MicroRNA-21与细胞损伤及凋亡的研究进展*

张 鑫，惠 越，张 燕，黎张双子，李 冲 综述，陈 淼△ 审校

(1.遵义医学院附属医院重症医学科二病区，贵州遵义 563000；2 湖北省十堰市太和医院医院中心ICU 442000；3.山东省青岛市黄岛区人民医院麻醉科 266400；4 湖北省宜昌市中心人民医院重症医学科 443000)

MicroRNA-21与细胞损伤及凋亡的研究进展*

张 鑫1，惠 越2，张 燕3，黎张双子1，李 冲4综述，陈 淼1△审校

(1.遵义医学院附属医院重症医学科二病区，贵州遵义 563000；2 湖北省十堰市太和医院医院中心ICU 442000；3.山东省青岛市黄岛区人民医院麻醉科 266400；4 湖北省宜昌市中心人民医院重症医学科 443000)

微RNAs；细胞凋亡；靶基因；MicroRNA-21；细胞损伤

微小RNA(microRNAs，miRNA)是一类广泛存在于真核生物的、长度约18～24个核苷酸的高度保守的内源性、非编码、单链小分子RNA。通过干扰mRNA翻译过程即碱基互补配对方式来调节靶基因的表达，对体内细胞增殖、分化、损伤、凋亡等发挥作用。因miRNA在细胞损伤及凋亡的发生、发展中表达变化而被广泛研究。随着近几年研究的不断深入，细胞损伤及凋亡与miRNA的联系越来越清晰，miRNA对肺脏、肿瘤、心血管、肝脏、肾脏、免疫系统的细胞损伤及凋亡等都起着重要作用。本文主要介绍的miRNA分子之一miRNA-21在细胞损伤及凋亡中的研究进展，更加明确miRNA-21 有望成为这些疾病诊断、治疗新的切入点。

1 miRNA概述

miRNA发挥生物学功能的机制有两种：(1)与靶基因3′端非编码区(3′UTRs)结合，抑制靶基因翻译和表达；(2)结合并降解靶基因。一种miRNA的作用靶基因可以是多个，多种miRNA作用靶基因可以是一个，如此便形成了复杂的miRNA控制网络。miRNA虽然仅占人类基因组的l%，却可调控60%以上其他基因的表达。miRNA对多个基因起关键调节作用，这些基因涉及从细胞生长发育到凋亡等各种生命活动。作为细胞内重要的调控分子，miRNA在多种细胞损伤与凋亡信号转导通路中发挥关键作用。

miRNA在调控表观遗传修饰基因靶点上特点突出：(1)一种miRNA通常能够作用于多个靶基因位点进而参与多种蛋白的表达；(2)miRNA的调控方式单一、高效并且可逆，这与遗传信息转录过程不同；(3)miRNA调控各种生命活动方式温和。并且大量研究证明，其参与了多种细胞损伤与凋亡过程。

近几年证实，miRNA广泛参与细胞损伤与凋亡过程，miRNA对细胞损伤及凋亡的机制值得研究探索。而miRNA-21作为miRNA分子中的一员，近几年随着miRNA-21在肺脏、心血管、肿瘤、肝脏、肾脏、免疫系统等方面被深入研究，发现miRNA-21在这几方面的疾病中表达异常，证实miRNA-21在整个生命过程和疾病发生、发展过程中的作用，尤其在细胞损伤及凋亡作用突出。其作用靶基因的位点也得到了证实,其中与细胞损伤及凋亡有关的靶基因众多。本文主要阐述miRNA-21在各种细胞损伤及凋亡的研究进展。

2 miRNA-21与细胞损伤及凋亡的研究进展

2.1 miRNA-21与肺脏疾病研究进展

2.1.1 高氧性急性肺损伤 高氧性急性肺损伤(hyperoxia-induced acute lung injury，HALI)是指长时间吸入高浓度氧后导致肺泡上皮细胞及毛细血管内皮细胞损伤，主要表现为弥漫性肺间质及肺泡出血水肿的急性肺氧化应激性损伤。病理期有渗出期、增生期、纤维化期。近年研究表明，凋亡在HALI的发病过程中作用显著，其关键因素是氧化应激导致的Ⅱ型肺泡上皮细胞(typeⅡalveolar epithelial cell,AECⅡ)凋亡,并且HALI三期病理变化都相伴着AEC-Ⅱ的损伤与凋亡。AECⅡ是肺泡上皮的重要组成部分，也是肺泡上皮的干细胞，在保持肺泡干燥、维持呼吸功能及肺泡修复中发挥关键作用。其过度损伤与凋亡可导致肺泡水肿、塌陷、修复障碍，从而引起严重的低氧血症、呼吸窘迫和肺纤维化。AECⅡ是高氧攻击的主要细胞，抑制其凋亡可改善HALI的损伤程度。刘国跃等[1]研究发现，在HALI 动物模型中，miRNA-21-5p对大鼠肺组织具有保护作用。并且覃松等[2]通过病毒转染影响miRNA-21-5p的表达得出miRNA-21-5p具有抗 AEC-Ⅱ凋亡作用。

