非编码RNA与特发性肺纤维化发病机制的研究进展

丘圆圆 王昌明

(1 广西桂林医学院临床医学院，桂林市 541004，电子邮箱：1982561066@qq.com；2 广西桂林市人民医院呼吸内科，桂林市 541002)

【提要】 特发性肺纤维化(IPF)是一种原因未明、以弥漫性肺泡炎和肺泡结构紊乱最终导致肺间质纤维化为特征的疾病。由于IPF的发病机制尚未明确，缺少有效的治疗药物，患者预后不佳。近年来，研究表明非编码RNA(ncRNA)在生物的基础生命活动中扮演着不可或缺的角色，包括细胞增殖、分化、凋亡和转移，ncRNA与肺纤维化相关病理关系逐渐引起学者们的关注，本文就ncRNA与IPF发病机制之间的病理关系进行综述。

特发性肺纤维化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是一种进行性的、致命的、不可治愈的慢性疾病，以肺泡上皮细胞损伤、上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)以及成纤维细胞过度增殖为主要病理特征，以逐渐加重的呼吸困难为主要临床表现，以呼吸衰竭为终末期临床表现。关于日本北海道地区的一项回顾性队列研究发现，IPF累积发病率和患病率分别为2.23人/10万人和10.0人/10万人，而IPF患者患肺癌的风险约为非IPF患者的3.34倍[1]。由于IPF的发病机制尚未明确，缺少有效的治疗药物，诊断后患者的中位生存时间为2～4年，因此阐明IPF的发病机制迫在眉睫。

根据DNA元素百科全书项目可知，整个人类基因组中有超过74.7%的基因为原始转录本，其中仅有2.94%的基因参与蛋白质的翻译；这一发现引起了学者们对非编码RNA(non-coding RNA，ncRNA)的关注，但既往研究认为ncRNA是“编码垃圾”[2]。近十年来，人类对ncRNA有新的认识，发现ncRNA具有转录调控和转录后调控、染色体复制、基因组印迹、RNA处理、选择性剪接和修饰、信使RNA的翻译和稳定性，甚至蛋白质的易位和降解等功能[3]，ncRNA在生物的基础生命活动中扮演着不可或缺的角色。根据核苷酸长度不同，ncRNA可分为微小RNA(microRNA，miRNA)、长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)、环状RNA(circular RNA，circRNA)，本文就ncRNA中的miRNA、lncRNA、circRNA与IPF发病机制的研究进展进行综述。

1 miRNA与IPF

miRNA源自内源性茎环前体转录物，是一类小分子ncRNA，长度约为19～25个核苷酸[4]，可作为基因表达的转录后调节因子，参与各种细胞分化、增殖、转移、凋亡等过程[5]。越来越多的研究表明在IPF的发病机制中存在miRNA的上调或者下调。

1.1 miRNA参与EMT介导IPF形成 EMT是早期胚胎发育、组织修复、癌症病理学的基本生理过程。其特征为上皮表型的丧失、间充质表型的获得；在分子水平上，经历EMT的细胞表现出E-钙粘蛋白表达水平下调和N-钙粘蛋白、波形蛋白和纤连蛋白表达水平增加[6]，EMT的主要调节因子包括Snail蛋白、Twist蛋白和锌指E-box结合蛋白(zinc-finger E-box binding homeobox，ZEB)转录因子[7]。越来越多的研究表明，miRNA在EMT介导的IPF中有重要作用。Liang等[8]发现，在博来霉素诱导的小鼠肺纤维化模型中miRNA-26a表达下调，抑制miR-26a表达可导致肺上皮细胞在体内及体外转化为肌成纤维细胞，而miRNA-26a的过表达可在体外和体内抑制转化生长因子(transforming growth factor，TGF)-β1表达和延缓博来霉素诱导的EMT。进一步研究发现，miRNA-26a是通过调控高迁移率族蛋白A2的表达减弱EMT，而高迁移率族蛋白A2是EMT的关键正调节因子[9]，由此可见miRNA-26a是一种潜在的EMT抑制剂，可被认为是IPF的新治疗靶点。Yamada等[10]发现，在肺纤维化小鼠模型的肺上皮细胞以及在EMT诱导条件下培养分离的Ⅱ型肺泡细胞中miRNA-21表达增加，将特异性miRNA-21抑制剂转染到Ⅱ型肺泡细胞后波形蛋白、α平滑肌肌动蛋白和ZEB1/2的表达减少，同时miRNA-21抑制剂减弱了TGF-β诱导的原代小鼠Ⅱ型肺泡细胞中的EMT，提示miRNA-21可能参与肺上皮细胞EMT。let-7d是最早发现的miRNA家族成员之一[11]，Liang等[12]用博来霉素干预小鼠肺纤维化模型和IPF患者均发现let-7d表达下调；使用let-7d转染原代成纤维细胞后细胞失去间充质特性，如高迁移率族蛋白A2等EMT调控因子减少。因此let-7d是通过抑制高迁移率族蛋白A2轴介导其在成纤维细胞中的作用，let-7d补充剂可能对IPF有潜在治疗价值[12]。综上，miRNA可能在参与EMT介导IPF形成过程中扮演重要角色。

