miRNA在特发性肺间质纤维化中的调控作用及机制初探

蔡丽慧，顾玉海，石雪峰

(1.青海大学研究生院，青海 西宁 810000；2.青海省人民医院呼吸与危重症医学科，青海 西宁 810000)

0 引言

特发性肺纤维化(Idiopathic pulmonary fibrosis, IPF)，是一种慢性进行性肺间质疾病，最常累及肺间质、上皮细胞及血管，常引起肺组织结构和功能不可逆转损伤，其发病率随着年龄的增长而急剧增加，约占间质性肺疾病的20%-30%。IPF发病机制不能完全明确，尚缺少有效治疗措施，预后极差。近年来，微小RNA (microRNA, miRNA)在IPF进展过程中发挥作用成为当前医学研究热点，本文就miRNA在IPF进程中的调控作用及机制展开简要综述。

1 IPF与miRNA概述

IPF诊断标准经过多年的演变，目前被定义为以组织病理学模式为特征的疾病，即在没有明确肺损伤原因的情况下发生的间质性肺炎，多为双侧；周围性；以网格状；蜂窝状改变为基础分布，常伴有不可逆性瘢痕形成，严重者出现牵拉性支气管扩张[1]。目前已知可能的发病机制包括肌纤维母细胞机制、上皮细胞间质转化机制(EMT)、MMPs 与TIMPs失衡机制、血管生成机制、Th1/Th2 细胞假说机制、细胞因子的作用机制等[2,3]，关于IPF发病机制的理解已经从慢性炎症转移到肺泡上皮损伤的异常纤维增生修复。

miRNA是一种内源性小RNA，大小为19～25个核苷酸，可调节靶基因的转录[4]。其过表达或沉默能改变靶基因原有的生物活性。miRNA表达谱在疾病状态和正常组织之间差异有统计学意义，临床上已经将miRNA单独或与其他已知的生物标志物联合使用作为诊断手段[5]。LiP等[6]发现约60种miRNA在IPF患者血清中表达有差异，近三分之一类别的miRNA表达差异超过两倍。对比于健康成年人let-7a、let-7d、miR-557、miR-486、miR-149、miR-31、miR-29a、miR-26a、miR-142-5p、miR-187-5p、miR-101-3p等在IPF患者血清中是明显降低的，而miR-21、miR-155、miR-128、miR-3-675-3p、miR-199a-5p、miR-200c等是升高的。综上所述，miRNA在IPF发病中发挥了重要作用，为分子靶点治疗带来了可能[7-9]。

2 miRNA在IPF发病机制中作用

2.1 miRNA与转化生长因子受体(TGF-β1)

IPF的发病基础是纤维母细胞异常增殖沉积在细胞外基质，引发肺组织损伤，进而肺成纤维细胞发生表型调节，转变为α-SMA、肌成纤维细胞，这是肺损伤后胶原分泌和修复过程中的关键步骤[10]。TGF-β1是目前已知致纤维化最强的细胞因子，当其作用于人胚肺成纤维细胞(MRC5)时，肌成纤维细胞分化标记物Fn和α-SMA的mRNA-486表达水平降低[11,12]。Yang IV等[13]人表明miR-486可以通过调控小鼠3T3细胞及MRC5细胞胶原蛋白等合成参与肺间质纤维化发病过程，其作用机制是miR-486能减少S期细胞数量和增加G1周期细胞数量来抑制TGF-β1诱导的成纤维细胞增殖。let-7d是最早被发现在IPF中发挥调解作用的miRNA，当其被抑制时，可导致肺泡间隔增厚，并增加表达肺泡上皮细胞SFTPC (肺相关表面活性蛋白C)中胶原、ACTA2和S100A4的表达，IPF中let-7d的下调以及这种下调在体内外的促纤维化作用表明，let-7d预防肺纤维化方面发挥了关键的调节作用。Kuse N、WeiP[14,15]实验证明miR-22及miR-133a能通过抑制ERK1/2通路，从而抑制TGF-β1诱导的α-SMA表达，延缓肺间质纤维化进展。miR-29c抑制剂实验显示，IPF中miR-29c调控死亡受体Fas表达及死亡诱导信号复合物的形成，从而导致外源性凋亡，代表性的促纤维化TGF-β下调miR-29c和Fas受体的表达，并对凋亡产生抵抗。以此推测恢复IPF中miR-29的表达可以使肺成纤维细胞对凋亡受体的敏感性正常化，这可能是治疗IPF的一种有效策略[16]。

2.2 miRNA与FGF9

成纤维细胞生长因子9(FGF9)是一种抗凋亡和促迁移生长因子，能使成纤维细胞保持未分化状态，增强细胞外基质产生，促进纤维化进展等多种生理和病理的过程[17,18]。FGF9被认为是miR-486 的靶基因能抑制肺纤维化的进展[19,20]。在二氧化硅和博莱霉素诱导的肺纤维化小鼠模型中均观察到miR-486的表达降低，而引入扩增的miR-486能观察到能显著降低纤维化基因[21,22]，故推测其与肺间质纤维化发病密切相关。双荧光素酶报告基因检测结果示，miR-29b-3p可以反靶向FZD6的表达，过表达miR-29b-3p有助于抑制肺间质成纤维细胞的增殖、迁移、侵袭和分化，对IPF进展起到一定抑制作用[23]。

