引用本文： 周蘭庭, 馮雁婷, 戴景興, 歐陽鈞. miRNA 調控脂肪干細胞分化的研究進展. 中國修復重建外科雜志, 2017, 31(12): 1506-1511. doi: 10.7507/1002-1892.201706076 復制
2001 年 Zuk 等[1]發現脂肪干細胞（adipose-derived stem cells，ADSCs）是一類具有多向分化性能的成體干細胞，它具有自我更新和多向分化特征，能分化為脂肪細胞、成骨細胞、軟骨細胞、肌細胞、神經細胞等[2]。ADSCs 還具有治療一些疾病的潛能，如糖尿病、肥胖、自身免疫性疾病、多發性硬化癥、氣管食管瘺等[3]。與其他類型干細胞相比，ADSCs 具有來源豐富、獲取方法簡單、不存在倫理問題，具有多向分化潛能和較低免疫原性等優點，使得其成為當前再生醫學研究和應用的熱點。
miRNA 是一類長約 22 nt 的非編碼 RNA，一般以互補配對方式和靶基因結合，引導 RNA 誘導沉默復合物（RNA-induced silencing complex，RISC）清除 mRNA 或抑制 mRNA 的翻譯，影響編碼蛋白基因的表達[4]。miRNA 從基因組上轉錄后，生成具有 5’端帽子和3’端多聚腺苷酸的長片段初級轉錄本（primary miRNA，pri-miRNA）。在 Drosha 酶和輔助蛋白 DGCR8 的作用下，pri-miRNA 發生去帽子和脫腺苷化，形成長約 70 nt、具莖環結構的次級轉錄本（miRNA precursor，pre-miRNA）。在 Ran-GTP 和核轉運蛋白 Exportin-5 的協作下，pre-miRNA 從細胞核內轉運到細胞質中。在 Dicer 酶和輔助蛋白 TRBP 的作用下，pre-miRNA 被剪切成雙鏈 RNA 復合體。其中的一條鏈進入 RNA 誘導沉默復合物 RISC，引導 RISC 和靶基因結合，發揮 miRNA 調控靶基因的功能[4]。近年研究表明，miRNA 參與 ADSCs 自我更新、增殖、分化等過程的調控[5-8]。本文就 miRNA 在調控 ADSCs 分化中的研究進展綜述如下。
1 miRNA 調控 ADSCs 成脂分化
1.1 ADSCs 成脂分化相關的 miRNA 表達
ADSCs 向脂肪細胞分化是一個復雜的生理過程，主要包括增殖、生長停滯、終末分化等階段。Shi 等[9]利用基因芯片和 Meta 分析，發現 hsa-let-7 家族、hsa-miR-15a-5p、hsa-miR-27a-3p、hsa-miR-106b-5p、hsa-miR-148a-3p、hsa-miR-26b-5p 與脂肪形成有關。Tang 等[10]利用 miRNA 芯片技術，發現 miR-31、miR-125b-5p 和 miR-326 在大鼠 ADSCs 成脂分化時顯著下調表達。有研究利用基因芯片和高通量測序等技術，檢測了 ADSCs 成脂分化時 miRNA 的表達譜，鑒定 miR-642a-3p 是脂肪細胞特異性 miRNA，并發現 miR-30a 和 miR-30d 上調表達，miR-31 和 miR-363 下調表達[11-12]。
1.2 促進 ADSCs 成脂分化的 miRNA
在 ADSCs 成脂分化時，miR-21 的表達逐漸升高，分化第 3 天時達頂峰，第 8 天時降至本體水平。過表達 miR-21 會顯著降低靶基因 TGF-β 受體 2（TGF-β receptor 2，TGFBR2）的表達，導致 TGF-β 信號通路下游的 SMAD 家族成員 3 磷酸化水平降低，解除了 TGF-β 信號通路對成脂分化的抑制作用[13]。如果過表達 miR-30c，就會抑制靶基因纖溶酶原激活抑制物 1 和激活素受體樣激酶 2 的表達，增強成脂標志基因的表達，促進甘油三酯積累[14]。有研究表明，miR-125a-3p 和 miR-483-5p 分別靶向細胞外調節蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）和小 G 蛋白超家族成員的 RhoA，使得細胞核內磷酸化的 ERK1/2 降低，解除其對過氧化物酶體增生物激活受體 γ（peroxisome proliferator-activated receptor，PPARγ）的抑制作用，促進 ADSCs 向成脂分化[15]。此外，miR-148a 和 miR-204-5p 分別靶向抑制 Wnt1 和 DVL3，從而抑制 Wnt 信號通路，最終促進 ADSCs 成脂分化[16-17]。
1.3 抑制 ADSCs 成脂分化的 miRNA
