miR-144/451在呼吸系统疾病中的研究进展

颜月，李桃，方蕾

(扬州大学医学院，江苏 扬州 225009)

微RNAs(microRNAs，miRNAs)是一类长度为20～25个碱基的单链小分子非编码RNA，它通过与靶基因信使RNA碱基配对，引导沉默复合体降解信使RNA或阻断其翻译，从而实现对靶基因表达的调控[1]。miRNA作为一类新型的基因调控分子，在细胞增殖、分化、发育、凋亡等多种生理过程以及许多疾病(包括呼吸系统疾病)的病理过程中发挥着至关重要的作用。随着miRNAs基因测序、芯片技术以及生物信息学对miRNAs基因及靶基因预测，越来越多的候选miRNAs可能成为临床疾病特异性治疗靶标，某些miRNA靶向药物(治疗肿瘤的miR-34拟似物，治疗肝炎的miR-122拮抗剂)也已经进入临床药物研发阶段[2]，miRNAs研究和应用的前景十分广阔。miR-144和miR-451是一个双顺反子miRNA基因位点。miR-451于2005年从人脑垂体RNA中提取并命名，定位于人类基因组中17q11.2；miR-144位于斑马鱼第5号染色体，miR-144/451基因簇有相同的转录调控启动子[3]。miR-451是成熟红细胞中表达量最高的miRNA，在红细胞正常分化过程中，表达量逐渐增加，而miR-451的缺失则会引起红细胞发育障碍[4]。在肺的炎症性疾病和肺肿瘤等肺组织损伤和修复过程中，miR-144/451出现异常表达，并通过影响特定靶基因的表达进行调控，可能成为疾病的生物学标志物。现就miR-144/451在呼吸系统疾病中的研究进展予以综述。

1 miR-144/451概述

miR-144/451定位于人类基因组第17号和第11号染色体，相隔93 bp成簇存在，两者在进化过程中高度保守。miR-144/451是红系分化发育的重要调节因子，在红细胞中高表达，参与多种血液病的发生、发展。miR-451对氧化应激造成的红细胞损伤具有保护作用，miR-144/451剔除小鼠表现为晚幼红细胞成熟减少，小鼠的有核红细胞中，蛋白14-3-3 zeta积累，导致转录因子叉头框蛋白家族O亚型-3从细胞核转移至细胞质，抑制抗氧化基因过氧化物酶和谷胱甘肽过氧化物酶的转录，使得红细胞易受氧化剂的破坏[5]。而在急性失血和溶血性贫血这类红细胞需求急剧增加的病理状态下，miR-144/451则成为红细胞的关键保护因子，可通过抑制钙结合蛋白-39调控的AMP活化蛋白激酶/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白效应通路来提高红细胞的存活率，进而促进急性贫血的恢复[6]。在β珠蛋白合成障碍性贫血的实验研究中，李瑶瑶[3]发现，miR-144/451参与调控了β珠蛋白合成障碍性贫血的发病过程，而当miR-144/451表达缺失时，贫血状况则显著改善；该研究分析指出，是miR-144/451激活了靶基因α血红蛋白稳定蛋白，而高表达的α血红蛋白稳定蛋白可结合较多的α珠蛋白，减少了α珠蛋白在红细胞膜上的沉淀，从而改善了对红细胞的破坏。而miR-144在镰刀状贫血患者红细胞中呈现高表达，抑制靶向蛋白核因子E2相关因子的表达，引起核因子E2相关因子下游的抗氧化酶超氧化物歧化酶和过氧化氢酶等的表达失调，造成贫血加重[7]。近年研究发现，miR-144/451在非红系细胞中也存在表达，并且参与肿瘤、缺血性心脏病、神经系统疾病、呼吸系统疾病等多系统疾病的发生与发展[8-10]，提示miR-144/451极有可能成为治疗这些疾病的新靶点。

