特发性肺纤维化发生发展过程中miR

特发性肺纤维化发生发展过程中miR-29的作用及上下游信号通路研究进展岳中正;李娟;暴磊;陈慧婷;姚武;郝长付【摘要】小分子RNA(miRNA)是一类由18~25个核苷酸构成的功能性非编码RNA,主要参与转录后基因水平的调控.miR-29是一类与纤维化密切相关的miRNA.动物实验证实，抑制特发性肺纤维化动物肺组织miR-29表达可以促进特发性肺纤维化的发生•特发性纤维化患者肺组织中miR-29各亚型表达均下降.miR-29通过对转化生长因子P(TGF-®/Smad3、蛋白磷酸酶2A(PP2A)/组蛋白脱乙酰酶C4(HDAC4)、Wnt/p-catenin、PI3K-AKT、Fas死亡受体途径等多条信号通路的调节,进而抑制细胞外基质合成和分泌,参与特发性肺纤维化发生发展过程.期刊名称】《山东医药》年(卷),期】2017(057)011【总页数】4页(P111-114)【关键词】小分子RNA;miR-29；特发性肺纤维化;转化生长因子P/Smad3信号通路;蛋白磷酸酶2A/组蛋白脱乙酰酶C4信号通路;Wnt/p-catenin信号通路;PI3K-AKT信号通路;Fas死亡受体【作者】岳中正;李娟;暴磊;陈慧婷;姚武;郝长付【作者单位】郑州大学公共卫生学院,郑州450001;郑州大学公共卫生学院,郑州450001;郑州大学公共卫生学院,郑州450001;郑州大学公共卫生学院,郑州450001;郑州大学公共卫生学院,郑州450001;郑州大学公共卫生学院,郑州450001【正文语种】中文【中图分类】R563.9特发性肺纤维化(IPF)是一类慢性、进行性、致死性的肺部疾病，是间质性肺病中最常见的形式［1~4］。2014年的一项研究显示，全球范围内IPF造成的死亡率持续增长，仅2014年一年，在欧洲就有28000~65000例患者死于IPF，在美国为13000~17000例［5］°IPF没有明确的病因［6~8］。成纤维细胞和肌成纤维细胞分泌各种细胞因子和大量的胶原等基质蛋白成分，在IPF发病过程中具有十分重要的作用［9~11］。近年来，随着分子生物学技术的发展以及对小分子RNA(miRNA)认识的不断加深，miRNA在IPF发病过程中的作用越来越受到人们的重视。有研究表明，miR-29是IPF肺组织中表达下调最明显的一类miRNA分子［1,12,13］。miR-29其可抑制细胞外基质多种组分的合成，具有明显的抗纤维化作用［14~16］。肺组织中miR-29表达受到转化生长因子p(TGF-®/Smad3等多种信号转导通路的调控，也调控Wnt/p-catenin等多种信号传导通路的表达。miR-29通过这些信号传导通路在IPF发生发展中发挥作用。现就miR-29在IPF发生发展中发挥的作用以及相关信号通路作一综述。miR-29家族在物种之间具有高度保守性，通过对人和小鼠miR-29的研究发现，miR-29家族主要由miR-29a、miR-29b、miR-29c三类成员构成，分别由7号染色体或1号染色体上串联的两个基因编码，其中miR-29a和miR-29b的编码基因分别位于7号和1号染色体，miR-29b的编码基因由于可以同时位于7号染色体和1号染色体，因此又将其分为miR-29b1和miR-29b2两种亚型［14,17］成熟的miR-29分子具有高度的保守性，miR-29家族各成员之间仅存在2~3个核苷酸位点的差异，且各成员之间具有相同的种子序列，因此它们作用的靶基因也往往相同［14,18］。对miR-29表达谱的研究发现，miR-29在生物体的不同发育阶段、同一发育阶段不同组织和细胞中的表达各不相同。有研究表明，成年小鼠肺内miR-29的表达明显高于其在早期发育阶段的胎肺中的表达［19,20］。Cushing等［7］的研究也证实miR-29的表达水平可以随着肺的发育成熟程度而不断增加，在成年小鼠的肺组织中达到最高。同时研究还发现，在成年小鼠的肺组织中，miR-29主要表达在易于发生纤维化部位的肺泡和胸膜下的细胞以及肺泡管入口处的间充质细胞中。虽然到目前为止，引起IPF的病因仍然未知，但是纤维化肺内成纤维细胞、肌成纤维细胞异常增加和活化引起的细胞外基质的大量蓄积，在IPF发病过程中具有十分重要的作用［9,18］。研究发现，miR-29可以直接控制胶原以及其他细胞外基质相关组分基因的表达，miR-29的下调作为IPF发生发展过程中的重要分子事件，已在多种细胞和动物实验中得到证实［6,7,15,18］。TGF-P是肺纤维化过程中处于中心调控地位的细胞因子，可以诱导成纤维细胞向肌成纤维细胞转化，细胞合成细胞外基质能力明显增强［21,22］。因此，TGF-P被广泛的应用于与肺纤维化有关的细胞实验的研究。Wang等［21］通过使用TGF-P刺激人胚肺成纤维细胞株(IMR-90)发现，IMR-90细胞内miR-29家族各成员均出现明显下调。该结果与Yang等［22］的研究结果相一致，进一步研究发现，在IMR-90细胞内转染miR-29类似物可以逆转TGF-0诱发的细胞表型和功能的改变。Cushing等［7］使用基因敲除技术沉默IMR-90细胞内miR-29的表达，结果发现大量与纤维化有关的基因表达明显增加。