miRNA与放射性肺损伤相关性研究进展

李淑晶 张瑞新 李 硕 宁方玲

滨州医学院附属医院肿瘤科，山东滨州 256600

miRNAs是由19～25个核苷酸组成的非编码短小RNA，通过引导Argonaute（AGO）蛋白到mRNAs 3’非翻译区的靶点介导基因沉默[1]。一个miRNA可以沉默数百个基因，同一基因也能由多个miRNAs共同调节，目前已经报道了不同细胞通路和miRNA生物学功能之间的串扰关系，其中多项研究涉及miRNAs对放射治疗（radiotherapy，RT）的增敏和辐射防护作用[2]。RT是许多恶性肿瘤治疗的主要手段之一，目的是杀死肿瘤细胞，同时使正常组织尽量少的接受辐射损伤。然而，与RT相关的严重不良事件限制了有效辐射剂量的应用。Evans等[3]首次描述了辐射对肺的影响，并将放射性肺损伤（radiation-induced lung injury，RILI）分为放射性肺炎（radiation pneumonitis，RP）和随后的放射性肺纤维化（radiation pulmonary fibrosis，RPF）。尽管早期的肺炎经治疗后往往是可逆的，但RPF却被认为具有不可逆的迟发性毒性。值得关注的是，Śliwińska-Mossoń等[4]已经指出miRNA有可能成为评估RT反应和毒性的预测性生物标志物。

1 miRNA

1.1 miRNA的生物合成

miRNAs的生物发生是一个多步骤的过程，首先由RNA聚合酶Ⅱ转录成结构化的初级miRNAs，然后加工成前体miRNAs，最后形成成熟的miRNAs双链[5]。双链RNA特异性腺苷脱氨酶蛋白的A-to-I编辑可以改变初级miRNA的序列，这可能会影响进一步的生物合成和成熟miRNA的序列，或促进初级miRNA的降解[6]。

1.2 miRNA的转录后调控

初级miRNAs和前体miRNAs的转录后调控广泛存在于正常组织和疾病中。特定的RNA结合蛋白（RNA-binding proteins，RBPs）对 miRNAs的加工及加工后装入RNA诱导沉默复合体（RNA-induced silencing complex，RISC）的过程进行调控[7]。RBPs还可以调节RISC负载[8]，动物RISC的存在影响着miRNA生物发生。长链非编码RNA也调控miRNA的生物发生[9]。

1.3 miRNA的作用机制

成熟的miRNA在AGO蛋白中发挥作用，负载miRNA的AGO蛋白形成miRISC的靶向模块，AGO-miRNA与mRNA的3’非翻译区结合后通过翻译抑制和mRNA降解导致基因沉默[10]。miRNAs在起始阶段抑制翻译可能是通过干扰eIF4A-Ⅰ和eIF4A-Ⅱ引起的[11]；与GW182蛋白的相互作用则能够介导mRNA的降解[12]。核糖体图谱分析显示基因沉默66%～90%是由mRNA降解造成的，而这两种miRISC介导的基因沉默模式被认为是相互关联的[10]。

2 miRNA调节RILI的分子机制

2.1 RILI中的miRNA

随着高通量测序和miRNA数据库的开发，miRNAs与RILI之间的关系逐渐清晰。据报道辐射后的大鼠肺组织中存在明显差异表达的miRNA[13]，这些差异表达的miRNAs与Th1和Th2细胞分化的分子通路相关[14]。当在RILI小鼠模型中构建lncRNA-miRNA-mRNA通路，并对这些靶mRNAs进行功能注释后发现与Th17细胞分化、造血细胞谱系等相关的通路也明显失调，这突出了RILI中T辅助细胞在miRNA网络中的作用[15]。胸部肿瘤患者RT后外周血中has-miRNA-19b-3p/933的表达呈剂量依赖性，且能预测是否发生RP[16]。血浆外泌体中高表达的miRNA-7-5p/17-5p也可能是预测RILI的重要生物学标志[17]。因此，研究miRNAs的作用机制将有助于RILI的预防与治疗。

2.2 miRNAs通过参与DNA损伤修复在RILI中发挥作用

直接的DNA损伤是RILI激活的主要机制，其中最致命的损伤形式是DNA双链断裂（doublestrand break，DSB）[18]。在肺部受辐射后几分钟内，DNA和细胞器的损伤引发细胞内信号转导，导致基因表达的变化。ATM激酶是这一过程中最常见的中间产物，在RILI小鼠模型中miRNA-214-3p通过靶向ATM/P53/P21通路减轻辐射诱导的DNA损伤和细胞衰老[19]。非同源末端连接是典型的DSB修复途径[20]，电离辐射诱导的miRNA-1246高表达促进非同源末端连接通路参与DSB[21]。Nrf2/miRNA-140通路的辐射保护不仅在短期内发挥作用，而且具有一定的持久性[22]。miRNA-140还参与人胚胎成纤维细胞的自我更新，调节DNA修复[22]，为保护肺组织免受放射性损伤提供了一种有前景的防护策略。

