Роль микроРНК в патогенезе бронхолегочных заболеваний

В обзоре проведен анализ роли микроРНК в патогенезе бронхолегочных заболеваний. Универсальность механизмов, лежащих в основе эпигенетики, обусловливает непрерывно растущий интерес к исследованиям в этой области медицины, которые не только позволяют расширять знания в сфере этиологии и патогенеза, но также помогают объяснить гетерогенность заболевания. В настоящее время биомаркеры, используемые при определении фенотипа бронхиальной астмы или хронической обструктивной болезни легких, не способны отобразить многообразие патологических процессов, вовлеченных в патогенез заболевания на молекулярном уровне. Примечательно, что микроРНК сохраняют свою стабильность в различных средах организма, устойчивы к воздействию высоких температур, колебаниям pH, а также циклам заморозки – разморозки, что значительно упрощает процесс обнаружения данных молекул в биологических жидкостях. Количество обнаруживаемого микроРНК высокоспецифично отображает тот или иной патологический процесс, происходящий внутриклеточно. В настоящее время биомаркеры, используемые при определении фенотипа бронхиальной астмы или хронической обструктивной болезни легких, не способны отобразить многообразие патологических процессов, вовлеченных в патогенез заболевания на молекулярном уровне. Известно, что для обоих заболеваний ключевыми звеньями являются воспаление, ремоделирование дыхательных путей, а также аномальная реакция эпителиальных клеток на внешние стимулы. Таким образом, имеется большой потенциал использования микроРНК в клинической практике в качестве неинвазивных биомаркеров, отражающих ключевые моменты патогенеза, прогностического биомаркера, предсказывающего ответ на терапию, и, возможно, в будущем новых терапевтических мишеней.

1. Wasti B., Liu S.K., Xiang X.D. Role of Epigenetics in the Pathogenesis, Treatment, Prediction, and Cellular Transformation of Asthma. Mediators Inflamm. 2021:9412929. https://doi.org/10.1155/2021/9412929.

2. Yang I.V., Lozupone C.A., Schwartz D.A. The environment, epigenome, and asthma. J Allergy Clin Immunol. 2017;140(1):14–23. https://doi.org/10.1016/j.jaci.2017.05.011.

3. Ebrahimi A., Sadroddiny E. MicroRNAs in lung diseases: Recent findings and their pathophysiological implications. Pulm Pharmacol Ther. 2015;34:55–63. https://doi.org/10.1016/j.pupt.2015.08.007.

4. Mori M.A., Ludwig R.G., Garcia-Martin R., Brandão B.B., Kahn C.R. Extracellular miRNAs: From Biomarkers to Mediators of Physiology and Disease. Cell Metab. 2019;30(4):656–673. https://doi.org/10.1016/j.cmet.2019.07.011.

5. Johar D., Siragam V., Mahood T.H., Keijzer R. New insights into lung development and diseases: the role of microRNAs. Biochem Cell Biol. 2015;93(2):139–148. https://doi.org/10.1139/bcb-2014-0103.

6. Chen X., Ba Y., Ma L., Cai X., Yin Y., Wang K. et al. Characterization of microRNAs in serum: a novel class of biomarkers for diagnosis of cancer and other diseases. Cell Res. 2008;18(10):997–1006. https://doi.org/10.1038/cr.2008.282.

7. Rodrigo-Muñoz J.M., Cañas J.A., Sastre B., Rego N., Greif G., Rial M. et al. Asthma diagnosis using integrated analysis of eosinophil microRNAs. Allergy. 2019;74(3):507–517. https://doi.org/10.1111/all.13570.

8. Wang Y., Li Y., Zhang P., Baker S.T., Wolfson M.R., Weiser J.N. et al. Regenerative therapy based on miRNA-302 mimics for enhancing host recovery from pneumonia caused by Streptococcus pneumoniae. Proc Natl Acad Sci U S A. 2019;116(17):8493–8498. https://doi.org/10.1073/pnas.1818522116.

9. Kabesch M., Adcock I.M. Epigenetics in asthma and COPD. Biochimie. 2012;94(11):2231–2241. https://doi.org/10.1016/j.biochi.2012.07.017.

10. Дьяченко Н.А., Улитина А.С., Лукина О.В., Пчелина С.Н., Трофимов В.И., Миронова Ж.А. Экспрессия микроРНК miR-21 и miR-146а у пациентов мужского пола с перекрестным фенотипом бронхиальной астмы и хронической обструктивной болезни легких. Пульмонология. 2020;30(3):263–269. https://doi.org/10.18093/0869-0189-2020-30-3-263-269.

11. Weidner J., Bartel S., Kılıç A., Zissler U.M., Renz H., Schwarze J. et al. Spotlight on microRNAs in allergy and asthma. Allergy. 2021;76(6):1661–1678. https://doi.org/10.1111/all.14646.

