microRNA在肺动脉高压进展中作用及机制的研究进展

郭海旭，雷桅

1广东医科大学，广东湛江524000；2广东医科大学附属医院

肺动脉高压(PAH)是一种严重心肺疾病，其组织学特征为低氧、炎症等刺激造成内皮细胞生理功能异常，肺动脉血管重塑，致使血管阻力升高，导致右心室肥大(RVH)和右心室衰竭并最终进展至死亡。PAH的发病机制复杂，研究表明，微小RNA(miRNA)参与了PAH的发生发展。miRNA是一类进化上高度保守的单链非编码小分子RNA，分子长度为18～22个核苷酸，它主要通过结合mRNA的3′非翻译区(3′-UTR)来降解mRNA和(或)抑制靶基因翻译，从而在转录后水平负调节基因表达。miRNA参与多个信号通路，影响细胞的代谢、分化、增殖、凋亡、氧化应激以及表观遗传修饰，广泛参与心血管疾病如高血压、PAH等疾病的发生发展。研究显示，PAH患者肺组织和细胞存在miRNA表达异常，且外周血循环miRNA水平与PAH患者的预后相关。进一步研究发现，PAH患者外周血miR-21、miR-23、miR-130、miR-133等表达升高[1～4]，而miR-1、miR-26、miR-29、miR-34等表达下降[4～7]。现将miRNA在PAH中作用及其机制的研究进展综述如下。

1 miRNA在PAH进展中的作用

1.1 促进PAH进展 目前发现的促进PAH进展的miRNA主要有miR-17、miR-20、miR-27、miR-143/145、miR-210、miR-221等。Pullamsetti等[8]对PAH小鼠尾静脉注射miR-17抑制剂A-17，可降低其右心室收缩压；认为A-17可能通过下调p21表达、增加肺血管平滑肌细胞增殖而参与PAH进展。肺动脉平滑肌细胞的过度增殖是构成肺血管重塑的主要病理基础，Brock等[9]对PAH小鼠腹腔注射miR-20抑制剂胆固醇修饰RNA寡核苷酸，发现其可以防止肺血管重构；认为miR-20抑制剂可能是通过恢复肺血管平滑肌细胞的骨形态发生蛋白受体2(BMPR2)水平，抑制肺血管平滑肌细胞的增殖，缓解PAH进展。TGF-β信号通路在细胞和组织的生长、发育中起关键作用，广泛参与细胞的增殖、分化的调节。在PAH患者和低氧诱导的PAH大鼠模型中，肺动脉平滑肌细胞中的miR-143表达上调，其机制可能是通过作用于TGF-β1信号通路促进肺动脉血管平滑肌细胞迁移参与PAH进展[10]。线粒体是体内细胞功能代谢的主要场所，线粒体的功能障碍在PAH的病理过程发挥重要作用，ISCU1/2与线粒体密切相关，同时也是miR-210靶基因，研究发现，PAH患者和小鼠外周血及肺血管内皮细胞中miR-210表达均升高，表明miR-210通过抑制ISCU1/2的表达影响细胞线粒体的功能促进PAH的进展[11]。Nie等[12]报道，PAH患者和低氧诱导PAH大鼠肺组织和肺动脉血管平滑肌细胞中miR-221升高；进一步研究发现，miR-221可直接负向调节组织分化、损伤修复重要相关的β-catenin信号通路中的AXIN2因子，促进肺动脉血管平滑肌细胞增殖，进而促进PAH的进展。

