非編碼RNA與特發(fā)性肺纖維化發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

丘圓圓 王昌明

(1 廣西桂林醫(yī)學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)院，桂林市 541004，電子郵箱：1982561066@qq.com；2 廣西桂林市人民醫(yī)院呼吸內(nèi)科，桂林市 541002)

【提要】 特發(fā)性肺纖維化(IPF)是一種原因未明、以彌漫性肺泡炎和肺泡結(jié)構(gòu)紊亂最終導(dǎo)致肺間質(zhì)纖維化為特征的疾病。由于IPF的發(fā)病機(jī)制尚未明確，缺少有效的治療藥物，患者預(yù)后不佳。近年來，研究表明非編碼RNA(ncRNA)在生物的基礎(chǔ)生命活動(dòng)中扮演著不可或缺的角色，包括細(xì)胞增殖、分化、凋亡和轉(zhuǎn)移，ncRNA與肺纖維化相關(guān)病理關(guān)系逐漸引起學(xué)者們的關(guān)注，本文就ncRNA與IPF發(fā)病機(jī)制之間的病理關(guān)系進(jìn)行綜述。

特發(fā)性肺纖維化(idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是一種進(jìn)行性的、致命的、不可治愈的慢性疾病，以肺泡上皮細(xì)胞損傷、上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)以及成纖維細(xì)胞過度增殖為主要病理特征，以逐漸加重的呼吸困難為主要臨床表現(xiàn)，以呼吸衰竭為終末期臨床表現(xiàn)。關(guān)于日本北海道地區(qū)的一項(xiàng)回顧性隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，IPF累積發(fā)病率和患病率分別為2.23人/10萬人和10.0人/10萬人，而IPF患者患肺癌的風(fēng)險(xiǎn)約為非IPF患者的3.34倍[1]。由于IPF的發(fā)病機(jī)制尚未明確，缺少有效的治療藥物，診斷后患者的中位生存時(shí)間為2～4年，因此闡明IPF的發(fā)病機(jī)制迫在眉睫。

根據(jù)DNA元素百科全書項(xiàng)目可知，整個(gè)人類基因組中有超過74.7%的基因?yàn)樵嫁D(zhuǎn)錄本，其中僅有2.94%的基因參與蛋白質(zhì)的翻譯；這一發(fā)現(xiàn)引起了學(xué)者們對(duì)非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)的關(guān)注，但既往研究認(rèn)為ncRNA是“編碼垃圾”[2]。近十年來，人類對(duì)ncRNA有新的認(rèn)識(shí)，發(fā)現(xiàn)ncRNA具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控、染色體復(fù)制、基因組印跡、RNA處理、選擇性剪接和修飾、信使RNA的翻譯和穩(wěn)定性，甚至蛋白質(zhì)的易位和降解等功能[3]，ncRNA在生物的基礎(chǔ)生命活動(dòng)中扮演著不可或缺的角色。根據(jù)核苷酸長度不同，ncRNA可分為微小RNA(microRNA，miRNA)、長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)、環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)，本文就ncRNA中的miRNA、lncRNA、circRNA與IPF發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 miRNA與IPF

miRNA源自內(nèi)源性莖環(huán)前體轉(zhuǎn)錄物，是一類小分子ncRNA，長度約為19～25個(gè)核苷酸[4]，可作為基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子，參與各種細(xì)胞分化、增殖、轉(zhuǎn)移、凋亡等過程[5]。越來越多的研究表明在IPF的發(fā)病機(jī)制中存在miRNA的上調(diào)或者下調(diào)。

