LncRNA MALAT1 在器官纖維化進展中的機制研究

魏依卿，邵國豐，李旎，葉蒙蒙，陳航

纖維化被認(rèn)為是一個病理重塑終點的過程，有助于解釋多種慢性疾病和衰老相關(guān)器官損傷的發(fā)病機制，心臟、肝、肺和腎等器官的病理發(fā)展都與這一過程有關(guān)。器官纖維化由細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）蛋白的過度合成和沉積引起，活化的促纖維化成纖維細(xì)胞在這一過程中起著重要的作用。ECM 的合成和降解之間的止血障礙可能是由器官損傷所誘導(dǎo)的一系列復(fù)雜的細(xì)胞反應(yīng)級聯(lián)引起的。雖然器官損傷的觸發(fā)器可以一種器官特異性的方式來發(fā)揮作用，但不同器官之間的纖維化過程和所涉及的級聯(lián)反應(yīng)是非常保守的。不同的級聯(lián)反應(yīng)和信號通路，包括WNT 和TGF- ，調(diào)節(jié)不同器官的纖維化過程。

長鏈非編碼RNA（lnc RNA）是一大類200-nt的非編碼轉(zhuǎn)錄物，其缺乏蛋白質(zhì)編碼能力。LncRNA轉(zhuǎn)移相關(guān)肺腺癌轉(zhuǎn)錄物1（Malat1）是目前研究最廣泛的LncRNA 之一。Malat1 首次在非小細(xì)胞肺癌（NSCLC）中與轉(zhuǎn)移和患者生存相關(guān)的基因篩選中被發(fā)現(xiàn)[1]，可作為觀察早期NSCLC轉(zhuǎn)移的診斷因子。Malat1 基因的初級序列包含超過8 000 bp，在33 種哺乳動物中表現(xiàn)出高度的保守性。Malat1 幾乎在所有人體組織中均有表達(dá)，在胰腺和肺中表達(dá)最高。本文就Malat1 在調(diào)節(jié)與各種疾病相關(guān)的纖維化機制中的作用進行整理總結(jié)與討論。

1 肝纖維化

肝纖維化是一種慢性肝損傷，可能由長期飲酒、肝炎病毒感染或代謝紊亂引起。在中國，人們的生活方式以及肝炎病毒感染的流行是導(dǎo)致肝纖維化發(fā)病率和死亡率的增加的主要原因。肝星狀細(xì)胞（HSCs）占肝細(xì)胞組成的58%，HSCs 的活化和向成纖維肌成纖維細(xì)胞的分化是肝纖維化發(fā)病機制的驅(qū)動力。因此，了解HSCs 活化和炎癥的機制，對于肝纖維化診斷和治療策略至關(guān)重要。有研究顯示，Malat1 海綿化LX2 細(xì)胞中的miR-181a-5p，并激活造血干細(xì)胞中的TLR4/NF-kB 信號通路，從而促進造血干細(xì)胞的膠原的產(chǎn)生、增殖、遷移和黏附能力[2-3]。此外，Malat1 上調(diào)誘導(dǎo)Smad3 去乙?；虷SC 失活。Yu 等[4]發(fā)現(xiàn)，在四氯化碳誘導(dǎo)的小鼠肝纖維化模型中，Malat1 在活化的造血干細(xì)胞中顯著上調(diào)，并與miR-101b 的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。Malat1 和ras 相關(guān)的C3 肉毒桿菌毒素底物1（Rac1）是miR-101b的靶點，前者作為ceRNA 增強Rac1 的表達(dá)，從而促進HSCs 的增殖和激活。并且還可以通過下調(diào)miR-26b[5]，增加膠原蛋白1（COL1）A2 的表達(dá)，從而促進HSCs 的激活，致使肝纖維化進展。有研究報道，Malat1 通過抑制沉默信息調(diào)節(jié)器1（SIRT1）的表達(dá)和功能來影響肝纖維化，SIRT1 通過抑制纖維化基因啟動子，如I型膠原，從而抑制TGF- 信號通路，因而Malat1 通過阻斷sirt1 介導(dǎo)的對肝纖維化中TGF- 信號通路的抑制來促進HSCs 的激活[6-7]。

