microRNA在ALI/ARDS發(fā)病機(jī)制中調(diào)節(jié)作用的研究進(jìn)展

孫博睿 張文美 朱光發(fā)

首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安貞醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科100029

急性肺損傷 (acute lung injury,ALI)/ARDS是一種除心源性因素以外的肺內(nèi)外因素導(dǎo)致的急性進(jìn)展性呼吸衰竭,表現(xiàn)為頑固性低氧血癥、呼吸窘迫、嚴(yán)重的氧合功能障礙、雙肺廣泛肺水腫、彌漫性肺泡透明膜形成[1]。其發(fā)生發(fā)展過程十分復(fù)雜,具體發(fā)生機(jī)制目前尚不完全清楚。近期不少研究表明microRNA 與ALI/ARDS的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

1 microRNA概述

micro RNA 是一種高度保守的小非編碼RNA,長度常為18～25個核苷酸。其在細(xì)胞核內(nèi)經(jīng)RNA 聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄為長度約2 000 bp的原始microRNA,并通過核轉(zhuǎn)運受體蛋白5及核蛋白Ran-GTP轉(zhuǎn)運到胞質(zhì),最終在胞質(zhì)中被核糖核酸酶ⅢDicer處理為成熟的microRNA。其能通過堿基互補(bǔ)配對特異性結(jié)合于目標(biāo)m RNA 的3'-UTR,誘導(dǎo)其降解或抑制其翻譯,從而間接地調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。第22 版microRNA 數(shù)據(jù)庫包含2 300個成熟microRNA,其中1 115個已被研究[2],其在心血管系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的前景。深入研究lncRNA、microRNA、circRNA 等非編碼RNA 對于了解許多疾病的分子機(jī)制具有重要意義。

2 microRNA在ALI/ARDS中的表達(dá)概述

研究證實microRNA 在ALI/ARDS進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。既往關(guān)于ALI/ARDS 的研究發(fā)現(xiàn)在不同的模型中miR-7b、miR-21、miR-25等27 種不同microRNA 表達(dá)上調(diào),miR-16、miR-23a、miR-24等10種不同microRNA 表達(dá)下調(diào),參與調(diào)節(jié)ALI/ARDS進(jìn)程[3]。近年來,隨著研究的深入,人們在ALI/ARDS 模型中發(fā)現(xiàn)更多表達(dá)改變的microRNA。Rogers等[4]在放射誘導(dǎo)的小鼠肺損傷模型中發(fā)現(xiàn),miR-7b-5p、miR-196b-5p、miR-10b-5p、miR-21a、miR-335-5p、 miR-34a-5p 表 達(dá) 上 調(diào), miR-448-3p、miR-676-3p表達(dá)下調(diào)。Liang等[5]在脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)誘導(dǎo)的小鼠ALI/ARDS模型中發(fā)現(xiàn)miR-124-3p表達(dá)下調(diào)。miR-17、miR-221、miR-320a、miR-222等也被不同研究證實在ALI/ARDS進(jìn)程中表達(dá)上調(diào)[6]。這些結(jié)果更加證實了microRNA 在ALI/ARDS中發(fā)揮著重要作用,值得進(jìn)一步探究。

3 microRNA在炎癥信號通路中的作用

過度的炎癥反應(yīng)是ALI/ARDS發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制之一。而炎癥相關(guān)信號通路的異常在炎癥-抗炎失衡中具有重要意義。既往許多研究證實Toll樣受體通路、MAPK 通路、TGF-β通路、VEGF 通路、鈣信號通路等經(jīng)典通路在ALI/ARDS進(jìn)展及恢復(fù)過程中發(fā)揮重要作用。近年來不少研究表明,紅系衍生核因子2 相關(guān)因子2 (nuclear factor erythroid 2 related factor 2,Nrf2)/血紅素加氧酶1 (heme oxygenase 1,HO-1)信號通路、核轉(zhuǎn)錄因子κB (nuclear factor kappa-B,NF-κB)通 路、PI3K/Akt/m TOR 通 路 等其他通路亦與ALI/ARDS進(jìn)程密切相關(guān),同時micro RNA可調(diào)控這些炎癥相關(guān)信號通路參與ALI/ARDS發(fā)生,下面介紹幾個具有代表性的通路。