1.2 延缓PAH进展 能够延缓和逆转PAH进展的miRNA主要有miR-34、miR-140-5p、miR-223、miR-451、miR-204、miR-424和miR-503等。Wang等[13]报道，PAH患者和低氧诱导的PAH大鼠模型中，肺动脉血管平滑肌细胞的miR-34表达减少；使用合成的miR-34分子气道雾化给药可逆转缺氧诱导的大鼠PAH，其机制可能与下调肺血管平滑肌细胞的PDGFR表达有关。PAH患者外周血miR-140表达减少，动物实验也证实患病肺组织中miR-140-5p表达降低。在野百合碱诱导的大鼠PAH模型中，气道雾化miR-140-5p模拟物可预防和治疗PAH[14]。PAH患者肺组织以及肺动脉平滑肌细胞miR-223表达减少，将miR-223模拟物mimic-223经气道雾化到野百合碱诱导的PAH大鼠肺中，恢复肺动脉平滑肌细胞中miR-223水平，进而逆转PAH的进程，其机制与下调miR-223靶蛋白PARP1、减弱血管平滑肌细胞增殖有关[15]。Grant等[16]报道，在缺氧诱导PAH大鼠模型中，静脉注射anti-miR-451可延缓病程进展，其机制可能是抑制了肺动脉血管平滑肌细胞的迁移。然而也有研究认为，基因敲除miR-451在小鼠PAH进展中并无明显效果，可能有其他途径补偿了miR-451在慢性丢失的中的作用。Courboulin等[17]报道，在PAH患者和野百合碱诱导的PAH大鼠肺组织中miR-204表达下调，其下调程度与PAH的严重性呈正相关；通气管内雾化miR-204模拟物的给药方式，能够延缓肺动脉高压，其机制可能与平滑肌细胞增殖减少以及对凋亡易感有关。同样的，在PAH患者肺动脉内皮细胞中miR-424、miR-503表达水平降低，过表达miR-424、miR-503可延缓PAH的发展[18]。

2 miRNA参与PAH进展的机制

2.1 miRNA参与PAH进展的经典机制 血管重塑是PAH的主要病理特征，包括细胞增殖、凋亡和表型转化等。大量研究表明，miRNA在细胞增殖、凋亡、表型转化等过程中发挥重要作用，肺血管细胞增殖与凋亡的失衡也是PAH各种形成机制的共同作用结果，表型转化则决定PAH发展和转归。

2.1.1 细胞增殖 肺动脉平滑肌血管平滑肌过度增生、血管中膜增厚是PAH的重要发病机制，miRNA对其有关键促进作用。Rothman等[14]对PAH大鼠模型使用miR-140-5p模拟物气管内雾化，成功阻止且逆转了PAH的进展；进一步研究发现，miR-140-5p模拟物可影响骨形态发生蛋白的信号转导，抑制肺动脉平滑肌细胞增殖。另外有研究表明，miR-140-5p与TNF-α的3′-UTR结合，直接靶向TNF-α抑制肺动脉平滑肌细胞增殖，从而抑制PAH进展[19]。

2.1.2 细胞凋亡 肺动脉平滑肌细胞增殖过度伴随凋亡减少也是PAH形成的重要原因，许多促进细胞增殖的miRNA也可对抗肺动脉平滑肌细胞的凋亡。Chen等[20]研究发现，PAH患者肺动脉平滑肌细胞中线粒体动力学蛋白质(MiD)表达增加，这加速了线粒体分裂蛋白(Drp1)介导的有丝分裂，增加细胞增殖，并减少细胞凋亡。沉默MiD促进线粒体融合并通过细胞外信号调节激酶1/2和细胞周期蛋白依赖性激酶4依赖性机制引起G1期细胞周期停滞。进一步研究发现，MiD上调是由miR-34a-3p表达降低引起的，且PAH患者和PAH临床前模型循环血液中miR-34a-3p表达均下降，沉默MiD或增强miR-34a-3p可缓解PAH进展。Chen等[21]在PAH小鼠模型中发现，miR-29b可抑制动脉血管平滑肌细胞增殖，促进其凋亡。miR-29b能够抑制髓样细胞白血病1(Mcl-1)蛋白和细胞周期素D2(CCND2)蛋白的表达，沉默的Mcl-1和CCND2可以抑制细胞增殖，促进动脉血管平滑肌细胞凋亡，推测miR-29b可作为治疗PAH的有用工具。

2.1.3 表型转化 血管平滑肌细胞由收缩表型转化为合成表型，是血管重塑的关键环节，决定PAH发生发展和转归。miR-143和miR-145是调节血管平滑肌细胞增殖、迁移、凋亡以及表型转换的复杂分子网络调节的核心[22]。Caruso等[23]报道，特发性和遗传性PAH患者肺组织中miR-145表达升高，且这些miR-145均来自重塑血管的平滑肌细胞。此外，从BMPR2突变患者和BMPR2缺陷小鼠的肺中提取并培养的原代血管平滑肌细胞，miR-145表达也升高。另有研究表明，miR-143和miR-145可作为平滑肌细胞与内皮细胞之间的通信分子，TGF-β触发了miR-143和miR-145从平滑肌细胞转移到相邻内皮细胞，进而通过降低内皮细胞的增殖指数及其在基质胶上培养时形成血管样结构的能力来调节血管生成，参与PAH的进展[24]。

