miRNA 在氣道重構(gòu)中的研究進(jìn)展

裘晨暉 陳曄

氣道重構(gòu)是指氣道組織由于反復(fù)慢性炎癥刺激損傷及不全性修復(fù)所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)功能變化，其特征是細(xì)胞、分子組成和（或）組織學(xué)的變化，影響氣道平滑肌、上皮、血管和細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）。其多見于哮喘、COPD、支氣管擴(kuò)張和囊性纖維化等慢性氣道炎癥性疾病，可以說是這些疾病中最棘手的問題之一，同時(shí)也是導(dǎo)致氣道不可逆性狹窄和氣流受限的重要原因。微RNA（miRNA 或miR）是一類具有18～25 個(gè)核苷酸的小型非編碼單鏈RNA 分子。它們通過與目標(biāo)mRNA中的3′-非翻譯區(qū)（3′-UTR）結(jié)合形成沉默復(fù)合體，在轉(zhuǎn)錄后抑制目標(biāo)mRNA 表達(dá)或促進(jìn)mRNA降解從而減少目標(biāo)蛋白的表達(dá)。miRNA 分子廣泛存在于組織細(xì)胞和體液中，參與細(xì)胞增殖分化、組織損傷修復(fù)、器官纖維化等幾乎所有的病理生理過程，是功能優(yōu)異的基因調(diào)控因子，具有重要的臨床價(jià)值。近年，研究者發(fā)現(xiàn)miRNA 通過不同的信號(hào)通路和靶點(diǎn)影響氣道平滑肌細(xì)胞（ASMC）的增殖和遷移、上皮細(xì)胞的增殖和黏附、成纖維細(xì)胞的增生、氣道血管的生成、杯狀細(xì)胞的分泌和氣道炎癥的發(fā)生，從而影響氣道重構(gòu)?，F(xiàn)就miRNA 在氣道重構(gòu)中的研究進(jìn)展做一綜述，以探討miRNA 作為潛在生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)抑制氣道重構(gòu)、治療慢性炎癥性氣道疾病的機(jī)制。

一、miRNA 與ASMC

ASMC 控制氣道的收縮與舒張，是氣道口徑的效應(yīng)器，也被證明是氣道重構(gòu)過程中的重要成員，ASMC 的異常改變包括過度增殖、遷移增強(qiáng)和凋亡減少是哮喘中氣道重構(gòu)的重要標(biāo)志。同時(shí)，ECM是由纖維蛋白、糖蛋白和蛋白多糖組成的一種高度動(dòng)態(tài)的復(fù)合體，其過度沉積也可導(dǎo)致哮喘患者氣道重構(gòu)。研究者發(fā)現(xiàn)，miRNA 針對(duì)不同的信號(hào)通路或靶點(diǎn)作用于ASMC，參與哮喘、COPD 等慢性氣道炎癥性疾病氣道重構(gòu)的過程，如miR-145通過抑制鋅指樣轉(zhuǎn)錄因子4（KLF4）表達(dá)，miR-378 通過促進(jìn)Ⅰ型膠原（COL-I）和纖維連接蛋白（FN）的表達(dá)以及miR-620、miR-181a、miR-21-5p 和miR-19a 通過抑制第10 號(hào)染色體缺失性磷酸酶和張力蛋白同源物（PTEN）基因表達(dá)促進(jìn)ASMC 增殖、遷移，而后三者也被發(fā)現(xiàn)具有促進(jìn)ECM 沉積的作用。另外，miR-221 可以通過激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/AKT）通路來促進(jìn)ASMC 中ECM 沉積。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 分別通過抑制表皮生長因子受體（EGFR）、酪氨酸激酶2（JAK2）、染色質(zhì)重建因子1（BRG1）、E 盒結(jié)合鋅指蛋白1（ZEB1）、三結(jié)構(gòu)域蛋白8（TRIM8）、轉(zhuǎn)化生長因子-β 活化激酶結(jié)合蛋白2（TAB2）、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和轉(zhuǎn)錄激活因子3/卵泡抑素樣蛋白1（STAT3/FSTL1）、細(xì)胞周期蛋白D1（Cyclin D1）/孤核受體1（ONR1）、叉頭框蛋白C1（FOXC1）、基質(zhì)金屬蛋白酶-16/自噬相關(guān)蛋白7（MMP-16/ATG7）、TNF 配體超家族蛋白14（TNFSF14）、STAT3、同源異型蛋白Six1 的表達(dá)抑制ASMC 增殖和遷移，同時(shí)后三者對(duì)ECM 沉積也有抑制作用。miR-223 可抑制胰島素樣生長因子-1 受體（IGF-1R）表達(dá)而抑制ECM 沉積，且不影響ASMC 增殖與凋亡。