3.1 Nrf2/HO-1通路 Nrf2/HO-1通路在ARDS進(jìn)展中發(fā)揮重要作用[7]。Liu等[8]發(fā)現(xiàn)紫堇醇靈堿能夠通過激活Nrf2途徑減輕LPS誘導(dǎo)的小鼠ALI。最新的研究證實,許多microRNA 能夠通過調(diào)節(jié)Nrf2/HO-1信號通路水平參與ALI/ARDS發(fā)展進(jìn)程。Huang等[9]在LPS誘導(dǎo)的小鼠模型中發(fā)現(xiàn)miR-27b的下調(diào)能夠增加Nrf2、HO-1的表達(dá),抑制NF-κB途徑,減弱炎癥反應(yīng),為深入探究ARDS發(fā)生機(jī)制提供了新的參考。Ling等[10]在膿毒癥相關(guān)的ARDS小鼠模型中發(fā)現(xiàn)miR-494負(fù)向調(diào)控NPO1,進(jìn)而阻斷Nrf2信號通路,加重肺損傷。

3.2 NF-κB通路 NF-κB通路是經(jīng)典的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,其在許多生理過程、疾病進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。Azizoˇglu等[11]通過LPS誘導(dǎo)的小鼠ALI模型對已知與NF-κB 通路相關(guān)的microRNA 進(jìn)行評價,推論miR-7a-5p、miR-7b、miR-9a-5p、miR-21-5p、miR-124-3p、miR-138-5p 可能加重NF-κB介導(dǎo)的ARDS。Kong等[12]通過收集120 例嚴(yán)重肺炎患者血標(biāo)本分析及動物實驗,發(fā)現(xiàn)miR-216a 調(diào)節(jié)NF-κB通路減輕ALI。Yang等[13]在LPS誘導(dǎo)的ALI模型中發(fā)現(xiàn)miR-182負(fù)性調(diào)節(jié)Toll樣受體 (Toll-like receptors,TLR)/NF-κB通路,改善LPS誘導(dǎo)的ALI。

3.3 Akt通路 Akt通路也是ALI/ARDS 的研究熱點之一。Xu等[14]在LPS誘導(dǎo)肺泡表皮細(xì)胞A549ALI模型中發(fā)現(xiàn)miR-92a抑制劑通過Akt/m TOR 通路在LPS誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷中起到保護(hù)作用。Zhou 等[15]在LPS 誘導(dǎo)的小鼠ARDS 模 型 中 發(fā) 現(xiàn),間 質(zhì) 細(xì) 胞 TCs (Telocytes) 中miR-21a-3p可調(diào)節(jié)PI3K (p110α)/Akt/m TOR 途徑,促進(jìn)肺組織修復(fù)及血管生成,利于ARDS 的恢復(fù)。Xu 和Zhou[16]通過LPS 誘導(dǎo)人肺微血管上皮細(xì)胞損傷模擬ARDS,發(fā)現(xiàn)miR-92a可通過PI3K/Akt途徑作用于整聯(lián)蛋白α5 加重人肺微血管上皮細(xì)胞在ARDS 中的屏障功能紊亂。

3.4 信號通路的負(fù)反饋機(jī)制 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中存在的負(fù)反饋機(jī)制在ALI/ARDS的治療方向上具有一定參考價值。研究表明,miR-106a、miR-146、miR-155、miR-210 等均可作為信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的負(fù)反饋調(diào)節(jié)因子,負(fù)反饋調(diào)節(jié)TLR、Akt通路,或?qū)樗幬镏委熖峁┬掳悬c[17-18]。

4 microRNA在免疫反應(yīng)調(diào)節(jié)中的作用

免疫反應(yīng)包括固有免疫和適應(yīng)性免疫,在機(jī)體受到損傷刺激后激活。micro RNA 在免疫細(xì)胞中具有獨特的表達(dá)譜,表明其在免疫應(yīng)答中具有潛在作用。免疫系統(tǒng)細(xì)胞中有100種不同microRNA 表達(dá),它們不僅可以調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的發(fā)育,還可以調(diào)控免疫細(xì)胞的激活、增殖和分化以及免疫分子的產(chǎn)生。免疫反應(yīng)紊亂是ARDS的重要發(fā)生機(jī)制之一,與免疫物質(zhì)表達(dá)異常、免疫細(xì)胞和免疫組織的功能失調(diào)密切相關(guān)。

