LncRNA MALAT1 在器官纤维化进展中的机制研究

魏依卿，邵国丰，李旎，叶蒙蒙，陈航

纤维化被认为是一个病理重塑终点的过程，有助于解释多种慢性疾病和衰老相关器官损伤的发病机制，心脏、肝、肺和肾等器官的病理发展都与这一过程有关。器官纤维化由细胞外基质（ECM）蛋白的过度合成和沉积引起，活化的促纤维化成纤维细胞在这一过程中起着重要的作用。ECM 的合成和降解之间的止血障碍可能是由器官损伤所诱导的一系列复杂的细胞反应级联引起的。虽然器官损伤的触发器可以一种器官特异性的方式来发挥作用，但不同器官之间的纤维化过程和所涉及的级联反应是非常保守的。不同的级联反应和信号通路，包括WNT 和TGF- ，调节不同器官的纤维化过程。

长链非编码RNA（lnc RNA）是一大类200-nt的非编码转录物，其缺乏蛋白质编码能力。LncRNA转移相关肺腺癌转录物1（Malat1）是目前研究最广泛的LncRNA 之一。Malat1 首次在非小细胞肺癌（NSCLC）中与转移和患者生存相关的基因筛选中被发现[1]，可作为观察早期NSCLC转移的诊断因子。Malat1 基因的初级序列包含超过8 000 bp，在33 种哺乳动物中表现出高度的保守性。Malat1 几乎在所有人体组织中均有表达，在胰腺和肺中表达最高。本文就Malat1 在调节与各种疾病相关的纤维化机制中的作用进行整理总结与讨论。

1 肝纤维化

肝纤维化是一种慢性肝损伤，可能由长期饮酒、肝炎病毒感染或代谢紊乱引起。在中国，人们的生活方式以及肝炎病毒感染的流行是导致肝纤维化发病率和死亡率的增加的主要原因。肝星状细胞（HSCs）占肝细胞组成的58%，HSCs 的活化和向成纤维肌成纤维细胞的分化是肝纤维化发病机制的驱动力。因此，了解HSCs 活化和炎症的机制，对于肝纤维化诊断和治疗策略至关重要。有研究显示，Malat1 海绵化LX2 细胞中的miR-181a-5p，并激活造血干细胞中的TLR4/NF-kB 信号通路，从而促进造血干细胞的胶原的产生、增殖、迁移和黏附能力[2-3]。此外，Malat1 上调诱导Smad3 去乙酰化和HSC 失活。Yu 等[4]发现，在四氯化碳诱导的小鼠肝纤维化模型中，Malat1 在活化的造血干细胞中显著上调，并与miR-101b 的表达呈负相关。Malat1 和ras 相关的C3 肉毒杆菌毒素底物1（Rac1）是miR-101b的靶点，前者作为ceRNA 增强Rac1 的表达，从而促进HSCs 的增殖和激活。并且还可以通过下调miR-26b[5]，增加胶原蛋白1（COL1）A2 的表达，从而促进HSCs 的激活，致使肝纤维化进展。有研究报道，Malat1 通过抑制沉默信息调节器1（SIRT1）的表达和功能来影响肝纤维化，SIRT1 通过抑制纤维化基因启动子，如I型胶原，从而抑制TGF- 信号通路，因而Malat1 通过阻断sirt1 介导的对肝纤维化中TGF- 信号通路的抑制来促进HSCs 的激活[6-7]。

研究证明，HSCs的激活可以通过促炎性M1 巨噬细胞来实现。在对不同微环境刺激的反应中，肝巨噬细胞可能呈现从促炎性M1 表型到抗炎性M2表型的异质性功能[8]。因此，了解控制肝巨噬细胞M1 极化的机制可能有助于确定针对HSC活化的解决策略。Malat1 以正反馈的方式增强巨噬细胞的促炎反应，同时，Malat1 在细胞核中被RNase P切割后所产生的Malat1 相关的小细胞质RNA（mascRNA）也被证实参与巨噬细胞中促炎反应的激活。METTL3 通过m6A 稳定Malat1 的甲基化，在上调的METTL3 和巨噬细胞的M1 极化之间存在相互的正反馈机制[9-10]。

