miR-145在慢性阻塞性肺疾病和支氣管哮喘中的研究進展

李卓，劉華，羅天雯，劉麗芳，楊儒

（1.甘肅中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院（甘肅省人民醫(yī)院），甘肅 蘭州 730000；2.甘肅省人民醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學科，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD) 和支氣管哮喘(哮喘)是發(fā)病率和死亡率都很高的全球性健康問題。COPD和哮喘管理和治療的主要挑戰(zhàn)之一依然是缺乏可靠、準確和易于測量的篩查方法。肺功能檢測仍然是其診斷和評估疾病嚴重程度的標準方法，但是肺功能檢測反映的是疾病的嚴重程度，并不能準確反映疾病的活動性。此外，它的測量嚴格依賴于患者的依從性、醫(yī)生的專業(yè)知識和數(shù)據(jù)解釋，給疾病的管理帶來了巨大的挑戰(zhàn)。毫無疑問，目前迫切需要相關(guān)的生物標志物來診斷疾病以及反映疾病的活動性，才能有助于為呼吸系統(tǒng)疾病患者的治療提供更個性化的方法。越來越多的研究表明，微小RNA (microRNA，miRNA)在哮喘、COPD和氣道重塑的發(fā)病機制中發(fā)揮關(guān)鍵作用，通過調(diào)節(jié)參與疾病發(fā)病的通路來發(fā)揮作用。一些miRNA的表達變化也被發(fā)現(xiàn)在COPD或哮喘的發(fā)展和改善中發(fā)揮作用，這可能代表了新的治療的靶點。重要的是，miRNA可以由細胞向體液中分泌，如血液和痰液，并且體液中的miRNAs已經(jīng)被證明是穩(wěn)定的[1]。這表明，miRNA或許可以做為新型生物標志物診斷COPD和哮喘以及評估患者病情。在這片綜述中對miR-145與COPD及哮喘的關(guān)聯(lián)進行綜述。

1 miRNA概述

miRNA是一類小的內(nèi)源性非編碼RNA，其長度約為19-25個核苷酸，在不同組織中均有表達，對疾病和健康都有重要的意義。miRNA的生物過程涉及一系列精密的步驟。首先在細胞核中，產(chǎn)生初級miRNA(primary miRNA,primiRNA)，主要由RNA聚合酶Ⅱ產(chǎn)生，在少數(shù)情況下可以由RNA聚合酶Ⅲ產(chǎn)生。然后，核糖核酸酶Ⅲ（ribonuclease Ⅲ,RNaseⅢ）、Drosha及其輔助因子迪喬治綜合征危象區(qū)基因 8(DiGeorge syndrome critical region gene 8,Dgcr8)將pri-miRNA加工成60-100個核苷酸的莖環(huán)結(jié)構(gòu)，稱為前體miRNAs(miRNA precursor,pre-miRNA)[2,3]。核轉(zhuǎn)運蛋白Exportin5和核蛋白Ran-GTP將pre-miRNA轉(zhuǎn)運到細胞質(zhì)中，在那里它們被RNase III Dicer進一步加工，產(chǎn)生25個核苷酸的成熟miRNA雙鏈(miRNA-miRNA＊)[4,5]。miRNA＊鏈被降解，而miRNA鏈被優(yōu)先保留并裝載到Argonaute蛋白家族和RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體(RNA induced silencing complex,RISC)中，該復(fù)合體能夠調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄組的表達，抑制其目標信使R N A（messenger RNA，mRNA）的翻譯或沉默目的基因[6]。miRNA已被證明參與肺發(fā)育和組織內(nèi)穩(wěn)態(tài)過程，如免疫反應(yīng)和代謝[7]，而且miRNA失調(diào)在幾種肺部疾病中均有被報道，如癌癥、COPD、哮喘和支氣管肺發(fā)育不良等。

2 miR-145概述

miR-145是一個位于5號染色體上的雙簇結(jié)構(gòu)。miR-145的產(chǎn)生始于細胞核中產(chǎn)生的初級miR-145(primary miR-145,pri-miR-145)，P r i-m i R-1 4 5到前體m i R-1 4 5(m i R-1 4 5 precursor,pre-miR-145)的過程被運送到細胞質(zhì)。pre-miR-145被RNase III Dester切割，產(chǎn)生成熟的miR-145。成熟的miR-145鏈最終以mRNA為靶點，導(dǎo)致mRNA降解或干擾其翻譯[8]。對于外源途徑的pre-miR-145則被認為是單獨與相關(guān)蛋白結(jié)合，或者被包裹到外泌體或多囊體中運輸?shù)窖褐?。而循環(huán)中的miR-145則通過與受體結(jié)合或細胞內(nèi)吞的方式被受體細胞攝取，并被加工為成熟的miR-145，以調(diào)控受體細胞中目標蛋白編碼基因的表達[8]。miR-145在多種組織中都有表達，從血漿、血清、尿液等體液分離的外泌體或微囊中均檢測到細胞外miR-145。目前，已有大量的研究證明miR-145與COPD及哮喘存在關(guān)聯(lián)，但是在不同疾病中miR-145的表達及參與疾病發(fā)病的機制不盡相同。靶向基因研究表明，miR-145在炎癥介質(zhì)、增殖分化調(diào)控、氧化應(yīng)激等方面發(fā)揮重要作用。