固有免疫是機(jī)體先天具有的防御屏障,由組織屏障(如皮膚黏膜等)、固有免疫細(xì)胞 (巨噬細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞、自然殺傷細(xì)胞、中性粒細(xì)胞等)、固有免疫分子 (補(bǔ)體等)構(gòu)成,為抵抗各種感染、炎癥、損傷等入侵的第一道防線。研究表明,miR-146、miR-155、miR-125、miR-9、let-7以及miR-181b等的表達(dá)改變參與了ARDS進(jìn)程中固有免疫的調(diào)節(jié)[3]。在LPS誘導(dǎo)的小鼠ARDS模型中,miR-124-3p靶向結(jié)合p65,促進(jìn)巨噬細(xì)胞凋亡,在ARDS中起到保護(hù)作用[5]。He等[19]發(fā)現(xiàn)miR-146b過表達(dá)抑制LPS 處理的肺泡巨噬細(xì)胞釋放腫瘤壞死因子α、IL-1β等炎癥因子,減輕炎癥反應(yīng)。Goodwin 等[20]發(fā)現(xiàn)miR-887-3p 促進(jìn)中性粒細(xì)胞的遷移,加劇ARDS 免疫炎癥發(fā)展。此外miR-181b可抑制NF-κB,調(diào)控促炎因子釋放,參與免疫細(xì)胞遷移、組織重構(gòu)等,在固有免疫調(diào)控中發(fā)揮重要作用[3]。

microRNA 在適應(yīng)性免疫過程中也發(fā)揮重要作用。適應(yīng)性免疫是機(jī)體后天獲得的抵抗感染的能力,對特定抗原發(fā)生特異性反應(yīng)。主要涉及到T 細(xì)胞、B細(xì)胞的擴(kuò)增與激活,及其引發(fā)細(xì)胞毒作用或抗體的合成分泌增加。研究表明,miR-126、miR-155等諸多microRNA 可調(diào)控適應(yīng)性免疫[3]。Wang 等[21]選取發(fā)病6 周內(nèi)影像學(xué)評分改善的COVID-19感染者以及影像學(xué)評分未改善的COVID-19 感染者各6例進(jìn)行病例對照研究,發(fā)現(xiàn)T 細(xì)胞免疫的減弱與COVID-19所引發(fā)的ARDS病情嚴(yán)重密切相關(guān)。譚雯[22]在LPS誘導(dǎo)的小鼠ARDS模型中發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)性T 細(xì)胞對ARDS具有保護(hù)作用。但目前關(guān)于microRNA 對能夠緩解ARDS損傷的淋巴細(xì)胞的調(diào)控作用研究尚顯缺乏,有待進(jìn)一步探索。

5 microRNA的調(diào)控

隨著分子生物學(xué)飛速發(fā)展,越來越多的RNA 被發(fā)現(xiàn)。非編碼RNA 已成為研究熱點,比如線性RNA 中的長鏈非編碼RNA (long non-coding RNA,lncRNA) (＞200 nt)和小非編碼RNA (＜200 nt),以及環(huán)狀RNA (circular RNA,circRNA)等。目前多項研究表明非編碼RNA 可作為競爭性內(nèi)源 RNA (competing endogenous RNA,ceRNA),負(fù)性調(diào)節(jié)microRNA 表達(dá),從而參與疾病進(jìn)程[23]。ceRNA 機(jī)制是一種重要的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控機(jī)制,即lncRNA、circRNA 等ceRNA 含有某些相同的micro RNA結(jié)合位點,可通過競爭性結(jié)合共同的microRNA 減弱其對靶基因的抑制,提高靶基因的表達(dá)水平,進(jìn)而調(diào)控疾病進(jìn)程。因其能可逆結(jié)合microRNA,起到暫時儲存游離microRNA 的作用,故又稱這類分子為 “microRNA 海綿”。多項研究表明非編碼RNA 可通過 “microRNA 海綿”作用與microRNA 相互作用,調(diào)控免疫炎癥反應(yīng),參與ALI/ARDS發(fā)生發(fā)展。