2.3 miRNA与DOCK3

胞质分裂作用因子3(DOCK3)是鸟嘌呤核苷酸交换因子中的一员，可以调控肿瘤细胞侵袭周围组织和远处迁移，从而促进非小细胞肺癌的发生与进展[24]。KaurR等人证实了DOCK3在肺纤维化患者中异常高表达，介导成纤维化细胞向上皮间质转化，与肺间质纤维化发病密切相关[25]。双荧光素酶报告基因实验证实miR-486与DOCK3存在相匹配结合位点，在TGF-β1刺激下成纤维细胞中DOCK3蛋白表达水平明显升高，当miR-486过表达时，能抑制TGF-β1对DOCK3蛋白表达的促进作用。该研究表明DOCK3是miR-486的潜在靶基因，miR-486通过靶向下调DOCK3可能是其抗纤维化的重要机制[26,27]。

2.4 miRNA与Smad

Smad3和Smad7通道蛋白属于受体激活的Smads，在肺纤维化和上皮细胞再生中起重要作用，同时在多种肿瘤中被发现突变，是一种可能的肿瘤抑制基因[28]。Smad3是TGF-β的下游受体调节型通道蛋白，能诱导MRC5细胞转化成α-SMA，是沉积在细胞外基质的重要成分之一，常导致肺组织结构紊乱，诱发肺纤维化形成[29]。过表达的miR-486可通过抑制TGFβ1诱导Smad3蛋白水平缓解小鼠肺纤维化。miR-26a经Smad3磷 酸 化 下 调 能 加 快TGF-β诱 导MRC5细胞肺纤维化，其缺失或沉默表达时IPF发病率明显提高。miR-101能抑制NFATc2信号通路及smad3信号通路从而抑制wnt5a诱导的肺成纤维细胞增殖，可用于预防smad3引起的致纤维化作用[30]。miR-21的高水平表达可通过smad3磷酸化调解胶原蛋白产生，可被Smad7负调节。与Smad3相反，Smad7 信号传导通路是TGF-β1拮抗因子，竞争性的与TGF-β1的受体结合，阻断信号传导途径，引起多泛素化和相关蛋白酶体降解。CHEN T等人证明Smad7过度表达时可预防肺间质纤维化，也能减轻四氯化碳诱导的肝纤维化模型中的纤维化反应，抑制Ⅰ型胶原和Ⅳ型胶原产生。因此利用miR-21低表达抑制Smad3通路引起的细胞外基质，可能是治疗IPF的一种可行的治疗策略[31]。

2.5 miRNA与MET

上皮-间质转化机制(epithelial-mesenchymal transition，EMT)，是指上皮细胞转化为间质细胞获得新的表型，产生大量胶原纤维导致器官纤维化[32]。肺纤维化病灶内增生的肌成纤维细胞除来源于肺内固有的间质细胞外，Ⅱ型肺泡上皮细胞通过EMT成为肌成纤维细胞为另一来源，加快肺纤维化进程。miRNA-21被检测到在IPF患者肺泡上皮细胞中高表达，能增强上皮-间充质转化，在正反馈中起到促纤维化作用。在诱导上皮-间充质转化的培养条件下，加入外源性miRNA-21抑制剂及Let-7d可降低小鼠肺泡II型细胞中波形蛋白、α-SMA、N-钙黏蛋白-2的表达[33]，由此证明二者是IPF相关miRNA。Lin28B是miR-26a的直接靶点之一，和miR-200家族成员一样，可通过抑制TGF-β1诱导的A549细胞和MLE-12细胞的纤维形成，减轻EMT。更重要的是，在A549细胞中，过表达miR-26a可以同时增强let-7d的表达抑制EMT进程，缓解肺纤维化[34]。

2.6 miRNA与MSCs

间充质干细胞(Mesenchymal stem cells，MSCs)可以通过旁分泌、细胞融合分化、抗炎免疫调节、抗氧化等机制治疗肺间质纤维化。Liu SS等[35]人证明MSCs移植后可逐渐归巢到肺组织受损部位，更新并转化为肺泡上皮细胞，减少局部炎症反应、细胞外基质沉积从而减轻肺组织纤维化。此外，既往实验证明miR-486在造血机制中发挥调节作用[36]，IPF引起限制性通气功能障碍，机体在缺氧环境中可以促使间充质干细胞中miR-486的表达增加，后者可以通过调节PTEN-PI3K/AKT信号通路，调节血管生成活性，促进了MSCs的增殖和存活，当其过表达时可使肝细胞生长因子和血管内皮生长因子mRNA和蛋白水平的升高，减少炎症反应及胶原蛋白在细胞外基质沉积。这些依据为IPF有效治疗策略提供新的认识[37]。SOX4和DKK1是信号转导通路的拮抗物能激活成纤维细胞表达，而miR-186可以通过抑制SOX4和DKK1的表达延缓IPF进展。

3 小结

IPF是由多种因素共同作用的结果，目前现有的治疗方案效果甚微，严重影响患者的生活质量及寿命，其有效治疗方案必然与发病机制密切相关，国内外相关实验证明微小RNA能通过多种途径延缓或抑制体内脏器纤维化进展，为分子靶点治疗带来了可能。但目前肺纤维化中miRNA表达调控的具体机制不明确，仍处于研究初级阶段，不能广泛将其应用于临床诊断及治疗，期待未来能有更多miRNA抗纤维化的作用机制被研究与临床实际相结合为IPF治疗提供新的方向。