研究證明，HSCs的激活可以通過促炎性M1 巨噬細(xì)胞來實現(xiàn)。在對不同微環(huán)境刺激的反應(yīng)中，肝巨噬細(xì)胞可能呈現(xiàn)從促炎性M1 表型到抗炎性M2表型的異質(zhì)性功能[8]。因此，了解控制肝巨噬細(xì)胞M1 極化的機制可能有助于確定針對HSC活化的解決策略。Malat1 以正反饋的方式增強巨噬細(xì)胞的促炎反應(yīng)，同時，Malat1 在細(xì)胞核中被RNase P切割后所產(chǎn)生的Malat1 相關(guān)的小細(xì)胞質(zhì)RNA（mascRNA）也被證實參與巨噬細(xì)胞中促炎反應(yīng)的激活。METTL3 通過m6A 穩(wěn)定Malat1 的甲基化，在上調(diào)的METTL3 和巨噬細(xì)胞的M1 極化之間存在相互的正反饋機制[9-10]。

2 腎纖維化

糖尿病腎?。―N）是糖尿病最嚴(yán)重的并發(fā)癥之一，也是腎纖維化最常見的因素之一，其特征是細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）蛋白的積累、基底膜增厚、腎纖維化和肌成纖維細(xì)胞的激活。上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）參與了腎間質(zhì)纖維化、足細(xì)胞功能障礙和腎小球硬化的發(fā)病機制，是DN 發(fā)展過程中不可或缺的過程。在EMT 過程中，上皮細(xì)胞獲得間充質(zhì)細(xì)胞特征，導(dǎo)致上皮標(biāo)記物丟失、間充質(zhì)標(biāo)記物獲得、ECM 沉積增加和腎間質(zhì)纖維化。據(jù)報道，Malat1 過表達(dá)促進人腎小管上皮細(xì)胞（HK-2 和293T）中膠原I（col I）col IV、纖連蛋白（FN）和層粘連蛋白（LN）的蛋白表達(dá)水平，而Malat1 敲低則產(chǎn)生相反的效果。Huang 等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在用鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠腎組織和高糖處理的HK-2 或293T 細(xì)胞中，Malat1 表達(dá)上調(diào)，Malat1 的過表達(dá)抑制了miR-2355-3p 水平。而白細(xì)胞介素 6 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)因子（IL6ST）作為miR-2355-3p 的靶點，可隨著miR-2355-3p 表達(dá)水平的上調(diào)或下調(diào)，表現(xiàn)為抑制或激活。同時miR-2355-3p 的過表達(dá)亦能滅活重組信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子3（STAT3）及NF-kB 信號通路。簡而言之，Malat1 過表達(dá)通過miR-2355-3p/IL6ST/STAT3/NF-kB 信號通路軸，促進DN 大鼠的腎纖維化。同時，在腎小管上皮細(xì)胞中，高糖誘導(dǎo)Malat1 通過靶向miR-23c 和連續(xù)上調(diào)ELAVL1 和NLRP3[12]導(dǎo)致細(xì)胞凋亡增加。

阻塞性腎病（ON）是由尿路或小管液體流動受損引起的腎臟疾病，指尿路存在結(jié)構(gòu)或功能的改變，阻礙尿液的正常流動。纖維化是慢性腎病（CKD）的一個標(biāo)志，考慮到腎纖維化在ON 合并CKD 中的作用，了解腎纖維化的形成、逆轉(zhuǎn)和潛在機制非常重要。先前的研究證明TGF- 1 在CKD 的進展中起重要作用，因為它促進EMT 和ECM 沉積。還有研究發(fā)現(xiàn)，TGF- 1 通過調(diào)節(jié)TGF- /Smad 通路發(fā)揮其功能，可能是纖維化的主要調(diào)節(jié)因子[13-14]。

