中药调控miRNA对支气管哮喘气道重塑发生发展的影响

本文探讨miRNA与哮喘气道重塑发病机制的相关性，以及中药通过作用于miRNA调控相关细胞、通路、因子治疗哮喘气道重塑的相关机制。未来需借助现代生物信息学技术及网络药理学方法，明确miRNA靶点之间相互关系，以及药物-疾病的相关靶点，继续探索中药治疗哮喘气道重塑的潜在机制，为哮喘的临床治疗、基础研究及新药开发提供参考依据。

摘要

气道重塑以气道壁细胞结构、组分和功能为主要改变，其病理改变包括上皮细胞的损伤和修复、上皮间充质转化、上皮下纤维化、气道平滑肌细胞增殖与迁移及气管壁血管再生等。哮喘气道重塑的发病机制复杂，气道内多种细胞和细胞组分参与气道重塑的发生发展过程中。非编码微小RNA（microRNA，miRNA）在哮喘发病机制中扮演重要角色，其异常表达与哮喘的发生发展机制及临床治疗的反应性有关，有望成为哮喘潜在的诊断和治疗的生物标志物。中医药注重整体调节，可以通过多途径、多靶点干预哮喘发病，从而达到控制临床症状、减轻气道炎症、改善气道重塑的作用。中药复方或单体可以通过调控miRNA的表达，调节免疫和非免疫细胞的增殖、分化、迁移等多种活性，改善气道重塑。

关键词

支气管哮喘；miRNA；气道重塑；基因调控；中药

哮喘是全球公共卫生难题，可影响各个年龄段人群，在多个国家发病率逐年增长。根据2022年全球哮喘管理和预防策略（Global Initiative for Asthma，GINA）的调查，全球有超过3亿人口患病。近年来，我国哮喘平均发病率呈上升趋势，目前，我国成人哮喘发病率为4.2%，总发病人数约4 570万，且我国哮喘总体控制水平不及发达国家，儿童由于诊断不足、依从性差、反感激素治疗等问题，整体控制率较成人更差。因此，哮喘对于儿童的身心健康影响更大，在儿童伤残调整生命年（disability adjusted life year，DALY）中，位居全球前20位，给公共健康及社会经济带来沉重负担。

哮喘作为一种异质性疾病，其致病机制复杂，以慢性气道炎症和气道重塑为主要特点，长期的气道炎症可造成气道组织的异常损伤-修复-增生改变，引发气道重塑，是导致哮喘患者肺功能持续性和进行性损害及气道高反应性的重要因素，亦是难治性哮喘重要的病理基础。近年来，越来越多的研究者开始关注具有强大基因调控功能的非编码微小RNA（microRNA，miRNA）在哮喘气道重塑中的重要作用。中医药注重整体调节，可以通过多途径、多靶点干预哮喘发病，从而达到控制临床症状、减轻气道炎症、改善气道重塑的作用，故其在防治哮喘方面具有一定的优势和特色，但目前针对中医药调控miRNA治疗哮喘气道重塑缺乏系统的文献整理。本文基于哮喘气道重塑病理改变，探讨miRNA与哮喘气道重塑相关性及中药调控miRNA防治哮喘气道重塑的作用机制，以期为哮喘的临床治疗、基础研究及新药开发提供参考依据。

1 气道重塑的发病机制

气道重塑以气道壁细胞结构、组分和功能为主要改变，其病理改变包括上皮细胞的损伤和修复、上皮间充质转化、上皮下纤维化、气道平滑肌细胞增殖与迁移及气管壁血管再生等。哮喘气道重塑的发病机制复杂，尚未有统一认识，就目前研究热点做一简要介绍。