有文獻報道，在 ADSCs 成脂分化過程中，miR-138 的表達逐漸下降，并且過表達 miR-138 會抑制成脂分化關鍵基因 PPARγ、CCAAT 增強子結合蛋白 α（CCAAT enhancer binding protein alpha，C/EBPα）和脂肪酸結合蛋白 4 的表達，降低脂滴含量，抑制了 ADSCs 成脂分化[18]。另有研究表明，miR-143 的表達隨 ADSCs 成脂分化而下降，但從第 3 天開始，表達逐漸增加，第 7 天時達高峰。在 ADSCs 的增殖階段，過表達 miR-143 會抑制成脂分化，但在生長停滯階段或終末分化階段，過表達 miR-143 會促進成脂分化[19]。也有文獻報道，肥胖患者的脂肪組織中 miR-130 的表達降低，而 PPARγ 的表達升高，表明它們之間的調控關系和肥胖有關，進一步實驗發現 miR-130 能結合到 PPARγ 的編碼區和 3’UTR，抑制 PPARγ 的表達[20]。miR-27b 和 miR-540 可以直接靶向 PPARγ 的 3’UTR，使 PPARγ 蛋白表達下降，是 ADSCs 成脂分化的負調控因子[21-23]。然而 miR-1908 的表達隨 ADSCs 成脂分化而增加，過表達 miR-1908 抑制 ADSCs 成脂分化[24]。
1.4 促進 ADSCs 成脂分化并抑制 ADSCs 成骨分化的 miRNA
miR-17-5p 和 miR-106a 可靶向抑制 BMP-2，上調成脂分化標志基因 C/EBPα 和 PPARγ 的表達，抑制了 ADSCs 的成骨分化，促進 ADSCs 向成脂分化[25]。
2 miRNA 調控 ADSCs 成骨分化
2.1 促進 ADSCs 成骨分化的 miRNA
有研究表明，在 ADSCs 成骨分化時，miRNA 的表達會改變[26]。miR-218 的表達隨成骨分化逐漸遞增，miR-218 直接靶向 Wnt 信號通路的抑制因子分泌型 Frizzled 相關蛋白 2（secreted frizzled related protein 2，SFRP2）和 DKK2，間接激活了 Wnt/β-catenin 信號通路，調節 ADSCs 向成骨分化，同時 Wnt/β-catenin 信號反饋性地促進 miR-218 的表達，這種反饋性調節模式表明 miR-218 和 Wnt 信號通路都可促進 ADSCs 向成骨分化[27]。在 ADSCs 成骨分化過程中，miR-196a 的表達也不斷升高，過表達 miR-196a 會抑制 ADSCs 增殖，促進 ADSCs 向成骨分化[28]。有文獻報道 miR-34a 和 miR-375 都參與調控 ADSCs 成骨分化。如在 ADSCs 向成骨分化時，miR-34a 的表達逐漸上升，過表達 miR-34a 可抑制靶基因視網膜母細胞瘤結合蛋白 2，使 Runx2 表達增加，從而促進 ADSCs 成骨分化[29]；過表達 miR-375 顯著促進 ADSCs 成骨分化，下調 miR-375 的表達則抑制成骨分化，作者鑒定到 miR-375 的靶基因為 DEPTOR，過表達 miR-375 或干涉靶基因 DEPORT 后，Akt 信號通路被抑制，從而促進 ADSCs 成骨分化[30]。研究表明，共同表達 miR-148b 和 BMP-2，可顯著提高 ADSCs 的成骨分化能力[31]。在 BMP-2 誘導大鼠 ADSCs 成骨分化時，miR-146a 的表達顯著降低，miR-146a 靶向抑制 BMP 信號通路下游的 SMAD4，當在大鼠體內降低 miR-146a 的表達，可以促進 ADSCs 向成骨細胞分化，并增強臨界性顱骨缺損的修復效果[32]。miR-216a 在 ADSCs 成骨分化時表達增加，miR-216a 直接靶向抑制 c-Cbl，激活 PI3K/Akt 信號通路，促進 ADSCs 向成骨分化，加強小鼠體內骨生成[33]。此外，利用多孔羥基磷灰石/聚己內酯復合支架材料和轉染 miR-221 抑制劑的 ADSCs，可顯著提高 Runx2 和骨鈣素的表達，增強 ADSCs 成骨分化的能力[34]。
2.2 抑制 ADSCs 成骨分化的 miRNA
