Let-7家族与肺部疾病研究进展

罗妍妍，吴升华，陈筱青



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Let-7家族与肺部疾病研究进展

罗妍妍，吴升华，陈筱青

210029江苏省南京市，南京医科大学第一附属医院

【摘要】MicroRNA(miRNA)是一类内源性、广泛分布的非编码RNA，这些非编码RNA通过调控基因表达的方式参与生命活动的一系列重要的过程，包括细胞增殖、凋亡、分化、个体发育等。Let-7家族是继Lin-4之后于2000年发现的第二个miRNA家族，目前认为Let-7家族与肿瘤、心血管疾病、病毒感染等发生发展有关，尤其是与肺部疾病关系密切。本文将针对Let-7家族与肺部疾病(肺癌、肺发育不良、肺损伤、特发性肺纤维化、肺部炎症)的研究进展进行综述。

【关键词】微RNAs；基因调控；肺疾病；Let-7

罗妍妍，吴升华，陈筱青.Let-7家族与肺部疾病研究进展[J].中国全科医学，2016，19(17)：1998-2001.[www.chinagp.net]

Luo YY，Wu SH，Chen XQ.Research progression of Let-7 and pulmonary diseases[J].Chinese General Practice，2016，19(17)：1998-2001.

MicroRNA(miRNA)是一个大家族，广泛存在于动植物、细菌及病毒中，种类丰富，是高度保守的小分子单链非编码RNA分子，长度为22～24个核苷酸，由于其存在的广泛性和多样性，通过调控基因表达的方式在细胞的生命活动中发挥重要作用。研究证明在哺乳动物体内，miRNA参与调控超过60%的蛋白编码基因的活性，调节了包括细胞增殖、周期、迁移、分化和凋亡等在内的几乎所有已知的细胞生理过程，并且miRNA表达的改变与人体的生理功能紊乱密切相关[1]。miRNA由基因编码，首先由RNA聚合酶2转录形成单个或成簇的miRNA前体，即初微RNA(Pri-miRNA)，然后逐步转化为成熟的miRNA，前体分子在细胞核内首先由Drosha酶处理成约70个核苷酸的发夹状前体，即前微RNA(Pre-miRNA)，继而转运出核，被Dicer酶加工成22个核苷酸左右的成熟miRNA。成熟的miRNA主要通过与靶基因的3′UTR(非编码区)结合形成完全和不完全互补，通过切割裂解和翻译抑制的方式在转录后水平负性调控基因的表达。Let-7是2000年发现的第二个miRNA家族，目前发现的Let-7人类有13种，小鼠有14种，但不同动物之间的Let-7序列相对保守。人类的Let-7家族成员分别是Let-7a、a-2、a-3、7b、7c、7d、7e、f7-1、f7-2、7g、7i、mir-98、andmir-202。Let-7最早是在秀丽隐杆线虫的X染色体上发现，继而大量实验发现Let-7在人类的2、3、5、9、18、X等多条染色体上均存在，在上皮细胞、成纤维细胞、单核细胞、腺细胞等多种细胞内广泛存在，且广泛分布于肺、肝、胰腺、前列腺等多种组织内，参与了各器官功能的调节。Let-7的表达水平在胚胎时期很难检测，但是在胚胎分化后或成熟的组织中表达明显上升。研究发现Let-7的主要功能包括调节干细胞分化、神经肌肉形成、细胞增殖和细胞分化，Let-7与肺癌、肺发育不良、肺损伤、肺纤维化和肺部炎症等有着密切联系[1]。本文将围绕Let-7与肺部几种常见疾病进行论述。