3 心臟纖維化

心肌梗死（MI）是心血管疾病相關(guān)死亡的主要原因，MI通常是由動脈粥樣硬化斑塊破裂和心肌缺血-再灌注損傷演變而來的冠狀動脈血栓形成的結(jié)果。在MI 后的早期，心肌組織經(jīng)歷了快速變化，包括細(xì)胞外基質(zhì)消化和纖維化。巨噬細(xì)胞已被證明與MI的發(fā)病機制和MI 后的組織修復(fù)密切相關(guān)[15-16]，骨髓來源的巨噬細(xì)胞（BMMs）與MI 的早期“炎癥”階段有關(guān)，并參與MI 后的心臟修復(fù)和重塑[17]。Chen 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，M1-BMMs-EVs能加重MI小鼠的梗死面積及纖維化程度，同時能抑制小鼠MI后血管生成和心肌再生。而這一病理的潛在機制，是通過釋放被包封在EVs 中的Malat1，使其表達(dá)上調(diào)，然后競爭性地結(jié)合miR-25-3p 以促進CDC42 表達(dá)，激活下游的MEK/ERK 途徑來完成的。Wu 等[19]發(fā)現(xiàn)，人胚胎干細(xì)胞衍生的心血管祖細(xì)胞（hCVPC）分泌的EVs在增強心臟功能和限制纖維化形成方面具有保護作用，它還可以保護心肌細(xì)胞免于MI誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡并促進MI 后血管再生。目前所知，血管生成也有助于減少梗塞心臟中的細(xì)胞死亡和纖維化程度。這一潛在機制可能是通過存在于hCVPC-EVs中的Malat1靶向作用于miR-497 而實現(xiàn)的。此外，Huang 等[20]發(fā)現(xiàn)，Malat1 還可通過miR-145 調(diào)節(jié)TGF 1 活性，促進MI 后的心肌纖維化。

糖尿病性心肌?。―CM）是一種常見的糖尿病性心血管并發(fā)癥。心臟纖維化是糖尿病患者和糖尿病動物模型中DCM 的一個突出的病理過程。心臟成纖維細(xì)胞（CFs）可以在各種刺激下被激活成為肌成纖維細(xì)胞（MFs），后者反過來分泌ECM，導(dǎo)致心臟纖維化[21-22]。顯然，心臟纖維化是DCM 發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。轉(zhuǎn)化生長因子1（TGF- 1）是細(xì)胞內(nèi)信號通路的重要啟動因子，通過激活糖尿病小鼠smads依賴的信號通路，誘導(dǎo)CFs 中ECM 蛋白的表達(dá)，從而導(dǎo)致病理性纖維化。

4 肺纖維化

急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）是急性肺損傷的一種嚴(yán)重形式，其中的炎癥反應(yīng)可誘導(dǎo)纖維化相關(guān)因子釋放，從而導(dǎo)致肺纖維化。目前研究發(fā)現(xiàn)，Malat1參與ARDS 的進展，如Malat1 直接與miR-425 相互作用，并通過海綿miR-425 上調(diào)PTEN 的表達(dá)，從而抑制PI3K-Akt 途徑的下游功能來抑制細(xì)胞增殖、促進細(xì)胞凋亡[23]。PTEN 的表達(dá)水平與急性肺損傷期間成纖維細(xì)胞異常增殖和膠原分泌有關(guān)。Yao 等[24]發(fā)現(xiàn)，Malat1 與miR-150-5p 結(jié)合上調(diào)（細(xì)胞間黏附分子-1）ICAM-1 的表達(dá)，從而增加促炎細(xì)胞因子和黏附因子的表達(dá)。

