低氧、炎癥等刺激造成內(nèi)皮細(xì)胞生理功能異常，肺動脈血管重塑，致使血管阻力升高，導(dǎo)致右心室肥大(RVH)和右心室衰竭并最終進(jìn)展至死亡。PAH的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，研究表明，微小RNA(miRNA)參與了PAH的發(fā)生發(fā)展。miRNA是一類進(jìn)化上高度保守的單鏈非編碼小分子RNA，分子長度為18～22個核苷酸，它主要通過結(jié)合mRNA的3′非翻譯區(qū)(3′-UTR)來降解mRNA和(或)抑制靶基因翻譯，從而在轉(zhuǎn)錄后水平負(fù)調(diào)節(jié)基因表達(dá)。miRNA參與多個信號通路，影響細(xì)胞的代謝、分化、增殖、凋亡、氧化應(yīng)激以及表觀遺傳修飾，廣泛參與心血管疾病如高血壓、PAH等疾病的發(fā)生發(fā)展。研究顯示，PAH患者肺組織和細(xì)胞存在miRNA表達(dá)異常，且外周血循環(huán)miRNA水平與PAH患者的預(yù)后相關(guān)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，PAH患者外周血miR-21、miR-23、miR-130、miR-133等表達(dá)升高[1～4]，而miR-1、miR-26、miR-29、miR-34等表達(dá)下降[4～7]。現(xiàn)將miRNA在PAH中作用及其機(jī)制的研究進(jìn)展綜述如下。

1 miRNA在PAH進(jìn)展中的作用

1.1 促進(jìn)PAH進(jìn)展 目前發(fā)現(xiàn)的促進(jìn)PAH進(jìn)展的miRNA主要有miR-17、miR-20、miR-27、miR-143/145、miR-210、miR-221等。Pullamsetti等[8]對PAH小鼠尾靜脈注射miR-17抑制劑A-17，可降低其右心室收縮壓；認(rèn)為A-17可能通過下調(diào)p21表達(dá)、增加肺血管平滑肌細(xì)胞增殖而參與PAH進(jìn)展。肺動脈平滑肌細(xì)胞的過度增殖是構(gòu)成肺血管重塑的主要病理基礎(chǔ)，Brock等[9]對PAH小鼠腹腔注射miR-20抑制劑膽固醇修飾RNA寡核苷酸，發(fā)現(xiàn)其可以防止肺血管重構(gòu)；認(rèn)為miR-20抑制劑可能是通過恢復(fù)肺血管平滑肌細(xì)胞的骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體2(BMPR2)水平，抑制肺血管平滑肌細(xì)胞的增殖，緩解PAH進(jìn)展。TGF-β信號通路在細(xì)胞和組織的生長、發(fā)育中起關(guān)鍵作用，廣泛參與細(xì)胞的增殖、分化的調(diào)節(jié)。在PAH患者和低氧誘導(dǎo)的PAH大鼠模型中，肺動脈平滑肌細(xì)胞中的miR-143表達(dá)上調(diào)，其機(jī)制可能是通過作用于TGF-β1信號通路促進(jìn)肺動脈血管平滑肌細(xì)胞遷移參與PAH進(jìn)展[10]。線粒體是體內(nèi)細(xì)胞功能代謝的主要場所，線粒體的功能障礙在PAH的病理過程發(fā)揮重要作用，ISCU1/2與線粒體密切相關(guān)，同時也是miR-210靶基因，研究發(fā)現(xiàn)，PAH患者和小鼠外周血及肺血管內(nèi)皮細(xì)胞中miR-210表達(dá)均升高，表明miR-210通過抑制ISCU1/2的表達(dá)影響細(xì)胞線粒體的功能促進(jìn)PAH的進(jìn)展[11]。Nie等[12]報(bào)道，PAH患者和低氧誘導(dǎo)PAH大鼠肺組織和肺動脈血管平滑肌細(xì)胞中miR-221升高；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，miR-221可直接負(fù)向調(diào)節(jié)組織分化、損傷修復(fù)重要相關(guān)的β-catenin信號通路中的AXIN2因子，促進(jìn)肺動脈血管平滑肌細(xì)胞增殖，進(jìn)而促進(jìn)PAH的進(jìn)展。