5.1 lncRNA 調(diào)控microRNA 作用 lncRNA 是最常見的非編碼RNA,長度大約200～100 000 bp,目前已從人類基因組中確定了9 640種lncRNA,其在劑量補(bǔ)償效應(yīng)、表觀遺傳調(diào)控、細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞分化調(diào)控等諸多方面發(fā)揮重要作用。近年來不少研究表明,lncRNA 通過ceRNA機(jī)制參與ARDS的炎癥反應(yīng)調(diào)節(jié)。Yang等[24]通過對比102例ARDS患者與100 名健康成人的臨床觀察性研究發(fā)現(xiàn)lncRNA-NEAT1抑制下游保護(hù)性miR-125a增加ARDS風(fēng)險。lncRNA MALAT1作為ceRNA,可直接結(jié)合并抑制多種microRNA,在ARDS進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。Yao等[25]通過ARDS 患者血液樣本分析及細(xì)胞實驗發(fā)現(xiàn)lncRNA MALAT1抑制下游miR-150-5p,上調(diào)ICAM-1的表達(dá),加重ARDS。Liu 等[26]發(fā) 現(xiàn)lncRNA MALAT1/miR-125a 軸對膿毒癥的嚴(yán)重程度、組織損傷、炎癥水平的評估具有重要 意 義。Zhang 等[27]在LPS 誘 導(dǎo) 的ALI 模 型 中 發(fā) 現(xiàn)lncRNA XIST 可減弱miR-370-3p 對TLR4/JAK/STAT/NF-κB通路的抑制,加重LPS誘導(dǎo)的人胚肺成纖維細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)。

5.2 circRNA 通 過 “microRNA 海 綿” 作 用 調(diào) 控microRNA circRNA 是一種特殊的非編碼RNA,與線性RNA 不同,不含5'端帽子和3'端多聚A 尾巴,其分子呈封閉環(huán)狀結(jié)構(gòu),不受RNA 外切酶影響,表達(dá)更穩(wěn)定,不易降解。在LPS誘導(dǎo)的小鼠ALI研究中,研究者發(fā)現(xiàn)小鼠肺 組 織 中 mmu-circRNA-42341、mmu-circRNA-44122、mmu-circRNA-44123 表 達(dá) 上 調(diào),mmu-circRNA-010498、mmu-circRNA-25030表達(dá)下調(diào)。同時發(fā)現(xiàn)circRNA 的表達(dá)改變與細(xì)胞代謝等活動密切相關(guān),并且主要調(diào)控MAPK、黏著斑、神經(jīng)營養(yǎng)因子、Wnt 等信號通路參與ALI 進(jìn)程[28]。在膿毒癥小鼠ALI模型中,研究者發(fā)現(xiàn)肺組織中11個circRNA 表達(dá)上調(diào)及126個circRNA 表達(dá)下調(diào),其中3 個 候 選circRNA:chr17:71273374-71275287-、chr14:57733878-57734418-、chr18:10119885-10132272-分別抑制mmu-miR-7c-5p、mmu-miR-132-3p、mmu-miR-124-3p 促進(jìn)巨噬細(xì)胞分化,加重炎癥反應(yīng),參與ALI的發(fā)生[29]。因而,circRNA 可 通 過 “microRNA 海 綿”的 作 用 改 變microRNA 的功能,廣泛參與到代謝過程、翻譯后修飾等生物學(xué)過程,亦可參與到信號通路的調(diào)節(jié),最終影響引發(fā)ALI/ARDS的瀑布樣炎癥反應(yīng)。

6 小結(jié)與展望

綜上所述,在ALI/ARDS 的發(fā)病進(jìn)程中,microRNA能夠調(diào)控Nrf-2、ICAM-1、Akt、PI3K 等多種基因表達(dá)及NF-κB、Akt、Nrf2/HO-1等信號通路,進(jìn)而調(diào)節(jié)肺內(nèi)和全身的炎癥反應(yīng)和巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等免疫細(xì)胞的分化和凋亡,影響ALI/ARDS 的發(fā)生和發(fā)展。microRNA 種類繁多,其表達(dá)又受到lncRNA、circRNA 等其他多種非編碼RNA 的調(diào)節(jié),形成十分復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。對microRNA 在ALI/ARDS發(fā)生發(fā)展過程中起到的調(diào)控機(jī)制的深入探究不僅能夠幫助人們進(jìn)一步了解ALI/ARDS的發(fā)生機(jī)制,還可能為其治療尋找到新的藥物,因而具有重要意義。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突