miRNA在呼吸系统疾病的研究进展

张雨苇 梁民勇

【关键词】 miRNA 呼吸道疾病 研究进展

[Key words] miRNA Respiratory diseases Research progress

First-author’s address： Jishou University School of Medicine， Jishou 416000， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2021.18.044

miRNA是一系列長度约22个核苷酸的非编码小分子单链RNA，约占基因总数的2%，主要存在于真核生物中，通过作用于靶向mRNA的3’UTR区在转录后水平调控基因表达，参与细胞增殖、凋亡，血管形成等。miRNA可调控将近三分之一的人类基因，肺组织在胚胎发育阶段已表现出miRNA依赖性，已有研究证实部分miRNA的增加或减少均会干扰肺组织发育。近年研究显示循环血中的miRNA与呼吸系统疾病（慢性阻塞性肺疾病、支气管哮喘、肺结核、肺癌等）密切相关，提示miRNA在呼吸系统疾病的发生、发展及预后中扮演重要角色，且miRNA可在血液、痰液、胸腔积液等稳定存在，未来有望成为呼吸系统疾病诊断、治疗的新靶点。近年研究发现miRNA在呼吸系统疾病的发生、发展中的作用机制，现综述如下。

1 miRNA概述

miRNA是一系列非编码小分子单链RNA，通过与信使RNA（message RNA，mRNA）结合在转录后水平下调基因表达[1]。miRNA具有组织特异性及细胞特异性，在某些疾病状态下发生的病理生理变化可能引起循环血中相应组织和细胞特异性的miRNA含量的改变，提示miRNA在呼吸系统疾病的发生、发展及预后中扮演重要角色。

2 miRNA与呼吸系统疾病

2.1 慢性阻塞性肺疾病 慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一种常见的慢性非传染性疾病，常因大量暴露于有毒颗粒或气体引起气道和/或肺泡发育异常[2]。主要以持续的呼吸道症状和气流受限为特征的，常合并多种肺外表现如代谢紊乱、骨骼肌障碍等，导致患者生活质量差。随着吸烟率增加及人口老龄化，预计未来40年其发病率仍会上升，为社会、家庭及个人带来沉重的疾病负担。

研究发现miRNA通过TGF-β及Wnt途径参与COPD发病过程[3]。Ezzie等[3]通过对比26例COPD患者和9例无气流受限的吸烟者的肺组织中miRNA及mRNA表达模式，COPD患者肺组织中miR-233、miR-1274a等表达水平均升高，同时发现miR-233表达水平与TGF-β呈正相关，后者在组织稳态中发挥重要作用，TGF-β/Smad信号通路失衡促进成纤维细胞增殖，引起细胞外基质异常沉积导致气道重塑。其另一项研究发现miR-15b通过抑制TGF-β信号通路中抑制因子Smad7，正反馈调节TGF-β/Smad信号通路从而促进气道重塑[4]。此外Wu等[5]发现无论是香烟烟雾提取物处理的人支气管上皮细胞还是香烟烟雾诱导的COPD小鼠模型，miR-130a均在COPD组表达上调，且miR-130a通过靶向Wnt1调节Wnt/β-catenin信号传导加剧香烟烟雾刺激造成的损伤。Wnt信号传导是肺发育过程重要信号通路，在损伤修复和组织再生过程中被重新激活，促进肺泡修复[6-7]。上述研究证实miRNA在COPD中表达水平发生改变，并通过TGF-β及Wnt途径参与COPD气道重塑、肺泡损伤过程。此外有研究者通过从COPD患者股四头肌中提取RNA中的miR-542-3p和-5p进行定量研究发现其表达升高，且通过抑制线粒体和胞质核糖体的合成以及抑制蛋白质的合成来抑制其身体机能，并进一步发现其与肺部疾病的严重程度成正比[8]。另一项研究发现吸烟者和COPD患者血清中的miR-21水平增高，与FEV1/FVC呈负相关[9]。提示miRNA可作为COPD患者病情评估的新指标。