2 肾纤维化

糖尿病肾病（DN）是糖尿病最严重的并发症之一，也是肾纤维化最常见的因素之一，其特征是细胞外基质（ECM）蛋白的积累、基底膜增厚、肾纤维化和肌成纤维细胞的激活。上皮-间充质转化（EMT）参与了肾间质纤维化、足细胞功能障碍和肾小球硬化的发病机制，是DN 发展过程中不可或缺的过程。在EMT 过程中，上皮细胞获得间充质细胞特征，导致上皮标记物丢失、间充质标记物获得、ECM 沉积增加和肾间质纤维化。据报道，Malat1 过表达促进人肾小管上皮细胞（HK-2 和293T）中胶原I（col I）col IV、纤连蛋白（FN）和层粘连蛋白（LN）的蛋白表达水平，而Malat1 敲低则产生相反的效果。Huang 等[11]研究发现，在用链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠肾组织和高糖处理的HK-2 或293T 细胞中，Malat1 表达上调，Malat1 的过表达抑制了miR-2355-3p 水平。而白细胞介素 6 信号转导因子（IL6ST）作为miR-2355-3p 的靶点，可随着miR-2355-3p 表达水平的上调或下调，表现为抑制或激活。同时miR-2355-3p 的过表达亦能灭活重组信号转导子和转录激活子3（STAT3）及NF-kB 信号通路。简而言之，Malat1 过表达通过miR-2355-3p/IL6ST/STAT3/NF-kB 信号通路轴，促进DN 大鼠的肾纤维化。同时，在肾小管上皮细胞中，高糖诱导Malat1 通过靶向miR-23c 和连续上调ELAVL1 和NLRP3[12]导致细胞凋亡增加。

阻塞性肾病（ON）是由尿路或小管液体流动受损引起的肾脏疾病，指尿路存在结构或功能的改变，阻碍尿液的正常流动。纤维化是慢性肾病（CKD）的一个标志，考虑到肾纤维化在ON 合并CKD 中的作用，了解肾纤维化的形成、逆转和潜在机制非常重要。先前的研究证明TGF- 1 在CKD 的进展中起重要作用，因为它促进EMT 和ECM 沉积。还有研究发现，TGF- 1 通过调节TGF- /Smad 通路发挥其功能，可能是纤维化的主要调节因子[13-14]。

3 心脏纤维化

心肌梗死（MI）是心血管疾病相关死亡的主要原因，MI通常是由动脉粥样硬化斑块破裂和心肌缺血-再灌注损伤演变而来的冠状动脉血栓形成的结果。在MI 后的早期，心肌组织经历了快速变化，包括细胞外基质消化和纤维化。巨噬细胞已被证明与MI的发病机制和MI 后的组织修复密切相关[15-16]，骨髓来源的巨噬细胞（BMMs）与MI 的早期“炎症”阶段有关，并参与MI 后的心脏修复和重塑[17]。Chen 等[18]研究发现，M1-BMMs-EVs能加重MI小鼠的梗死面积及纤维化程度，同时能抑制小鼠MI后血管生成和心肌再生。而这一病理的潜在机制，是通过释放被包封在EVs 中的Malat1，使其表达上调，然后竞争性地结合miR-25-3p 以促进CDC42 表达，激活下游的MEK/ERK 途径来完成的。Wu 等[19]发现，人胚胎干细胞衍生的心血管祖细胞（hCVPC）分泌的EVs在增强心脏功能和限制纤维化形成方面具有保护作用，它还可以保护心肌细胞免于MI诱导的细胞死亡并促进MI 后血管再生。目前所知，血管生成也有助于减少梗塞心脏中的细胞死亡和纤维化程度。这一潜在机制可能是通过存在于hCVPC-EVs中的Malat1靶向作用于miR-497 而实现的。此外，Huang 等[20]发现，Malat1 还可通过miR-145 调节TGF 1 活性，促进MI 后的心肌纤维化。

糖尿病性心肌病（DCM）是一种常见的糖尿病性心血管并发症。心脏纤维化是糖尿病患者和糖尿病动物模型中DCM 的一个突出的病理过程。心脏成纤维细胞（CFs）可以在各种刺激下被激活成为肌成纤维细胞（MFs），后者反过来分泌ECM，导致心脏纤维化[21-22]。显然，心脏纤维化是DCM 发展的关键因素之一。转化生长因子1（TGF- 1）是细胞内信号通路的重要启动因子，通过激活糖尿病小鼠smads依赖的信号通路，诱导CFs 中ECM 蛋白的表达，从而导致病理性纤维化。