3 miR-145與COPD

COPD是一種以慢性呼吸道炎癥引起的以氣流阻塞為特征的疾病[9]。遺傳和環(huán)境因素被認為在COPD的發(fā)生中發(fā)揮了重要的作用。COPD有兩個主要特征：小氣道狹窄(主要是由于慢性毛細支氣管炎)和肺泡壁破壞(肺氣腫)。慢性阻塞性肺病目前是世界范圍內(nèi)疾病和死亡的主要原因，最近的一項預(yù)測表明，到2030年，它或許將成為第四大死因，這可能會導(dǎo)致嚴重的的社會經(jīng)濟負擔[10]。早期診斷和個體化治療是降低死亡率和社會經(jīng)濟負擔的有效途徑。

多條證據(jù)表明，多種miRNAs的上調(diào)/下調(diào)可能與COPD的發(fā)病機制有關(guān)[11]。Izzotti[12]等人研究發(fā)現(xiàn)，暴露在香煙煙霧中會影響大鼠肺部miR-145的表達水平。隨后Molina-Pinelo[13]等人證實與健康人相比，COPD患者支氣管肺泡灌洗(broncho-alveolar lavage，BAL)液中，miR-145的表達水平增高。Liu[14]等人發(fā)現(xiàn)COPD患者外周血單個核細胞中miR-145的表達水平明顯低于健康對照組，miR-145在頻繁加重組較非頻繁加重組下調(diào)，進一步證實了，miR-145在COPD發(fā)病過程中起作用。而這與之前的研究沖突，或許是由于研究設(shè)計的方式不同，預(yù)計結(jié)果也會有所不同。此外，必須考慮用于分析的生物標本，因為它可能會造成對觀察到的差異很大。在這方面，正如之前所報道的，在循環(huán)血漿miRNA中觀察到的表達模式與從同一患者的BAL液細胞的miRNA的表達模式之間的相關(guān)性非常差[15]，BAL液可能更能反映正在研究的實際肺部實際的病理情況。在曾宗鼎[16]等人的研究中，通過對存活組和死亡組血漿 miR-145表達的檢測發(fā)現(xiàn)，死亡組血漿 miR-145表達水平明顯高于存活組，極重度組血漿 miR-145表達水平明顯高于重度組和輕-中度組，這表明mir-145血漿的表達水平與COPD的嚴重程度與預(yù)后密切相關(guān)。在另一項研究中，也證實了慢性阻塞性肺疾病急性加重期(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease, AECOPD)患者血漿miR-145表達水平明顯升高，且與AECOPD患者肺功能指標相關(guān)，miR-145對COPD的診斷及預(yù)后的預(yù)測具有重要的意義[17]。

慢性炎癥和氣道重塑是COPD的主要病理特征。有研究表明，COPD患者miR-145表達上調(diào)可抑制白介素-6（Interleukin-6,IL-6）和白介素-8 (Interleukin-8, IL-8)的釋放。而肺組織中的miR-145-5p也可通過調(diào)節(jié)P53介導(dǎo)的細胞凋亡信號和炎癥前因子腫瘤壞死因子-α、IL-6、IL-8，顯著減輕香煙煙霧提取物 (cigarette smoke extract, CSE)誘導(dǎo)的細胞凋亡和炎癥反應(yīng)，而下調(diào)miR-145-5p的作用則相反[18]。Smad3是轉(zhuǎn)化生長因子-β通路中重要的下游信號分子之一，在COPD中起重要作用。在謝圓媛[19]等人的研究中，通過雙熒光素酶報告基因?qū)嶒烌炞C了Smad3與miR-145的靶向關(guān)系，發(fā)現(xiàn)miR-145 通過抑制SMAD3 的表達，來抑制肺泡細胞炎癥的發(fā)生。還可通過促進細胞外基質(zhì)（extracellular matrix,ECM）的降解以及抑制P13K /Akt /mTOR 通路的發(fā)生抑制細胞的增殖，減輕COPD 的發(fā)生。O’Leary[20]等人發(fā)現(xiàn)，在COPD患者的氣道平滑肌(airway smooth muscle,ASM)細胞中過表達的miR-145通過控制Smad3來抑制IL-6和IL-8的釋放，miR-145可以通過靶向Smad3來調(diào)節(jié)COPD患者氣道平滑肌細胞的促炎細胞因子的釋放，這或許是COPD治療的潛在靶點之一。有趣的是，miR-145也可能在調(diào)節(jié)哮喘的ASM細胞方面起重要作用[21]?？梢哉f，miR-145在COPD的發(fā)生和發(fā)展過程中的作用是非常多樣的。