1.1 气道炎症

气道炎症作为哮喘的主要病理学特征，其与气道重塑关系密切。既往研究表明，长期的气道慢性炎症可促使气道上皮组织释放多种细胞因子、趋化因子和生长因子，从而驱动气道重塑。在以嗜酸性粒细胞气道炎症为特征的高T2型炎症表型哮喘中，通过白细胞介素-4（interleukin-4，IL-4）、白细胞介素-13（interleukin-13，IL-13）刺激成纤维细胞及气道上皮细胞分泌骨膜蛋白，进而诱导肿瘤坏死因子-β（tumor necrosis factor-β，TNF-β）信号转导，促进细胞外基质（extracellular matrix，ECM）沉积，引起气道重塑改变。而在低T2炎症表型哮喘中，则通过分泌IL-17，刺激纤维原性细胞因子如 IL-11和TNF-α的产生，促进成纤维细胞、肌成纤维细胞和平滑肌细胞的增生沉积，加重气道重塑结构改变。但也有证据表明，哮喘气道炎症与气道重塑是独立并存的关系，气道炎症并不是气道重塑的唯一原因，且相关诊疗指南推荐的一线抗炎药物并不能完全改善气道重塑中的气道壁结构改变，这也进一步证实了哮喘气道重塑并非仅是由气道炎症引起的。

1.2 气道平滑肌细胞增殖与迁移

气道平滑肌细胞（airway smooth muscle cell，ASMC）改变作为哮喘气道重塑最典型的病理特征，气道原有细胞的增殖，平滑肌前体细胞分化成平滑肌细胞、外膜细胞、肌成纤维细胞分化和逆分化导致的结构性改变是ASMC参与气道重塑的主要形式。哮喘发生气道重塑时，ASMC增殖分裂活动更活跃。间质细胞标记物 α-平滑肌肌动蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA）是评估平滑肌的数量及其收缩能力的主要指标，且与哮喘气道重塑的严重程度呈正比。各种细胞因子也发挥着重要作用，例如转化生长因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）、IL-25、血小板源性生长因子-BB（platelet-derived growth factor-BB，PDGF-BB）与尾加压素（urotensinⅡ，UⅡ）、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）和间质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）等。TGF-β是导致支气管哮喘气道重塑的主要调控因子，可以促进ASMCs的分化、成纤维细胞的增殖，引起支气管下层增厚与胶原沉积，并且调控Smad通路参与哮喘的气道重塑。IL-25可诱导Th2类细胞因子的产生，促使 α-SMA 蛋白表达增加和气道黏膜增厚。PDGF-BB与尾加压素作为哮喘气道重塑的可靠参考指标，均可直接诱导ASMC增生。

1.3 气道上皮细胞间充质转化

哮喘气道重塑形成离不开过敏原暴露或者有害物质刺激引起的气道炎症损伤，其中，气道上皮细胞作为气道接触外界过敏及有害刺激的第一道屏障，其形态和功能的变化最能反映气道重塑的发生、发展过程。上皮细胞间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）学说最早由Holgate提出，属于气道上皮细胞形态学特征性改变。EMT是指在气道炎症形成的上皮细胞慢性损伤和修复过程中，引起上皮屏障功能障碍，导致气道上皮细胞发生转录重编程，使上皮细胞逐渐丧失极性，细胞间的黏着连接下降，上皮样细胞向具有迁徙能力的间充质细胞转化过程，这种改变不仅引起肺功能的持续下降，还可降低气道上皮细胞对药物治疗的敏感性。

目前已知多种细胞因子和转录因子可诱导EMT的发生，其中转化生长因子-β1（transforming growth factor-β1，TGF-β1）是最有效和研究最充分的关键因子，可通过TGF-β1/Smad信号通路激发EMT，介导与纤维化有关的基因表达，提高细胞的迁移能力，促进细胞外基质的合成与沉积，诱导气道重塑。最新研究表明，自噬促进并影响 TGF-β1 驱动哮喘EMT改变，TGF-β1通过线粒体自噬调节ASMC细胞增殖和细胞功能，参与哮喘早期气道重塑过程。