1.1 miRNA參與EMT介導(dǎo)IPF形成 EMT是早期胚胎發(fā)育、組織修復(fù)、癌癥病理學(xué)的基本生理過程。其特征為上皮表型的喪失、間充質(zhì)表型的獲得；在分子水平上，經(jīng)歷EMT的細(xì)胞表現(xiàn)出E-鈣粘蛋白表達(dá)水平下調(diào)和N-鈣粘蛋白、波形蛋白和纖連蛋白表達(dá)水平增加[6]，EMT的主要調(diào)節(jié)因子包括Snail蛋白、Twist蛋白和鋅指E-box結(jié)合蛋白(zinc-finger E-box binding homeobox，ZEB)轉(zhuǎn)錄因子[7]。越來越多的研究表明，miRNA在EMT介導(dǎo)的IPF中有重要作用。Liang等[8]發(fā)現(xiàn)，在博來霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化模型中miRNA-26a表達(dá)下調(diào)，抑制miR-26a表達(dá)可導(dǎo)致肺上皮細(xì)胞在體內(nèi)及體外轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，而miRNA-26a的過表達(dá)可在體外和體內(nèi)抑制轉(zhuǎn)化生長因子(transforming growth factor，TGF)-β1表達(dá)和延緩博來霉素誘導(dǎo)的EMT。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-26a是通過調(diào)控高遷移率族蛋白A2的表達(dá)減弱EMT，而高遷移率族蛋白A2是EMT的關(guān)鍵正調(diào)節(jié)因子[9]，由此可見miRNA-26a是一種潛在的EMT抑制劑，可被認(rèn)為是IPF的新治療靶點(diǎn)。Yamada等[10]發(fā)現(xiàn)，在肺纖維化小鼠模型的肺上皮細(xì)胞以及在EMT誘導(dǎo)條件下培養(yǎng)分離的Ⅱ型肺泡細(xì)胞中miRNA-21表達(dá)增加，將特異性miRNA-21抑制劑轉(zhuǎn)染到Ⅱ型肺泡細(xì)胞后波形蛋白、α平滑肌肌動(dòng)蛋白和ZEB1/2的表達(dá)減少，同時(shí)miRNA-21抑制劑減弱了TGF-β誘導(dǎo)的原代小鼠Ⅱ型肺泡細(xì)胞中的EMT，提示miRNA-21可能參與肺上皮細(xì)胞EMT。let-7d是最早發(fā)現(xiàn)的miRNA家族成員之一[11]，Liang等[12]用博來霉素干預(yù)小鼠肺纖維化模型和IPF患者均發(fā)現(xiàn)let-7d表達(dá)下調(diào)；使用let-7d轉(zhuǎn)染原代成纖維細(xì)胞后細(xì)胞失去間充質(zhì)特性，如高遷移率族蛋白A2等EMT調(diào)控因子減少。因此let-7d是通過抑制高遷移率族蛋白A2軸介導(dǎo)其在成纖維細(xì)胞中的作用，let-7d補(bǔ)充劑可能對(duì)IPF有潛在治療價(jià)值[12]。綜上，miRNA可能在參與EMT介導(dǎo)IPF形成過程中扮演重要角色。