1.2 miRNA调控TGF-β1/Smad通路介导IPF形成 TGF-β1是TGF-β超级家族的成员之一，在细胞生长、形态发生、分化和凋亡中起重要的调节作用，它是一种有效的纤维化因子，通过增强胶原蛋白合成和抑制蛋白酶的产生来增加细胞外基质的积累[13]，Smad蛋白是TGF-β1受体下游信号分子。近年来，随着对IPF研究的深入，TGF-β1/Smad通路作为介导IPF发生的经典通路被研究得最为透彻，miRNA调控TGF-β1/Smad通路参与IPF发生也成为研究热点。miRNA-26曾被报告在膀胱癌、乳腺癌、口腔鳞状细胞癌等患者中表达下调，是这些肿瘤的抑制性miRNA[14]。Liang等[8]发现实验性肺纤维化小鼠miRNA-26a表达下调，且miRNA-26a能使TGF-β1介导的Smad3磷酸化水平下调从而抑制肺纤维化的形成，同时miRNA-26a表达下调能使结缔组织生长因子表达失调，从而诱导胶原纤维产生[15]。Pandit等[16]分析了10个IPF和10个对照肺组织的差异性表达miRNA后发现，IPF肺组织中表达水平显著下调的miRNA有let-7d、miRNA-26和miRNA-30家族的几个成员，进一步研究发现let-7d受TGF-β的负转录调控，let-7d启动子与TGF-β1/Smad通路中的Smad3结合，IPF组织中let-7d的表达下调导致被结合的Smad3减少，TGF-β1/Smad通路激活致肺纤维化加重。Yang等[17]发现miRNA-200家族成员，如miRNA-200a、miRNA-200b和miRNA-200c，在博来霉素诱导的肺纤维化小鼠模型中表达水平显著下调，且miRNA-200家族成员抑制TGF-β1诱导的肺泡上皮细胞的EMT，并可以逆转肺纤维化小鼠和IPF患者的肺成纤维细胞的纤维化活性。Lino Cardenas等[18]发现miRNA-199a-5p在肺成纤维细胞中是TGF-β信号转导的关键效应器。Milosevic等[19]指出IPF组织中大多数表达水平上调的miRNA定位于染色体14q32，并且富含miRNA-154家族成员。综上，miRNA可通过调控TGF-β1/Smad通路介导IPF的形成。

2 lncRNA与IPF

lncRNA是长度大于200个核苷酸的转录本，具有很少或没有蛋白编码潜能[20]。迄今为止，在所有被识别的lncRNA中，只有一小部分lncRNA的功能被我们认识，lncRNA参与的生理过程包括调控顺式和反式基因表达、指导色素修饰复合物、X染色体失活和基因组印迹、核分区、RNA剪接和翻译控制、核细胞质转运等[21]。研究表明，lncRNA的错误表达与许多疾病有关[22]，但lncRNA与IPF之间具体的病理作用尚不明确。Huang等[23]发现有34个lncRNA与IPF中表达失调的miRNA存在潜在结合位点。

2.1 lncRNA参与EMT介导IPF形成 近年来，lncRNA参与生物基础生命活动的病理生理过程的研究取得阶段性成就，但其在IPF发生的生理病理机制中的研究有限。Sun等[24]在百草枯诱导的肺纤维化小鼠模型中发现513个表达上调和204个表达下调的lncRNA，其中表达上调的lncRNA包括uc.77和2700086A05Rik(05Rik)，在转染uc.77或05Rik的A549细胞中，上皮标志物如E-钙粘蛋白、上皮细胞粘附分子的表达均显著下调，而包括波形蛋白和α平滑肌肌动蛋白的间充质标志物的表达水平增加，表明uc.77和05Rik可能参与EMT的表达。Liu等[25]发现在肺上皮细胞EMT期间lncRNA-ATB过表达，同时lncRNA-ATB能抑制miRNA-200c的表达水平，因此猜测高水平表达的lncRNA-ATB可能通过抑制miRNA-200c导致EMT，介导IPF发生发展。Sakai等[26]发现，ELIT-1(一种新的lncRNA)可控制TGF-β诱导的间充质标记基因信使RNA表达，如Snail、Vimentin、N-钙粘蛋白、纤连蛋白，有助于TGF-β介导EMT，沉默ELIT-1可抑制TGF-β诱导的E-钙粘蛋白定位和干扰肌动蛋白应力纤维形成，进一步研究发现，ELIT-1可与Smad3结合，促进Smad3与TGF-β靶基因启动子的结合，促进EMT。Qian等[27]发现lncRNA ZEB1-AS1通过充当miRNA-141-3p的竞争性内源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)来促进ZEB1的表达及成纤维细胞活化，导致EMT的发生。综上可知，IPF存在lncRNA表达失调，且表达失调的lncRNA可通过介导EMT途径参与IPF的形成。