1Let-7与肺癌

Let-7家族与人类多种癌症(肺癌、乳腺癌、胰腺癌等)的发生发展密切相关，其一方面通过下调多种原癌基因的表达来发挥抑癌作用，例如在人体内，突变的K-Ras阳性肺癌细胞中过表达的Let-7可以抑制肿瘤的生长；过表达的Let-7还可以抑制乳腺癌起始细胞的形成和转移。研究证明Ras、C-Myc、HMGA及P53是关键性的肺癌致癌基因，其中报道最多的是Ras和HMGA。Johnson等[2]发现人类Ras家族成员(H-Ras、K-Ras、N-Ras)的mRNA的3′UTR存在多个Let-7的互补结合位点，受Let-7家族调控。一方面Let-7通过抑制细胞增殖发挥抑制癌症的作用，Let-7在不同细胞中表达量的增加是有差别的，这种差别主要体现在高度分化成熟的组织中，其在这些组织中通过监控DNA复制、有丝分裂和胞质分裂来抑制细胞增殖。另外，Let-7家族还可以抑制细胞周期调节因子，如CDC25A、CDK6和CyclinD2。Johnson等[2]体外实验研究发现Let-7在正常肺组织中呈高表达，且可抑制细胞增殖通路；而在癌细胞中过表达Let-7则会改变细胞周期，减少细胞分割，提示Let-7在正常肺组织中具有抑制肿瘤细胞生长的作用，这一发现支持了Let-7与肺癌细胞增殖相关的学说。

肺癌是最常见、病死率最高的恶性肿瘤，分为小细胞肺癌(SCLC)和非小细胞肺癌(NSCLC)两种组织类型，其中NSCLC包括鳞癌、腺癌、大细胞癌及混合型肺癌等。Let-7家族的多个成员具有抑癌作用，研究发现Let-7与NSCLC中HMGA2、C-Myc等的表达存在明显的相关性[3]。进一步研究证明Let-7在NSCLC中起抑癌基因的作用，并且调控HMGA2、C-Myc这两种肺癌关键的致癌基因。Kumar等[4]异种移植实验发现Let-7的肿瘤抑制效应在具有K-Ras变异型的人和小鼠的NSCLC细胞系中表现更为突出。HMGA是保证癌细胞独立生长和迁移的一种染色体非组蛋白基因，其致癌机制尚不明确，有研究认为HMGA通过促进染色体易位和上调转录水平致癌，HMGA的3′UTR区也有多个调节靶位，靶位的变异和缺失会促进细胞癌变[5]。Wang等[6]实验结果证明Let-7c通过调节TRIB2的表达和其下游因子可以有效地抑制A549细胞的体内和体外增殖。有学者将外源性的Let-7a转染肺癌细胞A549和NCI-H446，MTT结果显示两株细胞的生长均受到抑制，细胞周期实验结果显示转染可使肺癌细胞停滞在G0/G1期，并可通过下调Bcl-2、C-Myc基因和上调P53基因引起细胞凋亡[7]。Tsai等[8]研究发现Let-7b、Let-7e低表达和cofilin-1(丝切蛋白，肌动蛋白调节蛋白的非肌肉亚型)的高表达抑制了细胞增殖和浸润。Takamizawa等[9]研究发现肺癌组织中低表达Let-7的患者预后较差，推测Let-7可能是影响肺癌预后的一个独立危险因素。

2Let-7与肺发育不良/肺损伤

支气管肺发育不良(bronchopulmonary dysplasia，BPD)是新生儿中越来越常见的气道慢性疾病，主要发生在极低和超低出生体质量儿，潜在的致病机制尚未明确阐述，目前认为该病与长期的氧疗和机械通气导致肺损伤和肺脏的异常发育有关[10]。