戢慧等[3]通过高通量基因芯片技术筛选AECⅡ凋亡过程中差异表达miRNA发现：miRNA-21在AECⅡ内高表达，且在细胞凋亡过程中明显下调。经计算机检索miRNA-21的靶基因发现：TarBase、 Pictar、 TargetScan等收录与凋亡相关的靶基因有人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome 10，PTEN)、程序性细胞凋亡因子4(programmed cell death 4，PDCD4)等。其中PTEN是迄今发现的第一个具有磷酸酶活性的抑癌基因。PTEN蛋白能使磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸(PIP3)脱磷酸形成磷脂酰肌醇-3,4-二磷酸(PIP2)，使其失去信号传导功能，从而阻断磷脂酰肌醇3-激酶/丝氨酸苏氨酸蛋白激酶B(PI3K/Akt)信号通路，抑制细胞周期的进展，促进细胞凋亡。PDCD4最初在小鼠体内大部分细胞发生凋亡时，该基因表达上调。Cheng等[4]研究发现，miRNA-21通过作用于靶基因PDCD4发挥抗凋亡作用。同时PDCD4基因研究已证实，PDCD4蛋白磷酸化受Akt调控，而这种磷酸化的PDCD4蛋白活性显著下调。在HALI 中miRNA-21可通过作用于凋亡相关的靶基因PTEN、PDCD4抑制PI3K/Akt通路来发挥抗凋亡的作用。

2.1.2 全身性炎性肺损伤 在全身性炎性肺损伤研究中，Qi等[5]研究发现,miRNA-21通过作用于靶基因PTEN 经Akt信号通路参与了脂氧素 A4(Lipoxin A4，LXA4) 激活肺泡上皮钠通道γ(ENaC-γ)炎症反应过程。同时有报道显示，死亡受体通路与肺部细胞的凋亡密切相关,作为最重要的死亡受体FasL,Fas/FasL通路是引起AECⅡ凋亡的重要途径[6]。也有研究指出，FasL也是miRNA-21的靶基因，miRNA-21 可以抑制FasL转录活性；阿奇霉素通过调节叉头蛋白3a(Foxo3a)可以使miRNA-21表达下调，引起FasL表达上调，从而激活了细胞凋亡的外源性通路[7]。

2.1.3 肺动脉高压 肺动脉高压(PH)是一种致命的疾病,其发病机制涉及肺动脉平滑肌细胞(PASMC)的增殖。尽管现在对PH治疗改善了患者的生存,但更有效的治疗策略值得研究。在Fares等[8]所著的《新颖的疾病的机制:在肺动脉高压中的网络生物学和微信号学》一书中指出,应用网络生物学和微信号学发现miRNA-21与PH多个致病通路有关。另外Parikh等[9]发现,基于网络的生物信息学方法和已有的生命信息参数,得出miRNA-21在PH中起到中央监管职责,并通过骨形成蛋白(bone morphogenetic protein ，BMP)和Rho/Rho激酶通路参与PH的缺氧有关的细胞损伤与炎症反应过程。同时Green等[10]发现,在PH中miRNA-21通过作用于靶基因PTEN参与缺氧损伤反应中过氧化物酶体增殖物激活受体(PPARγ)配体调节细胞增殖与凋亡的过程。