2.3 miRNA通过调节细胞因子在RILI中发挥作用

功能障碍的内皮细胞和受辐射损伤的细胞释放的细胞因子引起炎症反应，并激活防御机制以应对放疗的毒性反应[23]。Lei等[19]发现接受15 Gy全胸照射的小鼠经富含miRNA-214-3p的外泌体治疗后炎症与纤维化程度明显减轻。miRNA-340则能够通过抑制TLR4/NF-κB通路调节细胞因子的表达[24]。此外，接受RT的非小细胞肺癌患者的血清和支气管肺灌洗液中miRNA-21水平在早期阶段均有所增加，在第4周达到高峰；这一现象可能与miRNA-21调控肺部巨噬细胞的M1极化有关[25]。据报道miRNA-21也能调节晚期肺间质纤维化的形成[26]。综上所述，对接受胸部放疗的患者来说，无论是在早期急性炎症阶段还是晚期纤维化时期应用miRNA-21都是一种有效的管理策略。

2.4 miRNA通过抑制核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3（NLRP3）炎症小体减轻RILI

NLRP3炎症小体是外源性病原体和内源性损伤相关分子模式的胞质传感器，辐射可激活存在于各种肺细胞炎性小体中的NLRP3[27]。miRNAs已被证明是NLRP3炎症体活性的关键调节器，在炎性肺组织中miRNA-223/142能够抑制NLRP3炎症体的激活[28]；miRNA-495也被证明可以通过减弱NLRP3炎性小体的激活预防急性肺损伤[29]。在RILI中miRNA-233通过降低NLRP3炎症复合体的活化水平减少促炎因子的分泌[30]；负向调节巨噬细胞的miRNA-30e/NLRP3轴对辐射诱导的肺损伤同样具有保护作用[31]。以上证明通过调节miRNAs的表达抑制NLRP3炎症小体的功能可能会成为限制辐射诱导的肺损伤的新策略。

2.5 miRNAs通过抑制转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）/Smad信号通路改善RILI

近期的研究揭示了几种在RILI中由TGF-β/Smad信号通路诱导的具有促纤维化作用的miRNA。miRNA-21是成纤维细胞增殖和纤维化的调节器，接受辐射的大鼠肺组织中miRNA-21的表达显著升高，而当抑制miR-21/TGF-β1/Smad3通路时则能够减轻RILI[26]。miRNA-495-3p被认为是TGF-β1诱导的肺上皮细胞纤维化的抑制剂，在RPF中TGF-β1/Smad途径发挥了重要的桥梁作用[32]；miRNA-29a作为组织纤维化的一个重要媒介，显著降低了常见胶原蛋白的表达[33]。此外，研究显示miRNA-125a也可能是预测放射治疗后肺炎风险的一个潜在生物标志物[34]。由此可以推测调控miRNA/TGF-β/Smad通路能够减轻RILI，这为RILI的治疗提供了新的靶点。

2.6 miRNAs通过抑制上皮细胞-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）减轻RILI

EMT在胚胎发生、伤口愈合和器官纤维化中发挥关键作用，辐射致损的肺泡上皮细胞和内皮细胞触发促炎因子的释放，诱导肺泡上皮细胞的EMT，最终促进RPF的发展[35]。研究表明，miRNA-21参与许多器官的纤维化反应，同样也是EMT重要的调节物[36]。RPF小鼠模型肺组织中miRNA-21的表达显著上调；在A549和BEAS-2B细胞中，miRNA-21靶向PTEN/Akt途径在辐射诱导的肺纤维化EMT进展中发挥关键的调节作用[37]。miRNA-34a-5p通过沉默CD44抑制辐射诱导的EMT及RPF[38]。梁鑫等[39]创新性的发现Let-7i/IL-10/PI3K/AKT可能是辐射诱导EMT的新途径。此外，小鼠肺组织中的miRNA-155-5p可以抑制GSK-3β/NF-κB通路的激活，减轻RPF的程度[40]。

3 总结与展望

自从miRNA的发现及其在细胞信号通路中的作用被逐渐揭开以来，这种小的非编码分子在人类疾病的研究中开辟了一个全新的领域，其中就包括RILI。RILI作为一种严重而复杂的肺部疾病，目前仍缺乏特异性治疗。目前有关miRNAs在RILI中的作用的文献非常有限，而且功能尚不清晰，大多都处于初级阶段。RILI的调节是多种信号分子共同作用的结果，miRNA可以靶向大量的mRNAs，但发挥功能的可能只是其中的几个。因此，未来需要对这些miRNA及它们的上下游靶基因和蛋白进行更多的研究，为筛选RILI的临床生物标志物和治疗提供新思路。