2 miR-144/451与肺的炎症性疾病

常见肺的炎症性疾病包括肺部感染、哮喘、慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)和肺纤维化。虽然这些疾病致病因素不同，但在其病理过程中均存在不同种类、不同程度的炎症细胞浸润和炎症介质分泌。慢性炎症期哮喘和COPD患者还会出现气管结构的改变甚至纤维化。在疾病发展过程中，肺的固有细胞或免疫细胞中miR-144/451表达的变化可能对关键病理环节产生影响。

2.1肺部病原微生物感染 肺脏作为与外界相通的脏器，易受病毒、细菌等多种病原微生物的侵袭。在流感病毒感染的小鼠肺上皮细胞中，miR-144表达上调，miR-144通过靶向结合肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)受体相关因子6信使RNA 3′非翻译区，降低其蛋白水平，抑制了宿主抗病毒免疫TNF受体相关因子6-干扰素调节因子7通路，损害了上皮细胞的抗病毒能力，加重了感染小鼠间质性肺炎和上皮细胞坏死[11]。而在流感病毒刺激的肺树突状细胞中，miR-451表达上调，抑制miR-451表达，负调控因子YWHAZ/14-3-3 zeta蛋白水平升高，树突状细胞分泌的白细胞介素(interleukin，IL)-6、TNF、CC趋化因子配体5和CC趋化因子配体3增加[12]，即说明病毒感染可特异性地诱导miR-451发挥负调控作用，且级联调节树突状细胞产生细胞因子。

miR-144在细菌内毒素脂多糖刺激的小鼠树突状细胞中出现显著性下调，诱导其高表达则抑制了细胞因子分泌和信号分子p65的磷酸化，并且双荧光素酶报告基因检测结果显示，miR-144可能通过靶向核因子κB受体活化因子配体在Toll样受体4(Toll-like receptor，TLR4)/核因子κB通路中发挥负向调控作用[13]。Li等[14]在脂多糖诱导小鼠肺损伤模型中发现肺组织miR-144-3p表达上调，负调控其靶基因水通道蛋白-1，参与肺上皮细胞凋亡。小鼠经脂多糖腹腔注射6 h后，检测全血miR-451的表达，结果发现，miR-451的表达显著上调[15]；在脂多糖刺激的巨噬细胞中miR-451靶向TLR4，抑制促炎细胞因子(如IL-6、IL-1β和TNF-α)的分泌，从而抑制炎症反应，减轻炎症损伤[16]。

Lv等[17]收集了124例结核病患者的痰液和血清样本，经检测发现，与健康人相比，结核病患者治疗前miR-144水平显著升高，经抗结核药物治疗后结核病患者miR-144表达下降。进一步研究显示，miR-144在活动期结核病患者T细胞中高表达，在T细胞中转染miR-144促进其表达后可抑制TNF-α和γ干扰素生成以及T细胞增殖，表明miR-144参与调控抗结核免疫[18]。另有研究显示，活动期肺结核患者外周血单个核细胞中miR-144表达上调，且人单核细胞来源的巨噬细胞在感染结核分枝杆菌6 h后miR-144的表达增高了8倍；且miR-144与细胞自噬关系密切，miR-144靶向人单核细胞和巨噬细胞中的自噬激活协调因子即损伤调节自噬调控基因2 发挥作用，人单核细胞内过表达miR-144可降低损伤调节自噬调控基因2蛋白的水平，抑制自噬的诱导，加重结核分枝杆菌对肺组织的损伤[19]。

2.2miR-144/451与哮喘 通过对卵清蛋白和室内尘螨诱导的过敏性哮喘小鼠全肺，以及在培养的原代人支气管上皮细胞的实验和检测中均证实了miR-144参与哮喘病程的调控；其中，在卵清蛋白诱导的小鼠哮喘模型中，发现肺组织miR-144的表达上调，且与气道炎症反应程度呈正相关，机制研究显示，miR-144靶向cAMP反应元件结合蛋白1调节转录协同激活因子1/3，抑制转录因子cAMP反应元件结合蛋白1的激活[20]，这一机制有助于了解哮喘早期分子的变化，更有效地防止其慢性化。由于哮喘气道炎症反应时一些细胞因子和炎症介质(如IL-1β、IL-6、IL-8、选择素E)释放导致气道重塑加重，研究显示，miR-451以IκB激酶β为靶点，其高表达可抑制由IκB激酶β介导的核因子κB通路[21]；miR-451也可以靶向TLR4抑制下游炎症因子的生成[16]。以上结果提示，miR-451可能通过抑制TLR4/核因子κB通路减缓哮喘气道炎症。