综上所述,细胞损伤与凋亡是调节肺部损伤的核心环节，最终影响到患者生存率和其他相关肺损伤指标,miRNA-21的发现为解决该问题带来了新的契机。

2.2 miRNA-21与心血管疾病的研究进展 国内外心血管疾病的发病率和病死率逐年上升，近几年来研究miRNA对心血管疾病的研究也越来越深入。尤其在高血压、心力衰竭、冠心病、房颤、心肌细胞氧化应激、心脏移植等方面作用突出,并在其中发挥着重要价值。在心力衰竭研究方面，Dong等[11]研究发现，在收缩性心力衰竭时对大鼠心肌细胞和心脏成纤维细胞中miRNA-21的表达进行比较，心肌成纤维细胞明显高于心肌细胞。同时使用miRNA-21拮抗剂注射后，其心肌萎缩和心肌纤维化明显改善。证明miRNA-21通过上调抗凋亡基因Bcl-2，抑制心肌成纤维细胞的凋亡，促进心肌纤维化。通过以上过程，miRNA-21参与了收缩性心力衰竭心肌细胞的损伤及纤维化修复过程。在心肌梗死的研究方面，研究发现miRNA-21通过作用于靶基因凋亡基因PTEN经FASL蛋白通路发挥作用，减少了心肌梗死面积，减慢心力衰竭进程，减轻细胞的损伤。该研究还在心脏移植相关研究中发现低体温条件有利于大鼠的心脏细胞移植，同时在要进行移植的心肌细胞中通过转染增加miRNA-21的表达，移植效果明显提高。可见miRNA-21可减轻移植过程中的心肌细胞损伤。Zhang 等[12]发现miRNA-21通过调控Smad-7蛋白途径，参与血管平滑肌细胞(VSMC)细胞外基质的表达，对高血压产生的血管细胞损伤进行修复。

Adam等[13]研究发现，直接抑制miRNA-21的表达可预防心房肌的纤维化。其作用机制为miRNA-21通过作用于靶基因凋亡基因Bcl-2经细胞外信号调节激酶(extrellular signal regulated kinase，ERK)/ 丝裂原激活的蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)通路发挥作用。这体现了miRNA-21在房颤的纤维化细胞损伤修复与心肌重构方面的作用。

Olson等[14]研究表明，miRNA-21通过作用于靶基因PDCD4来减少缺血/再灌注的损伤，起到减少心肌细胞氧化应激损伤和凋亡的作用。同时唐艳等[15]发现，通过对α-肿瘤坏死因子(TNF-α)诱导的心肌细胞凋亡模型的研究，miRNA-21在其中发挥抗凋亡作用。并且研究发现，miRNA-21是通过作用于靶基因凋亡基因PTEN经丝氨酸苏氨酸激酶(AKT)/FOXO3a通路来发挥作用的。

2.3 miRNA-21与肿瘤疾病研究进展

2.3.1 miRNA-21与肿瘤作用机制的研究进展 肿瘤的发病率和病死率均居高不下，近几年来关于miRNA对肿瘤作用的研究也越来越深入。miRNA-21是较早在人类细胞中发现的miRNA之一，尤其是miRNA-21广泛参与了细胞凋亡过程,并与肿瘤的发生、发展及预后关系密切。同时miRNA-21通过干预化疗药物，在化疗药物对肿瘤细胞的损伤方面发挥作用。

从首次在人脑胶质瘤中发现高表达miRNA-21可抑制肿瘤细胞凋亡以来，越来越多的证据表明miRNA-21与多种实体肿瘤的发病相关。在结直肠癌(CRC)中,miRNA-21通过作用于靶基因PTEN,在转录后水平调节细胞增殖和CRC的侵袭能力。在人结肠癌细胞(HCT116)细胞株中抑制miRNA-21的表达可以使癌细胞增殖、迁移和侵袭能力降低，并且可以抑制细胞周期进展使细胞凋亡增加[16]。同时Yu等[17]发现，在结直肠癌中miRNA-21使癌细胞对化疗药物的抗性大大降低。在CRC的HCT-ll6和HT-29细胞株中应用干扰质粒simiR-21可增加化疗药物5-氟尿嘧啶(5-F)、奥沙利铂(fuox)、二氟姜黄素(CDF)的敏感性，其与这些化疗药起到协同作用，使化疗药物对癌细胞的损伤作用增强。同样的，Deng等[18]也发现在CRC 的HT-29细胞株中应用miRNA-21可增加化疗药物5-F的敏感性。

在胃癌中，研究发现在胃癌细胞系(AGS)中miRNA-21使癌细胞侵袭和转移能力增强,敲除miRNA-21基因，癌细胞的侵袭和转移能力大大降低,并且通过miRNA-21抑制剂的使用降低miR-21，使癌细胞增殖减慢细胞凋亡明显增加。许庆文等[19]发现，miRNA-21的靶基因为PDCD4，负向调节miRNA-21 可以使PDCD4表达上调，胃癌细胞的增殖受到抑制并且诱导凋亡。

在乳腺癌中，miRNA-21抑制Fas/FasL膜受体途径，抑制癌细胞的凋亡，促进乳腺癌细胞的增殖[20-21]。同时在乳腺癌中,Zhu等[22]发现miRNA-21通过作用于靶基因原肌球蛋白1(Tropomyosin 1,TPM1)、PDCD4来调节癌细胞的浸润与转移。乳腺丝抑蛋白(Maspin)是一种肿瘤抑制基因，miRNA-21通过对靶基因Maspin的调节，来调节癌细胞的转移。