矽肺是一種間質(zhì)性肺纖維化疾病，肺泡上皮細(xì)胞損傷和增生、持續(xù)炎癥、細(xì)胞外基質(zhì)沉積和隨后的異常傷口愈合是矽肺的共同特征。在肺纖維化過程中，上皮細(xì)胞和巨噬細(xì)胞受到二氧化硅顆粒的刺激，分泌大量細(xì)胞因子和炎癥介質(zhì)，從而促進上皮細(xì)胞通過上皮化生、凋亡、纖維細(xì)胞募集和EMT 向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化。Yan 等[25]研究表明，LncRNA Malat1可能通過海綿化miR-503 激活下游PI3K /Akt 信號通路作用于mTOR受體來影響二氧化硅誘導(dǎo)的肺纖維化中的EMT 過程。

5 其他組織與器官纖維化

骨髓增生性腫瘤（MPNs）是一種克隆性干細(xì)胞疾病，以骨髓細(xì)胞增殖增加和異常分化為特征包括真性紅細(xì)胞增多癥（PV）、原發(fā)性血小板增多癥（ET）和原發(fā)性骨髓纖維化（PMF），后者根據(jù)骨髓纖維化的程度分為前纖維化（前PMF）和明顯纖維化（明顯PMF）階段。除了新發(fā)的PMF，繼發(fā)性骨髓纖維化（SMF）可能由PV 或ET 演變而來，分別導(dǎo)致PV 后骨髓纖維化（PPV-MF）或ET 后骨髓纖維化（PETPV），統(tǒng)稱為骨髓纖維化（MF）。研究顯示，高水平的Malat1 與MF 的有害特征相關(guān)，如高WBC 計數(shù)、循環(huán)CD34+細(xì)胞數(shù)量增加、顯著的LDH 活性、存在脾腫大和更嚴(yán)重的骨髓纖維化程度[26]。

有研究發(fā)現(xiàn)，Malat1 在成肌細(xì)胞分化過程中表現(xiàn)出不同的表達(dá)模式，說明其在肌纖維發(fā)育和成熟中起關(guān)鍵作用。Li 等[27]通過對年輕和老年小鼠的骨骼肌中基因表達(dá)的分析發(fā)現(xiàn)，Malat1 表達(dá)隨著年齡顯著降低，miR-34a 表達(dá)隨著年齡而增加，miR-34a和Malat1 與衰老之間存在負(fù)相關(guān)，細(xì)胞衰老和氧化應(yīng)激與許多不同器官和組織的纖維化相關(guān)。例如，隨著年齡的增長，骨骼肌中的p53 增加，同時ROS誘導(dǎo)p53 的激活，刺激miR-34a，抑制Malat1，Malat 1 又產(chǎn)生正反饋，進一步增加miR-34a 水平。升高的mir-34a靶向作用于Sirt1，sirt1 可促進細(xì)胞衰老，沉默的Malat1 增加TGF- 1 的表達(dá)，從而促進纖維化[28]。而衰老又能誘導(dǎo)組織纖維化。TGF- 1 不僅可以增加骨骼肌的纖維化，而且是隨著衰老損害衛(wèi)星細(xì)胞再生能力的關(guān)鍵因素[29]。

6 總結(jié)

器官纖維化是大部分病理學(xué)中的最后過程，特別是在與年齡相關(guān)的病理學(xué)中。這一過程已被發(fā)現(xiàn)受到一些LncRNA 的調(diào)控。LncRNAs 主要通過海綿化miRNAs 來影響纖維的生成。到目前為止，Malat1 與不同器官纖維化的相互關(guān)系也持續(xù)得到了一些研究與證實，說明其在不同病理情況下存在一些共同途徑。可以作為不同器官的潛在共同靶點來調(diào)節(jié)纖維化程度。舉例來說，Malat1 抑制因子可以有效并同時改善心、肝、腎等多種器官纖維化。盡管如此，它生物標(biāo)志物的作用尚未被完全了解。我們無法確定其在其他病理過程中所起的作用。因此，在未來，我們在考慮將其作為治療靶點的同時，應(yīng)當(dāng)進一步研究并完善其功能。