miRNA作为基因调控因子，不仅可以调控细胞的增殖、分化、迁移和凋亡，还可以调控肿瘤和器官发育，研究证明多种miRNA与肺脏的发育有密切关系[11]。miRNA与肺发育的相关研究日渐深入，众多miRNA包括Let-7家族参与了肺发育的调控，为维持肺发育稳定所必需。在肺发育的miRNA研究中，无疑Let-7家族和miR-17-92簇研究最多且最为深入。Ras蛋白作为Let-7的重要靶点，位于酪氨酸激酶通路的下游，在其通路中含有纤维生长因子受体，而纤维生长因子受体在肺胚芽发育及内皮增殖中起重要作用。该受体对肺分支形态发育和上皮细胞增殖非常重要，故Let-7家族的高表达在新生儿肺发育过程中发挥了重要作用。Yang等[12]采用包含1 891个捕获探针的miRNA芯片检测大鼠肺发育过程中3个不用时间点(16 d胎龄、19 d胎龄、21 d胎龄)miRNA的表达，通过实时PCR检测发现在大鼠肺发育过程中有167种miRNA有不同程度的表达，其中包括81种上调miRNA和86种下调miRNA。其中7种miRNA(miR-Let-7a、miR-1949、miR-125b-5p、miR-296、miR-93、miR-146b、miR-3560)在3个不同时间点检测含量均超过了参考值的两倍以上，miR-1949、miR-125b-5p、miR-296、miR-93表达下调，而miR-146b、miR-3560、miR-Let-7a表达上调。同时又有研究证实Let-7家族在不同种属出生后表达稳定上调，显示了其遗传的稳定性。Chen等[13]在脂多糖(LPS)的免疫应答中发现，Let-7在依赖MyD88/NF-κB的方式下减少，同时伴有Toll样受体4(TLR4)的增加，这些发现证明Let-7家族在肺的免疫应答中也是必需的。另外Yang等[14]发现Let-7a在3个不同时间点胎肺中的表达量均超过了参考值的两倍以上。Zhang等[15]研究表明在大潮气量诱导的肺损伤模型中，Let-7家族亦呈现显著下调，提示Let-7家族与肺损伤关系密切。这些研究结果为将来研究BPD提供了更深刻的生理学基础。

3Let-7与特发性肺纤维化(IPF)

IPF是病因未明的慢性肺间质纤维化的肺部疾病，主要发生在老年人，病因不明，目前尚无有效的药物治疗，病死率高。活动性IPF的直接特征是成纤维细胞灶的出现，早期研究认为IPF与异常的侵袭性纤维增殖和肌成纤维细胞转化增加有关[16]。研究发现miRNA在肺纤维化中发挥重要作用，这对IPF患者的诊断和治疗意义重大。Yang等[17]通过检测健康人和IPF患者血清中的miRNA，发现急慢性IPF患者血清中有47种miRNA出现不同程度的表达，包括21种上调miRNA和26种下调miRNA，进一步研究发现：与健康人相比，IPF患者血清中的Let-7a和Let-7d明显下调，机制涉及转化生长因子β1(TGF-β1)及下游信号通路。Pandit等[18]为SMAD蛋白结合物(SBE)扫描了差异表达的miRNA，在Let-7d中发现了1个SBE的上游物质。其利用染色体免疫沉积的方法通过SMAD抗体的物理学性质结合SMAD到假定的Let-7d启动子上，荧光素酶活性检测证明当TGF-β1存在时荧光素酶的活性减低，Let-7d位于正常人的肺泡上皮细胞中，Let-7d阳性细胞的数量与用力肺活量呈正相关，该研究表明TGF-β1是肺纤维化的关键调节因子，Let-7d是实现正常肺功能必需的物质[19]。通过气管给药的方式限制Let-7家族的所有成员导致了提示上皮间质转化的间充质标志物的上调和上皮性标志物的下调。但是，抑制Let-7可以导致纤维化的准确分子机制仍不清楚，在Let-7的抗纤维化作用中，抑制KRAS、Myc、CyclinD2、cdk6、cdc25a和HMGA2可能均发挥了同样重要的作用。早期研究发现Let-7水平也可预测胰岛素样生长因子1(IGF-1)和IGF-1受体的水平，在IPF中，肺泡和间质巨噬细胞、间质细胞、上皮细胞中的IGF-1水平上升，这些可以刺激产生胶原蛋白[20]。随着对研究的深入，Let-7有可能成为研究IPF有效治疗方法的切入点。