2.2 支气管哮喘 全球哮喘倡议（GINA）将哮喘定义为一种异质性疾病，是以气道重构和气道高反应性的一组慢性非特异性炎症[10]。在世界范围内估计有3亿人受到哮喘影响，在我国哮喘患病率呈上升趋势[11]。哮喘的经典发病机制为辅助性T淋巴细胞两种亚型的失衡[12]。Elhamed等[13]研究发现miR-21在哮喘患者中表达明显升高，同时证实miR-21可以通过抑制IL-21的表达从而抑制Th1功能，降低IFN-γ释放。IFN-γ水平降低导致不受限制的Th2激活，同时miR-21也可在T细胞激活后上调Gata3和IL-4表达，直接诱导T细胞向Th2谱系分化诱导免疫反应。另有研究发现let-7家族与哮喘的发生发展密切相关，Polikepahad等[14]使用荧光素酶报告系统证明过敏性疾病所必需的细胞因子IL-13是let-7 miRNA的直接靶点，两者呈负相关。let-7 miRNA通过抑制State的miRNA和蛋白表达水平来抑制人支气管平滑肌的增殖并促进其凋亡，后者已被证实是气道重塑的关键调控因素[15-18]。

糖皮质激素是治疗支气管哮喘的一线抗炎药物，但并不是所有哮喘患者对激素的治疗有效果，部分患者即使使用大剂量激素治疗效果仍不理想，被称为激素抵抗型哮喘（glucocorticoid resistant asthma，GRA），目前认为它与先天性免疫相关，活化的巨噬细胞和中性粒细胞引起的炎症反应是其主要特征[19]。Li等[20]研究证实巨噬细胞和IFN-γ在GRA中诱导持续性气道高反应，进一步发现miRNA-9通过降低蛋白磷酸酶2A的活性，引起GRA气道高反应性，抑制miR-9可以恢复类固醇敏感性。因此miRNA可能与GRA发生、发展密切相关。Wadhwa等[21]通过使用miR-21抑制剂降低PI3K活性并提高HDAC2表达水平，恢复类固醇敏感性。综上推测miRNA在GRA发病过程中作为启动子，靶向miRNA或其下游靶点可能成为GRA治疗新方向。

2.3 肺癌 肺癌为起源于支气管黏膜或腺体的恶性肿瘤，其发病率居我国恶性肿瘤首位，目前多采用化疗或放疗，效果欠佳。研究证实miRNA与恶性肿瘤相关，包括淋巴瘤、肝癌、乳腺癌等，提示miRNA具有充当癌基因或抑癌基因的作用[22]。研究发现miR-200家族可以下调锌指结构E-box的同源盒（ZEB）1和E-box的同源盒（ZEB）2表达，使其编码的E-钙黏着蛋白轉录抑制物减少，从而使E-钙黏着蛋白表达增加，增强肿瘤侵袭性，在肺癌组织中miR-200表达水平降低，E-钙黏蛋白减少，肺癌细胞运动增加，并且证实PD-L1的表达受miR-200/ZEB1轴调控[23]。另一项研究也证实miRNA的表达与PD-1表达水平呈负相关，提高miRNA表达可以改善患者耐药性，miR-200c的过表达通过直接调节氧化应激反应基因PRDX2，GAP /Nrf2和来增加细胞的放射敏感性[24]。研究发现miR-26a表达增加抑制HMGA2介导的E2F1-Akt途径，从而促进了顺铂诱导的NSCLC细胞凋亡，而miR-26a的抑制则表现出相反的作用，此外临床研究表明miR-26高水平表达者可能预后更好[25]。上述研究表明miRNA参与肺癌的发展、发展，也可以作为肺癌治疗新靶点及评估肺癌预后新型生物学指标。

2.4 肺结核 肺结核目前仍是严重危害人类健康的慢性传染性疾病，结核分支枝杆菌通过抑制吞噬体的酸化及成熟，破坏了巨噬细胞内杀伤和抗原呈递机制，从而导致结核病的发生[26]。其临床诊断率低、漏诊率高，导致耐药性肺结核增加，结核病仍是重要的全球健康挑战，目前迫切需要寻找肺结核特异性标志物。近期研究发现感染了结核分枝杆菌的巨噬细胞能够释放特定的miRNA[27]。Alipoor等[28]通过测定牛分枝杆菌卡介苗感染的巨噬细胞释放出一组特定的miRNA证实了该观点。在他们另一项研究中发现结核病患者血清外泌体中miR-484、miR-425和miR-96的表达增加，受试者工作特征（ROC）曲线分析表明血清外泌体miR-484、miR-425和miR-96的AUC值分别为0.72、0.66和0.62，并且还发现三种血清外泌体miRNA的水平与结核感染程度呈正相关，提示miRNA在肺结核诊断中具有重要潜力。Liu等[29]发现在肺结核患者中miR-27a表达水平显著升高，并发现miR-27a靶向Ca2+转运蛋白Cacna2d3，下调ER Ca2+信号传导抑制自噬，促进结核分枝杆菌在巨噬细胞内存活，缺乏miR-27a的小鼠和接受过antagomir miR-27a治疗的小鼠对结核分枝杆菌感染的抵抗力更高，提示miR-27a抑制剂可能成为治疗肺结核的新手段。越来越多证据表明miRNA在结核病种扮演重要角色，有望提供新的治疗靶点。