二、miRNA 與氣道上皮細(xì)胞

氣道上皮細(xì)胞包含基底細(xì)胞、纖毛細(xì)胞、克拉拉細(xì)胞和杯狀細(xì)胞，具有屏障防御功能、黏液纖毛清除功能和免疫功能，保護(hù)機(jī)體免受吸入的環(huán)境顆粒和病原體的潛在危害。上皮細(xì)胞的損害和增殖也是氣道重構(gòu)的典型病理特征。Haj-Salem等（2015 年）研究發(fā)現(xiàn)miR-19a 通過靶向轉(zhuǎn)化生長因子-β 受體2（TGF-βR2）促進(jìn)重度哮喘支氣管上皮細(xì)胞（BEC）增殖。此外，抑制miR-19a 表達(dá)可通過TGF-β2 信號(hào)通路促進(jìn)Smad3 磷酸化，從而抑制BEC 增殖。Huang 等通過細(xì)胞學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，miR-744 通過調(diào)節(jié)TGF-β1 介導(dǎo)Smad3 途徑抑制了BEC 的增殖。Mei 等通過體外試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)長鏈非編碼RNA（lncRNA）NNT-AS1 通過海綿化miR-582-5p 上調(diào)FBXO11，促進(jìn)氣道重構(gòu)，加速了由吸煙導(dǎo)致的COPD 發(fā)展；miR-582-5p 抑制劑或FBXO11過表達(dá)則可抵消由lncRNA NNT-AS1 沉默引起的BEC 增殖、凋亡減少、炎癥和氣道重構(gòu)的作用。Chi 等研究發(fā)現(xiàn)，miR-29b 通過抑制MMP-2 表達(dá)進(jìn)而抑制氣道上皮細(xì)胞增殖和遷移。Sheu 等（2017 年）通過下一代測序（NGS）數(shù)據(jù)和生物信息學(xué)方法得出miR-203a 上調(diào)可能會(huì)抑制MEF2C（一種轉(zhuǎn)錄因子），從而導(dǎo)致上皮細(xì)胞增殖減少，而miR-3065-3p 上調(diào)可能會(huì)抑制細(xì)胞膜錨定蛋白1（MDGA1），從而抑制哮喘BEC 中的細(xì)胞黏附。上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）是指上皮細(xì)胞通過特定程序轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)表型特征的細(xì)胞生物學(xué)過程，也是氣道重構(gòu)的一個(gè)重要機(jī)制。近年，不少研究顯示miRNA 能夠調(diào)節(jié)EMT，其中miR-448-5p 的過表達(dá)使Six1 表達(dá)下調(diào)，進(jìn)而抑制TGF-β1介導(dǎo)的EMT 和纖維化；miR-515-5p 過表達(dá)可以通過抑制FOXC1 mRNA 的轉(zhuǎn)錄，拮抗香煙煙霧誘導(dǎo)的EMT；miRNA-451a 通過靶向Ⅱ型鈣黏蛋白11（CDH11）抑制了TGF-β 誘導(dǎo)的EMT。Huang 等研究發(fā)現(xiàn)，在卵清蛋白（OVA）誘導(dǎo)的哮喘小鼠模型肺組織中miR-181b 下調(diào)，而在小鼠中過表達(dá)miR-181b 后，小鼠氣道組織內(nèi)的EMT、呼吸阻力、炎癥浸潤、黏液生成和纖維化均減弱。進(jìn)一步研究顯示miR-181b 直接靶向抑制高遷移率族蛋白B1（HMGB1），而HMGB1 可促進(jìn)NF-κB 信號(hào)通路的激活，促進(jìn)哮喘小鼠氣道重構(gòu)。

