吸烟相关慢性阻塞性肺疾病中microRNAs差异性表达的研究进展

李 男，毛明清，宋 楠，加 慧，李云霞，夏书月*

（1.沈阳医学院2015级硕士研究生，辽宁沈阳110034；2.沈阳医学院2016级硕士研究生；3.沈阳医学院附属中心医院呼吸内科）

吸烟相关慢性阻塞性肺疾病中microRNAs差异性表达的研究进展

李 男1，毛明清2，宋 楠2，加 慧3，李云霞3，夏书月3*

（1.沈阳医学院2015级硕士研究生，辽宁沈阳110034；2.沈阳医学院2016级硕士研究生；3.沈阳医学院附属中心医院呼吸内科）

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructivepulmonary disease，COPD）是一种以持续性气流受限为特征的慢性炎症性疾病。吸烟是导致COPD的重要原因之一。microRNAs（miRNAs）是一类高度保守的短链非编码RNA，参与调控基因的表达。研究表明吸烟可致miRNAs的表达上调或下调进而参与COPD的生物学过程，提示miRNAs可能成为COPD的诊断及治疗的新靶点。

慢性阻塞性肺疾病；miRNAs；差异性表达；吸烟

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一种可防治的常见疾病，其特征为持续存在的气流受限，其与慢性支气管炎和肺气肿有密切关系［1］。慢性炎症反应不但会导致气道结构变化和小气道缩窄，还可能会引起肺实质破坏及正常的防御和修复机制被破坏，导致肺气肿及小气道纤维化，从而使附着在小气道的肺泡减少，肺的弹性回缩力降低，进而降低呼气时气道通气能力［2］。COPD发生率正在逐年升高［3-4］。据统计，COPD居全球死亡原因第3位，世界银行/世界卫生组织资料表明，至2020年COPD将位居世界疾病经济负担第5位［5］，严重地影响人类的生活质量及生存指数。研究发现，microRNAs（miRNAs）可参与如肺癌、COPD、哮喘、特发性肺间质纤维化（IPF）等多种肺部疾病的发病过程［6］，尤其在COPD炎性反应方面关系密切，因此，miRNAs可能成为COPD诊断与治疗的新靶点。

1 COPD发病机制研究现状

COPD的危险因素主要包括相互影响的个体易感因素和环境因素两大方面。个体因素主要是α1-抗胰蛋白酶（alpha 1 antitrypsin，α1-AT）缺乏，且是目前唯一明确的遗传因素，但国内尚未正式报道缺乏该酶所致的COPD病例。环境因素主要包括吸烟、职业因素（如煤矿工人）、大气污染、被动吸烟、呼吸道感染等［7］。COPD发病机制主要包括：氧化-抗氧化失衡、蛋白酶-抗蛋白酶失衡、炎性反应、凋亡-抗凋亡失衡、免疫失衡、自然基因突变等［8-16］，且大部分与吸烟存在相关性。根据我国COPD流行病学调查结果显示，吸烟者的COPD发病率为13.2%［17］，吸烟者患COPD比不吸烟者多3～5倍［18］，吸烟被认为是导致COPD最重要的环境因素。香烟烟雾中含有千种有害物质［19］，除了尼古丁、重金属及致癌物质等，其含有的氧化剂包括烷基、烷酰基、过氧化氢的有机自由基、a、β-不饱和醛、超氧化物、N2O和一氧化氮等，可通过触发NF-κB促进炎症反应［20］，而丙烯醛、甲基乙烯基酮、环戊烯酮等具有细胞毒作用的物质，可以损害细胞质膜和影响细胞活力，从而引起呼吸上皮的凋亡或坏死，导致COPD的发生及进展［21］。香烟烟雾含有高浓度的自由基氧化物，进入呼吸道后不仅能促使吸烟者肺内肺泡巨噬细胞产生大量的氧自由基，可使肺局部巨噬细胞凋亡、中性粒细胞聚集和激活并释放白细胞介素 6［22］、白细胞介素 8［23］、肿瘤坏死因子α［24］等多种炎性介质和中性粒细胞蛋白酶、胰蛋白酶等多种蛋白酶［25］，加剧氧化应激及炎性反应，导致体内氧化-抗氧化失衡。同时，产生的氧自由基还可以灭活α1-AT，导致肺内蛋白酶-抗蛋白酶平衡失调［26］。