BMP 信號可以通過調控成骨分化特異性轉錄因子 Runx2 和 Osterix 的表達，促進 ADSCs 向成骨分化。過表達 miR-100 通過抑制靶基因 Ⅱ 型 BMP 受體，從而降低 ADSCs 成骨分化的能力[35]。有實驗表明，ADSCs 在機械張力刺激下，miR-154-5p 可以抑制靶基因 Wnt 11，通過抑制非經典 Wnt 信號通路，負向調控 ADSCs 成骨分化[36]。Li 等[37]研究發現，從小鼠 ADSCs 成骨分化第 7 天開始，miR-26a-5p 的表達顯著下降，miR-26a-5p 通過抑制靶基因 Wnt5a 的表達，從而抑制成骨分化作用。而在人 ADSCs 成骨分化時，miR-26a 的表達卻增加，它通過抑制 BMP 信號通路下游分子 Smad1，抑制成骨分化[38]。但是，Wang 等[39]研究發現，miR-26a 直接靶向糖原合成酶激酶 3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK3β）的 3’UTR，使其蛋白表達水平下降，過表達 miR-26a 或干涉 GSK3β 后，可以促進人 ADSCs 向成骨分化；在大鼠體內，利用過表達 miR-26a 的 ADSCs 和多孔羥基磷灰石支架的組織工程材料，可以顯著提高大鼠脛骨臨界缺損的新生骨形成[40]。這表明 miR-26a 通過調控不同的信號通路調節 ADSCs 的分化。
2.3 促進 ADSCs 成骨分化并抑制 ADSCs 成脂分化的 miRNA
有文獻報道[41]，miR-22 的表達隨 ADSCs 成骨分化升高，隨成脂分化降低。過表達 miR-22 后，一方面抑制成脂分化相關基因的表達，減少脂滴形成；另一方面促進成骨分化相關基因的表達，使 ALP 活性提高，基質骨鈣化顯著增加。并且當抑制組蛋白去乙酰化酶 6（histone deacetylase 6，HDAC6）時，成脂分化被抑制，這和過表達 miR-22 作用相類似，表明 miR-22 可能通過靶向 HDAC6，抑制成脂分化而促進成骨分化[41]。
3 miRNA 調控 ADSCs 成軟骨分化
Zhang 等[42]利用基因芯片鑒定 ADSCs 成軟骨分化時 miRNA 的表達譜，發現 miR-193b、miR-199a-3p、miR-199b-3p、miR-455-3p、miR-210、miR-381、miR-92a、miR-320c、miR-136 等顯著上調表達，miR-490-5p 和 miR-4287 顯著下調表達。在 ADSCs 中過表達 miR-490-5p 后，則會增加成軟骨分化標志基因Ⅱ型膠原纖維 α1 鏈、Ⅹ型膠原 α1 鏈和聚集蛋白聚糖的表達[43]。但是，miR-193b 通過靶向抑制 TGF-β2 和 TGFBR3，抑制 ADSCs 成軟骨分化[44]。此外，miR-194 和 miR-92a 的表達與成軟骨分化有相關性[45-46]。
4 miRNA 調控 ADSCs 成神經分化
在 ADSCs 成神經分化時，其中 39～101 個 miRNA 上調表達，3～9 個 miRNA 下調表達[47]。利用 3-異丁基-1-甲基黃嘌呤和 IGF-1 可誘導 ADSCs 分化為神經元樣細胞，并且它們可以誘導 miR-133b 的表達，但 miR-133b 靶向結合 IGF-1 受體，降低神經細胞標志基因 β-微管蛋白 Ⅲ 和 PITX3（paired-like homeobox 3）的表達量，表明 miR-133b 負反饋地調節 ADSCs 成神經分化[48]。另有研究表明，miR-124 是神經組織特異表達的 miRNA，它在 ADSCs 向成神經分化時表達逐漸升高[49-50]。抑制 miR-124 的表達可以阻止 ADSCs 向成神經分化，并且 miR-124 直接靶向 RhoA，抑制 RhoA/ROCK1 信號通路，促進 ADSCs 成神經分化[50]。此外，miR-218 和 FGF-2 可共同調節 ADSCs 成神經分化[51]。動物體內實驗表明，將過表達 miR-34a 的 ADSCs 移植至大鼠坐骨神經損傷部位后，可以改善大鼠坐骨神經損傷的修復能力[52]。
5 miRNA 調控 ADSCs 成肝細胞分化
miRNA 也參與了 ADSCs 成肝細胞分化的調控。當抑制 let-7 家族成員的 let-7b 表達后，能上調肝細胞核因子 4α（hepatocyte nuclear factor 4 alpha，HNF4α）和 HNF6 的表達，促進 ADSCs 成肝細胞分化[53]；let-7f 是成肝細胞分化負調控因子，抑制 let-7f 的表達可以誘導 ADSCs 成肝細胞分化[54]。隨 ADSCs 成肝細胞分化，肝臟特異性 miR-122 的表達增加，過表達 miR-122 可以顯著提高肝細胞標志基因的表達，促進 ADSCs 向成肝細胞分化[55]。此外，miR-27 在肝再生和肝移植免疫反應中發揮重要功能，當切除大鼠 70% 肝臟后，向大鼠注射過表達 miR-27b 的 ADSCs，可顯著降低炎性細胞因子的表達，增加肝細胞生長因子的表達，促進肝臟的再生[56-57]。
