肺纤维化病因表达的microRNA及其调控机制

赵　杨，高宏生，魏路清　综述，解立新　审校



肺纤维化病因表达的microRNA及其调控机制

赵杨1,2，高宏生3，魏路清1综述，解立新4审校

microRNA；肺纤维化；表达及调控机制

肺纤维化是间质性肺疾病晚期的共同表现，即肺部受损后，随着炎性反应的进展，成纤维细胞反应性增生，产生大量胶原纤维，细胞外基质过度沉积，并与其他细胞因子共同作用，进而形成肺纤维化。患者治愈率低、生存期短、病死率高，给家庭及社会带来严重负担。按病因的不同，可将肺纤维化分为：(1)与职业暴露相关的肺纤维化，如矽肺；(2)与药物相关的肺纤维化；(3)与病毒感染相关的肺纤维化；(4)与结缔组织疾病相关的肺纤维化；(5)原因不明的特发性肺纤维化(idiopathicpulmonaryfibrosis，IPF)等。microRNA(miRNA)是一类内生性、长度21～25个核苷酸的小非编码RNA，miRNA通过与其靶mRNA的3′-UTR碱基配对结合，降解靶mRNA或抑制其翻译[1]，从而调控转录后基因表达而起到调控细胞增殖、凋亡、分化等作用，是生物生长发育和疾病发生发展过程中必不可少的调节因子。有研究发现，miRNA在血浆及血清中稳定存在[2，3]，且组织特异性较强。因此，靶向调节miRNA可成为疾病早期诊断及治疗的潜在策略，如发现miRNA与肺纤维化的发生发展密切相关。为此，笔者就miRNA在不同类型肺纤维化之间的差异表达和共同表达,以及其调控机制进行综述。

1　矽　　肺

矽肺为长期吸入大量游离二氧化硅所致疾病，以呼吸系统组织炎性反应为特征，引起组织广泛的结节性纤维化导致呼吸功能明显下降，即肺组织硬化。WangFaxuan等[4]研究发现，rno-miR-26a在大鼠矽肺模型肺组织中下调。已发现鼠类肺组织支气管及肺泡上皮细胞选择性表达miR-26a[5]，并参与肺的生长发育[6]。miR-26a的作用靶点为转录因子Smad1的mRNA，Smad1在肺生长阶段和肺血管重塑阶段参与成骨蛋白信号的调节[7，8]。因此，在矽肺纤维化过程中miR-26a的下调，可能是通过调控肺组织基础发育及生理过程而发挥重要作用的。Fan等[9]发现，在小鼠矽肺模型肺组织中，miR-149表达显著下调，IL-6表达上调；在体内试验中miR-149的上调抑制IL-6表达。相反，抑制miR-149的表达，IL-6水平显著上调。IL-6作为一种细胞因子在肺纤维化进程中起到促进成纤维细胞分化，细胞外基质生成及过度沉积等作用[10]。因此，可认为在矽肺纤维化进程中，miR-149靶向作用于IL-6，下调的miR-149可引起IL-6的上调，从而促进肺纤维化的发生。刘义涛等[11]研究发现，与健康人相比，矽肺患者血清中miR-21高表达。miR-21在纤维化疾病中起到重要作用。上调的miR-21会使上皮细胞钙黏蛋白(E-cadherin)表达减少以及α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)表达升高，以促进上皮细胞-间充质细胞转换(epithelial-mesenchymaltransition，EMT)进程，引起肺纤维化[12]。在肾脏纤维化进程中，miR-21通过扩大转化生长因子-β(TGF-β)信号转导通路活性促进纤维化的发生[13]。除此之外，HonglinZhu等[14]在研究系统性硬化症(systemicsclerosis，SSc)患者组织时发现，TGF-β可上调miR-21的表达，而miR-21可靶向下调Smad7的表达而反过来促进TGF-β介导的纤维化过程。提示，患者血清中miR-21的上调可促进矽肺纤维化进程。

综上所述，rno-miR-26a和miR-149在小鼠矽肺模型中表达下调，并可通过调控肺组织的基础发育和成纤维细胞分化而参与矽肺纤维化。而患者血清中miR-21的上调在矽肺纤维化过程中起到重要作用。