虽然目前还没有发现TGF-P直接刺激肺原代成纤维细胞引起miR-29家族改变的资料，但是Khalil等［23］通过将IPF患者肺原代成纤维细胞和对照组来源的成纤维细胞分别与聚合的胶原基质共培养发现，IPF组中原代成纤维细胞内miR-29c的表达水平显著降低。以上研究结果表明，miR-29可能参与IPF的发生，并发挥负向调控的作用。博来霉素是一种具有抗肿瘤作用的多组分抗生素，其不良反应之一是引起肺纤维化，由于其引起肺纤维化的病理组织学改变与人类肺纤维化最为接近，故被广泛用于诱导肺纤维化的动物模型。2011年的一项研究采用miRNA微阵列分析技术对博来霉素刺激后小鼠肺组织中609种miRNA进行了检测，发现有49种miRNA发生明显的上调和下调，其中就包括let-7d（另一种与IPF有关的重要的miRNA）和miR-29［14］。这与Xiao等［24啲研究相一致，同时，研究还发现，将miR-29b基因导入小鼠体内会对博来霉素诱导的肺纤维化起到明显的抑制作用，同时miR-29对已经建立的小鼠肺纤维化模型也具有一定的治疗作用。miR-29对肺纤维化的治疗作用在Montgonery等［25啲研究中得到进一步验证。动物实验的结果进—步证实了miR-29与IPF之间的关联性。除此之外，IPF与miR-29异常之间的联系也在IPF患者中得到证实。Roak等［16］研究发现，无论是在快速进展型还是在慢性迁延型肺纤维化中，miR-29各亚型表达均显著下降，而在这两种肺纤维化类型中miR-29的表达不存在明显差异。研究表明，一种miRNA可以调控多种靶基因的表达，单一的miRNA表达的改变就足以引起多种基因信号调控网络的改变［26,27］。miR-29可以调控多种与肺纤维化密切相关的基因的表达，其中涉及到多条信号传递通路［18］。miR-29的上游信号通路TGF-p/Smad3信号通路TGF-0是纤维化发生过程中处于中心地位的细胞因子。Cushing等［7啲研究发现TGF-0可以引起miR-29的显著下调，从而引起IPF中与纤维化有关的基因上调。进一步研究发现，TGF-P对miR-29的调控有Smad3依赖性，Xiao等［24］采用基因敲除小鼠的方法，分别提取Smad3基因敲除小鼠和野生型小鼠的原代肺成纤维细胞，并给予TGF-P刺激，结果显示与野生型小鼠相比，Smad3基因敲除小鼠来源的成纤维细胞不会发生miR-29的下调和纤维化。有关Smad3对miR-29调控的具体过程目前还缺乏相应的研究，不过Pandit等［12］通过对let-7d(另一种与纤维化发生密切相关的miRNA分子)的研究发现，Smad3可以与let-7d基因上游的启动子区域结合，从而调控let-7d的表达。这为我们研究Smad3对miR-29的调控提供了依据。另外更值得注意的是，有研究表明miR-29的过表达可以反向抑制TGF-B和结缔组织生长因子(CTGF)的表达，并对Smad3信号通路产生抑制作用，其具体机制还有待进一步研究［14］。2.1.2蛋白磷酸酶2A(PP2A)/组蛋白脱乙酰酶C4(HDAC4)信号通路IPF患者肺内的一项相对特征性的变化是成纤维细胞异常增殖和活化，导致肺泡壁过量的I型胶原蓄积，形成瘢痕样无功能肺泡腔；随着病程的进展，纤维病变可以从已发生纤维变化的肺泡向解剖学上邻近的正常呼吸单元上扩展，导致纤维病变的持续性发展，引起机体进行性缺氧，最终导致窒息死亡［28,29］。miR-29是I型胶原表达的重要的调控分子。有文献报道，在IPF发展过程中，聚合的胶原等细胞外基质可以反馈性的作用于周围的成纤维细胞，继而引起成纤维细胞内miR-29表达降低，细胞外基质分泌增加，形成一个正向的反馈通路［30］。在正常机体内，聚合的胶原可以限制成纤维细胞的过度增殖。Xia等［31］报道，当与聚合的胶原相互作用时，IPF肺成纤维细胞表面的一种主要的胶原识别受体-a201整合素的表达发生病理性降低，a201整合素功能的异常使其失去激活PP2A的能力，而PP2A是HDAC4发挥功能的主要的调节因子。HDAC4包含一段N段的调控区域，易于发生磷酸化，当HDAC4发生磷酸化时，其极易被胞质中的蛋白酶水解；当HDAC4在PP2A的作用下发生脱磷酸化作用时，HDAC4可以以稳定形式存在，并能在PP2A作用下发生核内的转运。Khali等［23］证实了HDAC4的核转运受其磷酸化状态的控制，而PP2A可以稳定HDAC4并促进其核转运，HDAC4进入细胞核后可以发挥转录因子的功能，直接调控I型胶原和miR-29的表达。2.2miR-29的下游信号通路Wnt/p-catenin信号通路Wnt/0-catenin信号通路在调控细胞增殖、分化以及极化过程中具有重要作用。动物模型的研究表明，在博来霉素诱导小鼠肺纤维化的过程中出现了Wnt/p-catenin信号通路的活化。Wang等［21］通过对IMR-90细胞的研究发现，TGF-P刺激可以增加细胞内Wnt3a的表达和0-catenin磷酸化水平，激活Wnt/p-catenin信号通路，调控C0L1A1的表达。