6 miRNA 調控 ADSCs 其他譜系的分化
在 ADSCs 向其他類型細胞分化時，也有 miRNA 的表達改變。如在 ADSCs 向平滑肌細胞分化時，miR-145 的表達顯著增加，轉染 miR-145 模擬物導致 Krüppel 樣因子 4（Krüppel-like factor 4，KLF4）的表達降低，促進了平滑肌細胞特異基因 α-平滑肌肌動蛋白、平滑肌 22α 蛋白和肌球蛋白的表達。而抑制 ADSCs 中的 miR-145 后，就會降低平滑肌細胞特異基因的表達，表明 miR-145 可以促進 ADSCs 向平滑肌細胞分化[58]。
ADSCs 也可以調控血管再生。Kalinina 等[59]發現 miR-92a 與成血管相關，過表達 miR-92a 后，抑制血管生長因子的分泌，最終抑制血管生成。在 ADSCs 中過表達 miR-21，可下調 TGFBR2 的表達，從而抑制腫瘤血管生成，因此在裸鼠下肢缺血模型中，移植敲除 miR-21 的 ADSCs，可以改善缺血下肢的血液循環[60]。研究報道，全反式維甲酸可誘導 ADSCs 分化為腎上皮細胞，并且 let-7e 的表達顯著增加，過表達 let-7e 可促進腎上皮細胞標志基因細胞角蛋白 18 和早期腎器官標志基因的表達[61]。有研究利用雙熒光素酶報告基因檢測系統，發現 let-7e 的靶基因是基質金屬蛋白酶 9（matrix metalloproteinase 9，MMP-9），表明 let-7e 通過靶向抑制 MMP-9，調控 ADSCs 向腎上皮細胞的分化[61]。此外，從糖尿病患者脂肪提取的 ADSCs，過表達 miR-375 后，會促進胰島素基因和胰十二指腸同源盒基因 1 的表達，使 ADSCs 分化為胰島素樣細胞[62]。
7 ADSCs 旁分泌對疾病的治療作用
脂肪組織可以旁分泌信號分子，調控 ADSCs 成脂分化。如脂肪組織外泌體中高量表達的 miR-450-5p，能夠靶向抑制 Wnt1 誘導分泌蛋白 2，從而促進 ADSCs 成脂分化[63]。Mallinson 等[64]發現，接受同種異體 ADSCs 治療的類風濕性關節炎（rheumatoid arthritis，RA）患者，其血清中 miRNA 表達會發生改變，如 miR-26b-5p、miR-487b-3p、miR-495-3p 表達上升，這些 miRNA 可作為 RA 患者接受 ADSCs 治療而引發免疫反應相關的候選生物標志物。最近研究發現[65]，血液外泌體中的 miRNA 主要由脂肪組織產生，并且脂肪組織產生的 miRNA 可以通過胞外囊泡和外泌體，遠程調控機體其他組織基因的表達。這提示我們可以利用外泌體作為載體，將 miRNA 遞送至靶組織或器官，達到有效治療疾病的目的。
在細胞治療中，胞外囊泡和外泌體是重要的組織修復載體。如肥胖患者的 ADSCs 胞外囊泡中 miR-126 表達降低，會導致內皮細胞中 ERK/MAPK 信號通路失活，使內皮細胞的血管生成能力下降[66]。有研究報道，當把 ADSCs 和轉移性前列腺癌細胞系（PC3M-luc2 細胞）共培養時，ADSCs 借助外泌體中的 miR-145，促進 PC3M-luc2 細胞凋亡，最終抑制轉移性前列腺癌的生長[67]。ADSCs 通過旁分泌 TGF-β1，調控乳腺癌 MCF7 細胞發生上皮細胞間質轉型（epithelial-mesenchymal transition，EMT），當 TGF-β1 的表達下降后，鋅指 E-盒結合同源異形盒蛋白的表達也降低，而 miR-200b 和 miR-200c 的表達上升，從而抑制 MCF7 細胞發生 EMT 轉換過程[68]。轉染 miR-122 的 ADSCs 能夠有效地把 miR-122 分泌到外泌體中，使得肝癌細胞對化學試劑的敏感性增加，利用外泌體作為 miR-122 的遞送載體，可能是一個治療肝細胞性肝癌的良好策略[69]。把正常組 ADSCs 的細胞質注入肥胖組 ADSCs 后，通過調控 Lin28/let-7 表達，可恢復肥胖 ADSCs 對胰島素的敏感性，改善肥胖糖代謝和脂代謝等紊亂癥狀[70]。
8 小結與展望
目前已有很多研究表明 miRNA 在 ADSCs 分化中起著重要的調控作用，并且部分調控機制已被闡明，甚至得到體外實驗和動物實驗的驗證。將來要更進一步研究 miRNA 對 ADSCs 的分子調控機制，為 ADSCs 在干細胞治療中奠定基礎。此外，需合理利用 miRNA 對 ADSCs 分化的調控作用，構建符合需求的組織工程種子細胞，以促進 ADSCs 在臨床上的應用。