2　病毒感染性肺纤维化

近年来，随着病毒引起的呼吸系统疾病，如严重急性呼吸综合征(severeacuterespiratorysyndrome，SARS)、甲型HINI流感等在局部地区乃至全世界范围内广泛传播，人们对病毒感染导致的肺损伤越来越重视，特别是肺纤维化的形成。研究证明，许多肺纤维化患者在病变初期均有病毒感染史，提示病毒感染在肺纤维化发生发展过程中具有一定作用[15]。可致肺纤维化的病毒有很多，如腺病毒、SARS病毒、甲型流感病毒、疱疹属病毒等。以下主要简述miRNA在两种病毒所致肺纤维化中的表达与作用机制。

2.1腺病毒引起的肺纤维化腺病毒为呼吸道感染常见病毒之一。婴幼儿易患腺病毒肺炎，主要表现为急性上呼吸道感染，病情严重，病死率高，且无特效治疗方法。腺病毒感染宿主细胞后立即严重影响宿主细胞，并持续至最后阶段，最终导致肺纤维化。HongxingZhao等[16]发现，与未转染Ⅱ型腺病毒的人类成纤维细胞相比，转染Ⅱ型腺病毒的成纤维细胞中，有100余种miRNA差异表达，其中miR-23a/27a族及miR-17/92族有显著差异。miR-23a/27a转染后期表达显著上调，而miR-17/92在转染初期表达显著下调。研究发现过表达的miR-23a通过Smad依赖通路靶向抑制E-cadherin及胰岛素受体底物-1(insulinreceptorsubstrate-1，IRS-1)而促进TGF-β引起的EMT的发生,而EMT在肺纤维化发生发展过程中起到重要作用[17，18]。DuaaDakhlallah等[19]研究发现，与正常成纤维细胞相比，肺纤维化组织中miR-17/92表达下调，而脱氧核糖核酸甲基转移酶-1(DNAmethyltransferase-1，DNMT-1)表达上调，且miR-17/92可通过调控DNMT-1(DNMT-1与组织损伤修复过程有关[20])的表达而参与肺纤维化。

总之，腺病毒感染细胞中，miR-23a的上调和miR-17/92的下调可参与腺病毒所致肺纤维化。并且由于miR-17/92在疾病初期上调，提示miR-17/92亦可作为腺病毒所致肺纤维化的早期诊断指标。

2.2SARS引起的肺纤维化SARS即严重急性呼吸综合征，为近年来新发的非典型性肺炎，于2002年至2003年呈地域性及全球性爆发，表现为急性呼吸衰竭，病死率高。Bibekanand等[21]发现细支气管肺泡干细胞(bronchioalveolarstemcell，BASCs)为SARA冠状病毒(SARScoronavirus，SARS-CoV)的主要感染细胞，由SARS-CoV引起的BASCs中miR-17，miR-574-5p和miR-214的上调用于抑制其自身的复制及逃避免疫清除反应直到成功传染。研究还发现病毒核衣壳和突起蛋白可分别靶向下调BASCs中的miR-223和miR-98，从而控制BASCs的分化、炎性因子的激活和下调血管紧张素转化酶2(angiotensin-convertingenzyme2，ACE2)的表达。Masashi等[22]就肝癌细胞进行研究发现，LX-2细胞中过表达的miR-214-5p上调纤维化相关基因，如基质金属蛋白酶-2(matrixmetalloproteinase-2，MMP-2)、MMP-9、α-SMA及TGF-β1。文献[23，24]证实miR-214-5p也与肾纤维化、肝纤维化的发生发展有关，提示SARS-CoV感染引起的miR-214上调，可参与肺纤维化的发生发展。Gao等[25]对实验性肺纤维化大鼠病理组织进行分析发现，miR-98在肺纤维化组织中下调。实验亦发现过表达的miR-98通过抑制Stat3信号转导通路来提高细胞凋亡相关因素Bax/Bcl-2的比值，进而抑制肺纤维化的程度。因此，提示miR-98的下调，可起到促进SARS所致肺纤维化的作用。总之，SARS-CoV感染细胞中miR-214的上调及miR-98的下调可参与SARS所致肺纤维化。

