miR-145在慢性阻塞性肺疾病和支气管哮喘中的研究进展

李卓，刘华，罗天雯，刘丽芳，杨儒

（1.甘肃中医药大学第一临床医学院（甘肃省人民医院），甘肃 兰州 730000；2.甘肃省人民医院呼吸与危重症医学科，甘肃 兰州 730000）

0 引言

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD) 和支气管哮喘(哮喘)是发病率和死亡率都很高的全球性健康问题。COPD和哮喘管理和治疗的主要挑战之一依然是缺乏可靠、准确和易于测量的筛查方法。肺功能检测仍然是其诊断和评估疾病严重程度的标准方法，但是肺功能检测反映的是疾病的严重程度，并不能准确反映疾病的活动性。此外，它的测量严格依赖于患者的依从性、医生的专业知识和数据解释，给疾病的管理带来了巨大的挑战。毫无疑问，目前迫切需要相关的生物标志物来诊断疾病以及反映疾病的活动性，才能有助于为呼吸系统疾病患者的治疗提供更个性化的方法。越来越多的研究表明，微小RNA (microRNA，miRNA)在哮喘、COPD和气道重塑的发病机制中发挥关键作用，通过调节参与疾病发病的通路来发挥作用。一些miRNA的表达变化也被发现在COPD或哮喘的发展和改善中发挥作用，这可能代表了新的治疗的靶点。重要的是，miRNA可以由细胞向体液中分泌，如血液和痰液，并且体液中的miRNAs已经被证明是稳定的[1]。这表明，miRNA或许可以做为新型生物标志物诊断COPD和哮喘以及评估患者病情。在这片综述中对miR-145与COPD及哮喘的关联进行综述。

1 miRNA概述

miRNA是一类小的内源性非编码RNA，其长度约为19-25个核苷酸，在不同组织中均有表达，对疾病和健康都有重要的意义。miRNA的生物过程涉及一系列精密的步骤。首先在细胞核中，产生初级miRNA(primary miRNA,primiRNA)，主要由RNA聚合酶Ⅱ产生，在少数情况下可以由RNA聚合酶Ⅲ产生。然后，核糖核酸酶Ⅲ（ribonuclease Ⅲ,RNaseⅢ）、Drosha及其辅助因子迪乔治综合征危象区基因 8(DiGeorge syndrome critical region gene 8,Dgcr8)将pri-miRNA加工成60-100个核苷酸的茎环结构，称为前体miRNAs(miRNA precursor,pre-miRNA)[2,3]。核转运蛋白Exportin5和核蛋白Ran-GTP将pre-miRNA转运到细胞质中，在那里它们被RNase III Dicer进一步加工，产生25个核苷酸的成熟miRNA双链(miRNA-miRNA＊)[4,5]。miRNA＊链被降解，而miRNA链被优先保留并装载到Argonaute蛋白家族和RNA诱导沉默复合体(RNA induced silencing complex,RISC)中，该复合体能够调节转录组的表达，抑制其目标信使R N A（messenger RNA，mRNA）的翻译或沉默目的基因[6]。miRNA已被证明参与肺发育和组织内稳态过程，如免疫反应和代谢[7]，而且miRNA失调在几种肺部疾病中均有被报道，如癌症、COPD、哮喘和支气管肺发育不良等。

2 miR-145概述

miR-145是一个位于5号染色体上的双簇结构。miR-145的产生始于细胞核中产生的初级miR-145(primary miR-145,pri-miR-145)，P r i-m i R-1 4 5到前体m i R-1 4 5(m i R-1 4 5 precursor,pre-miR-145)的过程被运送到细胞质。pre-miR-145被RNase III Dester切割，产生成熟的miR-145。成熟的miR-145链最终以mRNA为靶点，导致mRNA降解或干扰其翻译[8]。对于外源途径的pre-miR-145则被认为是单独与相关蛋白结合，或者被包裹到外泌体或多囊体中运输到血液中。而循环中的miR-145则通过与受体结合或细胞内吞的方式被受体细胞摄取，并被加工为成熟的miR-145，以调控受体细胞中目标蛋白编码基因的表达[8]。miR-145在多种组织中都有表达，从血浆、血清、尿液等体液分离的外泌体或微囊中均检测到细胞外miR-145。目前，已有大量的研究证明miR-145与COPD及哮喘存在关联，但是在不同疾病中miR-145的表达及参与疾病发病的机制不尽相同。靶向基因研究表明，miR-145在炎症介质、增殖分化调控、氧化应激等方面发挥重要作用。