2001 年 Zuk 等[1]發現脂肪干細胞（adipose-derived stem cells，ADSCs）是一類具有多向分化性能的成體干細胞，它具有自我更新和多向分化特征，能分化為脂肪細胞、成骨細胞、軟骨細胞、肌細胞、神經細胞等[2]。ADSCs 還具有治療一些疾病的潛能，如糖尿病、肥胖、自身免疫性疾病、多發性硬化癥、氣管食管瘺等[3]。與其他類型干細胞相比，ADSCs 具有來源豐富、獲取方法簡單、不存在倫理問題，具有多向分化潛能和較低免疫原性等優點，使得其成為當前再生醫學研究和應用的熱點。
miRNA 是一類長約 22 nt 的非編碼 RNA，一般以互補配對方式和靶基因結合，引導 RNA 誘導沉默復合物（RNA-induced silencing complex，RISC）清除 mRNA 或抑制 mRNA 的翻譯，影響編碼蛋白基因的表達[4]。miRNA 從基因組上轉錄后，生成具有 5’端帽子和3’端多聚腺苷酸的長片段初級轉錄本（primary miRNA，pri-miRNA）。在 Drosha 酶和輔助蛋白 DGCR8 的作用下，pri-miRNA 發生去帽子和脫腺苷化，形成長約 70 nt、具莖環結構的次級轉錄本（miRNA precursor，pre-miRNA）。在 Ran-GTP 和核轉運蛋白 Exportin-5 的協作下，pre-miRNA 從細胞核內轉運到細胞質中。在 Dicer 酶和輔助蛋白 TRBP 的作用下，pre-miRNA 被剪切成雙鏈 RNA 復合體。其中的一條鏈進入 RNA 誘導沉默復合物 RISC，引導 RISC 和靶基因結合，發揮 miRNA 調控靶基因的功能[4]。近年研究表明，miRNA 參與 ADSCs 自我更新、增殖、分化等過程的調控[5-8]。本文就 miRNA 在調控 ADSCs 分化中的研究進展綜述如下。
1 miRNA 調控 ADSCs 成脂分化
1.1 ADSCs 成脂分化相關的 miRNA 表達
ADSCs 向脂肪細胞分化是一個復雜的生理過程，主要包括增殖、生長停滯、終末分化等階段。Shi 等[9]利用基因芯片和 Meta 分析，發現 hsa-let-7 家族、hsa-miR-15a-5p、hsa-miR-27a-3p、hsa-miR-106b-5p、hsa-miR-148a-3p、hsa-miR-26b-5p 與脂肪形成有關。Tang 等[10]利用 miRNA 芯片技術，發現 miR-31、miR-125b-5p 和 miR-326 在大鼠 ADSCs 成脂分化時顯著下調表達。有研究利用基因芯片和高通量測序等技術，檢測了 ADSCs 成脂分化時 miRNA 的表達譜，鑒定 miR-642a-3p 是脂肪細胞特異性 miRNA，并發現 miR-30a 和 miR-30d 上調表達，miR-31 和 miR-363 下調表達[11-12]。
1.2 促進 ADSCs 成脂分化的 miRNA
在 ADSCs 成脂分化時，miR-21 的表達逐漸升高，分化第 3 天時達頂峰，第 8 天時降至本體水平。過表達 miR-21 會顯著降低靶基因 TGF-β 受體 2（TGF-β receptor 2，TGFBR2）的表達，導致 TGF-β 信號通路下游的 SMAD 家族成員 3 磷酸化水平降低，解除了 TGF-β 信號通路對成脂分化的抑制作用[13]。如果過表達 miR-30c，就會抑制靶基因纖溶酶原激活抑制物 1 和激活素受體樣激酶 2 的表達，增強成脂標志基因的表達，促進甘油三酯積累[14]。有研究表明，miR-125a-3p 和 miR-483-5p 分別靶向細胞外調節蛋白激酶（extracellular regulated protein kinases，ERK）和小 G 蛋白超家族成員的 RhoA，使得細胞核內磷酸化的 ERK1/2 降低，解除其對過氧化物酶體增生物激活受體 γ（peroxisome proliferator-activated receptor，PPARγ）的抑制作用，促進 ADSCs 向成脂分化[15]。此外，miR-148a 和 miR-204-5p 分別靶向抑制 Wnt1 和 DVL3，從而抑制 Wnt 信號通路，最終促進 ADSCs 成脂分化[16-17]。
1.3 抑制 ADSCs 成脂分化的 miRNA
