miRNA 在气道重构中的研究进展

裘晨晖 陈晔

气道重构是指气道组织由于反复慢性炎症刺激损伤及不全性修复所导致的结构功能变化，其特征是细胞、分子组成和（或）组织学的变化，影响气道平滑肌、上皮、血管和细胞外基质（ECM）。其多见于哮喘、COPD、支气管扩张和囊性纤维化等慢性气道炎症性疾病，可以说是这些疾病中最棘手的问题之一，同时也是导致气道不可逆性狭窄和气流受限的重要原因。微RNA（miRNA 或miR）是一类具有18～25 个核苷酸的小型非编码单链RNA 分子。它们通过与目标mRNA中的3′-非翻译区（3′-UTR）结合形成沉默复合体，在转录后抑制目标mRNA 表达或促进mRNA降解从而减少目标蛋白的表达。miRNA 分子广泛存在于组织细胞和体液中，参与细胞增殖分化、组织损伤修复、器官纤维化等几乎所有的病理生理过程，是功能优异的基因调控因子，具有重要的临床价值。近年，研究者发现miRNA 通过不同的信号通路和靶点影响气道平滑肌细胞（ASMC）的增殖和迁移、上皮细胞的增殖和黏附、成纤维细胞的增生、气道血管的生成、杯状细胞的分泌和气道炎症的发生，从而影响气道重构。现就miRNA 在气道重构中的研究进展做一综述，以探讨miRNA 作为潜在生物标志物和治疗靶点抑制气道重构、治疗慢性炎症性气道疾病的机制。

一、miRNA 与ASMC

ASMC 控制气道的收缩与舒张，是气道口径的效应器，也被证明是气道重构过程中的重要成员，ASMC 的异常改变包括过度增殖、迁移增强和凋亡减少是哮喘中气道重构的重要标志。同时，ECM是由纤维蛋白、糖蛋白和蛋白多糖组成的一种高度动态的复合体，其过度沉积也可导致哮喘患者气道重构。研究者发现，miRNA 针对不同的信号通路或靶点作用于ASMC，参与哮喘、COPD 等慢性气道炎症性疾病气道重构的过程，如miR-145通过抑制锌指样转录因子4（KLF4）表达，miR-378 通过促进Ⅰ型胶原（COL-I）和纤维连接蛋白（FN）的表达以及miR-620、miR-181a、miR-21-5p 和miR-19a 通过抑制第10 号染色体缺失性磷酸酶和张力蛋白同源物（PTEN）基因表达促进ASMC 增殖、迁移，而后三者也被发现具有促进ECM 沉积的作用。另外，miR-221 可以通过激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）通路来促进ASMC 中ECM 沉积。miR-142、miR-216a、miR-375、miR-139-5p、miR-217、miR-182-5p、miR-155-5p、miR-590-5p、miR-20b-5p、miR-638、miR-200a、miR-192-5p、miR-326、miR-874和miR-204-5p 分别通过抑制表皮生长因子受体（EGFR）、酪氨酸激酶2（JAK2）、染色质重建因子1（BRG1）、E 盒结合锌指蛋白1（ZEB1）、三结构域蛋白8（TRIM8）、转化生长因子-β 活化激酶结合蛋白2（TAB2）、信号转导和转录激活因子3/卵泡抑素样蛋白1（STAT3/FSTL1）、细胞周期蛋白D1（Cyclin D1）/孤核受体1（ONR1）、叉头框蛋白C1（FOXC1）、基质金属蛋白酶-16/自噬相关蛋白7（MMP-16/ATG7）、TNF 配体超家族蛋白14（TNFSF14）、STAT3、同源异型蛋白Six1 的表达抑制ASMC 增殖和迁移，同时后三者对ECM 沉积也有抑制作用。miR-223 可抑制胰岛素样生长因子-1 受体（IGF-1R）表达而抑制ECM 沉积，且不影响ASMC 增殖与凋亡。