4 肺纤维化

急性呼吸窘迫综合征（ARDS）是急性肺损伤的一种严重形式，其中的炎症反应可诱导纤维化相关因子释放，从而导致肺纤维化。目前研究发现，Malat1参与ARDS 的进展，如Malat1 直接与miR-425 相互作用，并通过海绵miR-425 上调PTEN 的表达，从而抑制PI3K-Akt 途径的下游功能来抑制细胞增殖、促进细胞凋亡[23]。PTEN 的表达水平与急性肺损伤期间成纤维细胞异常增殖和胶原分泌有关。Yao 等[24]发现，Malat1 与miR-150-5p 结合上调（细胞间黏附分子-1）ICAM-1 的表达，从而增加促炎细胞因子和黏附因子的表达。

矽肺是一种间质性肺纤维化疾病，肺泡上皮细胞损伤和增生、持续炎症、细胞外基质沉积和随后的异常伤口愈合是矽肺的共同特征。在肺纤维化过程中，上皮细胞和巨噬细胞受到二氧化硅颗粒的刺激，分泌大量细胞因子和炎症介质，从而促进上皮细胞通过上皮化生、凋亡、纤维细胞募集和EMT 向肌成纤维细胞转化。Yan 等[25]研究表明，LncRNA Malat1可能通过海绵化miR-503 激活下游PI3K /Akt 信号通路作用于mTOR受体来影响二氧化硅诱导的肺纤维化中的EMT 过程。

5 其他组织与器官纤维化

骨髓增生性肿瘤（MPNs）是一种克隆性干细胞疾病，以骨髓细胞增殖增加和异常分化为特征包括真性红细胞增多症（PV）、原发性血小板增多症（ET）和原发性骨髓纤维化（PMF），后者根据骨髓纤维化的程度分为前纤维化（前PMF）和明显纤维化（明显PMF）阶段。除了新发的PMF，继发性骨髓纤维化（SMF）可能由PV 或ET 演变而来，分别导致PV 后骨髓纤维化（PPV-MF）或ET 后骨髓纤维化（PETPV），统称为骨髓纤维化（MF）。研究显示，高水平的Malat1 与MF 的有害特征相关，如高WBC 计数、循环CD34+细胞数量增加、显著的LDH 活性、存在脾肿大和更严重的骨髓纤维化程度[26]。

有研究发现，Malat1 在成肌细胞分化过程中表现出不同的表达模式，说明其在肌纤维发育和成熟中起关键作用。Li 等[27]通过对年轻和老年小鼠的骨骼肌中基因表达的分析发现，Malat1 表达随着年龄显著降低，miR-34a 表达随着年龄而增加，miR-34a和Malat1 与衰老之间存在负相关，细胞衰老和氧化应激与许多不同器官和组织的纤维化相关。例如，随着年龄的增长，骨骼肌中的p53 增加，同时ROS诱导p53 的激活，刺激miR-34a，抑制Malat1，Malat 1 又产生正反馈，进一步增加miR-34a 水平。升高的mir-34a靶向作用于Sirt1，sirt1 可促进细胞衰老，沉默的Malat1 增加TGF- 1 的表达，从而促进纤维化[28]。而衰老又能诱导组织纤维化。TGF- 1 不仅可以增加骨骼肌的纤维化，而且是随着衰老损害卫星细胞再生能力的关键因素[29]。

6 总结

器官纤维化是大部分病理学中的最后过程，特别是在与年龄相关的病理学中。这一过程已被发现受到一些LncRNA 的调控。LncRNAs 主要通过海绵化miRNAs 来影响纤维的生成。到目前为止，Malat1 与不同器官纤维化的相互关系也持续得到了一些研究与证实，说明其在不同病理情况下存在一些共同途径。可以作为不同器官的潜在共同靶点来调节纤维化程度。举例来说，Malat1 抑制因子可以有效并同时改善心、肝、肾等多种器官纤维化。尽管如此，它生物标志物的作用尚未被完全了解。我们无法确定其在其他病理过程中所起的作用。因此，在未来，我们在考虑将其作为治疗靶点的同时，应当进一步研究并完善其功能。