有文獻報道，在 ADSCs 成脂分化過程中，miR-138 的表達逐漸下降，并且過表達 miR-138 會抑制成脂分化關鍵基因 PPARγ、CCAAT 增強子結合蛋白 α（CCAAT enhancer binding protein alpha，C/EBPα）和脂肪酸結合蛋白 4 的表達，降低脂滴含量，抑制了 ADSCs 成脂分化[18]。另有研究表明，miR-143 的表達隨 ADSCs 成脂分化而下降，但從第 3 天開始，表達逐漸增加，第 7 天時達高峰。在 ADSCs 的增殖階段，過表達 miR-143 會抑制成脂分化，但在生長停滯階段或終末分化階段，過表達 miR-143 會促進成脂分化[19]。也有文獻報道，肥胖患者的脂肪組織中 miR-130 的表達降低，而 PPARγ 的表達升高，表明它們之間的調控關系和肥胖有關，進一步實驗發現 miR-130 能結合到 PPARγ 的編碼區和 3’UTR，抑制 PPARγ 的表達[20]。miR-27b 和 miR-540 可以直接靶向 PPARγ 的 3’UTR，使 PPARγ 蛋白表達下降，是 ADSCs 成脂分化的負調控因子[21-23]。然而 miR-1908 的表達隨 ADSCs 成脂分化而增加，過表達 miR-1908 抑制 ADSCs 成脂分化[24]。
1.4 促進 ADSCs 成脂分化并抑制 ADSCs 成骨分化的 miRNA
miR-17-5p 和 miR-106a 可靶向抑制 BMP-2，上調成脂分化標志基因 C/EBPα 和 PPARγ 的表達，抑制了 ADSCs 的成骨分化，促進 ADSCs 向成脂分化[25]。
2 miRNA 調控 ADSCs 成骨分化
2.1 促進 ADSCs 成骨分化的 miRNA
有研究表明，在 ADSCs 成骨分化時，miRNA 的表達會改變[26]。miR-218 的表達隨成骨分化逐漸遞增，miR-218 直接靶向 Wnt 信號通路的抑制因子分泌型 Frizzled 相關蛋白 2（secreted frizzled related protein 2，SFRP2）和 DKK2，間接激活了 Wnt/β-catenin 信號通路，調節 ADSCs 向成骨分化，同時 Wnt/β-catenin 信號反饋性地促進 miR-218 的表達，這種反饋性調節模式表明 miR-218 和 Wnt 信號通路都可促進 ADSCs 向成骨分化[27]。在 ADSCs 成骨分化過程中，miR-196a 的表達也不斷升高，過表達 miR-196a 會抑制 ADSCs 增殖，促進 ADSCs 向成骨分化[28]。有文獻報道 miR-34a 和 miR-375 都參與調控 ADSCs 成骨分化。如在 ADSCs 向成骨分化時，miR-34a 的表達逐漸上升，過表達 miR-34a 可抑制靶基因視網膜母細胞瘤結合蛋白 2，使 Runx2 表達增加，從而促進 ADSCs 成骨分化[29]；過表達 miR-375 顯著促進 ADSCs 成骨分化，下調 miR-375 的表達則抑制成骨分化，作者鑒定到 miR-375 的靶基因為 DEPTOR，過表達 miR-375 或干涉靶基因 DEPORT 后，Akt 信號通路被抑制，從而促進 ADSCs 成骨分化[30]。研究表明，共同表達 miR-148b 和 BMP-2，可顯著提高 ADSCs 的成骨分化能力[31]。在 BMP-2 誘導大鼠 ADSCs 成骨分化時，miR-146a 的表達顯著降低，miR-146a 靶向抑制 BMP 信號通路下游的 SMAD4，當在大鼠體內降低 miR-146a 的表達，可以促進 ADSCs 向成骨細胞分化，并增強臨界性顱骨缺損的修復效果[32]。miR-216a 在 ADSCs 成骨分化時表達增加，miR-216a 直接靶向抑制 c-Cbl，激活 PI3K/Akt 信號通路，促進 ADSCs 向成骨分化，加強小鼠體內骨生成[33]。此外，利用多孔羥基磷灰石/聚己內酯復合支架材料和轉染 miR-221 抑制劑的 ADSCs，可顯著提高 Runx2 和骨鈣素的表達，增強 ADSCs 成骨分化的能力[34]。
2.2 抑制 ADSCs 成骨分化的 miRNA
