自噬、miRNA与增生性瘢痕的研究进展

史敏 李娜 陈雷 刘兆旺 魏超鹏

[摘要]皮肤创伤的修复是一个高度协调、复杂的愈合过程，涉及因素众多，修复中成纤维细胞大量增殖、分化，加之胶原纤维形成和细胞外基质沉积，从而形成了增生性瘢痕。虽然瘢痕愈合可恢复皮肤屏障结构的完整性，但瘢痕的挛缩、畸形不仅影响美观，降低皮肤功能，更重要的是极大地影响了患者的身心健康。近年来，有研究表明，miRNA和细胞自噬参与调控纤维化疾病和创伤修复中成纤维细胞，两者可相互影响，共同参与调控增生性瘢痕的形成。通过分析、总结miRNA在瘢痕组织中的分子机制，以及细胞自噬如何调控修复创面中成纤维细胞的增殖、分化，胶原代谢及ECM的合成等，实现在基因水平和分子水平上对增生性瘢痕形成的调控作用，以期为增生性瘢痕的防治提供新的平台和思路。

[关键词]自噬;miRNA;增生性瘢痕;成纤维细胞;细胞外基质;分子机制

[中图分类号]R619+.6    [文献标志码]A    [文章编号]1008-6455（2019）03-0160-04

Abstract： The repair of skin wounds is a highly coordinated and complex healing process involving many factors， and the proliferation and differentiation of fibroblasts， the formation of collagen fibers and the deposition of extracellular matrix to form hypertrophic scars in repairing. Although scar healing can restore the integrity of the barrier structure of the skin， the contracture and deformity of the scar not only affects the appearance，decreases the skin function， but more importantly， greatly affects the patient's physical and mental health. In recent years， studies have shown that miRNA and autophagy are involved in the regulation of fibroblasts in fibrotic diseases and wound repair， and they can affect each other and participate in the regulation of hypertrophic scar formation. By analyzing and summarizing the molecular mechanism of miRNA in scar tissue，and how autophagy regulates the proliferation， differentiation， collagen metabolism and ECM synthesis of fibroblasts in repairing wounds， it can achieve hypertrophic scars at the genetic and molecular levels to provide a new platform and ideas for the prevention and treatment of hypertrophic scars.

Key words： autophagy; miRNA; hypertrophic scar; fibroblast; extra cellula rmatrix; molecular mechanism

增生性瘢痕（hypertrophic scar，HS）是臨床常见且治疗棘手的皮肤疾病。据统计，皮肤创伤后HS的发病率可达40%～70%，而烧伤后更是高达91%。HS的形成不仅影响皮肤美观、导致患者心理障碍，而且可能引起身体机能受损甚至残疾。目前，HS的形成机制尚不明确，所以其防治一直是整形外科和皮肤科面临的棘手难题，虽然临床治疗方法较多，但疗效总是差强人意。因此，众多学者不断探索，以期从分子生物学水平阐明HS形成中成纤维细胞（fibroblast，FB）的增殖机制，寻找有效的靶向抑制FB增殖从而防止HS的发生。研究发现，自噬、miRNA在HS组织中具有重要作用，两者相互影响，因此希望明确自噬、miRNA在HS中的具体机制和相互关系，有望为HS的预防和治疗提供新的方向。本文就自噬、miRNA在HS中的发生发展及相互关系综述如下。