三、miRNA 與成纖維細(xì)胞

成纖維細(xì)胞是結(jié)締組織的主要細(xì)胞成分，可以合成并分泌膠原纖維，與氣道纖維化和膠原沉積密切相關(guān)。miR-27a-5p 通過靶向PRDM1 參與轉(zhuǎn)錄負(fù)調(diào)控，抑制TGF-β 誘導(dǎo)的肺成纖維細(xì)胞增殖。miR-21 可以通過TGF-β/Smad 通路促人支氣管成纖維細(xì)胞（HBF）增殖并抑制其凋亡。另有研究顯示在HBF 中，miR-21 通過靶向pVHL 引起缺氧誘導(dǎo)因子-1α（HIF-1α）水平升高，從而提高α-平滑肌肌動(dòng)蛋白（α-SMA）和COL-I 水平，誘導(dǎo)肌成纖維細(xì)胞分化表型。研究還表明，抑制miR-21 表達(dá)可防止肺功能的惡化，并減輕炎癥和氣道阻塞。當(dāng)成纖維細(xì)胞受到化學(xué)性或物理性傷害時(shí)，會(huì)分泌膠原蛋白進(jìn)行肺間質(zhì)組織的修補(bǔ)，造成肺臟纖維化。Wang 等通過增加小鼠體內(nèi)miR-29c 的表達(dá)發(fā)現(xiàn)，小鼠肺中β-catenin、MMP-2 和MMP-9 的表達(dá)以及支氣管肺泡灌洗液中TGF-β1 和IL-6 的水平均降低，結(jié)果表明miR-29c 可能通過調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin 通路抑制二氧化硅誘導(dǎo)的肺纖維化進(jìn)展。

四、miRNA 與杯狀細(xì)胞

杯狀細(xì)胞是一種黏膜柱狀上皮細(xì)胞之間的黏液分泌細(xì)胞，其主要功能是合成并分泌黏蛋白，形成黏膜屏障以潤滑并保護(hù)氣道。哮喘、COPD 及囊性纖維化患者體內(nèi)杯狀細(xì)胞數(shù)量明顯增加，導(dǎo)致患者痰液分泌過多而排出不暢，進(jìn)一步造成氣道阻塞及氣道重構(gòu)。MUC5AC 和MUC5B 是支氣管杯狀細(xì)胞產(chǎn)生最多的黏蛋白，其中MUC5AC 是輔助性T 淋巴細(xì)胞（Th2）高型哮喘患者病理性黏液的主要成分。Siddiqui 等研究發(fā)現(xiàn)，miR-141 對(duì)IL-13 刺激后氣道上皮杯狀細(xì)胞數(shù)量有調(diào)節(jié)作用，使MUC5AC 基因和黏蛋白表達(dá)升高以及上皮黏液產(chǎn)生增加。哮喘小鼠模型鼻內(nèi)給予mmu-miR-141-3p 特異性的拮抗劑后，氣道高反應(yīng)性下降，黏液產(chǎn)生減少，而細(xì)胞炎癥水平未見明顯變化，說明miR-141 對(duì)上皮細(xì)胞具有直接作用，而不是通過炎癥細(xì)胞間接進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。該研究結(jié)果表明，以miR-141 為靶點(diǎn)能抑制IL-13 誘導(dǎo)的黏液生成，可以為Th2 型重度哮喘中的病理性黏液產(chǎn)生和氣流阻塞提供治療的新策略。另有文獻(xiàn)報(bào)道，miR-92a 在哮喘小鼠中通過抑制杯狀細(xì)胞化生來減少M(fèi)UC5AC 分泌，從而抑制氣道重構(gòu)。miR-145 可通過負(fù)反饋調(diào)節(jié)EGFR 從而下調(diào)MUC5AC 的表達(dá)，進(jìn)而減輕氣道重構(gòu)。

