MicroRNA在膀胱纤维化发生发展中的作用机制研究进展

刘益豪，尚振华，李广萍，欧彤文

首都医科大学宣武医院，北京100053

纤维化是一种以细胞外基质（ECM）成分过度积聚为特征的常见病理状态，但其发病机制尚不清楚，可发生于多个器官，如膀胱、心脏纤维化等，其主要病理改变为器官组织内结缔组织增多，实质细胞减少，持续进展可致器官结构破坏和功能障碍。膀胱纤维化是指膀胱实质细胞发生坏死，导致ECM 异常增多和BSMCs 异常增生，最终导致膀胱贮尿功能和排尿功能损害的病理过程。MicroRNA 是一种由19～25 个核苷酸组成的非编码RNA 分子，通过与靶mRNA 的30个未翻译区（30-UTR）结合，在转录后调节蛋白表达［1］。MicroRNA 在几乎所有的生物学过程中都扮演着重要角色，如细胞增殖、细胞凋亡、细胞分化和器官重塑［2］。MicroRNA 在膀胱纤维化时的表达也发生了变化，说明MicroRNA 在膀胱纤维化中也扮演着重要角色。目前研究发现，MicroR‑NA-101、133、29 和199a-5p 过度表达可以有效抑制膀胱纤维化，而MicroRNA-142过度表达会促进膀胱纤维化进程，不同的MicroRNA 通过不同的作用机制对膀胱纤维化产生了影响。研究不同MicroRNA在膀胱纤维化中的作用机制，有助于更好地理解膀胱纤维化的发病机制，为膀胱纤维化治疗提供新的思路和理论依据，这些MicroRNA 可能会成为膀胱纤维化治疗的潜在分子靶点。近年上述5 种Mi‑croRNA 在膀胱纤维化中作用机制的研究已经取得不少研究成果，现综述如下。

1 MicroRNA-101 在膀胱纤维化发生发展中的作用机制

缺氧是指身体或身体某一区域在组织水平上缺乏足够的氧气供应，在许多疾病中都会出现［3］。导致膀胱纤维化的因子有很多，其中最主要的是转化生长因子β（TGF-β），其在创伤愈合、纤维化和炎症负调控中发挥关键作用，在大多数的纤维化疾病中水平升高。研究发现，膀胱出口梗阻后，TGF-β-Smad2/3 信号通路促进膀胱纤维化［4］。出口梗阻的膀胱会出现缺氧，导致BSMCs 出现强烈的低氧级联反应，包括炎症、脱分化、促纤维化和ECM 表达增加［5］。在低氧诱导下，转化生长因子受体I（TGFβRI）及其下游信号分子（p-Smad2/3）表达增加，激活TGF-β-Smad2/3 信号通路，促进膀胱BSMCs的纤维化。同时，MicroRNA-101b 在出口梗阻的膀胱内表达增高，靶向作用于TGFβRI，可显著抑制TGFβRI 及p-Smad2/3 的表达，保护BSMCs，使其免受低氧诱导的纤维化［6］。

因此，MicroRNA-101b 可通过衰减TGF-β-Smad2/3 信号，抑制低氧诱导的膀胱纤维化。然而，MicroRNA-101b 是否参与了膀胱出口梗阻后膀胱纤维化的进展尚不清楚，有待进一步研究。MicroRNA-101b在膀胱出口梗阻后膀胱重塑过程中可能是一种抗纤维化的MicroRNA，它可能成为治疗膀胱纤维化的新靶点，为膀胱纤维化的治疗提供了新的策略。