3 miR-145与COPD

COPD是一种以慢性呼吸道炎症引起的以气流阻塞为特征的疾病[9]。遗传和环境因素被认为在COPD的发生中发挥了重要的作用。COPD有两个主要特征：小气道狭窄(主要是由于慢性毛细支气管炎)和肺泡壁破坏(肺气肿)。慢性阻塞性肺病目前是世界范围内疾病和死亡的主要原因，最近的一项预测表明，到2030年，它或许将成为第四大死因，这可能会导致严重的的社会经济负担[10]。早期诊断和个体化治疗是降低死亡率和社会经济负担的有效途径。

多条证据表明，多种miRNAs的上调/下调可能与COPD的发病机制有关[11]。Izzotti[12]等人研究发现，暴露在香烟烟雾中会影响大鼠肺部miR-145的表达水平。随后Molina-Pinelo[13]等人证实与健康人相比，COPD患者支气管肺泡灌洗(broncho-alveolar lavage，BAL)液中，miR-145的表达水平增高。Liu[14]等人发现COPD患者外周血单个核细胞中miR-145的表达水平明显低于健康对照组，miR-145在频繁加重组较非频繁加重组下调，进一步证实了，miR-145在COPD发病过程中起作用。而这与之前的研究冲突，或许是由于研究设计的方式不同，预计结果也会有所不同。此外，必须考虑用于分析的生物标本，因为它可能会造成对观察到的差异很大。在这方面，正如之前所报道的，在循环血浆miRNA中观察到的表达模式与从同一患者的BAL液细胞的miRNA的表达模式之间的相关性非常差[15]，BAL液可能更能反映正在研究的实际肺部实际的病理情况。在曾宗鼎[16]等人的研究中，通过对存活组和死亡组血浆 miR-145表达的检测发现，死亡组血浆 miR-145表达水平明显高于存活组，极重度组血浆 miR-145表达水平明显高于重度组和轻-中度组，这表明mir-145血浆的表达水平与COPD的严重程度与预后密切相关。在另一项研究中，也证实了慢性阻塞性肺疾病急性加重期(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease, AECOPD)患者血浆miR-145表达水平明显升高，且与AECOPD患者肺功能指标相关，miR-145对COPD的诊断及预后的预测具有重要的意义[17]。

慢性炎症和气道重塑是COPD的主要病理特征。有研究表明，COPD患者miR-145表达上调可抑制白介素-6（Interleukin-6,IL-6）和白介素-8 (Interleukin-8, IL-8)的释放。而肺组织中的miR-145-5p也可通过调节P53介导的细胞凋亡信号和炎症前因子肿瘤坏死因子-α、IL-6、IL-8，显著减轻香烟烟雾提取物 (cigarette smoke extract, CSE)诱导的细胞凋亡和炎症反应，而下调miR-145-5p的作用则相反[18]。Smad3是转化生长因子-β通路中重要的下游信号分子之一，在COPD中起重要作用。在谢圆媛[19]等人的研究中，通过双荧光素酶报告基因实验验证了Smad3与miR-145的靶向关系，发现miR-145 通过抑制SMAD3 的表达，来抑制肺泡细胞炎症的发生。还可通过促进细胞外基质（extracellular matrix,ECM）的降解以及抑制P13K /Akt /mTOR 通路的发生抑制细胞的增殖，减轻COPD 的发生。O’Leary[20]等人发现，在COPD患者的气道平滑肌(airway smooth muscle,ASM)细胞中过表达的miR-145通过控制Smad3来抑制IL-6和IL-8的释放，miR-145可以通过靶向Smad3来调节COPD患者气道平滑肌细胞的促炎细胞因子的释放，这或许是COPD治疗的潜在靶点之一。有趣的是，miR-145也可能在调节哮喘的ASM细胞方面起重要作用[21]。可以说，miR-145在COPD的发生和发展过程中的作用是非常多样的。