1.2 延緩PAH進(jìn)展 能夠延緩和逆轉(zhuǎn)PAH進(jìn)展的miRNA主要有miR-34、miR-140-5p、miR-223、miR-451、miR-204、miR-424和miR-503等。Wang等[13]報(bào)道，PAH患者和低氧誘導(dǎo)的PAH大鼠模型中，肺動脈血管平滑肌細(xì)胞的miR-34表達(dá)減少；使用合成的miR-34分子氣道霧化給藥可逆轉(zhuǎn)缺氧誘導(dǎo)的大鼠PAH，其機(jī)制可能與下調(diào)肺血管平滑肌細(xì)胞的PDGFR表達(dá)有關(guān)。PAH患者外周血miR-140表達(dá)減少，動物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)患病肺組織中miR-140-5p表達(dá)降低。在野百合堿誘導(dǎo)的大鼠PAH模型中，氣道霧化miR-140-5p模擬物可預(yù)防和治療PAH[14]。PAH患者肺組織以及肺動脈平滑肌細(xì)胞miR-223表達(dá)減少，將miR-223模擬物mimic-223經(jīng)氣道霧化到野百合堿誘導(dǎo)的PAH大鼠肺中，恢復(fù)肺動脈平滑肌細(xì)胞中miR-223水平，進(jìn)而逆轉(zhuǎn)PAH的進(jìn)程，其機(jī)制與下調(diào)miR-223靶蛋白PARP1、減弱血管平滑肌細(xì)胞增殖有關(guān)[15]。Grant等[16]報(bào)道，在缺氧誘導(dǎo)PAH大鼠模型中，靜脈注射anti-miR-451可延緩病程進(jìn)展，其機(jī)制可能是抑制了肺動脈血管平滑肌細(xì)胞的遷移。然而也有研究認(rèn)為，基因敲除miR-451在小鼠PAH進(jìn)展中并無明顯效果，可能有其他途徑補(bǔ)償了miR-451在慢性丟失的中的作用。Courboulin等[17]報(bào)道，在PAH患者和野百合堿誘導(dǎo)的PAH大鼠肺組織中miR-204表達(dá)下調(diào)，其下調(diào)程度與PAH的嚴(yán)重性呈正相關(guān)；通氣管內(nèi)霧化miR-204模擬物的給藥方式，能夠延緩肺動脈高壓，其機(jī)制可能與平滑肌細(xì)胞增殖減少以及對凋亡易感有關(guān)。同樣的，在PAH患者肺動脈內(nèi)皮細(xì)胞中miR-424、miR-503表達(dá)水平降低，過表達(dá)miR-424、miR-503可延緩PAH的發(fā)展[18]。

2 miRNA參與PAH進(jìn)展的機(jī)制

2.1 miRNA參與PAH進(jìn)展的經(jīng)典機(jī)制 血管重塑是PAH的主要病理特征，包括細(xì)胞增殖、凋亡和表型轉(zhuǎn)化等。大量研究表明，miRNA在細(xì)胞增殖、凋亡、表型轉(zhuǎn)化等過程中發(fā)揮重要作用，肺血管細(xì)胞增殖與凋亡的失衡也是PAH各種形成機(jī)制的共同作用結(jié)果，表型轉(zhuǎn)化則決定PAH發(fā)展和轉(zhuǎn)歸。

2.1.1 細(xì)胞增殖 肺動脈平滑肌血管平滑肌過度增生、血管中膜增厚是PAH的重要發(fā)病機(jī)制，miRNA對其有關(guān)鍵促進(jìn)作用。Rothman等[14]對PAH大鼠模型使用miR-140-5p模擬物氣管內(nèi)霧化，成功阻止且逆轉(zhuǎn)了PAH的進(jìn)展；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，miR-140-5p模擬物可影響骨形態(tài)發(fā)生蛋白的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，抑制肺動脈平滑肌細(xì)胞增殖。另外有研究表明，miR-140-5p與TNF-α的3′-UTR結(jié)合，直接靶向TNF-α抑制肺動脈平滑肌細(xì)胞增殖，從而抑制PAH進(jìn)展[19]。