1  自噬与增生性瘢痕

1.1 自噬：自噬是细胞利用胞内溶酶体降解回收老化、受损，甚至无功能的细胞器或蛋白质，再将其回收、重新利用的代谢过程。自噬有巨自噬（macro autophagy）、微小自噬（micro autophagy）和伴侣分子介导的自噬（chaperone-mediated autophagy，CMA）三种。当前，以巨自噬研究最多，其调控机制较为明确，几乎参与机体所有的生理、病理性过程，一般将巨自噬等同于细胞自噬。细胞自噬以自噬体形成为特征，所形成的自噬体最终通过胞内溶酶体被清除。自噬大体步骤包括：自噬泡→自噬体→自噬溶酶体→自噬溶酶体的降解。基础水平的自噬清除了受损细胞器和变性蛋白质，使细胞维持自我平衡和正常代谢，保证其正常生存、分化、增殖和实现内环境稳态。当自噬被抑制时，其降解功能降低，导致如衰老、癌症、退行性疾病等发生。自噬启动后，细胞内微管相关蛋白–轻链3（MAP1-LC3/Atg8/LC3）经LC3-Ⅰ活化形成膜结合形式的LC3-Ⅱ，促使自噬体成熟。因此，LC3-Ⅱ的含量与自噬泡数量成正比，LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ大量转化成为自噬活化的关键标志[1]。Beclin1（酵母ATG6同源物）是参与自噬分子网络调控的重要因子，当其与自噬相关蛋白结合，以自噬信号传递诱导自噬发生。敲除Beclin1、Atg3、Atg7等基因后，自噬功能则缺失[2]。mTOR（mammalian target of rapamycin，mTOR）是哺乳动物氨基酸和ATP的感受器，对自噬发生起门控作用，mTOR的活化直接抑制了自噬发生。

1.2 自噬与纤维化：自噬在肺、心、肾等脏器纤维化疾病中扮演着重要角色，各类纤维化疾病都有一个显著的共同点，即脏器的功能细胞在刺激因子的作用下转变为FB或肌成纤维细胞，分泌大量的细胞外基质（extra cellula rmatrix，ECM）并沉积，从而导致脏器纤维化。大量研究表明，自噬不足与纤维化疾病密切相关：刘营等[3]在特发性肺纤维化研究中发现，肺组织中LC3-Ⅱ表达较正常组织下降，提示因自噬不足促进了肺纤维化的发展;同时，进一步的研究证明，自噬不足可促进FB外间质如胶原的沉积，提示自噬参与了FB分化;Kim等[4]研究表明，敲除Beclin1乳鼠肾系膜细胞，Ⅰ型胶原的表达升高，经自噬抑制剂处理后，Ⅰ型胶原、LC3-Ⅱ表达均升高，表明自噬抑制促进了肾纤维化;Tannous等[5]发现自噬不足可促进心肌间质纤维化。总之，这些研究表明，自噬可抑制纤维化疾病发生，而自噬不足则会加重纤维化的发展。

1.3 自噬与增生性瘢痕：HS本质上为一种慢性纤维化疾病，其形成主要以FB大量增殖，胶原、蛋白多糖等ECM过度沉积，胶原纤维排列紊乱，共同构成其生物学基础。FB是创伤发生后最重要的修复细胞，也是HS形成的功能性细胞，在创伤修复过程中FB持续增殖并分泌大量胶原等ECM。因此，FB异常生物学行为被认为是创伤愈合与瘢痕形成过程中的决定因素。有文献报道，FB的功能改变与HS的形成密切相关。皮肤HS组织的自噬表达水平较正常低，提示HS形成可能与自噬不足有关。自噬通过细胞因子调控FB的增殖、降解纤维蛋白而减少其在ECM中的沉积，由此推测诱导FB的适度自噬可减轻HS形成[6]。Shi等[7]研究发现，HS组织中的LC3-Ⅱ和Beclin1表达水平显著降低。吕雷等[8]通过饥饿刺激诱导HS组织中的FB发生自噬，检测LC3-Ⅱ、Beclin1蛋白的表达水平，并结合透射电镜观察自噬体，发现自噬与HS的形成有关。

中医学从微观基础认为，自噬是通过调节细胞内阴阳维持生命活动的正常功能，以保持机体平和;自噬是细胞以正虚邪实的自我调节方式维持阴阳平和的。从脏腑理论角度来认识自噬，脾肾虚弱则自噬不足;自噬过度则肝疏泄太过，自噬抑制则肝疏泄相通[9]。何才姑等[10]用玉女煎干预GK大鼠（即2型糖尿病大鼠），发现GK大鼠胰岛、肾脏中LC3低表达，细胞自噬性凋亡同样减少;从中药提取的五环三萜类化合物熊果酸，可抑制肾小球系膜细胞中miRNA的表达，上调PTEN水平，抑制Akt/mTOR通路活化，促进自噬发生，不仅减少了ECM合成且能够改善细胞肥大和增殖[11];从中药姜黄中提取的多酚姜黄素，可抑制PI3K/Akt/mTOR通路活化，上调LC3-Ⅱ表达，促进了自噬发生[12];用复黄生肌愈创油膏外敷糖尿病溃疡大鼠创面，创面修复肉芽组织中FB无过度生长，胶原Ⅰ型、Ⅲ型的表达平衡，达到促进创面愈合和防止瘢痕形成的目的[13]。这些研究表明，在创面修复过程使用中医药干预调节自噬水平，可促进创面愈合，防止瘢痕形成。