2.3miR-144/451与COPD和肺纤维化 Musri等[22]对12例COPD患者、9例肺功能正常吸烟者和7例非吸烟者肺动脉miRNA表达谱进行数据分析发现，与非吸烟者相比，COPD患者肺动脉的miR-451表达水平上调，并可能与调控肺血管平滑肌细胞收缩有关。Hassan等[23]发现，在体外将人支气管上皮细胞暴露在香烟烟雾中24 h后，细胞内miR-144的表达水平显著上调，并使得通过维持体液稳态而在肺中发挥重要作用的一种氯离子通道——囊性纤维跨膜转导调控因子的表达被抑制，导致上皮细胞发生以慢性感染与炎症为特征的囊性纤维化，进一步加速诱发COPD。

将经博来霉素诱导后不同时间点的小鼠肺组织表达的miRNAs与未经博来霉素诱导的小鼠肺组织表达的miRNAs进行比较发现，161个miRNAs出现差异性表达，KEGG(kyoto encyclopedia of genes and genomes)数据库信号通路预测结果显示，miR-144的差异性表达和凋亡与Wnt信号通路相关，导致肺泡上皮损伤引起修复反应失调[24]。大鼠雾化吸入二氧化硅诱发肺间质纤维化，肺组织miR-144表达上调[25]；靶基因预测显示与转化生长因子-β信号转导途径SMAD蛋白(drosophila mothers against decapentaplegic protein)家族SMAD4和SMAD5、金属蛋白酶家族A解聚素和金属蛋白酶及血小板反应蛋白基序(A disintegrin and metalloproteinase with thrombospondin motifs，ADAMTS)3、ADAMTS15和ADAMTS19相关[26]。Bahudhanapati等[27]研究先天性肺纤维化的患者发现，与健康志愿者相比，成纤维细胞中的miR-144-3p表达上调；在正常的肺成纤维细胞中过表达miR-144-3p则显著降低其靶蛋白松弛素受体——松弛素/胰岛素样家族肽受体1的水平，增加纤维细胞α-平滑肌肌动蛋白表达，促进纤维化的发生。

3 miR-144/451与肺部肿瘤

肺癌的发病率和病死率位居癌症患者首位，其机制研究和靶向治疗一直是研究热点。研究显示，miR-144/451的表达水平与肺癌的侵袭转移、预后以及放化疗的治疗效果相关；对109例肺癌患者肿瘤组织的miRNA芯片分析显示，miR-144-3p/5p、miR-451a在肺癌患者(如肺腺癌、肺鳞癌等非小细胞性肺癌)中呈现低表达[8]。Wu等[28]通过试验发现，肺腺癌患者组织中miR-144-3p的表达与血清IL-1β水平呈负相关，且高miR-144-3p组预后更好，体外IL-1β刺激A549细胞后miR-144表达也增高；由于IL-1β引发的炎症也是促进病程恶性转化、致癌的一个重要因素，提示IL-1β和miR-144-3p对于这类疾病的诊断可能是独立危险因素，参与炎症促进肺腺癌患者肿瘤的发展过程。Liu等[29]发现，miR-144-3p靶向zeste基因增强子同源物2抑制了肺腺癌细胞的增殖和侵袭性；而Qu等[30]在研究中发现的一种环状RNA hsa_circ_0020123在癌组织中表达升高，与非小细胞性肺癌分化程度差、淋巴结转移、预后差密切相关，并且可以通过与miR-144竞争性结合上调zeste基因增强子同源物2和锌指E盒结合同源框1，表明miR-144的低表达决定了hsa_circ_0020123介导的致癌特性。在肺鳞癌中，miR-144-5p/3p在肿瘤组织中也呈现低表达，且预测了患者的不良预后，过表达则可显著抑制肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭；致癌靶点的分析指出，SLC44A5(solute carrier family 44 member 5)、MARCKS(myristoylated alanine rich protein kinase C substrate)和NCS1(neuronal calcium sensor 1)这3个基因可能受miR-144调控，其中NCS1表达是患者预后差的独立因素[31]。另外，暴露于辐射的非小细胞肺癌患者癌组织中miR-144-5p的表达也下调，如果上调miR-144-5p则显著抑制激活转录因子2的表达，可增加非小细胞肺癌的放射敏感性，抑制疾病进程[32]。