4Let-7与肺部炎症

Let-7除了与肺癌、肺发育不良、肺纤维化等疾病密切相关，在肺部炎症和免疫应答方面也起着重要作用。LPS是革兰阴性菌细胞壁的成分，是内毒素和重要群特异性抗原，也是感染导致肺部损伤的重要因素。内毒素可刺激淋巴细胞和单核细胞产生白介素(IL)和肿瘤坏死因子(TNF)等细胞因子，引起急性期的发热和气道炎症。Chen等[13]发现，在LPS刺激下，Let-7i表达逐渐下调，并伴有TLR4增加，Let-7b和Let-7g也有类似的表现，这些发现提示Let-7家族与维持肺部正常免疫功能相关。Moschos等[21]采用LPS诱导固有免疫时发现，有46种miRNA出现快速而短暂的升高，其中Let-7家族成员发生了明显的升高，同时伴有TNF和巨噬细胞炎症蛋白2的表达下降，提示miRNA可以调节炎性细胞因子。中性粒细胞在肺部炎性反应中起重要作用，而Let-7可以调节中性粒细胞的聚集、炎性递质的形成和分泌，调节人肺泡上皮细胞急性炎性反应。

此外，研究发现miRNA家族中的Let-7家族与过敏性气道炎症密切相关。IL-13是Th2细胞和其他细胞分泌的细胞因子，在寄生虫感染时促进宿主防御，精密地调节过敏性炎症和过敏性哮喘的组织重构[22]。Kumar等[23]发现Let-7家族可以在转录后水平调节IL-13的表达，在IL-13依赖的过敏性气道炎症的小鼠模型中发现，炎症的发生与Let-7家族成员的减少有关。模拟过敏性炎症的小鼠外源性给予Let-7，导致IL-13的表达下降，降低了气道炎症和气道高反应性，减少了黏液分泌和上皮纤维化。

miRNA与慢性阻塞性肺疾病(COPD)、急性呼吸窘迫综合征(ARDS)的研究有待进一步开展，更多地了解Let-7与炎性反应的关系，将有可能成为炎性疾病新的治疗方向。

5小结

miRNA的相关研究是近年的研究热点，Let-7家族作为第一个被发现的人类miRNA，对疾病的致病机制、诊断和预后的判断提供了线索。目前，Let-7家族在呼吸系统的研究主要集中在肺癌、肺纤维化、肺部炎性疾病、COPD、ARDS等方面，在肺损伤、肺发育不良等领域的研究尚有待于更深入地开展。相信随着Let-7的调控机制研究不断深入，可以为呼吸疾病防治提供新方法，为靶向药物开发提供新思路。

本文文献检索策略:

本文所引中文参考文献来源于中国知网及万方数据知识服务平台，英文参考文献来源于PubMed英文数据库。关键检索词汇有：micro RNA，Let-7，bronchopulmonary dysplasia，pulmonary fibrosis，lung cancer，pulmonary inflammation，lung injury and premature，早产，支气管肺发育不良，肺纤维化，肺癌，肺部炎症和肺损伤等，优先选用近5年发表的文献。把检索到的文献归结起来，通过阅读文题、摘要，排除重复和不符合要求的文献。

作者贡献：罗妍妍进行参考文献的收集及撰写工作；吴升华负责文章的修改与整理工作；陈筱青负责审校及投稿杂志的选择工作。

本文无利益冲突。

参考文献

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(本文编辑：贾萌萌)

Research Progression of Let-7 and Pulmonary Diseases

LUOYan-yan，WUSheng-hua，CHENXiao-qing.

TheFirstAffiliatedHospitalofNanjingMedicalUniversity，Nanjing210029，China

【Abstract】MicroRNA(miRNA)is a class of endogenous non coding RNA and is widely distributed.It involves a series of important processes in life activity through the regulation of gene expression patterns，including cell proliferation，apoptosis，differentiation and individual development.Let-7 family is the second member of the miRNA family，discovered after Lin-4 in 2000，and is thought to be related to the occurrence and development of tumor，cardiovascular diseases，viral infections and pulmonary diseases，especially.In this review，we focused on the recent research progress of miRNA Let-7 family and pulmonary diseases such as pulmonary cancer,bronchopulmonary dysplasia，pulmonary injury，pulmonary fibrosis and pulmonary inflammation.

【Key words】MicroRNAs；Gene regulation；Lung diseases；Let-7

基金项目：国家自然科学基金资助项目(81300521)

【中图分类号】R 342.2 R 563

【文献标识码】A

doi：10.3969/j.issn.1007-9572.2016.17.003

(收稿日期：2015-09-28；修回日期：2015-12-30)