2.5 结节病 结节病是一种病因不明的多系统、慢性肉芽肿性疾病，主要侵犯肺和淋巴系统。结节病的确切病因及发病机制尚不清楚，目前观点认为是一种抗原性自身免疫疾病，巨噬细胞激活以及CD4+T型辅助细胞1（Th1）细胞因子产生浸润。传统生物标志物是血清血管紧张素转换酶水平，其诊断敏感性差且特异性不足[30]。目前仍缺乏特异性生物学标志物，一些研究表明miRNA参与了结节病的发生与发展。Ascoli通过对比结节病和正常对照组miRNA表达水平发现hsa-miR-128-3p、hsa-miR-22-5p、hsa-miR-30e-3p、hsa-miR-4306、hsa-miR-92a-1-5p、has-miR-150-3p、hsa-miR-6729-5p和hsa-miR-342-5p在结节病患者中呈差异性表达，对结节病阳性预测价值为88%，并发现hsa-miR-150-3p和hsa-miR-342-5p的表达不足与淋巴细胞减少、气流受限有关，尽管大多数患者的肺功能检查结果仍在正常范围内，淋巴细胞减少和气流阻塞预示结节病的预后不良[31]。提示miRNA可作为结节病的诊断标志物，且可预测其于预后。Culver等[32]通过对比活动性结节病患者与健康对照者发现前者的肺泡巨噬细胞表现出NF-κB活化和PPARγ缺乏。Agnieszka等[33]研究发现结节病患者miR34水平升高，并通过下调沉默蛋白（SIRT）1刺激IFNγ，氧化能代谢中断引起细胞稳态失衡导致NF-kB介导的炎症反应。此外有研究发现miR-33在结节病患者中水平升高，并可能通过抑制PPARγ靶基因ABCA1和ABCG1脂质转运蛋白的抗炎功能使慢性炎性肉芽肿性疾病永存，miR33抑制巨噬细胞脂质转运蛋白在肉芽肿中发挥作用[34]。上述研究证实miRNA通过不同途径调节NF-κB和PPARγ，从而参与结节病的发病过程。

2.6 缺氧性肺动脉高压 缺氧性肺动脉高压（hypoxic pulmonary hypertension，HPH）是以肺血管重塑为特征，目前尚未发现针对HPH的有效治疗。缺氧诱导因子-1（HIF）的激活是缺氧性肺动脉高压（HPH）的标志，在缺氧条件下，缺氧诱导因子1α（HIF-1α）间接抑制血管紧张素转换酶2（ACE2），ACE2可通过抑制肺动脉平滑肌细胞（PASMC）的增殖和迁移来预防缺氧性肺动脉高压（HPH）。Deng等[35]发现HPH大鼠模型中miR-103/107显著下调，而HIF-1α表达上调，提出miR-103/107对HIF-1β的抑制作用丧失可能导致缺氧性肺动脉高压中PASMCs过度增殖和血管重塑。近期Zhang等[36]通过敲除miR-Let-7b恢复ACE2表达减轻了HPH中右心室肥大和肺血管重构，证实了miR-let-7b通过诱导PASMCs增殖和迁移而促进了HPH的发病。

3 展望

随着分子生物学的不断发展，关于miRNA的研究不断增多，诸多研究证实miRNA在肺部疾病中存在差异性表达，提示miRNA参与肺部疾病的发生与发展，可稳定在体内存在而不被酶分解，故有望成為呼吸系统疾病治疗新靶点。但是目前大多数研究仍处于基础研究阶段，研究规模较小，需要大样本研究进一步验证。

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（收稿日期：2021-04-01） （本文編辑：程旭然）