2   miRNA与增生性瘢痕

2.1 miRNA：miRNA（即微小RNA、microRNA）是一类长度为18～25nt的内源性非编码RNA，广泛存在于多种生物体中。miRNA作为高度保守的一类内源性基因，表达转录后的负调控因子，与靶基因3?非翻译区（3'untranslated region，3'-UTR）结合，降解miRNA或抑制靶基因的翻译表达。miRNA的基因表达调控广泛，参与调节机体正常发育或疾病发生，如器官形成、胚胎发育、创伤愈合及肿瘤发生等。miRNA的特异性和时序性决定了其功能的特异性，miRNA在调控细胞活动的各环节起作用，如：细胞的生长、凋亡及组织分化，miRNA的表达失调往往会导致不同的疾病。保守估计，人类基因的表达有90%以上受miRNA的调节[14]，不同病变组织中有数百个miRNA表达失调。

2.2 miRNA与纤维化： miRNA已经成为近年来疾病发病机制研究的热点，并在多种人类疾病的发病中起作用，其广泛的基因调节功能已被证实与多种皮肤病有密切关系。已经证实，异常的miRNA表达可参与纤维化过程，其中包括HS、心力衰竭及心肌肥厚等[15]。近年来，一些miRNA被报道参与纤维化过程中ECM的代谢，但只有其中小部分miRNA的功能较为明确。有研究表明，miRNA的失调在瘢痕疙瘩的形成和发展中具有重要作用[16]。TGF-β是公认的影响纤维化最重要的细胞因子，在TGF-β调控的miRNA家族中，常见的有miR-21、miR-200和miR-29，它们对纤维化疾病的发展具有重要作用。其中miR-21经正反馈效应可增强TGF-β的表达，促进纤维化发展，而miR-200和miR-29分别通过抑制EMT和减少ECM的聚积而改善纤维化[17]。

2.3 miRNA与增生性瘢痕：HS是一种皮肤纤维增生性疾病，组织学特征主要表现为FB过度增殖和以胶原蛋白为主的ECM大量合成并沉积。miRNA通过多种机制可调节瘢痕的形成、FB增殖、分化及ECM合成等。miRNA在参与调控皮肤创伤修复过程中，调控HS组织的形成，在HS中存在表达差异[18]。基因芯片技术结合PCR是用于检测标本中miRNA差异表达的常用方法。为证明HS与正常皮肤中miRNA的表达差异，众多学者应用这一方法进行了综合分析，发现miRNA在HS中存在差异性表達。张奇[17]通过miRNA芯片检测了4例患者的HS组织和正常皮肤组织，结果显示两种组织中miRNA的表达谱存在显著性差异。在HS中，有13种miRNA分子低表达，有92种miRNA分子高表达。进一步的研究表明，创伤愈合组织中miR-21表达量显著增高，进而促进TGF-β表达，导致胶原（主要是Ⅰ型和Ⅲ型胶原）和ECM的过度沉积和HS形成。Guo等[19]发现HS中至少有152个miRNA发生表达改变，其中82个上调和70个下调。核心蛋白聚糖（decorin）可减少ECM蛋白，吸附并抑制TGF-β功能，具有抗纤维化作用。Kwan等[20]报道，FB中高表达的miRNA能够下调decorin的表达，促进瘢痕纤维化。进一步研究发现，miR-181b经阻断剂处理后，FB中decorin表达增加而改善纤维化。