进一步研究发现，当miR-29过表达后，可以抑制TGF-P诱导的Wnt3a的表达，从而间接抑制p-catenin活化的过程。miR-29可以通过抑制Wnt/0-catenin信号通路，实现对胶原表达的调控。PI3K-AKT信号通路PI3K-AKT信号通路在细胞分化、凋亡等过程中发挥重要作用。研究表明，TGF-p可以通过激活PI3K-AKT信号通路，实现对胶原等细胞外基质表达的调控；miR-29类似物可以抑制阻断PI3K和AKT的磷酸化，抑制PI3K-AKT信号通路，进而降低胶原的表达［32］。Fas死亡受体途径成纤维细胞和肌成纤维细胞是导致IPF肺内过量胶原蓄积和瘢痕组织形成的重要效应细胞。一些研究发现，来自IPF肺内的成纤维细胞或肌成纤维细胞凋亡活性降低，Fas死亡受体途径在其中具有重要作用［33］。miR-29功能的抑制会引起肺成纤维细胞Fas受体死亡途径相关蛋白异常活跃表达°IPF肺内成纤维细胞和肌成纤维细胞凋亡活性降低可能是由于TGF-p抑制了miR-29的表达，进而引起细胞表面Fas表达降低的结果［26］。miR-29表达的改变是IPF发生发展过程中重要的分子事件，miR-29可以参与多条与肺纤维化密切相关的信号通路的调节，在纤维化疾病的发生发展中占有重要地位。但就目前而言，有关miRNA-29与IPF的研究还存在一些不足。在IPF发病过程中，miR-29表达的异常涉及多条已知或未知的信号通路，这些信号通路之间是否存在相互影响和相互作用，信号通路之间相互影响和相互作用的方式是什么，以及如何应用miR-29与纤维化有关的信号通路之间的相互作用来实施对IPF的治疗？所有这些问题的解决，还有待进一步更细致的实验设计与研究。按GB/T7714-2005《文后参考文献著录规划》采用顺序编码制著录，依照其在文中出现的先后顺序用阿拉伯数字加方括号标出。参考文献中的作者1~3名全部列出，3名以上只列前3名，后加“，等”或其他与之相应的文字。外文期刊名称用缩写，以《IndexMedicus》中的格式为准；中文期刊用全名。论文题目后加文献类型及标识，如专著[M]、期刊文章J]等。每条参考文献均须著录起止页。作者必须认真核对参考文献原文，无误后将其按引用顺序(用阿拉伯数字)排列于文末。【相关文献】PanditKV,MilosevicJ.MicroRNAregulatorynetworksinidiopathicpulmonaryfibrosis[J].BiochemCellBiol,2015,93(2):129-137.HutchinsonJ.Idiopathicpulmonaryfibrosis:anotherstepinunderstandingtheburdenofthisdisease[J].EurRespiratoryJ,2016,48(1):26-28.Raghu,ChenSY,HouQ,etal.IncidenceandprevalenceofidiopathicpulmonaryfibrosisinUSadults18-64yearsold[J].EurRespiratoryJ,2016,48(1):179-186.HopkinsRB,BurkeN,FellC,etal.EpidemiologyandsurvivalofidiopathicpulmonaryfibrosisfromnationaldatainCanada[J].EurRespiratoryJ,2016,48(1):187-195.HutchinsonJP,MckeeverTM,FogartyAW,etal.Increasingglobalmortalityfromidiopathicpulmonaryfibrosisinthetwenty-firstcentury[J].AnAmThoracSociety,2014,11(8):1176-1185.RajasekaranS,RajaguruP,Sudhakar-GandhiPS.MicroRNAsaspotentialtargetsforprogressivepulmonaryfibrosis[J].FrontPharmacol,2015,6(2):54.CushingL,KuangPP,QianJ,etal.miR-29isamajorregulatorofgenesassociatedwithpulmonaryfibrosis[J].AmJRespiratoryCellMolecularBiol,2011,45(2):287-294.韩姣，曾凡军,陈世雄.