2.1.2 細(xì)胞凋亡 肺動脈平滑肌細(xì)胞增殖過度伴隨凋亡減少也是PAH形成的重要原因，許多促進(jìn)細(xì)胞增殖的miRNA也可對抗肺動脈平滑肌細(xì)胞的凋亡。Chen等[20]研究發(fā)現(xiàn)，PAH患者肺動脈平滑肌細(xì)胞中線粒體動力學(xué)蛋白質(zhì)(MiD)表達(dá)增加，這加速了線粒體分裂蛋白(Drp1)介導(dǎo)的有絲分裂，增加細(xì)胞增殖，并減少細(xì)胞凋亡。沉默MiD促進(jìn)線粒體融合并通過細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2和細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶4依賴性機(jī)制引起G1期細(xì)胞周期停滯。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，MiD上調(diào)是由miR-34a-3p表達(dá)降低引起的，且PAH患者和PAH臨床前模型循環(huán)血液中miR-34a-3p表達(dá)均下降，沉默MiD或增強(qiáng)miR-34a-3p可緩解PAH進(jìn)展。Chen等[21]在PAH小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，miR-29b可抑制動脈血管平滑肌細(xì)胞增殖，促進(jìn)其凋亡。miR-29b能夠抑制髓樣細(xì)胞白血病1(Mcl-1)蛋白和細(xì)胞周期素D2(CCND2)蛋白的表達(dá)，沉默的Mcl-1和CCND2可以抑制細(xì)胞增殖，促進(jìn)動脈血管平滑肌細(xì)胞凋亡，推測miR-29b可作為治療PAH的有用工具。

2.1.3 表型轉(zhuǎn)化 血管平滑肌細(xì)胞由收縮表型轉(zhuǎn)化為合成表型，是血管重塑的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，決定PAH發(fā)生發(fā)展和轉(zhuǎn)歸。miR-143和miR-145是調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞增殖、遷移、凋亡以及表型轉(zhuǎn)換的復(fù)雜分子網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)的核心[22]。Caruso等[23]報(bào)道，特發(fā)性和遺傳性PAH患者肺組織中miR-145表達(dá)升高，且這些miR-145均來自重塑血管的平滑肌細(xì)胞。此外，從BMPR2突變患者和BMPR2缺陷小鼠的肺中提取并培養(yǎng)的原代血管平滑肌細(xì)胞，miR-145表達(dá)也升高。另有研究表明，miR-143和miR-145可作為平滑肌細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞之間的通信分子，TGF-β觸發(fā)了miR-143和miR-145從平滑肌細(xì)胞轉(zhuǎn)移到相鄰內(nèi)皮細(xì)胞，進(jìn)而通過降低內(nèi)皮細(xì)胞的增殖指數(shù)及其在基質(zhì)膠上培養(yǎng)時形成血管樣結(jié)構(gòu)的能力來調(diào)節(jié)血管生成，參與PAH的進(jìn)展[24]。

2.2 miRNA參與PAH進(jìn)展的新機(jī)制 除了經(jīng)典的miRNA參與肺動脈平滑肌細(xì)胞的增殖、凋亡、表型轉(zhuǎn)化外，近年研究發(fā)現(xiàn)miRNA通過一些新的途徑參與PAH進(jìn)展。

2.2.1 miR-124-PTBP1-PKM信號軸 目前研究認(rèn)為，細(xì)胞代謝重組參與了PAH的形成。Zhang等[25]報(bào)道，嚴(yán)重PHA患者和低氧誘導(dǎo)PAH小牛模型的肺外膜成纖維細(xì)胞(PH-Fibs)表現(xiàn)出糖酵解和線粒體代謝重組增加，糖酵解與三羧酸循環(huán)的葡萄糖分解代謝比例增加。miR-124-PTBP1-PKM參與肺血管內(nèi)皮細(xì)胞的代謝重組，miR-124作用于可變剪接因子多嘧啶束結(jié)合蛋白1(PTBP1)，影響丙酮酸激酶肌肉異構(gòu)體(PKM)的比例，PKM2/PKM1比值升高，糖酵解增強(qiáng)，促進(jìn)細(xì)胞增殖以及巨噬細(xì)胞分泌炎性因子，進(jìn)而參與PAH的進(jìn)展。Caruso等[26]也驗(yàn)證了PAH患者肺血管內(nèi)皮細(xì)胞以及外周循環(huán)內(nèi)皮細(xì)胞中miR-124表達(dá)下降，PTBP1、PKM2表達(dá)增多，影響內(nèi)皮細(xì)胞的糖代謝，進(jìn)而參與PAH進(jìn)展。此外，過表達(dá)miR-124或敲低PTBP1可使PH-Fibs中的PKM2/PKM1比值正?；孓D(zhuǎn)糖酵解表型(即降低糖酵解中間體和乳酸等副產(chǎn)物的產(chǎn)生)，改變線粒體代謝重組，減少細(xì)胞增殖，緩解PAH進(jìn)展。