BMP 信號可以通過調控成骨分化特異性轉錄因子 Runx2 和 Osterix 的表達，促進 ADSCs 向成骨分化。過表達 miR-100 通過抑制靶基因 Ⅱ 型 BMP 受體，從而降低 ADSCs 成骨分化的能力[35]。有實驗表明，ADSCs 在機械張力刺激下，miR-154-5p 可以抑制靶基因 Wnt 11，通過抑制非經典 Wnt 信號通路，負向調控 ADSCs 成骨分化[36]。Li 等[37]研究發現，從小鼠 ADSCs 成骨分化第 7 天開始，miR-26a-5p 的表達顯著下降，miR-26a-5p 通過抑制靶基因 Wnt5a 的表達，從而抑制成骨分化作用。而在人 ADSCs 成骨分化時，miR-26a 的表達卻增加，它通過抑制 BMP 信號通路下游分子 Smad1，抑制成骨分化[38]。但是，Wang 等[39]研究發現，miR-26a 直接靶向糖原合成酶激酶 3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK3β）的 3’UTR，使其蛋白表達水平下降，過表達 miR-26a 或干涉 GSK3β 后，可以促進人 ADSCs 向成骨分化；在大鼠體內，利用過表達 miR-26a 的 ADSCs 和多孔羥基磷灰石支架的組織工程材料，可以顯著提高大鼠脛骨臨界缺損的新生骨形成[40]。這表明 miR-26a 通過調控不同的信號通路調節 ADSCs 的分化。
2.3 促進 ADSCs 成骨分化并抑制 ADSCs 成脂分化的 miRNA
有文獻報道[41]，miR-22 的表達隨 ADSCs 成骨分化升高，隨成脂分化降低。過表達 miR-22 后，一方面抑制成脂分化相關基因的表達，減少脂滴形成；另一方面促進成骨分化相關基因的表達，使 ALP 活性提高，基質骨鈣化顯著增加。并且當抑制組蛋白去乙酰化酶 6（histone deacetylase 6，HDAC6）時，成脂分化被抑制，這和過表達 miR-22 作用相類似，表明 miR-22 可能通過靶向 HDAC6，抑制成脂分化而促進成骨分化[41]。
3 miRNA 調控 ADSCs 成軟骨分化
Zhang 等[42]利用基因芯片鑒定 ADSCs 成軟骨分化時 miRNA 的表達譜，發現 miR-193b、miR-199a-3p、miR-199b-3p、miR-455-3p、miR-210、miR-381、miR-92a、miR-320c、miR-136 等顯著上調表達，miR-490-5p 和 miR-4287 顯著下調表達。在 ADSCs 中過表達 miR-490-5p 后，則會增加成軟骨分化標志基因Ⅱ型膠原纖維 α1 鏈、Ⅹ型膠原 α1 鏈和聚集蛋白聚糖的表達[43]。但是，miR-193b 通過靶向抑制 TGF-β2 和 TGFBR3，抑制 ADSCs 成軟骨分化[44]。此外，miR-194 和 miR-92a 的表達與成軟骨分化有相關性[45-46]。
4 miRNA 調控 ADSCs 成神經分化
在 ADSCs 成神經分化時，其中 39～101 個 miRNA 上調表達，3～9 個 miRNA 下調表達[47]。利用 3-異丁基-1-甲基黃嘌呤和 IGF-1 可誘導 ADSCs 分化為神經元樣細胞，并且它們可以誘導 miR-133b 的表達，但 miR-133b 靶向結合 IGF-1 受體，降低神經細胞標志基因 β-微管蛋白 Ⅲ 和 PITX3（paired-like homeobox 3）的表達量，表明 miR-133b 負反饋地調節 ADSCs 成神經分化[48]。另有研究表明，miR-124 是神經組織特異表達的 miRNA，它在 ADSCs 向成神經分化時表達逐漸升高[49-50]。抑制 miR-124 的表達可以阻止 ADSCs 向成神經分化，并且 miR-124 直接靶向 RhoA，抑制 RhoA/ROCK1 信號通路，促進 ADSCs 成神經分化[50]。此外，miR-218 和 FGF-2 可共同調節 ADSCs 成神經分化[51]。動物體內實驗表明，將過表達 miR-34a 的 ADSCs 移植至大鼠坐骨神經損傷部位后，可以改善大鼠坐骨神經損傷的修復能力[52]。
5 miRNA 調控 ADSCs 成肝細胞分化
miRNA 也參與了 ADSCs 成肝細胞分化的調控。當抑制 let-7 家族成員的 let-7b 表達后，能上調肝細胞核因子 4α（hepatocyte nuclear factor 4 alpha，HNF4α）和 HNF6 的表達，促進 ADSCs 成肝細胞分化[53]；let-7f 是成肝細胞分化負調控因子，抑制 let-7f 的表達可以誘導 ADSCs 成肝細胞分化[54]。隨 ADSCs 成肝細胞分化，肝臟特異性 miR-122 的表達增加，過表達 miR-122 可以顯著提高肝細胞標志基因的表達，促進 ADSCs 向成肝細胞分化[55]。此外，miR-27 在肝再生和肝移植免疫反應中發揮重要功能，當切除大鼠 70% 肝臟后，向大鼠注射過表達 miR-27b 的 ADSCs，可顯著降低炎性細胞因子的表達，增加肝細胞生長因子的表達，促進肝臟的再生[56-57]。