1.4 基底膜增厚（上皮下纤维化）

基底膜增厚是哮喘气道重塑的重要病理改变，其发病机制主要与胶原蛋白、黏连蛋白和细胞外基质（extracellular matrix，ECM）等非胶原蛋白在网状基底膜下网状板中过量沉积有关，因此也被称为上皮下纤维化。多种信号通路及细胞因子可促进上皮下纤维化的发生发展。如Notch信号通路能通过调节气道上皮下胶原蛋白的表达，参与气道上皮下纤维化过程，在使用信号通路抑制剂后，可明显减缓哮喘小鼠气道重塑改变。研究发现，IL-33作为诱发儿童哮喘急性发作的炎性因子，能通过调节气道成纤维细胞高表达胶原蛋白，增加胶原沉积参与哮喘气道重塑过程。细胞周期蛋白 D1（cyclinD1）可调节平滑肌细胞的增殖与胶原沉积，推动气道重塑的产生。TGF-β1作为气道重塑不可或缺的调控因子，可直接干预气道胶原沉积过程，减少ECM成分的降解。此外，MMP-9的过表达可引起基质成分合成和降解失调，导致组织结构重建。

1.5 气道壁血管再生

哮喘反复发作时导致气道黏膜下层和固有层血管密度明显增加，毛细血管出现扭曲、扩张、渗漏，在各种细胞因子及炎症介质的反复刺激下，最终会形成气道重塑中的血管增生改变，且血管增生程度与病情严重程度呈正相关。研究发现，VEGF能够促进血管内皮细胞的增殖和分化，增加血管壁的通透性，促进新生血管生成，参与气道重塑过程。另外，VEGF可与哮喘中各种炎性因子相互作用，如MMP-9、TGF-β及IL-9等，由于新生血管生成及血管通透性的增加，血流量明显增大，更多炎性细胞和炎性因子随血流到达肺组织各部，扩大炎症范围，引起组织水肿，细胞外基质的沉积增多，加重气道壁的厚度，进一步加剧气道重塑的过程。

2 miRNA异常表达与哮喘气道重塑

miRNA具有强大的基因调控功能，是细胞重要的调节剂，在经过初级Pri-miRNA转录、核Drosha介导加工、细胞质Dicer介导加工、Argonaute蛋白加载等步骤具备了生物学功能，其主要作用是抑制和阻止翻译过程，调节转录后基因的表达，能够调节细胞生长、分化、发育等多种生物学过程。一个 miRNA 可以靶向调控多个mRNA基因表达，已有研究证实，miRNA在哮喘发病机制中扮演重要角色，其异常表达与哮喘的发生发展机制及哮喘治疗的反应性有关，有望成为哮喘潜在的诊断和治疗的生物标志物。miRNA在对哮喘气道重塑发挥调控作用时的表达不尽相同，有些表现为miRNA的上调，有些则为下调。

2.1 miRNA上调

目前已发现与哮喘气道重塑相关且表现为上调的miRNA包括miR-21、miR-3162-3p、miR-323-3p、miR-141、miR-378a-3p、miRNA-21-5p、miR-200a、miRNA-103、miR-620、miR-26a-5p、miR-142-3p、miR-221、miR-23b-3p、miR-19a。如在调控气道炎症方面，研究表明，在OVA处理的小鼠体内，可见 miR-323-3p高表达，通过抑制细胞因子信号传导抑制因子5（suppressor of cytokine signaling，SOCS5），参与气道炎症及气道重塑。Wang等研究发现，在哮喘小鼠模型中肺泡巨噬细胞M2极化明显，IL-4诱导的M2巨噬细胞促进了α-SMA 阳性细胞的增殖，miR-378a-3p的表达显著增加，生长因子受体结合蛋白-2（growth factor receptor bounding protein 2，Grb2）是miR-378a-3p的靶基因，miR-378a-3p抑制剂和GRB2的敲除使肺泡巨噬细胞从M1表型复极至M2表型，进一步证实miR-378a-3p/GRB2通路调节肺泡巨噬细胞的极化，可能是哮喘气道炎症和重塑的治疗靶点。在卵清蛋白致敏和激发所致过敏性气道炎症及气道重塑的哮喘模型小鼠体内，可见miR-21表达上调，而miR-21被拮抗抑制后可减少气道炎性细胞浸润，并且改善了气道重塑情况，如杯状细胞增生，胶原沉积，气道平滑肌增殖，其具体机制可能是通过降低肺组织中 TGF-β 的表达并诱导Smad7的表达有关。ASMC增殖在气道重塑中发挥重要作用，miRNA-21-5p、miR-200a、miRNA-103、miR-620、miR-142-3p都可通过下游靶点介导的信号传导通路调控ASMC增殖参与气道重塑过程。此外，Zhong等研究发现 miR-26a-5p在小鼠变应性哮喘模型中的表达增加，拮抗miR-26a-5p后，可见气道胶原沉积减少，小鼠支气管组织中的肺纤维化减轻，成纤维细胞数量降低，证实miR-26a-5p通过调控靶基因影响哮喘小鼠气道纤维化和气道重塑。miR-141在人和小鼠气道上皮细胞中高度表达，并且通过调控杯状细胞增生参与气道重塑。EMT是哮喘气道重塑的重要改变。研究证实，miR-23b-3p在哮喘小鼠模型中存在过表达，可通过促进EMT改变参与气道重塑过程。还有研究发现，与轻度哮喘患者和健康对照组相比，重度哮喘患者上皮细胞 miR-19a 表达上调，通过靶向TGF-β受体2 mRNA增强重症哮喘BEC细胞的增殖，参与气道重塑。