Gras等[21]在HS的实验中发现miR-145高表达，经TGF-β1处理后FB表达上调;阻断miR-145的表达可降低FB中胶原Ⅰ的表达并减少TGF-β1的分泌;并证实miR-145对皮肤FB分化有促进作用，抑制miR-145可降低FB活力，并且miR-145参与调节HS形成过程中ECM的形成等。慕生枝等[22]报道，通过miR-203过表达可抑制人瘢痕FBΔNp63的表达及上调P53蛋白表达，抑制FB过度增殖，从而抑制瘢痕形成。因此，miR-203是调节瘢痕抑制的调控因子之一，可作为治疗瘢痕的参考靶标分子。

综上所述，miRNA在纤维化疾病及瘢痕形成中具有重要作用，基因干扰治疗已成为当前抗纤维化疾病的一种新治疗方法，已经日益引起大家注意。如miR-21、miR-145、miR-203等都可能成为改善纤维化疾病或作为治疗HS形成新的分子靶标。

3  自噬与miRNA

自噬的发生机制非常复杂，随着自噬研究的深入，研究者发现在自噬启动、自噬泡形成、自噬溶酶体融合等各阶段均有miRNA参与调控。miRNA对自噬发生起重要作用，近年来，miRNA对自噬通路调控受到重视，成为当前研究的热点，尤其以miRNA作用于自噬通路中的关键蛋白而调控自噬发生。大量文献报道，自噬与器官纤维化密切相关，自噬对纤维化疾病的调控具有双重作用。一方面，诱导自噬可促进瘢痕组织胶原降解;另一方面，miRNA、TGF-β通过调节自噬促进纤维化发展[23]。创面修复过程主要有三期，即炎症期、增生期与重塑期。自噬通过抑制炎症复合物和清除炎症感染因子来减轻炎症反应，再者炎症介质诱导自噬可加速清除受损细胞器。同时，炎性反应局部的血液循环低灌注及低氧可诱导自噬发生，从而提高细胞存活能力及修复组织中血管的再生。在创伤修复重塑期，自噬通过多通路调控纤维化进展中ECM的代谢，在转录后影响自噬相关蛋白的表达来调控自噬[24]。Tashiro等[25]分析了各年龄段女性皮肤组织，并分离培养皮肤FB和检测自噬水平。结果发现，自噬小体数量和LC3-Ⅱ的含量伴随年龄增长而增加，提示不同年龄段皮肤及创面愈合中的自噬活动存在差异。最近研究发现，自噬对miRNA的调节作用中，miRNA的两个调节蛋白DIER、AGO2是选择性自噬的底物[26]。Zou等[27]发现，细胞自噬通过调控TGF-βRⅡ抑制miR-19a-3p/19b-3p表达，从而影响心肌FB中胶原Ⅰ的沉积和纤维连接蛋白合成。关于miRNA与细胞自噬的相互调节关系研究已成为热点，但目前在HS中关于miRNA表达与细胞自噬及其调控机制的研究报道少见，仍有待进一步研究。

4  小结和展望

皮肤创伤愈合经历了肉芽组织形成、FB增殖、ECM沉积、组织纤维化及器官硬化等过程。瘢痕修复是创伤愈合的主要方式，然而，瘢痕形成所造成的外观畸形、感觉障碍，甚至器官功能缺失常给患者带来极大困扰。近年来，国内外学者均将HS发病的基因和分子生物学机制作为研究重点，试图从源头上避免HS形成及发展，以寻找HS形成的基因缺陷使其得以突破性治疗。基因干扰、自噬诱导在HS的防治中将会引起更多人的关注。虽然当前有学者已做了大量研究，也都表明了自噬、miRNA在纤维化疾病和HS的形成中起了重要作用，但关于自噬、miRNA在HS中的具体机制研究仍处于初级阶段，如关于miRNA对靶基因的定位、miRNA对HS形成的分子机制，以及细胞自噬如何调控修复创面中FB的增殖、分化，胶原代谢及ECM的合成等，因此，就HS的研究仍需走很长的路。仍待进一步明确特定的miRNA和细胞自噬在HS的分子生物学机制及相互调节的研究，让大家更清楚HS的发病机制，为皮肤纤维化和器官功能的改善、预防及治疗提供新方法及思路，从而为广大创伤患者减少困扰，带来福音。

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[收稿日期]2018-11-19