4 miR-145與哮喘

哮喘是一種慢性炎癥性呼吸道疾病,可導(dǎo)致咳嗽、喘息和胸悶等癥狀。其特點是可逆性氣道阻塞、氣道高反應(yīng)性、粘液高分泌和氣道炎癥[22]。越來越多的證據(jù)表明，哮喘的發(fā)病受多種因素的影響，包括遺傳因素、免疫因素和環(huán)境因素。近些年來，哮喘的發(fā)病率和死亡率都呈不斷上升的趨勢。目前除了肺功能外，還沒有其他反應(yīng)哮喘的臨床狀態(tài)及分型的客觀指標。

先前研究發(fā)現(xiàn)，哮喘患者的血漿中miR-145的表達水平顯著增加，血漿miR-145或許是哮喘的特異性生物標志物[23]。在最近一項研究中，李穎[24]等人通過對比支氣管哮喘患者和健康人群血清miR-145表達水平也證實了這一觀點，哮喘患者的血清中miR-145表達水平明顯上調(diào)。在此研究中還發(fā)現(xiàn)，血清 miR-145表達水平與FEV1/FVC，Th1，Th1/Th2呈負相關(guān)，與Th2，白介素-4(Interleukin-4, IL-4)呈正相關(guān)。血清中miR-145可以作為生物標志物來進一步了解哮喘患者病情。

哮喘發(fā)病的主要機制是2型輔助性T淋巴細胞細胞因子介導(dǎo)的嗜酸性氣道炎癥與氣道的高反應(yīng)性有關(guān)[25]。隨著醫(yī)學技術(shù)的發(fā)展，多項研究證實miRNA與哮喘關(guān)系密切。越來越多的證據(jù)也表明miR145通過氣道重塑對哮喘起著關(guān)鍵作用[21]。在ASM細胞中過表達miR-145可顯著抑制Krüppel-like factor 4(KLF4)，進而影響下游細胞因子，從而促進ASM細胞的體外增殖和遷移[26]。此外，miR-145還調(diào)節(jié)平滑肌的發(fā)育和成纖維細胞向平滑肌細胞的分化[27]。Collison[28]等人，通過使小鼠致敏，然后用房塵螨（house dust mite，HDM)進行空氣過敏原誘導(dǎo)的過敏性氣道小鼠模型，發(fā)現(xiàn)小鼠的肺組織的miR-145出現(xiàn)明顯的上調(diào)，在研究中還發(fā)現(xiàn)，抑制miR-145可以抑制HDM誘導(dǎo)的氣道上皮細胞黏液高分泌和嗜酸性炎癥，其效果與地塞米松治療一致。抑制miR-145可以抑制Th2細胞抗原誘導(dǎo)的白介素-5（Interleukin-5,IL-5）和白介素-13（Interleukin-13,IL-13）的產(chǎn)生，表明miR-145功能的整體效應(yīng)可能有助于促炎作用[28]。在隨后的研究中發(fā)現(xiàn)runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子3 ( runtrelated transcription factor 3，RUNX3)可以調(diào)節(jié)T輔助細胞分化，影響Th1/Th2平衡，miR-145通過靶向RUNX3調(diào)節(jié)Th1/Th2平衡，從而參與哮喘的發(fā)病機制，RUNX3可能是哮喘患者潛在的治療靶點[29]。Yu[30]等的研究進一步證實了miR-371、miR-138、miR-544、miR-145和miR-214可以通過組合方式調(diào)控RUNX3來調(diào)節(jié)哮喘中的Th1/Th2平衡。而在動物研究中，發(fā)現(xiàn)miR-145可以特異性結(jié)合表皮生長因子受體（epidermal growth factor receptor，EGFR）的3’UTR區(qū)，抑制其活性，從而減輕氣道重塑來降低粘蛋白5AC (MUC5AC)的表達[31]。在另一項動物模型研究中，證實miR-145-5p通過直接靶向驅(qū)動蛋白家族成員3A促進HDM誘導(dǎo)的趨化因子和炎癥因子的釋放和上皮屏障功能障礙，并抑制上皮修復(fù)導(dǎo)致并加劇了HDM誘導(dǎo)的小鼠Th2型免疫反應(yīng)。因此，靶向miR-145或驅(qū)動蛋白家族成員3A是哮喘的潛在治療選擇之一[32]。

6 小結(jié)

miRNA生物學作用是介導(dǎo)細胞在各種脅迫條件下反應(yīng)的關(guān)鍵機制，越來越多的證據(jù)支持這樣的觀點，即由于miR-145的異常表達而導(dǎo)致的蛋白質(zhì)編碼基因表達的放松調(diào)控可導(dǎo)致COPD及哮喘發(fā)病的不同階段。miR-145作為一種非編碼基因，通過不同的途徑參與了COPD及哮喘的炎癥以及氣道重塑，但是在COPD和哮喘中起著不同的作用。盡管未能完全闡明miR-145的生物學作用，但是miR-145與COPD及哮喘具有一定的相關(guān)性是COPD及哮喘治療的潛在治療靶點的選擇之一。雖然在不同的疾病中作用是不同的，miR-145在COPD及哮喘的發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用，而且其在外周血中已被證明是穩(wěn)定的可以作為診斷及評估疾病進程的標志物。