二、miRNA 与气道上皮细胞

气道上皮细胞包含基底细胞、纤毛细胞、克拉拉细胞和杯状细胞，具有屏障防御功能、黏液纤毛清除功能和免疫功能，保护机体免受吸入的环境颗粒和病原体的潜在危害。上皮细胞的损害和增殖也是气道重构的典型病理特征。Haj-Salem等（2015 年）研究发现miR-19a 通过靶向转化生长因子-β 受体2（TGF-βR2）促进重度哮喘支气管上皮细胞（BEC）增殖。此外，抑制miR-19a 表达可通过TGF-β2 信号通路促进Smad3 磷酸化，从而抑制BEC 增殖。Huang 等通过细胞学研究发现，miR-744 通过调节TGF-β1 介导Smad3 途径抑制了BEC 的增殖。Mei 等通过体外试验发现长链非编码RNA（lncRNA）NNT-AS1 通过海绵化miR-582-5p 上调FBXO11，促进气道重构，加速了由吸烟导致的COPD 发展；miR-582-5p 抑制剂或FBXO11过表达则可抵消由lncRNA NNT-AS1 沉默引起的BEC 增殖、凋亡减少、炎症和气道重构的作用。Chi 等研究发现，miR-29b 通过抑制MMP-2 表达进而抑制气道上皮细胞增殖和迁移。Sheu 等（2017 年）通过下一代测序（NGS）数据和生物信息学方法得出miR-203a 上调可能会抑制MEF2C（一种转录因子），从而导致上皮细胞增殖减少，而miR-3065-3p 上调可能会抑制细胞膜锚定蛋白1（MDGA1），从而抑制哮喘BEC 中的细胞黏附。上皮细胞-间充质转化（EMT）是指上皮细胞通过特定程序转化为具有间质表型特征的细胞生物学过程，也是气道重构的一个重要机制。近年，不少研究显示miRNA 能够调节EMT，其中miR-448-5p 的过表达使Six1 表达下调，进而抑制TGF-β1介导的EMT 和纤维化；miR-515-5p 过表达可以通过抑制FOXC1 mRNA 的转录，拮抗香烟烟雾诱导的EMT；miRNA-451a 通过靶向Ⅱ型钙黏蛋白11（CDH11）抑制了TGF-β 诱导的EMT。Huang 等研究发现，在卵清蛋白（OVA）诱导的哮喘小鼠模型肺组织中miR-181b 下调，而在小鼠中过表达miR-181b 后，小鼠气道组织内的EMT、呼吸阻力、炎症浸润、黏液生成和纤维化均减弱。进一步研究显示miR-181b 直接靶向抑制高迁移率族蛋白B1（HMGB1），而HMGB1 可促进NF-κB 信号通路的激活，促进哮喘小鼠气道重构。

三、miRNA 与成纤维细胞

成纤维细胞是结缔组织的主要细胞成分，可以合成并分泌胶原纤维，与气道纤维化和胶原沉积密切相关。miR-27a-5p 通过靶向PRDM1 参与转录负调控，抑制TGF-β 诱导的肺成纤维细胞增殖。miR-21 可以通过TGF-β/Smad 通路促人支气管成纤维细胞（HBF）增殖并抑制其凋亡。另有研究显示在HBF 中，miR-21 通过靶向pVHL 引起缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）水平升高，从而提高α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA）和COL-I 水平，诱导肌成纤维细胞分化表型。研究还表明，抑制miR-21 表达可防止肺功能的恶化，并减轻炎症和气道阻塞。当成纤维细胞受到化学性或物理性伤害时，会分泌胶原蛋白进行肺间质组织的修补，造成肺脏纤维化。Wang 等通过增加小鼠体内miR-29c 的表达发现，小鼠肺中β-catenin、MMP-2 和MMP-9 的表达以及支气管肺泡灌洗液中TGF-β1 和IL-6 的水平均降低，结果表明miR-29c 可能通过调节Wnt/β-catenin 通路抑制二氧化硅诱导的肺纤维化进展。

四、miRNA 与杯状细胞

杯状细胞是一种黏膜柱状上皮细胞之间的黏液分泌细胞，其主要功能是合成并分泌黏蛋白，形成黏膜屏障以润滑并保护气道。哮喘、COPD 及囊性纤维化患者体内杯状细胞数量明显增加，导致患者痰液分泌过多而排出不畅，进一步造成气道阻塞及气道重构。MUC5AC 和MUC5B 是支气管杯状细胞产生最多的黏蛋白，其中MUC5AC 是辅助性T 淋巴细胞（Th2）高型哮喘患者病理性黏液的主要成分。Siddiqui 等研究发现，miR-141 对IL-13 刺激后气道上皮杯状细胞数量有调节作用，使MUC5AC 基因和黏蛋白表达升高以及上皮黏液产生增加。哮喘小鼠模型鼻内给予mmu-miR-141-3p 特异性的拮抗剂后，气道高反应性下降，黏液产生减少，而细胞炎症水平未见明显变化，说明miR-141 对上皮细胞具有直接作用，而不是通过炎症细胞间接进行信号转导。该研究结果表明，以miR-141 为靶点能抑制IL-13 诱导的黏液生成，可以为Th2 型重度哮喘中的病理性黏液产生和气流阻塞提供治疗的新策略。另有文献报道，miR-92a 在哮喘小鼠中通过抑制杯状细胞化生来减少MUC5AC 分泌，从而抑制气道重构。miR-145 可通过负反馈调节EGFR 从而下调MUC5AC 的表达，进而减轻气道重构。

五、miRNA 与气道血管生成

气道血管生成被认为是一种特殊的血管结构变化，与气道重构有关。一些早期的研究报道了ASMC 具有促进气道血管生成的能力，Zhao 等创新性地观察到哮喘急性发作期组织和细胞中miR-375 的表达降低，并且miR-375 可直接与Yes相关蛋白1（YAP1）的3′-UTR 结合而参与ASMC的促血管生成过程。