1.2 miRNA調(diào)控TGF-β1/Smad通路介導(dǎo)IPF形成 TGF-β1是TGF-β超級(jí)家族的成員之一，在細(xì)胞生長、形態(tài)發(fā)生、分化和凋亡中起重要的調(diào)節(jié)作用，它是一種有效的纖維化因子，通過增強(qiáng)膠原蛋白合成和抑制蛋白酶的產(chǎn)生來增加細(xì)胞外基質(zhì)的積累[13]，Smad蛋白是TGF-β1受體下游信號(hào)分子。近年來，隨著對(duì)IPF研究的深入，TGF-β1/Smad通路作為介導(dǎo)IPF發(fā)生的經(jīng)典通路被研究得最為透徹，miRNA調(diào)控TGF-β1/Smad通路參與IPF發(fā)生也成為研究熱點(diǎn)。miRNA-26曾被報(bào)告在膀胱癌、乳腺癌、口腔鱗狀細(xì)胞癌等患者中表達(dá)下調(diào)，是這些腫瘤的抑制性miRNA[14]。Liang等[8]發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)性肺纖維化小鼠miRNA-26a表達(dá)下調(diào)，且miRNA-26a能使TGF-β1介導(dǎo)的Smad3磷酸化水平下調(diào)從而抑制肺纖維化的形成，同時(shí)miRNA-26a表達(dá)下調(diào)能使結(jié)締組織生長因子表達(dá)失調(diào)，從而誘導(dǎo)膠原纖維產(chǎn)生[15]。Pandit等[16]分析了10個(gè)IPF和10個(gè)對(duì)照肺組織的差異性表達(dá)miRNA后發(fā)現(xiàn)，IPF肺組織中表達(dá)水平顯著下調(diào)的miRNA有l(wèi)et-7d、miRNA-26和miRNA-30家族的幾個(gè)成員，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)let-7d受TGF-β的負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控，let-7d啟動(dòng)子與TGF-β1/Smad通路中的Smad3結(jié)合，IPF組織中l(wèi)et-7d的表達(dá)下調(diào)導(dǎo)致被結(jié)合的Smad3減少，TGF-β1/Smad通路激活致肺纖維化加重。Yang等[17]發(fā)現(xiàn)miRNA-200家族成員，如miRNA-200a、miRNA-200b和miRNA-200c，在博來霉素誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠模型中表達(dá)水平顯著下調(diào)，且miRNA-200家族成員抑制TGF-β1誘導(dǎo)的肺泡上皮細(xì)胞的EMT，并可以逆轉(zhuǎn)肺纖維化小鼠和IPF患者的肺成纖維細(xì)胞的纖維化活性。Lino Cardenas等[18]發(fā)現(xiàn)miRNA-199a-5p在肺成纖維細(xì)胞中是TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)鍵效應(yīng)器。Milosevic等[19]指出IPF組織中大多數(shù)表達(dá)水平上調(diào)的miRNA定位于染色體14q32，并且富含miRNA-154家族成員。綜上，miRNA可通過調(diào)控TGF-β1/Smad通路介導(dǎo)IPF的形成。

2 lncRNA與IPF

lncRNA是長度大于200個(gè)核苷酸的轉(zhuǎn)錄本，具有很少或沒有蛋白編碼潛能[20]。迄今為止，在所有被識(shí)別的lncRNA中，只有一小部分lncRNA的功能被我們認(rèn)識(shí)，lncRNA參與的生理過程包括調(diào)控順式和反式基因表達(dá)、指導(dǎo)色素修飾復(fù)合物、X染色體失活和基因組印跡、核分區(qū)、RNA剪接和翻譯控制、核細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)等[21]。研究表明，lncRNA的錯(cuò)誤表達(dá)與許多疾病有關(guān)[22]，但lncRNA與IPF之間具體的病理作用尚不明確。Huang等[23]發(fā)現(xiàn)有34個(gè)lncRNA與IPF中表達(dá)失調(diào)的miRNA存在潛在結(jié)合位點(diǎn)。

2.1 lncRNA參與EMT介導(dǎo)IPF形成 近年來，lncRNA參與生物基礎(chǔ)生命活動(dòng)的病理生理過程的研究取得階段性成就，但其在IPF發(fā)生的生理病理機(jī)制中的研究有限。Sun等[24]在百草枯誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠模型中發(fā)現(xiàn)513個(gè)表達(dá)上調(diào)和204個(gè)表達(dá)下調(diào)的lncRNA，其中表達(dá)上調(diào)的lncRNA包括uc.77和2700086A05Rik(05Rik)，在轉(zhuǎn)染uc.77或05Rik的A549細(xì)胞中，上皮標(biāo)志物如E-鈣粘蛋白、上皮細(xì)胞粘附分子的表達(dá)均顯著下調(diào)，而包括波形蛋白和α平滑肌肌動(dòng)蛋白的間充質(zhì)標(biāo)志物的表達(dá)水平增加，表明uc.77和05Rik可能參與EMT的表達(dá)。Liu等[25]發(fā)現(xiàn)在肺上皮細(xì)胞EMT期間lncRNA-ATB過表達(dá)，同時(shí)lncRNA-ATB能抑制miRNA-200c的表達(dá)水平，因此猜測高水平表達(dá)的lncRNA-ATB可能通過抑制miRNA-200c導(dǎo)致EMT，介導(dǎo)IPF發(fā)生發(fā)展。Sakai等[26]發(fā)現(xiàn)，ELIT-1(一種新的lncRNA)可控制TGF-β誘導(dǎo)的間充質(zhì)標(biāo)記基因信使RNA表達(dá)，如Snail、Vimentin、N-鈣粘蛋白、纖連蛋白，有助于TGF-β介導(dǎo)EMT，沉默ELIT-1可抑制TGF-β誘導(dǎo)的E-鈣粘蛋白定位和干擾肌動(dòng)蛋白應(yīng)力纖維形成，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，ELIT-1可與Smad3結(jié)合，促進(jìn)Smad3與TGF-β靶基因啟動(dòng)子的結(jié)合，促進(jìn)EMT。Qian等[27]發(fā)現(xiàn)lncRNA ZEB1-AS1通過充當(dāng)miRNA-141-3p的競爭性內(nèi)源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)來促進(jìn)ZEB1的表達(dá)及成纖維細(xì)胞活化，導(dǎo)致EMT的發(fā)生。綜上可知，IPF存在lncRNA表達(dá)失調(diào)，且表達(dá)失調(diào)的lncRNA可通過介導(dǎo)EMT途徑參與IPF的形成。