2.2 miRNA下调

通过检索相关文献，发现 miR-142、miR-34/449、miR-19b、miR-133a、miR-200b-3p、miRNA-451a、miR-145、miR-30a、miR-638、miR-326、miR-181b、miR-19a、miR-18a、miR-216a、miRNA-182-5p、miR-874、miR-204-5p、miR-217、miR-590-5p、miR-143-3p、miR-139-5p、miR-20b-5p、miR-29a-3p、miR-448-5p、miR-92a等下调参与了哮喘气道重塑。如在调控ASMC增殖方面，miR-142通过调节TGF-β信号通路的表达，参与气道重塑。miR-145通过增强Krüppel样因子4蛋白的表达，影响ASM细胞体外增殖和迁移。miR-326可显著降低TGF-β1处理的ASMCs Ⅰ型胶原和纤维连接蛋白水平，抑制细胞增殖。miRNA-182-5p通过靶向TRIM8下调NF-κB活化，抑制TNF-α诱导的ASM 细胞增殖和迁移。哮喘患者ASMC中miR-19a的低表达可使蛋白质精氨酸甲基转移酶1表达组成性增加，通过I 型胶原和纤连蛋白沉积、增强ASMC细胞增殖和迁移参与气道重塑过程。miR-18a通过PI3K/AKT通路调控ASMC增殖、迁移和表型转化。miR-216a、miR-204-5p、miR-217、miR-143-3p均可通过TGF-β介导的ASMC增殖和ECM蛋白沉积参与气道重塑。miR-139-5p、miR-590-5p、miR-20b-5p在哮喘患者的气道平滑肌细胞以及用细胞因子刺激的ASM细胞中显著降低，过表达后通过下调STAT3抑制ASM细胞增殖。新血管生成是气道重塑的重要特征，实验研究发现，miR-375在OVA致敏哮喘小鼠模型中的表达下调，其参与气道重塑，调节气道血管生成的作用机制是通过作用于信号传导与转录激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）和VEGF信号通路有关。气道重塑的发生发展离不开气道炎症，研究发现，miR-19b在哮喘模型小鼠体内表达下调，过表达后可通过抑制Stat3信号传导，从而减少气道重塑、气道炎症和氧化应激程度。miR-200b-3p通过靶向负调控卵泡抑素样蛋白1（follistatin-like protein 1，FSTL1）参与气道重塑和炎症。Huang等研究表明，miR-181b在哮喘患者和小鼠模型中的表达下调，可激活 NF-κB 信号通路，增强气道炎症反应，并促进哮喘小鼠的气道重塑。自噬与哮喘气道重塑的关系密切，相关研究表明，在卵清蛋白致敏哮喘小鼠模型中,miR-30a表达下降，其过表达后可通过下调自噬相关5抑制自噬，改善气道重塑过程。EMT改变在哮喘气道重塑过程中不可或缺，实验研究发现，在EMT表型的中性粒哮喘小鼠模型中，miR-29a-3p表达显著降低，通过负调控其靶基因半胱氨酸的分泌蛋白（cysteine rich secretory proteins，CRISPs）表达参与气道重塑。还有研究发现，哮喘小鼠肺组织和TGF-β1 刺激的支气管上皮细胞中miR-448-5p显著降低，其可通过miR-448-5p/TGF-β1/Six1信号通路在哮喘的EMT和肺纤维化的进展中起作用。此外，一些细胞因子、杯状细胞也参与了气道重塑的发生过程，如miR-192-5p、miR-874均可通过靶向调节MMP-16、MMP-2、MMP-9及纤维细胞生长因子23（fibroblast growth factor 23，FGF23）的水平，参与气道重塑。miR-92a通过靶向调节MUC5AC杯状细胞化生，参与哮喘气道重塑。