上皮间质转化相关信号通路在肺纤维化发生发展中的作用J]•山东医药,2015,55(17):101-103.KendallRT,Feghali-BostwickCA.Fibroblastsinfibrosis:novelrolesandmediators[J].FrontPharmacol,2014,5(1):23.MooreBB,HogaboamCM.Murinemodelsofpulmonaryfibrosis[J].AmJPhysiolLungCellMolPhysiol,2008,294(2):152-160.WynnTA.Cellularandmolecularmechanismsoffibrosis[J].JPathology,2008,214(2):199-210.PanditKV,CorcoranD,YousefH,etal.Inhibitionandroleoflet-7dinidiopathicpulmonaryfibrosis[J].AmJRespCritiCareMed,2010,182(2):220-229.MilosevicJ,PanditK,MagisterM,etal.ProfibroticroleofmiR-154inpulmonaryfibrosis[J].AmJRespiratCellMolBiol,2012,47(6):879-887.HeY,HuangC,LinX,etal.MicroRNA-29family,acrucialtherapeutictargetforfibrosisdiseases[J].Biochimie,2013,95(7):1355-1359.PanditKV,MilosevicJ,KaminskiN.MicroRNAsinidiopathicpulmonaryfibrosis[J].TranslatRes,2011,157(4):191-199.OakSR,MurrayL,HhrathA,etal.AmicroRNAprocessingdefectinrapidlyprogressingidiopathicpulmonaryfibrosis[J].PloSOne,2011,6(6):21253.DongJ,JiangG,AsmannYW,etal.MicroRNAnetworksinmouselungorganogenesis[J].PloSOne,2010,5(5):10854.CushingL,KuangP,LuJ.TheroleofmiR-29inpulmonaryfibrosis[J].BiocheCellBiol,2015,93(2):109-118.GuoW,BenlhabibH,MendelsonCR.ThemicroRNA29familypromotestypeIIcelldifferentiationindevelopinglung[J].MolCellBiol,2016,36(16):2141.葛燕，陈国纯,孙林,等.MicroRNA-29与纤维化疾病[J].中南大学学报(医学版),2011,36(9):908-912.WangY,LiuJ,ChenJ,etal.MiR-29mediatesTGFbeta1-inducedextracellularmatrixsynthesisthroughactivationofWnt/beta-cateninpathwayinhumanpulmonaryfibroblasts[J].TechnolHealthCare,2015,23(Suppl1):119-125.YangT,LiangY,LinQ,etal.miR-29mediatesTGFbeta1-inducedextracellularmatrixsynthesisthroughactivationofPI3K-AKTpathwayinhumanlungfibroblasts[J].JCellBiochem,2013,114(6):1336-1342.KhalilW,XiaH,BodempudiV,etal.PathologicregulationofcollagenIbyanaberrantproteinphosphatase2A/HistoneDeacetylaseC4/MicroRNA-29Signalaxisinidiopathicpulmonaryfibrosisfibroblasts[J].AmJRespiratCellMolBiol,2015,53(3):391-399.XiaoJ,MengXM,HuangXR,etal.miR-29inhibitsbleomycin-inducedpulmonaryfibrosisinmice[J].MolTherapy,2012,20(6):1251-1260.MontgomeryRL,YuG,LatimerPA,etal.MicroRNAmimicryblockspulmonaryfibrosis[J].EMBOMolMed,2014,6(10):1347-1356.MatsushimaS,IshiyamaJ.MicroRNA-29cregulatesapoptosissensitivityviamodulationofthecell-surfacedeathreceptor,Fas,inlungfibroblasts[J].AmJPhysiolLungCellMolPhysiol,2016,311(6):1050-1061.RooiJE,PurcellAL,LevinAA.DevelopingmicroRNAtherapeutics[J].CircRes,2012,110(3):496-507.NoblePW,HomerRJ.Idiopathicpulmonaryfibrosis:newinsights