2.2.2 內(nèi)皮素1(ET-1) ET-1是最有力的內(nèi)源性血管收縮因子，在內(nèi)皮功能中起關(guān)鍵作用，而內(nèi)皮功能的改變是肺動脈血管重塑的基礎(chǔ)。Yuan等[27]研究表明，ET-1通過活化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)誘導(dǎo)肺動脈PASM，miR-200c直接結(jié)合微管相關(guān)蛋白2(MAP-2)和鋅指電子盒綁定同源1(ZEB-1)的3′-UTR區(qū)，減少M(fèi)AP-2、ZEB-1表達(dá)，進(jìn)而參與ET-1誘導(dǎo)的肺動脈PASM的進(jìn)展。Kang等[28]發(fā)現(xiàn)，PAH患者分離的肺動脈內(nèi)皮細(xì)胞中，miR-98表達(dá)減少，ET-1增加。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)證實(shí)，缺氧可減少miR-98表達(dá)，增加ET-1水平，促進(jìn)肺動脈內(nèi)皮細(xì)胞增殖。動物實(shí)驗(yàn)表明，缺氧能夠降低小鼠肺中miR-98表達(dá)，增加ET-1和增殖細(xì)胞核抗原水平；進(jìn)一步研究表明，miR-98直接與ET-1的3′-UTR結(jié)合，抑制ET-1表達(dá)，從而參與肺動脈內(nèi)皮細(xì)胞的增殖。使用過氧化物酶體增殖物激活受體γ可提高miR-98水平，降低ET-1表達(dá)，減少肺動脈內(nèi)皮細(xì)胞增殖。

2.2.3 雌激素及其代謝產(chǎn)物16α-羥雌酮 研究顯示，雌激素及其代謝產(chǎn)物16α-羥雌酮是PAH發(fā)展的危險(xiǎn)因素[29]。Chen等[30]報(bào)道，遺傳型PAH患者肺組織與能量代謝有關(guān)的miRNA升高，其中包括miR-29家族。BMPR2基因突變與遺傳型PAH發(fā)生密切相關(guān)，BMPR2突變誘導(dǎo)的遺傳型PAH小鼠，miR-29表達(dá)較對照組升高，使用miR-29拮抗劑α-miR29可緩解PAH。此外，將遺傳型PAH小鼠暴露于16α-羥雌酮4周后，miR-29表達(dá)較對照組高出4～8倍，提示雌激素可能促進(jìn)了miR-29的表達(dá)。Wallace等[31]研究發(fā)現(xiàn)，女性PAH患者肺動脈平滑肌細(xì)胞和雌性BMPR2小鼠肺動脈平滑肌細(xì)胞的miR-96表達(dá)均降低，miRNA-96作用于5-羥色胺1b受體，影響5-羥色胺介導(dǎo)的細(xì)胞增殖；研究人員對PAH小鼠尾靜脈注射miRNA-96模擬物no.MC10422后，發(fā)現(xiàn)其可恢復(fù)miRNA-96在肺動脈平滑肌細(xì)胞中的表達(dá)，延緩PAH進(jìn)展。

miRNA在PAH的進(jìn)展中扮演重要角色，不同亞類的miRNA作用不同，但又相互影響。目前，動物實(shí)驗(yàn)以及部分臨床實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)一些靶向調(diào)控miRNA的藥物，可緩解PAH的進(jìn)展。但是，如何使miRNA靶向精準(zhǔn)進(jìn)入肺組織，如何避免其進(jìn)入其他組織產(chǎn)生不良反應(yīng)的脫靶效應(yīng)，以及其在細(xì)胞中的穩(wěn)定性，還需要更多研究。