2 miRNAs的结构、生物学功能及研究方法

miRNAs是由基因组编码的一组非编码小RNA分子，由18～22个核苷酸组成，其通过与相应的靶mRNA的3'非翻译区（UTR）以碱基配对形式结合，调节基因的表达，参与多种细胞生物学进程［27］。miRNAs约占人类基因组的3%，调控了约30%编码蛋白质的mRNA［28］。数据显示，目前miRNAs有24 521种，含有30 424种成熟miRNAs产物，存在于206个物种中［29］。miRNAs来源于初级转录产物（pri-miRNA），在细胞核内经核糖核酸内切酶Ⅲ（Drosha）进行第一步剪切形成前体miRNAs（pre-miRNA）后，通过Exportin-5的转运机制将其转运至细胞质内，随后在另一类核糖核酸内切酶Ⅲ（Dicer）的第二次剪切形成成熟miRNAs［30］。有证据表明 microRNAs与细胞分化、增殖、生长、迁移和凋亡都有着密切的关系，是参与调节细胞生物功能的重要分子［31］。miRNAs目前的研究方法主要包括miRNAs的分离纯化和miRNAs的检测与鉴定两个方面，其检测鉴定技术包括克隆测序法、Northern印迹技术、微阵列芯片、原位杂交、实时反转录聚合酶链式反应、新一代大规模测序技术等，为mRNAs的生物学功能及遗传学等方面研究提供了重要的研究基础［32-33］。

3 吸烟相关COPD中miRNAs差异性表达

研究表明，烟熏（cigarette smoke，CS）可诱发人和鼠肺等组织的miRNAs的表达发生变化，高达70余种miRNAs表达异常。吸烟者血浆中43种miRNAs显著高于非吸烟者［34］。Izzotti等［35］研究发现，暴露于环境香烟烟雾（environmental cigarette smoke，ECS）中的大鼠通过下调体内miRNAs，如let-7、miR-10、miR-26、miR-30、miR-34、miR-99、miR-122、miR-123、miR-124、miR-125等，可调节机体的应激反应、细胞凋亡、组织增殖及血管形成等生物过程。以下主要对吸烟相关COPD中差异性表达的miRNAs进行总结，见表1。Shi等［36］对肺组织样品中的11个候选miRNAs进行检测，结果发现COPD患者和非COPD吸烟者较非吸烟者miRNAs表达谱中 miR-181a、miR-203、miR-338、miR-1和miR-199a表达异常，在COPD患者中miR-1和miR-199a的表达显著下调，miR-181a和miR-338的表达则显著上调，而miR-203在非COPD吸烟者中的表达显著高于对照组，在COPD患者中的表达则显著低于对照组；对外周血样品进行检测发现这5个miRNAs中仅有miR203在COPD患者和非COPD吸烟者中表达上调；进一步研究发现miR-203可通过靶向TAK1和PIK3CA来抑制NF-κB信号通路，导致TNF-α和IL-6的表达水平下降，进而诱导COPD的发生。Shen等［37］研究发现，吸烟可致COPD患者体内miR-149-3p表达下调，通过TLR-4/NF-κB信号通路促进IL-1β和TNF-α炎症因子的表达，加重COPD的炎性反应。Conickx等［38］研究发现，miR-218-5p在吸烟无气道障碍和COPD患者中较不吸烟患者表达量明显下调，并发现其与气道阻塞密切相关，在吸烟所致的炎症和COPD的发展中起保护作用。Akbas等［39］通过测定吸烟COPD患者与健康吸烟人群的血清中miRNAs，发现在吸烟COPD患者中，miR-20a、miR-28-3p、miR-34c-5p和 miR-100表达下调，而miR-7表达上调，这些miRNAs差异性表达可能参与到COPD的发病机制。根据Xie等［40］的研究发现，重度吸烟者及COPD患者miR-21表达较健康不吸烟者显著上调，而miR-181a表达则显著下调，提示COPD患者血清中miR-21和miR-181a的表达水平及其比率（灵敏度0.854、特异度0.850）可用于判断COPD的进展程度，也可能与重度吸烟COPD急性期发作相关。李蓓等［41］使用内毒素气道滴入联合烟雾法建立COPD大鼠模型，应用高通量测序技术和实时PCR检测大鼠肺组织miRNAs的表达谱，结果发现与对照组相比，COPD模型组大鼠肺组织有20种miRNAs表达上调，其中表达显著上调前10位依次为miR-30c-2、miR-199a-5p、miR-30a、miR-145、miR-151、miR-674-5p、miR-214、miR-423、miR-28、miR-181b；而表达显著下调的miRNAs只有miR-376b-3p。相应的靶基因mRNA则对应上调或下调，其中miR-30c、miR-145、miR-181b、miR-181a、miR-181d、miR-199可能是潜在的调控靶标，它们主要在细胞免疫、血管生成、纤维化形成、细胞周期调控等方面发挥作用。Dang等［42］通过检测外周血单个核 细 胞（peripheral blood nuclear cells，PBMC）miRNAs表达谱发现，与无气流受限的吸烟者相比，COPD患者中有8种表达上调miRNAs和3种表达下调miRNAs，其中miR-24-3p、miR-93-5p、miR-320a、miR-320b和 miR-1273g-3p在 2组PBMC中均有表达，miR-1273g-3p在无气流受限的吸烟者中最高表达，而miR-320a和miR-320b在COPD患者中表达更高。相关性分析显示，miR-24-3p、miR-320a和miR-320的表达与肺功能FEV1%呈负相关，而miR-1273g-3p表达与其呈正相关。进一步的研究发现，通过核苷酸寡聚化域样受体（NOD-like receptor，NLR）和Toll样受体（Toll-like receptor，TLR）通路，miR-24-3p可调控下游靶基因IL-18、IL-1β、TNF、CCL3和 CCL4，miR-93-5p可调控下游靶基因IκBα，而这些下游的细胞因子均与COPD的发生发展存在相关性。