五、miRNA 與氣道血管生成

氣道血管生成被認(rèn)為是一種特殊的血管結(jié)構(gòu)變化，與氣道重構(gòu)有關(guān)。一些早期的研究報(bào)道了ASMC 具有促進(jìn)氣道血管生成的能力，Zhao 等創(chuàng)新性地觀察到哮喘急性發(fā)作期組織和細(xì)胞中miR-375 的表達(dá)降低，并且miR-375 可直接與Yes相關(guān)蛋白1（YAP1）的3′-UTR 結(jié)合而參與ASMC的促血管生成過程。

六、miRNA 與氣道炎癥

炎癥細(xì)胞在氣道的局部聚集、炎癥介質(zhì)和細(xì)胞因子的釋放等是形成和維持氣道炎癥，并進(jìn)而引起組織損傷和氣道功能障礙的主要原因。不同的氣道炎癥性疾病，炎癥性質(zhì)也不同，支氣管哮喘主要為變態(tài)反應(yīng)性，以嗜酸性粒細(xì)胞和CD4T淋巴細(xì)胞浸潤為主；而COPD 以中性粒細(xì)胞和CD8T 淋巴細(xì)胞浸潤為主。Shi 等用miR-142-5p反義寡核苷酸或miR-130a-3p 模擬物轉(zhuǎn)染均可以抑制IL-4 誘導(dǎo)的M2 型巨噬細(xì)胞因子表達(dá)，從而抑制單核細(xì)胞促進(jìn)氣道重構(gòu)的能力。Chung 等研究發(fā)現(xiàn)，miR-451 有助于肺中趨化因子CCL17 的過敏性誘導(dǎo)，并且在促進(jìn)巨噬細(xì)胞活化中起關(guān)鍵作用，從而促進(jìn)氣道重構(gòu)。Ramelli 等使用miR-145 拮抗劑進(jìn)行小鼠實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其能夠通過減少嗜酸性粒細(xì)胞和CD68巨噬細(xì)胞的數(shù)量來減輕小鼠肺組織的炎癥。Lee 等發(fā)現(xiàn)miR-21 缺失可有效減輕OVA 誘導(dǎo)的哮喘小鼠模型的氣道嗜酸性炎癥、氣道高反應(yīng)性和氣道重構(gòu)，進(jìn)一步研究顯示miR-21 缺失小鼠氣道重構(gòu)減少的機(jī)制可能與肺巨噬細(xì)胞的選擇性（M2）極化被抑制以及M2 型巨噬細(xì)胞與Th2 的相互作用有關(guān)。Aripova 等研究發(fā)現(xiàn)，中度哮喘患者的miR-19b-3p 和miR-320c 明顯失調(diào)，哮喘患者血漿中miR-320c 的表達(dá)水平與IL-4 的表達(dá)水平呈正相關(guān)。Malmhall 等（2014 年）研究顯示，miR-155 通過轉(zhuǎn)錄因子PU.1 調(diào)節(jié)Th2 免疫反應(yīng)，有助于調(diào)節(jié)過敏氣道炎癥。Roffel 等研究發(fā)現(xiàn)，較高水平的miR-223 可能通過降低NF-κB 通路的活性抑制小鼠肺部炎癥。Shen 等研究發(fā)現(xiàn)，使用miR-943-3p 拮抗劑和Ad-SFRP4 均可有效減輕炎癥細(xì)胞的氣道浸潤以及氣道重構(gòu)程度，進(jìn)一步研究顯示miR-943-3p 通過Wnt 信號(hào)通路抑制卷曲相關(guān)蛋白4（SFRP4）在哮喘患者和OVA 誘導(dǎo)的小鼠中的活性，從而加速了過敏性哮喘中氣道炎癥和重構(gòu)的進(jìn)展。Ye 等（2017 年）所進(jìn)行的研究顯示，miR-19b 在小鼠哮喘模型中通過降低胸腺淋巴素（TSLP）抑制STAT3 信號(hào)通路，從而降低氣道炎癥、氧化應(yīng)激程度和氣道重構(gòu)。