2.2 lncRNA介导TGF-β/Smads 通路参与IPF形成 随着学者们对lncRNA功能的深入研究，lncRNA介导TGF-β/Smads 通路致IPF已成为研究热点。Liu等[28]发现lncRNA PCAT29在二氧化硅诱导的肺纤维化小鼠的间质肺细胞中表达下调，而lncRNA PCAT29表达增加可抑制肺成纤维细胞内的TGF-β表达水平，减少炎症和纤维化进展，因此lncRNA PCAT29有可能成为治疗肺纤维化的潜在靶标。研究表明，lncRNA-PCF在肺纤维化中表达上调，并促进肺纤维化中TGF-β激活的上皮细胞增殖，而敲低lncRNA-PCF可抑制由TGF-β激活的上皮细胞增殖[29]。Hao等[30]发现一种与肺癌发生相关的lncRNA，即LINC01186，是Smad3下游的信号分子，由Smad3调节的LINC01186可促进TGF-β1诱导EMT，但LINC01186在IPF发病机制中的作用还需进一步研究。总之，lncRNA可通过调节TGF-β的表达水平、影响TGF-β的效应细胞及TGF-β的下游信号分子参与IPF形成。

2.3 lncRNA作为ceRNA与miRNA竞争性结合参与IPF形成 最近越来越多的研究表明，lncRNA通过调控miRNA导致多种疾病发生，lncRNA作为ceRNA与miRNA竞争性结合参与IPF形成。Li等[31]发现，lncRNA NONMMUT021928在肺纤维化小鼠模型和TGF-β1诱导的成纤维细胞中表达上调，且同时lncRNA NONMMUT021928在肺成纤维细胞中作为ceRNA与miRNA-18a竞争性结合，从而促进肺纤维化的形成。Lu等[32]发现lncRNA H19通过结合miRNA-196a作为ceRNA调节COL1A1表达，从而促进博来霉素诱导IPF。Wu等[33]的研究表明，lncRNA CHRF通过抑制miRNA-489的过表达来调控其靶基因MyD88和Smad3，阻断肺纤维化。Song等[34]发现，lncRNA MRAK088388和lncRNA MRAK081523作为ceRNA与miRNA-29b-3p和let-7i-5p结合参与肺纤维化。综上所述，lncRNA可作为ceRNA与miRNA竞争性结合来调控IPF的病理生理过程，这为研究IPF的发病机制提供了新的线索。

3 circRNA与IPF

circRNA是一类低丰度但生物化学性稳定的细胞RNA，既不具有5′末端也不具有3′末端[35]。circRNA是一类新的内源性ncRNA，可以调节哺乳动物的基因表达[36]。截至目前已经发现1 370条circRNA，且其作为呼吸道疾病标志物参与各种非肿瘤以及肿瘤相关的呼吸道疾病的发生[37]。作为具有潜在调节功能的RNA家族新成员，circRNA已经得到学者们的广泛关注，但很多关于circRNA在肺疾病中的研究尚处于起步阶段，尤其是关于circRNA是否介导IPF的病理生理机制的研究鲜有报告。Li等[38]通过对比IPF患者与健康者的血浆circRNA发现，IPF患者血浆中共有67种显著表达失调的circRNA，其中38种表达上调、29种表达下调。研究证实circRNA HIPK3是人体组织中、甚至是人成纤维细胞中含量最丰富的circRNA之一[39-40]。Zheng等[39]发现，circRNA HIPK3在博来霉素诱导的肺组织纤维化小鼠模型肌成纤维细胞中和IPF患者肺样本中表达上调，沉默circRNA HIPK3可以阻止成纤维细胞向肌成纤维细胞转化衍生并抑制成纤维细胞的增殖。Yang等[41]发现SiO2活化的巨噬细胞通过circZC3H4 RNA/ZC3H4通路促进成纤维细胞增殖和迁移，可能导致肺纤维化的发生，但该研究结果尚未在IPF患者中得到证实。Zhou等[42]的研究表明，circRNA HECTD1能够阻止SiO2诱导的M1/M2表型改变和巨噬细胞活力下降，提示circRNA HECTD1对巨噬细胞活化具有预防作用，而巨噬细胞活化在肺纤维化的发病机制中具有重要作用，但circRNA HECTD1在IPF的发病机制中的作用还需进一步研究。综上所述，IPF中存在circRNA的表达失调，circRNA可导致成纤维细胞向肌成纤维细胞转化衍生以及巨噬细胞活化，从而参与IPF的发生发展，circRNA参与IPF发病机制还有很多潜在的研究空间，有待进一步探讨。

4 小 结

在IPF中存在miRNA、lncRNA及circRNA的表达失调，miRNA、lncRNA均可通过参与EMT、介导TGF-β/Smads 通路导致IPF发生，此外，lncRNA还作为ceRNA与miRNA竞争性结合参与IPF的发病；circRNA在IPF发病机制中的研究报告尚少，circRNA主要是通过促进成纤维细胞向肌成纤维细胞转化衍生以及巨噬细胞活化从而参与IPF的发病。但miRNA、lncRNA及circRNA异常表达是否存在相互之间的关系网而导致IPF仍有待进一步研究，IPF中的ncRNA分子机制仍未十分明确，阐明肺纤维化与ncRNA的关系将为IPF患者的治疗带来曙光。