六、miRNA 与气道炎症

炎症细胞在气道的局部聚集、炎症介质和细胞因子的释放等是形成和维持气道炎症，并进而引起组织损伤和气道功能障碍的主要原因。不同的气道炎症性疾病，炎症性质也不同，支气管哮喘主要为变态反应性，以嗜酸性粒细胞和CD4T淋巴细胞浸润为主；而COPD 以中性粒细胞和CD8T 淋巴细胞浸润为主。Shi 等用miR-142-5p反义寡核苷酸或miR-130a-3p 模拟物转染均可以抑制IL-4 诱导的M2 型巨噬细胞因子表达，从而抑制单核细胞促进气道重构的能力。Chung 等研究发现，miR-451 有助于肺中趋化因子CCL17 的过敏性诱导，并且在促进巨噬细胞活化中起关键作用，从而促进气道重构。Ramelli 等使用miR-145 拮抗剂进行小鼠实验，发现其能够通过减少嗜酸性粒细胞和CD68巨噬细胞的数量来减轻小鼠肺组织的炎症。Lee 等发现miR-21 缺失可有效减轻OVA 诱导的哮喘小鼠模型的气道嗜酸性炎症、气道高反应性和气道重构，进一步研究显示miR-21 缺失小鼠气道重构减少的机制可能与肺巨噬细胞的选择性（M2）极化被抑制以及M2 型巨噬细胞与Th2 的相互作用有关。Aripova 等研究发现，中度哮喘患者的miR-19b-3p 和miR-320c 明显失调，哮喘患者血浆中miR-320c 的表达水平与IL-4 的表达水平呈正相关。Malmhall 等（2014 年）研究显示，miR-155 通过转录因子PU.1 调节Th2 免疫反应，有助于调节过敏气道炎症。Roffel 等研究发现，较高水平的miR-223 可能通过降低NF-κB 通路的活性抑制小鼠肺部炎症。Shen 等研究发现，使用miR-943-3p 拮抗剂和Ad-SFRP4 均可有效减轻炎症细胞的气道浸润以及气道重构程度，进一步研究显示miR-943-3p 通过Wnt 信号通路抑制卷曲相关蛋白4（SFRP4）在哮喘患者和OVA 诱导的小鼠中的活性，从而加速了过敏性哮喘中气道炎症和重构的进展。Ye 等（2017 年）所进行的研究显示，miR-19b 在小鼠哮喘模型中通过降低胸腺淋巴素（TSLP）抑制STAT3 信号通路，从而降低气道炎症、氧化应激程度和气道重构。

七、miRNA 与自噬

自噬是一种存在于真核细胞中依赖溶酶体的自我降解途径，能够使机体维持内环境稳态。近期有不少研究显示miRNA 通过影响细胞自噬，调节气道重构。Li 等发现，miR-30a 通过下调ATG5 抑制BEC 自噬，并且观察到miR-30a 的过表达抑制了BEC 中IL-33 介导的纤维增生和细胞自噬；体内实验同时表明，miR-30a 过表达后自噬减少而气道重构减轻。Yu 等（2017 年）在体外实验发现，经OVA 处理的细胞中过表达miR-20a-5p 降低了ATG7 的表达水平，并减轻了自噬引起的细胞凋亡、纤维化和炎症反应。体内实验进一步证明，经OVA 处理的小鼠中，miR-20a-5p 过表达与ATG7 减少相关，同时通过抑制胶原积累、细胞凋亡和炎症反应以减轻气道重构。该研究表明miR-20a-5p 作为自噬抑制剂，可抑制过敏性哮喘的发展。Lou 等进行的体内及体外实验均显示，miR-192-5p 通过靶向ATG7 和MMP-16 抑制ASMC 自噬。Yin 等（2017 年）通过细胞学研究发现miR-34/449过表达下调IGFBP-3，减轻了IL-13 诱导的自噬相关的气道炎症和气道纤维化。Cheng 等（2017 年）通过生物信息学方法发现miR-384 的迁移能够降低ASMC 中Belcin-1 蛋白的水平，使ASMC 自噬减少，从而降低OVA 引起的哮喘严重程度。

八、结 语

综上所述， miRNA 与气道重构关系密切且复杂，同一miRNA 能通过不同的靶点及通路影响不同的效应器官来调节气道重构（如miR-19a 对ASMC、BEC 和气道炎症均产生影响）；不同的miRNA 也可能通过相同的靶点及通路对气道重构产生相似的影响（如miR-216a 和miR-375 均能通过靶向JAK2 抑制ASMC 增殖）。一般认为气道重构是不可逆的，仅在少数动物实验中发现早期炎症刺激的气道重构可被逆转，而miRNA 是抑制气道重构药物的潜在研究方向。目前miRNA 在气道重构中的研究取得了很大的进展，但miRNA 作为哮喘、COPD 等存在气道重构疾病的生物标志物或治疗靶点研究基本处于动物实验与体外细胞实验阶段，若要将其用于临床实践还需进一步研究。