综上所述，吸烟相关COPD患者中存在多种miRNAs的差异表达，并通过相关机制参与COPD的发生发展。吸烟是致使COPD患者miRNAs异常表达的重要影响因素。miRNAs检测技术的不断发展，将有助于研究者对miRNAs在COPD发病机制中的作用进行深入研究，以期探索特异性miRNAs作为新靶点，为COPD的诊断、靶向治疗及预后评估等提供新的思路和方法。

表1 吸烟相关COPD中miRNAs的差异性表达

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Research Progress of Differential Expression of microRNAs in Smoking Related Chronic Obstructive Pulmonary Disease

LINan1，MAOMingqing2，SONGNan2，JIA Hui3，LIYunxia3，XIA Shuyue3*
（1.Postgraduate of Grade 2015，Shenyang Medical College， Shenyang 110034，China； 2.Postgraduate of Grade 2016；3.Department of Respiratory Disease，The Center Hospital Affiliated to Shenyang Medical College）

Chronic obstructive pulmonary disease （COPD） is a chronic inflammatory disease characterized by persistent airflow limitation.Smoking is one of the important causes of COPD.MicroRNAs （miRNAs） are highly conserved small non-coding RNAs with a regulatory function on gene expression.Studies have shown that smoking can cause the dysregulation of miRNAs，which is involved in the development and progression of COPD.It is suggested that miRNAs could be developed as new targets for diagnosisand treatment of COPD.

chronic obstructivepulmonary disease； miRNAs； differential expression；smoking

R563.9

A

1008-2344（2017）05-0432-04

10.16753/j.cnki.1008-2344.2017.05.016

辽宁省教育厅计划项目（No.L2014419）；沈阳市科学技术计划项目（No.F16-156-9-00）

夏书月（1962—），女（汉），主任医师，教授，硕士生导师，研究方向：大气细颗粒物对呼吸道影响的临床和基础研究.E-mail：syx262@126.com

2017-02-23

（毛亚萍编辑）