2.2 miRNA参与PAH进展的新机制 除了经典的miRNA参与肺动脉平滑肌细胞的增殖、凋亡、表型转化外，近年研究发现miRNA通过一些新的途径参与PAH进展。

2.2.1 miR-124-PTBP1-PKM信号轴 目前研究认为，细胞代谢重组参与了PAH的形成。Zhang等[25]报道，严重PHA患者和低氧诱导PAH小牛模型的肺外膜成纤维细胞(PH-Fibs)表现出糖酵解和线粒体代谢重组增加，糖酵解与三羧酸循环的葡萄糖分解代谢比例增加。miR-124-PTBP1-PKM参与肺血管内皮细胞的代谢重组，miR-124作用于可变剪接因子多嘧啶束结合蛋白1(PTBP1)，影响丙酮酸激酶肌肉异构体(PKM)的比例，PKM2/PKM1比值升高，糖酵解增强，促进细胞增殖以及巨噬细胞分泌炎性因子，进而参与PAH的进展。Caruso等[26]也验证了PAH患者肺血管内皮细胞以及外周循环内皮细胞中miR-124表达下降，PTBP1、PKM2表达增多，影响内皮细胞的糖代谢，进而参与PAH进展。此外，过表达miR-124或敲低PTBP1可使PH-Fibs中的PKM2/PKM1比值正常化，逆转糖酵解表型(即降低糖酵解中间体和乳酸等副产物的产生)，改变线粒体代谢重组，减少细胞增殖，缓解PAH进展。

2.2.2 内皮素1(ET-1) ET-1是最有力的内源性血管收缩因子，在内皮功能中起关键作用，而内皮功能的改变是肺动脉血管重塑的基础。Yuan等[27]研究表明，ET-1通过活化信号转导和转录激活因子3(STAT3)诱导肺动脉PASM，miR-200c直接结合微管相关蛋白2(MAP-2)和锌指电子盒绑定同源1(ZEB-1)的3′-UTR区，减少MAP-2、ZEB-1表达，进而参与ET-1诱导的肺动脉PASM的进展。Kang等[28]发现，PAH患者分离的肺动脉内皮细胞中，miR-98表达减少，ET-1增加。体外细胞实验证实，缺氧可减少miR-98表达，增加ET-1水平，促进肺动脉内皮细胞增殖。动物实验表明，缺氧能够降低小鼠肺中miR-98表达，增加ET-1和增殖细胞核抗原水平；进一步研究表明，miR-98直接与ET-1的3′-UTR结合，抑制ET-1表达，从而参与肺动脉内皮细胞的增殖。使用过氧化物酶体增殖物激活受体γ可提高miR-98水平，降低ET-1表达，减少肺动脉内皮细胞增殖。

2.2.3 雌激素及其代谢产物16α-羟雌酮 研究显示，雌激素及其代谢产物16α-羟雌酮是PAH发展的危险因素[29]。Chen等[30]报道，遗传型PAH患者肺组织与能量代谢有关的miRNA升高，其中包括miR-29家族。BMPR2基因突变与遗传型PAH发生密切相关，BMPR2突变诱导的遗传型PAH小鼠，miR-29表达较对照组升高，使用miR-29拮抗剂α-miR29可缓解PAH。此外，将遗传型PAH小鼠暴露于16α-羟雌酮4周后，miR-29表达较对照组高出4～8倍，提示雌激素可能促进了miR-29的表达。Wallace等[31]研究发现，女性PAH患者肺动脉平滑肌细胞和雌性BMPR2小鼠肺动脉平滑肌细胞的miR-96表达均降低，miRNA-96作用于5-羟色胺1b受体，影响5-羟色胺介导的细胞增殖；研究人员对PAH小鼠尾静脉注射miRNA-96模拟物no.MC10422后，发现其可恢复miRNA-96在肺动脉平滑肌细胞中的表达，延缓PAH进展。

miRNA在PAH的进展中扮演重要角色，不同亚类的miRNA作用不同，但又相互影响。目前，动物实验以及部分临床实验发现一些靶向调控miRNA的药物，可缓解PAH的进展。但是，如何使miRNA靶向精准进入肺组织，如何避免其进入其他组织产生不良反应的脱靶效应，以及其在细胞中的稳定性，还需要更多研究。