12. Schembri F., Sridhar S., Perdomo C., Gustafson A.M., Zhang X., Ergun A. et al. MicroRNAs as modulators of smoking-induced gene expression changes in human airway epithelium. Proc Natl Acad Sci U S A. 2009;106(7):2319–2324. https://doi.org/10.1073/pnas.0806383106.

13. Ong J., van den Berg A., Faiz A., Boudewijn I.M., Timens W., Vermeulen C.J. et al. Current Smoking is Associated with Decreased Expression of miR-335-5p in Parenchymal Lung Fibroblasts. Int J Mol Sci. 2019;20(20):5176. https://doi.org/10.3390/ijms20205176.

14. Cay P., Singer C.A., Ba M.A. Gene network analysis for identification of microRNA biomarkers for asthma. Respir Res. 2022;23(1):378. https://doi.org/10.1186/s12931-022-02304-2.

15. Овсянников Н.В., Билевич О.А., Зинченко Л.М., Козлова Е.А. Новые возможности достижения контроля над течением тяжелой бронхиальной астмы. Вестник современной клинической медицины. 2019;12(4):63–68. https://doi.org/10.20969/VSKM.2019.12(4).63-68.

16. Демко И.В., Собко Е.А., Чубарова С.В., Соловьева И.А., Крапошина А.Ю., Медведева Н.Н. и др. Особенности системного воспаления, функции внешнего дыхания и морфологической структуры слизистой оболочки бронхов при тяжелой бронхиальной астме. Сибирское медицинское обозрение. 2014;(5):47–52. Режим доступа: https://smr.krasgmu.ru/journal/1262_47-52.pdf.

17. Ненашева Н.М., Курбачева О.М., Авдеев С.Н., Федосенко С.В., Емельянов А.В., Белевский А.С. и др. Практические рекомендации по выбору иммунобиологического препарата для лечения тяжелой бронхиальной астмы Т2-эндотипа. Пульмонология. 2020;30(2):227–244. https://doi.org/10.18093/0869-0189-2020-30-2-227-244.

18. Kyyaly M.A., Sanchez-Elsner T., He P., Sones C.L., Arshad S.H., Kurukulaaratchy R.J. Circulating miRNAs-A potential tool to identify severe asthma risk? Clin Transl Allergy. 2021;11(4):e12040. https://doi.org/10.1002/clt2.12040.

19. Atashbasteh M., Mortaz E., Mahdaviani S.A., Jamaati H., Allameh A. Expression levels of plasma exosomal miR-124, miR-125b, miR-133b, miR-130a and miR-125b-1-3p in severe asthma patients and normal individuals with emphasis on inflammatory factors. Allergy Asthma Clin Immunol. 2021;17(1):51. https://doi.org/10.1186/s13223-021-00556-z.

20. Rodrigo-Muñoz J.M., Gil-Martínez M., Lorente-Sorolla C., García-Latorre R., Valverde-Monge M., Quirce S. et al. miR-144-3p Is a Biomarker Related to Severe Corticosteroid-Dependent Asthma. Front Immunol. 2022;13:858722. https://doi.org/10.3389/fimmu.2022.858722.

21. Cañas J.A., Valverde-Monge M., Rodrigo-Muñoz J.M., Sastre B., Gil-Martínez M., García-Latorre R. et al. Serum microRNAs as Tool to Predict Early Response to Benralizumab in Severe Eosinophilic Asthma. J Pers Med. 2021;11(2):76. https://doi.org/10.3390/jpm11020076.

22. Gil-Martínez M., Lorente-Sorolla C., Rodrigo-Muñoz J.M., Lendínez M.Á., Núñez-Moreno G., de la Fuente L. et al. Analysis of Differentially Expressed MicroRNAs in Serum and Lung Tissues from Individuals with Severe Asthma Treated with Oral Glucocorticoids. Int J Mol Sci. 2023;24(2):1611. https://doi.org/10.3390/ijms24021611.

23. Kho A.T., McGeachie M.J., Moore K.G., Sylvia J.M., Weiss S.T., Tantisira K.G. Circulating microRNAs and prediction of asthma exacerbation in childhood asthma. Respir Res. 2018;19(1):128. https://doi.org/10.1186/s12931-018-0828-6.

24. Hough K.P., Curtiss M.L., Blain T.J., Liu R.M., Trevor J., Deshane J.S., Thannickal V.J. Airway Remodeling in Asthma. Front Med (Lausanne). 2020;7:191. https://doi.org/10.3389/fmed.2020.00191.

25. Habib N., Pasha M.A., Tang D.D. Current Understanding of Asthma Pathogenesis and Biomarkers. Cells. 2022;11(17):2764. https://doi.org/10.3390/cells11172764.