七、miRNA 與自噬

自噬是一種存在于真核細(xì)胞中依賴溶酶體的自我降解途徑，能夠使機(jī)體維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。近期有不少研究顯示miRNA 通過影響細(xì)胞自噬，調(diào)節(jié)氣道重構(gòu)。Li 等發(fā)現(xiàn)，miR-30a 通過下調(diào)ATG5 抑制BEC 自噬，并且觀察到miR-30a 的過表達(dá)抑制了BEC 中IL-33 介導(dǎo)的纖維增生和細(xì)胞自噬；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)同時(shí)表明，miR-30a 過表達(dá)后自噬減少而氣道重構(gòu)減輕。Yu 等（2017 年）在體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)OVA 處理的細(xì)胞中過表達(dá)miR-20a-5p 降低了ATG7 的表達(dá)水平，并減輕了自噬引起的細(xì)胞凋亡、纖維化和炎癥反應(yīng)。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明，經(jīng)OVA 處理的小鼠中，miR-20a-5p 過表達(dá)與ATG7 減少相關(guān)，同時(shí)通過抑制膠原積累、細(xì)胞凋亡和炎癥反應(yīng)以減輕氣道重構(gòu)。該研究表明miR-20a-5p 作為自噬抑制劑，可抑制過敏性哮喘的發(fā)展。Lou 等進(jìn)行的體內(nèi)及體外實(shí)驗(yàn)均顯示，miR-192-5p 通過靶向ATG7 和MMP-16 抑制ASMC 自噬。Yin 等（2017 年）通過細(xì)胞學(xué)研究發(fā)現(xiàn)miR-34/449過表達(dá)下調(diào)IGFBP-3，減輕了IL-13 誘導(dǎo)的自噬相關(guān)的氣道炎癥和氣道纖維化。Cheng 等（2017 年）通過生物信息學(xué)方法發(fā)現(xiàn)miR-384 的遷移能夠降低ASMC 中Belcin-1 蛋白的水平，使ASMC 自噬減少，從而降低OVA 引起的哮喘嚴(yán)重程度。

八、結(jié) 語

綜上所述， miRNA 與氣道重構(gòu)關(guān)系密切且復(fù)雜，同一miRNA 能通過不同的靶點(diǎn)及通路影響不同的效應(yīng)器官來調(diào)節(jié)氣道重構(gòu)（如miR-19a 對(duì)ASMC、BEC 和氣道炎癥均產(chǎn)生影響）；不同的miRNA 也可能通過相同的靶點(diǎn)及通路對(duì)氣道重構(gòu)產(chǎn)生相似的影響（如miR-216a 和miR-375 均能通過靶向JAK2 抑制ASMC 增殖）。一般認(rèn)為氣道重構(gòu)是不可逆的，僅在少數(shù)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)早期炎癥刺激的氣道重構(gòu)可被逆轉(zhuǎn)，而miRNA 是抑制氣道重構(gòu)藥物的潛在研究方向。目前miRNA 在氣道重構(gòu)中的研究取得了很大的進(jìn)展，但miRNA 作為哮喘、COPD 等存在氣道重構(gòu)疾病的生物標(biāo)志物或治療靶點(diǎn)研究基本處于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)階段，若要將其用于臨床實(shí)踐還需進(jìn)一步研究。