2 MicroRNA-133 在膀胱纤维化发生发展中的作用机制

膀胱出口梗阻发生后，会诱导膀胱壁出现肥厚和纤维化，在膀胱组织中纤维性生长因子的表达增加，包括转化生长因子β1（TGF-β1）、结缔组织生长因子（CTGF）以及α-肌动蛋白（α-SMA）。TGF-β 的增加，导致MicroRNA-133 在BSMCs 中表达下降，且TGF-β 对MicroRNA-133 的抑制调节呈现剂量相关性。过量的MicroRNA-133 表达可显著抑制TGF-β1诱导的BSMCs 肥厚性改变。CTGF 是一种富含半胱氨酸的蛋白质，它在结缔组织细胞中的表达受TGFβ-Smad 信号通路的调控［7-8］。通过生物信息学分析和双荧光素酶活性测定，发现CTGF 是MicroRNA-133的直接靶点。Smad蛋白属于保守的TGF-β信号通路，它们由磷酸化调节，Smad2和Smad3都是TGFβ 信号的下游介质，二者拥有90%同源的氨基酸序列，但结构的不同决定了二者的作用不同，TGF-β-Smad3是纤维化形成的关键信号通路。

因此，MicroRNA-133 主要通过TGF-β-Smad3 信号通路，靶向作用于结缔组织因子（CTGF），调节BSMCs 的肥厚和纤维化反应［4］。目前认为，在膀胱出口梗阻所致膀胱纤维化的病理过程中，上调Mi‑croRNA-133 的表达可以抑制BSMCs 的肥大和纤维化，表明MicroRNA-133可能对进行性膀胱纤维化有治疗作用。

3 MicroRNA-29 在膀胱纤维化发生发展中的作用机制

糖尿病肾病（DN）是糖尿病的主要微血管并发症，是糖尿病患者死亡的主要原因，其特征是ECM过度合成和积累，最终导致肾小球、肾小管基底膜增厚和系膜扩张。肾小球硬化和肾小管间质纤维化是许多慢性肾脏病的最终共同途径。WANG 等［9］研究利用三种不同的肾纤维化动物模型代表疾病的不同时期，发现MicroRNA-29 的表达在三种肾脏疾病模型的肾脏中均下降，MicroRNA-29 表达降低与TGFβ 诱导的胶原蛋白和其他ECM 蛋白表达增加有关。在近端管状上皮样细胞及人足细胞中，MicroRNA-29 调控Ⅰ型胶原蛋白和Ⅳ型胶原蛋白的表达。研究发现，MicroRNA-29 与许多胶原蛋白基因的3’UTR 保守结合位点互补的种子序列相同，Ⅰ型胶原蛋白和Ⅳ型胶原蛋白基因是MicroRNA-29的靶向作用点。FANG 等［10］发现，TGF-β1 可通过刺激Smad3与MicroRNA-29 启动子结合而下调MicroRNA-29 的表达。MicroRNA-29 表达增加可通过抑制TGF-β-Smad3的活化来预防纤维化。

MicroRNA-29 可通过TGF-β-Smad3 通路，靶向作用于Ⅰ型胶原蛋白和Ⅳ型胶原蛋白，抑制肾脏纤维化。MicroRNA-29通过直接抑制多种ECM表达蛋白在纤维化中发挥重要作用，体外研究表明，影响MicroRNA-29 表达的药物可以影响器官纤维化的发展，它可能是未来纤维化疾病诊断和预后评估的一种新的生物标志物［11-12］。

4 MicroRNA-199a-5p 在膀胱纤维化发生发展中的作用机制

Wnt/ β-catenin 信号通路是一种进化保守的细胞信号系统，在多种生物过程和人类疾病的发病机制中发挥重要作用。成年人异常的Wnt/β-catenin信号再激活促进器官纤维化，主要通过上皮-间质细胞转化（EMT）、成纤维细胞增殖和激活、或与其他促纤维化生长因子的相互作用等方式［13］。MicroRNA-199a-5p在膀胱平滑肌中高表达［14］，调控平滑肌细胞的细胞周期、细胞骨架重构、TGF 和WNT 信号通路，参与细胞运动和增殖。其中，WNT2 介导的信号通路是MicroRNA-199a-5p 在膀胱平滑肌中的主要作用通路，MicroRNA-199a-5p 靶向作用于WNT2 蛋白［15］，调控多种细胞骨架重塑通路，控制平滑肌形态和细胞增殖［16］。WNT2 信号通路受到抑制，会导致kruppel 样转录因子4（KLF4）下调，继而使促血管平滑肌细胞分化因子（Myocardin）上调，Myocardin促进收缩蛋白和平滑肌特异性蛋白的合成，并促进平滑肌细胞分化。在WNT 信号通路被抑制的同时，Mi‑croRNA-199a-5p 也会激活Myocardin 相关转录因子（MRTF-A）依赖的平滑肌细胞分化通路，促进平滑肌细胞分化。另外，TGF-β 信号通路是MicroRNA -199a-5p 合 成 的 另 一 个 强 诱 导 剂［17］。MicroRNA-199a-5p可能是平滑肌肥大和纤维化的关键调节器，与膀胱器官重塑相关。