26. Sharma R., Tiwari A., McGeachie M.J. Recent miRNA Research in Asthma. Curr Allergy Asthma Rep. 2022;22(12):231–258. https://doi.org/10.1007/s11882-022-01050-1.

27. Chung S., Lee Y.G., Karpurapu M., Englert J.A., Ballinger M.N., Davis I.C. et al. Depletion of microRNA-451 in response to allergen exposure accentuates asthmatic inflammation by regulating Sirtuin2. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol. 2020;318(5):L921–L930. https://doi.org/10.1152/ajplung.00457.2019.

28. Zhao M., Li Y.P., Geng X.R., Zhao M., Ma S.B., Yang Y.H. et al. Expression Level of MiRNA-126 in Serum Exosomes of Allergic Asthma Patients and Lung Tissues of Asthmatic Mice. Curr Drug Metab. 2019;20(10):799–803. https://doi.org/10.2174/1389200220666191011114452.

29. ElKashef S.M.M.A.E., Ahmad S.E., Soliman Y.M.A., Mostafa M.S. Role of microRNA-21 and microRNA-155 as biomarkers for bronchial asthma. Innate Immun. 2021;27(1):61–69. https://doi.org/10.1177/1753425920901563.

30. Aripova A., Akparova A., Bersimbaev R. The Potential Role of miRNA-19b-3p and miRNA-320c in Patients with Moderate Bronchial Asthma. Microrna. 2020;9(5):373–377. https://doi.org/10.2174/2211536609666201221122715.

31. Siddiqui S., Johansson K., Joo A., Bonser L.R., Koh K.D., Le Tonqueze O. et al. Epithelial miR-141 regulates IL-13-induced airway mucus production. JCI Insight. 2021;6(5):e139019. https://doi.org/10.1172/jci.insight.139019.

32. Liu J.H., Li C., Zhang C.H., Zhang Z.H. LncRNA-CASC7 enhances corticosteroid sensitivity via inhibiting the PI3K/AKT signaling pathway by targeting miR-21 in severe asthma. Pulmonology. 2020;26(1):18–26. https://doi.org/10.1016/j.pulmoe.2019.07.001.

33. Laanesoo A., Urgard E., Periyasamy K., Laan M., Bochkov Y.A., Aab A. et al. Dual role of the miR-146 family in rhinovirus-induced airway inflammation and allergic asthma exacerbation. Clin Transl Med. 2021;11(6):e427. https://doi.org/10.1002/ctm2.427.

34. Zhang T., Huang P., Qiu C. Progresses in epigenetic studies of asthma from the perspective of high-throughput analysis technologies: a narrative review. Ann Transl Med. 2022;10(8):493. https://doi.org/10.21037/atm-22-929.

35. Stolzenburg L.R., Harris A. The role of microRNAs in chronic respiratory disease: recent insights. Biol Chem. 2018;399(3):219–234. https://doi.org/10.1515/hsz-2017-0249.

36. Ortiz-Quintero B., Martínez-Espinosa I., Pérez-Padilla R. Mechanisms of Lung Damage and Development of COPD Due to Household Biomass-Smoke Exposure: Inflammation, Oxidative Stress, MicroRNAs, and Gene Polymorphisms. Cells. 2022;12(1):67. https://doi.org/10.3390/cells12010067.

37. Angulo M., Lecuona E., Sznajder J.I. Role of MicroRNAs in lung disease. Arch Bronconeumol. 2012;48(9):325–330. https://doi.org/10.1016/j.arbres.2012.04.011.

38. Van Nijnatten J., Brandsma C.A., Steiling K., Hiemstra P.S., Timens W., van den Berge M., Faiz A. High miR203a-3p and miR-375 expression in the airways of smokers with and without COPD. Sci Rep. 2022;12(1):5610. https://doi.org/10.1038/s41598-022-09093-0.

39. Bersimbaev R., Aripova A., Bulgakova O., Kussainova А., Akparova A,. Izzotti A. The Plasma Levels of hsa-miR-19b-3p, hsa-miR-125b-5p, and hsamiR-320c in Patients with Asthma, COPD and Asthma-COPD Overlap Syndrome (ACOS). Microrna. 2021;10(2):130–138. https://doi.org/10.2174/2211536610666210609142859.

40. Qian Y., Mao Z.D., Shi Y.J., Liu Z.G., Cao Q., Zhang Q. Comprehensive Analysis of miRNA-mRNA-lncRNA Networks in Non-Smoking and Smoking Patients with Chronic Obstructive Pulmonary Disease. Cell Physiol Biochem. 2018;50(3):1140–1153. https://doi.org/10.1159/000494541.

41. Hirai K., Shirai T., Shimoshikiryo T., Ueda M., Gon Y., Maruoka S., Itoh K. Circulating microRNA-15b-5p as a biomarker for asthma-COPD overlap. Allergy. 2021;76(3):766–774. https://doi.org/10.1111/all.14520.