4 miR-145与哮喘

哮喘是一种慢性炎症性呼吸道疾病,可导致咳嗽、喘息和胸闷等症状。其特点是可逆性气道阻塞、气道高反应性、粘液高分泌和气道炎症[22]。越来越多的证据表明，哮喘的发病受多种因素的影响，包括遗传因素、免疫因素和环境因素。近些年来，哮喘的发病率和死亡率都呈不断上升的趋势。目前除了肺功能外，还没有其他反应哮喘的临床状态及分型的客观指标。

先前研究发现，哮喘患者的血浆中miR-145的表达水平显著增加，血浆miR-145或许是哮喘的特异性生物标志物[23]。在最近一项研究中，李颖[24]等人通过对比支气管哮喘患者和健康人群血清miR-145表达水平也证实了这一观点，哮喘患者的血清中miR-145表达水平明显上调。在此研究中还发现，血清 miR-145表达水平与FEV1/FVC，Th1，Th1/Th2呈负相关，与Th2，白介素-4(Interleukin-4, IL-4)呈正相关。血清中miR-145可以作为生物标志物来进一步了解哮喘患者病情。

哮喘发病的主要机制是2型辅助性T淋巴细胞细胞因子介导的嗜酸性气道炎症与气道的高反应性有关[25]。随着医学技术的发展，多项研究证实miRNA与哮喘关系密切。越来越多的证据也表明miR145通过气道重塑对哮喘起着关键作用[21]。在ASM细胞中过表达miR-145可显著抑制Krüppel-like factor 4(KLF4)，进而影响下游细胞因子，从而促进ASM细胞的体外增殖和迁移[26]。此外，miR-145还调节平滑肌的发育和成纤维细胞向平滑肌细胞的分化[27]。Collison[28]等人，通过使小鼠致敏，然后用房尘螨（house dust mite，HDM)进行空气过敏原诱导的过敏性气道小鼠模型，发现小鼠的肺组织的miR-145出现明显的上调，在研究中还发现，抑制miR-145可以抑制HDM诱导的气道上皮细胞黏液高分泌和嗜酸性炎症，其效果与地塞米松治疗一致。抑制miR-145可以抑制Th2细胞抗原诱导的白介素-5（Interleukin-5,IL-5）和白介素-13（Interleukin-13,IL-13）的产生，表明miR-145功能的整体效应可能有助于促炎作用[28]。在随后的研究中发现runt相关转录因子3 ( runtrelated transcription factor 3，RUNX3)可以调节T辅助细胞分化，影响Th1/Th2平衡，miR-145通过靶向RUNX3调节Th1/Th2平衡，从而参与哮喘的发病机制，RUNX3可能是哮喘患者潜在的治疗靶点[29]。Yu[30]等的研究进一步证实了miR-371、miR-138、miR-544、miR-145和miR-214可以通过组合方式调控RUNX3来调节哮喘中的Th1/Th2平衡。而在动物研究中，发现miR-145可以特异性结合表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）的3’UTR区，抑制其活性，从而减轻气道重塑来降低粘蛋白5AC (MUC5AC)的表达[31]。在另一项动物模型研究中，证实miR-145-5p通过直接靶向驱动蛋白家族成员3A促进HDM诱导的趋化因子和炎症因子的释放和上皮屏障功能障碍，并抑制上皮修复导致并加剧了HDM诱导的小鼠Th2型免疫反应。因此，靶向miR-145或驱动蛋白家族成员3A是哮喘的潜在治疗选择之一[32]。

6 小结

miRNA生物学作用是介导细胞在各种胁迫条件下反应的关键机制，越来越多的证据支持这样的观点，即由于miR-145的异常表达而导致的蛋白质编码基因表达的放松调控可导致COPD及哮喘发病的不同阶段。miR-145作为一种非编码基因，通过不同的途径参与了COPD及哮喘的炎症以及气道重塑，但是在COPD和哮喘中起着不同的作用。尽管未能完全阐明miR-145的生物学作用，但是miR-145与COPD及哮喘具有一定的相关性是COPD及哮喘治疗的潜在治疗靶点的选择之一。虽然在不同的疾病中作用是不同的，miR-145在COPD及哮喘的发生发展中起着重要的作用，而且其在外周血中已被证明是稳定的可以作为诊断及评估疾病进程的标志物。