3 中药调控miRNA改善气道重塑的作用机制

哮喘是一种慢性气道炎症性疾病，气道重塑与疾病预后密切相关。目前关于中药复方及单体调控miRNA改善气道重塑的研究尚未形成完整体系，只有一些零散报道。五味子乙素是五味子中的主要有效成分。Chen等通过实验发现，其可通过下调miR-135a-5p的表达，调控STAT3/NF-κB通路激活，抑制NLRP3炎性小体活化并减少巨噬细胞凋亡，从而减轻哮喘气道炎症和气道重塑。而另一项研究则表明，五味子乙素减轻气道重塑的作用机制与其上调miR-150表达，抑制气道平滑肌细胞BCYRN1表达，减少气道平滑肌细胞的增殖和迁移有关。同样具有抗炎、平喘、保护神经等功效的钩藤碱是中药钩藤的有效成分，相关研究表明，钩藤碱固体脂质纳米粒可有效治疗哮喘模型小鼠，抑制气道平滑肌增殖，降低哮喘小鼠肺组织α-SMA、Ⅰ型胶原蛋白及羟脯氨酸的表达，其机制可能与其上调哮喘模型小鼠肺组织中miR-155的表达，抑制p38 MAPK信号通路的激活有关。基于“内风伏肺”病机新论研制的息风定喘方，由麻黄、白芍、细辛、地龙、桂枝、炙甘草、僵蚕、干姜、五味子、全蝎等11味中药组成，具有熄风止痉、温肺散寒、化痰平喘之功，研究发现，息风定喘方可以通过上调miR-23b-3p的表达，下调TGF-β1/samds信号通路以及MMP-9的表达，抑制气道壁增厚、ASMC细胞增生、ECM沉积、杯状细胞增多以及炎症因子的浸润，从而改善气道重塑。同样基于顽痰伏肺阳虚痰盛证候理论研制的平喘颗粒具有温补肾阳、健脾补肺、祛痰平喘之功，临床疗效突出。药理实验研究发现，平喘颗粒能够促进哮喘模型小鼠肺泡灌洗液外泌体中miR-23b的表达，体外实验发现，平喘颗粒可下调气道平滑肌细胞中TGF-β1特异性受体Ⅱ的表达，调控ASMC细胞的增殖和凋亡，改善气道重塑。同时，该方还可通过内源性竞争机制促进miR-140-5P和血管内皮生长因子结合，抑制新血管生成，阻止哮喘气道重塑。

4 讨论

哮喘发病机制复杂，涉及多细胞、多通路、多基因之间的交叉调控。中医药治疗哮喘历史悠久，在实践中总结出了独特的诊疗思路，临床疗效突出，不良反应小，安全性高，且注重整体调节。同时，中医药多途径、多靶点的作用也使得其具体作用机制很难明确。miRNA在气道重塑中扮演重要角色，本文详细分析了miRNA与哮喘气道重塑发病机制的相关性，列举了一些中药复方及单体通过作用于miRNA 及其调控相关细胞、通路、因子治疗哮喘气道重塑的机制研究。下一步需借助现代生物信息学技术及网络药理学方法，明确miRNA靶点之间相互关系及药物-疾病相关靶点，继续探索中药治疗哮喘的潜在机制，为中医药抗哮喘气道重塑的基础研究及临床应用提供参考。

作者简介：

黄争光（1988-），男，河南周口人，医学硕士，副主任医师，研究方向：小儿肺系疾病的基础与临床研究。

引用本文：

黄争光.中药调控miRNA对支气管哮喘气道重塑发生发展的影响[J].中医学报,2024,39(6):1144-1150.

相关文献：

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