6 miRNA 調控 ADSCs 其他譜系的分化
在 ADSCs 向其他類型細胞分化時，也有 miRNA 的表達改變。如在 ADSCs 向平滑肌細胞分化時，miR-145 的表達顯著增加，轉染 miR-145 模擬物導致 Krüppel 樣因子 4（Krüppel-like factor 4，KLF4）的表達降低，促進了平滑肌細胞特異基因 α-平滑肌肌動蛋白、平滑肌 22α 蛋白和肌球蛋白的表達。而抑制 ADSCs 中的 miR-145 后，就會降低平滑肌細胞特異基因的表達，表明 miR-145 可以促進 ADSCs 向平滑肌細胞分化[58]。
ADSCs 也可以調控血管再生。Kalinina 等[59]發現 miR-92a 與成血管相關，過表達 miR-92a 后，抑制血管生長因子的分泌，最終抑制血管生成。在 ADSCs 中過表達 miR-21，可下調 TGFBR2 的表達，從而抑制腫瘤血管生成，因此在裸鼠下肢缺血模型中，移植敲除 miR-21 的 ADSCs，可以改善缺血下肢的血液循環[60]。研究報道，全反式維甲酸可誘導 ADSCs 分化為腎上皮細胞，并且 let-7e 的表達顯著增加，過表達 let-7e 可促進腎上皮細胞標志基因細胞角蛋白 18 和早期腎器官標志基因的表達[61]。有研究利用雙熒光素酶報告基因檢測系統，發現 let-7e 的靶基因是基質金屬蛋白酶 9（matrix metalloproteinase 9，MMP-9），表明 let-7e 通過靶向抑制 MMP-9，調控 ADSCs 向腎上皮細胞的分化[61]。此外，從糖尿病患者脂肪提取的 ADSCs，過表達 miR-375 后，會促進胰島素基因和胰十二指腸同源盒基因 1 的表達，使 ADSCs 分化為胰島素樣細胞[62]。
7 ADSCs 旁分泌對疾病的治療作用
脂肪組織可以旁分泌信號分子，調控 ADSCs 成脂分化。如脂肪組織外泌體中高量表達的 miR-450-5p，能夠靶向抑制 Wnt1 誘導分泌蛋白 2，從而促進 ADSCs 成脂分化[63]。Mallinson 等[64]發現，接受同種異體 ADSCs 治療的類風濕性關節炎（rheumatoid arthritis，RA）患者，其血清中 miRNA 表達會發生改變，如 miR-26b-5p、miR-487b-3p、miR-495-3p 表達上升，這些 miRNA 可作為 RA 患者接受 ADSCs 治療而引發免疫反應相關的候選生物標志物。最近研究發現[65]，血液外泌體中的 miRNA 主要由脂肪組織產生，并且脂肪組織產生的 miRNA 可以通過胞外囊泡和外泌體，遠程調控機體其他組織基因的表達。這提示我們可以利用外泌體作為載體，將 miRNA 遞送至靶組織或器官，達到有效治療疾病的目的。
在細胞治療中，胞外囊泡和外泌體是重要的組織修復載體。如肥胖患者的 ADSCs 胞外囊泡中 miR-126 表達降低，會導致內皮細胞中 ERK/MAPK 信號通路失活，使內皮細胞的血管生成能力下降[66]。有研究報道，當把 ADSCs 和轉移性前列腺癌細胞系（PC3M-luc2 細胞）共培養時，ADSCs 借助外泌體中的 miR-145，促進 PC3M-luc2 細胞凋亡，最終抑制轉移性前列腺癌的生長[67]。ADSCs 通過旁分泌 TGF-β1，調控乳腺癌 MCF7 細胞發生上皮細胞間質轉型（epithelial-mesenchymal transition，EMT），當 TGF-β1 的表達下降后，鋅指 E-盒結合同源異形盒蛋白的表達也降低，而 miR-200b 和 miR-200c 的表達上升，從而抑制 MCF7 細胞發生 EMT 轉換過程[68]。轉染 miR-122 的 ADSCs 能夠有效地把 miR-122 分泌到外泌體中，使得肝癌細胞對化學試劑的敏感性增加，利用外泌體作為 miR-122 的遞送載體，可能是一個治療肝細胞性肝癌的良好策略[69]。把正常組 ADSCs 的細胞質注入肥胖組 ADSCs 后，通過調控 Lin28/let-7 表達，可恢復肥胖 ADSCs 對胰島素的敏感性，改善肥胖糖代謝和脂代謝等紊亂癥狀[70]。
8 小結與展望
目前已有很多研究表明 miRNA 在 ADSCs 分化中起著重要的調控作用，并且部分調控機制已被闡明，甚至得到體外實驗和動物實驗的驗證。將來要更進一步研究 miRNA 對 ADSCs 的分子調控機制，為 ADSCs 在干細胞治療中奠定基礎。此外，需合理利用 miRNA 對 ADSCs 分化的調控作用，構建符合需求的組織工程種子細胞，以促進 ADSCs 在臨床上的應用。