2.2 lncRNA介導(dǎo)TGF-β/Smads 通路參與IPF形成 隨著學(xué)者們對(duì)lncRNA功能的深入研究，lncRNA介導(dǎo)TGF-β/Smads 通路致IPF已成為研究熱點(diǎn)。Liu等[28]發(fā)現(xiàn)lncRNA PCAT29在二氧化硅誘導(dǎo)的肺纖維化小鼠的間質(zhì)肺細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)，而lncRNA PCAT29表達(dá)增加可抑制肺成纖維細(xì)胞內(nèi)的TGF-β表達(dá)水平，減少炎癥和纖維化進(jìn)展，因此lncRNA PCAT29有可能成為治療肺纖維化的潛在靶標(biāo)。研究表明，lncRNA-PCF在肺纖維化中表達(dá)上調(diào)，并促進(jìn)肺纖維化中TGF-β激活的上皮細(xì)胞增殖，而敲低lncRNA-PCF可抑制由TGF-β激活的上皮細(xì)胞增殖[29]。Hao等[30]發(fā)現(xiàn)一種與肺癌發(fā)生相關(guān)的lncRNA，即LINC01186，是Smad3下游的信號(hào)分子，由Smad3調(diào)節(jié)的LINC01186可促進(jìn)TGF-β1誘導(dǎo)EMT，但LINC01186在IPF發(fā)病機(jī)制中的作用還需進(jìn)一步研究?？傊琹ncRNA可通過調(diào)節(jié)TGF-β的表達(dá)水平、影響TGF-β的效應(yīng)細(xì)胞及TGF-β的下游信號(hào)分子參與IPF形成。

2.3 lncRNA作為ceRNA與miRNA競爭性結(jié)合參與IPF形成 最近越來越多的研究表明，lncRNA通過調(diào)控miRNA導(dǎo)致多種疾病發(fā)生，lncRNA作為ceRNA與miRNA競爭性結(jié)合參與IPF形成。Li等[31]發(fā)現(xiàn)，lncRNA NONMMUT021928在肺纖維化小鼠模型和TGF-β1誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，且同時(shí)lncRNA NONMMUT021928在肺成纖維細(xì)胞中作為ceRNA與miRNA-18a競爭性結(jié)合，從而促進(jìn)肺纖維化的形成。Lu等[32]發(fā)現(xiàn)lncRNA H19通過結(jié)合miRNA-196a作為ceRNA調(diào)節(jié)COL1A1表達(dá)，從而促進(jìn)博來霉素誘導(dǎo)IPF。Wu等[33]的研究表明，lncRNA CHRF通過抑制miRNA-489的過表達(dá)來調(diào)控其靶基因MyD88和Smad3，阻斷肺纖維化。Song等[34]發(fā)現(xiàn)，lncRNA MRAK088388和lncRNA MRAK081523作為ceRNA與miRNA-29b-3p和let-7i-5p結(jié)合參與肺纖維化。綜上所述，lncRNA可作為ceRNA與miRNA競爭性結(jié)合來調(diào)控IPF的病理生理過程，這為研究IPF的發(fā)病機(jī)制提供了新的線索。