在肝癌中,研究发现miRNA-21通过作用于靶基因PTEN 和 PDCD4来发挥作用。并且通过结合拮抗miRNA-21的研究，来验证其抗凋亡促进癌细胞生长的作用。

综上所述，在肿瘤相关疾病中,miRNA-21可作为一个抗凋亡和降低细胞损伤促生存因子发挥重要的生物学作用。miRNA-21通过作用于靶基因影响相关信号通路，对肿瘤细胞的增殖、侵袭、损伤及凋亡等方面发挥巨大的作用，为肿瘤的基因靶向治疗提供新的理论依据。

2.3.2 miRNA-21与肿瘤的诊断预后的研究进展 miRNA-21与肿瘤的诊断也关系密切。miRNA-21在不同类型的实体肿瘤中表达明显改变也得到越来越多的证实，miRNA-21或许可以成为一项新的肿瘤诊断手段。如2014年发表的一篇Meta分析纳入的中外8篇文献显示,循环中的miRNA-21 对早期肺癌的诊断具有一定的参考价值。同时有研究也发现miRNA-21在早期宫颈癌的诊断中具有重要价值。

同时miRNA-21与肿瘤的预后也密切相关。2014年4项Meta分析中的大量实验数据显示：miRNA-21的表达检测尤其是在癌组织中，能有效地预测胃癌、直肠癌及乳腺癌等多种癌症的预后。miRNA-21的表达为一个独立危险因素，认为miRNA-21为一种关键的预后标志物[21-24]。

2.4 miRNA-21与其他疾病的研究进展 越来越多的研究表明，miRNA-21还与其他疾病密切相关,为这些疾病的基因靶向治疗提供可能。在慢性丙型肝炎肝纤维化的发生、发展过程中，Marquez等[25]研究发现，miRNA-21 通过作用于靶基因SMAD7经转化生长因子β1(TGF-β1)通路来发挥促进细胞纤维化抑制细胞凋亡的作用。

在正常皮肤的损伤修复方面，Yang等[26]研究体内外发现，miRNA-21经TGF-β1通路来发挥促进皮肤角化细胞迁移和促进组织愈合的作用，以此来参与皮肤组织细胞的损伤修复过程。同时Madhyastha等[27]研究发现，糖尿病伤口愈合困难的一个原因是miRNA-21参与纤维母细胞迁移过程。

在肾脏疾病研究方面，Kantharidis等[28]在梗阻性肾病的小鼠模型中研究发现，miRNA-21经TGF-15/Smad3通路来发挥促进肾脏纤维化过程。同时Wang等[29]研究发现，IgA肾病尿液中高表达miRNA-21，并且miRNA-21经转化生长因子-131(TGF-131)/Smad3信号通路来发挥促进IgA肾病的纤维化过程发挥对肾脏细胞的损伤作用。

在免疫系统研究方面，miRNA-21参与多种自身免疫性疾病发生、发展过程,如1型糖尿病、多发性硬化、系统性红斑狼疮、系统性硬化和牛皮癣。尽管miRNA-21在自身免疫性疾病的确切机制尚未完全阐明,但miRNA-21在自身免疫性疾病治疗策略方面前景广阔[30]。

3 展 望

本文所提到的研究结果显示：miRNA-2与肺脏、心血管、肿瘤、肝脏、肾脏、免疫系统等相关疾病的发生、诊断、治疗及预后的关系密切。但由于miRNA-21广泛存于机体的各种组织与器官中，并且作用的靶基因众多，许多疾病与miRNA-21的关系还不明确。 在临床上miRNA-21 与肿瘤的早发现、早诊断、早治疗及预后密切相关，在肿瘤发展的各个阶段都发挥了重要作用。miRNA-21有望成为肿瘤早期标志物的检测指标和预后指标，为这些肿瘤的诊断和预后提供可靠的科学指导。但细胞损伤和凋亡的调控异常复杂，针对单一因素的调控势必很难取得理想效果。将miRNA-21基因靶点治疗、表观遗传修饰及细胞治疗有机整合,miRNA-21的发现为解决该问题带来了新的契机。

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� 述·

10.3969/j.issn.1671-8348.2017.01.032

国家自然科学基金资助项目(8156010205)。

张鑫(1989-)，住院医师，硕士，主要从事肺保护方面研究。△

R459.9

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1671-8348(2017)01-0120-04

2016-07-18

2016-09-22)