非小细胞肺癌组织中miR-451表达水平也显著高于相应的非癌组织，过表达miR-451可显著抑制A549细胞的生长，增加A549细胞对化疗药物顺铂的敏感性，诱导细胞凋亡[33]。通过对39例多西他赛化疗耐药的晚期肺腺癌患者和体外多西他赛耐药细胞株研究发现，Notch-1负调控miR-451，继而靶向多药耐药蛋白-1，介导癌细胞对多西他赛的耐药反应，促进癌细胞增殖[34]。同样，在多西他赛耐药细胞株(SPC-A1/DTX和H1299/DTX)中，miR-451表达显著下调，Chen等[35]发现，上调miR-451表达可以通过结合原癌基因c-Myc信使RNA 3′非翻译区，阻断下游胞外信号调节激酶/糖原合成酶激酶-3β通路，防止耐药细胞发生上皮-间充质转化表型改变，抑制肿瘤侵袭。miR-451在肺鳞癌患者的临床标本中也呈现低表达，可能参与调控驱动蛋白家族成员2A，进而促进鳞癌的恶性转化[36]。肺结节具有恶变的风险，对肺癌的早期筛查具有重要的临床价值。以孤立性肺结节为例，Zhang等[37]对比分析了39例恶性和30例良性肺结节患者，发现miR-144在恶性肺结节患者的肿瘤组织和外周血中表达降低；机制研究发现，miR-144通过靶向锌指E盒结合同源框1抑制A549细胞的增殖，促进细胞凋亡，限制肺癌的迁移和扩散，故miR-144低表达对恶性肺结节甚至肺癌的诊断具有指导意义。

4 miR-144/451与其他肺部疾病

Xu等[38]采集了20例肺移植引起的免疫排斥反应——1例闭塞性细支气管炎综合征患者和19例未发生排斥反应的肺移植受者的活体标本进行比较，发现闭塞性细支气管炎综合征患者血清中的miR-144水平显著升高，且调节转化生长因子-β的信号通路参与了肺移植后的免疫调节。miR-144-3p在肝肺综合征大鼠的肺组织和肺微血管内皮细胞中表达水平降低，过表达miR-144-3p通过靶向抑制酪氨酸激酶2减少内皮细胞的增殖，从而减轻肺内血管异常扩张所致的气体交换障碍[39]。Song等[40]在野百合碱注射诱导的肺动脉高压小鼠模型中观察到血浆miR-451的表达显著降低，同时miRNA芯片结果显示，与非肺动脉高压患者相比，肺动脉高压患者血浆miR-451的表达也显著降低，同时联合使用多普勒超声心动图诊断则更具有临床意义。

5 小 结

目前，miR-144/451在肺癌中的作用较为明确，普遍认为其具有抑癌作用。但是在另一大类发病率较高的肺部炎症性疾病中miR-144/451的作用尚不明确。而且，在同一疾病中miR-144/451在肺固有组织细胞或免疫细胞中的表达水平可能呈现出不同的变化，所引起的最终效应也不同，其作用及调控机制仍需要深入探讨。另外，多数研究主要在离体细胞和动物模型中开展，与临床的相关性及是否具有组织特异性仍需明确，可以采取测定循环miRNA作为临床相关性的有利补充。而且从目前的研究来看，较集中在miR-144/451对下游靶基因的直接调控作用，很少涉及上游分子对miR-144/451的调控作用，这可能成为新的研究思路。