3 circRNA與IPF

circRNA是一類低豐度但生物化學(xué)性穩(wěn)定的細(xì)胞RNA，既不具有5′末端也不具有3′末端[35]。circRNA是一類新的內(nèi)源性ncRNA，可以調(diào)節(jié)哺乳動(dòng)物的基因表達(dá)[36]。截至目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)1 370條circRNA，且其作為呼吸道疾病標(biāo)志物參與各種非腫瘤以及腫瘤相關(guān)的呼吸道疾病的發(fā)生[37]。作為具有潛在調(diào)節(jié)功能的RNA家族新成員，circRNA已經(jīng)得到學(xué)者們的廣泛關(guān)注，但很多關(guān)于circRNA在肺疾病中的研究尚處于起步階段，尤其是關(guān)于circRNA是否介導(dǎo)IPF的病理生理機(jī)制的研究鮮有報(bào)告。Li等[38]通過對(duì)比IPF患者與健康者的血漿circRNA發(fā)現(xiàn)，IPF患者血漿中共有67種顯著表達(dá)失調(diào)的circRNA，其中38種表達(dá)上調(diào)、29種表達(dá)下調(diào)。研究證實(shí)circRNA HIPK3是人體組織中、甚至是人成纖維細(xì)胞中含量最豐富的circRNA之一[39-40]。Zheng等[39]發(fā)現(xiàn)，circRNA HIPK3在博來霉素誘導(dǎo)的肺組織纖維化小鼠模型肌成纖維細(xì)胞中和IPF患者肺樣本中表達(dá)上調(diào)，沉默circRNA HIPK3可以阻止成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化衍生并抑制成纖維細(xì)胞的增殖。Yang等[41]發(fā)現(xiàn)SiO2活化的巨噬細(xì)胞通過circZC3H4 RNA/ZC3H4通路促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖和遷移，可能導(dǎo)致肺纖維化的發(fā)生，但該研究結(jié)果尚未在IPF患者中得到證實(shí)。Zhou等[42]的研究表明，circRNA HECTD1能夠阻止SiO2誘導(dǎo)的M1/M2表型改變和巨噬細(xì)胞活力下降，提示circRNA HECTD1對(duì)巨噬細(xì)胞活化具有預(yù)防作用，而巨噬細(xì)胞活化在肺纖維化的發(fā)病機(jī)制中具有重要作用，但circRNA HECTD1在IPF的發(fā)病機(jī)制中的作用還需進(jìn)一步研究。綜上所述，IPF中存在circRNA的表達(dá)失調(diào)，circRNA可導(dǎo)致成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化衍生以及巨噬細(xì)胞活化，從而參與IPF的發(fā)生發(fā)展，circRNA參與IPF發(fā)病機(jī)制還有很多潛在的研究空間，有待進(jìn)一步探討。

4 小 結(jié)

在IPF中存在miRNA、lncRNA及circRNA的表達(dá)失調(diào)，miRNA、lncRNA均可通過參與EMT、介導(dǎo)TGF-β/Smads 通路導(dǎo)致IPF發(fā)生，此外，lncRNA還作為ceRNA與miRNA競爭性結(jié)合參與IPF的發(fā)??；circRNA在IPF發(fā)病機(jī)制中的研究報(bào)告尚少，circRNA主要是通過促進(jìn)成纖維細(xì)胞向肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化衍生以及巨噬細(xì)胞活化從而參與IPF的發(fā)病。但miRNA、lncRNA及circRNA異常表達(dá)是否存在相互之間的關(guān)系網(wǎng)而導(dǎo)致IPF仍有待進(jìn)一步研究，IPF中的ncRNA分子機(jī)制仍未十分明確，闡明肺纖維化與ncRNA的關(guān)系將為IPF患者的治療帶來曙光。