3　特发性肺纤维化

特发性肺纤维化(IPF)，是一种慢性、进行性、不可逆转的肺部疾病，也是最常见的致命性肺疾病[26],其发病率约为5/10万,5年生存率低于50%[27]。治疗效果不佳，病因不明。miRAN在IPF中的调控机制为近年来的研究热点，已发现miR-21、miR-155、miR-154、miR-200、let-7d、miR-145等[28-33]，miRNA在IPF发生发展过程中起到重要作用，并有新的miRNA不断的被研究人员探索与发现。如,Christian等[34]发现，经博来霉素造模后，小鼠纤维化的肺组织中miR-199a-5p显著上调，上调的miR-199a-5p诱导TGF-β的表达，从而促进肺成纤维细胞增殖分化。实验也发现miR-199a-5p在肺成纤维细胞中通过调节小窝蛋白-1(caveolin-1，CAV-1)，而在TGF-β信号传导过程中起重要作用。HaihaiLiang等[35]发现，实验性肺纤维化小鼠肺组织中miR-26a表达下调，并引起结缔组织生长因子(connectivetissuegrowthfactor，CTGF)的转录后表达及胶原蛋白的产生，进而引起肺纤维化。有研究证明，miR-26a是通过TGF-β1介导的Smad3磷酸化而下调表达。另有文献[36，37]，miR-26a的下调可通过上调高迁移率族蛋白A2(highmobilitygroupA2，HMGA2)及TGF-β1以分别促进EMT进程及肺成纤维细胞增殖而调控肺纤维化的发生发展。此外，XiaoXiao等[38]发现，miR-424可通过调节Smurf2(Smurf2为抑制TGF-β信号的调节因子)，增强TGF-β信号转导通路，从而在EMT过程中调节肌成纤维细胞分化。除了上述几种miRNA外，miR-326在IPF患者组织中下调，并可靶向上调TGF-β而引起促纤维化基因如Ets1，Smad3及MMP-9的上调，从而在肺纤维化过程中起重要作用[39]。

上述实验性肺纤维化小鼠肺组织中miR-199a-5p、miR-424的上调及miR-26a、miR-326的下调在IPF发生发展过程中起到重要作用。

4　肺纤维化共同表达的microRNA

通过以上分析发现，多种肺纤维化之间既有差异表达的miRNA，亦有共同表达的miRNA。现已将本文所提到的纤维化疾病中共同表达的miRNA总结于表1，以方便读者阅读与理解。从表1可观察到，miR-26a在大鼠矽肺模型肺组织及小鼠IPF模型肺组织中均下调，并起到促纤维化的作用；miR-21在矽肺患者血清及大鼠IPF模型肺组织中均上调，并促进肺纤维化。提示miR-26a及miR-21可作为肺纤维化的相关基因，这为日后的研究提供了新思路。

表1　各器官纤维化疾病中miRNA的表达

注：“促”表示miRNA的上调或下调促进纤维化的发生发展。

综上所述，近年来的研究表明miRNA在肺纤维化进程中起到重要调控作用，提示靶向调控miRNA可作为肺纤维化的潜在治疗策略。尽管各种类型的肺纤维化它们有共同的病理改变，但其相关miRNA并不完全相同。如上文分析所述，rno-miR-26a和miR-149在小鼠矽肺模型中表达下调参与矽肺纤维化，患者血清中miR-21的上调与矽肺纤维化有关。腺病毒感染细胞中miR-23a的上调和miR-17/92的下调与腺病毒所致肺纤维化有关；SARS感染后组织中miR-214的上调和miR-98的下调参与SARS引起的肺纤维化；miR-199a-5p、miR-424的上调和miR-26a、miR-326的下调参与IPF的发生发展。同时，通过本文分析发现，miR-26a与miR-21共同表达于不同肺纤维化，提示miR-26a及miR-21可作为肺纤维化的相关基因。充分了解多种肺纤维化的病因及其发病机制，有助于建立肺纤维化的预防及治疗策略，从而降低肺纤维化的发病率、病死率，提高患者的生存质量。但以上研究动物实验较多，患者病理组织实验较少，实验结果说服力不足，并且上述miRNA的调控机制尚未明确，需要进一步研究证明，同时也为我们日后的研究提供了新的方向。

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(2015-07-27收稿2015-12-20修回)

(责任编辑梁秋野)

国家自然基金面上项目(81273048)；天津市职业与环境危害防制重点实验室基金(WHK201203)

赵杨，硕士研究生。

300162天津，武警后勤学院：1.附属医院呼吸与重症医学科；3.救援医学系部队卫生学教研室；2.121000锦州，辽宁医学院研究生院；4.100853北京，解放军总医院呼吸科

魏路清，E-mail：luqing-wei@163.com

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