5 MicroRNA-142 在膀胱纤维化发生发展中的作用机制

MicroRNA-142 是许多生物学过程和相关信号通路的重要调控因子，在胚胎发育、体内稳态和疾病中发挥重要作用。适应性心肌细胞肥大是一种人体的正常机制，心脏大小会增加，而不需要细胞增殖［18］。心肌细胞肥大需要基因表达的协调重编程，涉及激活多种信号转导分子，包括丝裂原活化蛋白激酶（MAPK），钙激活激酶和磷酸酶，以及转录因子，如NF-κB。乙酰转移酶p300是一个编码WNT信号正向调节因子的基因，参与心脏生长的多种转录因子的强大调节因子。gp130、IL-6、心肌营养蛋白-1及相关细胞因子的细胞表面受体，通过JAK/STAT提供生存信号。MicroRNA-142 水平与p300 水平和MAPK 活性呈负相关，由MAPK 和p300 传导的生长信号导致MicroRNA-142的生理抑制，这种抑制是防止心肌细胞丢失和允许体内适应性肥大生长所必需的。相反，MicroRNA-142 通过直接靶向节点调控因子p300 和gp130 抑制生存和生长途径，还能有效抑制NF-κB通路的多个成分，阻止细胞因子介导的NO的产生，并阻断α-肌动蛋白的翻译，在肥厚性生长过程中强制表达MicroRNA-142 可诱导广泛的细胞凋亡，而不是抑制细胞肥大［19］。

MicroRNA-142在肾纤维化中也发挥类似在心脏病中的作用。TGF-β 和骨形态发生蛋白-7（BMP-7）是TGF-β 超家族中的两个重要成员，在慢性肾脏疾病中发挥着重要而多样的作用［20］。TGF-β 和BMP-7具有相似的下游Smad信号通路，TGF-β及其下游分子Smad3 信号增加会促进纤维化，而BMP-7 及其下游分子信号增加会抑制纤维化进程，二者之间存在反向调节，共同维持其生物学活性的平衡。在肾损伤过程中，TGF-β和BMP-7之间的平衡被打破，TGFβ信号通过诱导其下游分子TGF-β1和激活Smad3表达增加，而BMP-7 及其下游的Smad1/5/8 表达减少。Smad3通过上调MicroRNA-21和MicroRNA-142的表达而介导肾纤维化［21］。因此，抑制MicroRNA-142/MicroRNA-21可以治疗进行性肾纤维化。

综上所述，MicroRNA-101、MicroRNA-133、Mi‑croRNA-29、MicroRNA -199a-5p 和MicroRNA-142 分别通过不同的分子机制，作用于不同的靶点，对膀胱纤维化产生不同的影响，但目前来说，其中一些具体的机制还不明确，有待进一步研究。越来越多的研究表明，MicroRNA在膀胱纤维化过程中发挥着重要作用。开发和评估MicroRNA 抑制剂将会成为一种新的治疗纤维化的手段。通过改变不同MicroRNA的表达水平，继而影响在纤维化中激活的关键信号通路，将有可能防止收缩并在膀胱出口阻塞缓解后协助器官功能的完全恢复，这将有利于膀胱及其他器官等疾病的治疗。MicroRNA 可能会成为未来纤维化疾病诊断和预后评估的一种新的生物标志物。