長鏈非編碼RNA調(diào)節(jié)痛風(fēng)炎癥信號通路的研究進展

楊顏瑜，熊琴，譚敏，權(quán)亞萍，張全波

(川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)科，南充637000)

痛風(fēng)是單鈉尿酸鹽晶體沉積于滑液或其他組織，導(dǎo)致關(guān)節(jié)紅腫熱痛反復(fù)發(fā)生及組織損傷的一種癥狀。Framingham研究表明，在美國痛風(fēng)的患病率為3.9%，影響著大約830萬成年人，是成年人中最常見的炎癥性關(guān)節(jié)炎，其中男性和女性的痛風(fēng)患病率分別為4‰與1.4‰，且隨著生活習(xí)慣和飲食結(jié)構(gòu)改變，其患病率正呈逐年上升趨勢[1]。痛風(fēng)的發(fā)病機制與免疫功能紊亂、多條炎癥信號通路激活相關(guān)。有研究表明，在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎患者和健康體檢者外周血單核細(xì)胞(peripheral blood mononuclear cells,PBMCs)中，長鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs,LncRNAs)的表達(dá)譜存在明顯差異[2]，提示LncRNAs可能參與了痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病。因此研究LncRNAs與痛風(fēng)炎癥通路的關(guān)系可能會進一步揭示痛風(fēng)的發(fā)病機制，并對痛風(fēng)的早期預(yù)防、診斷、治療提供新的思路。

1 LncRNAs

LncRNAs是基因轉(zhuǎn)錄組的重要組成部分，其長度大于200個核苷酸，且不具有蛋白質(zhì)編碼功能，該概念由日本科學(xué)家于2002年時首次提出[3]。新一代的測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)大多數(shù)基因組DNA通常轉(zhuǎn)錄成LncRNAs，其量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過編碼RNA，且在染色質(zhì)修飾、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后及蛋白質(zhì)編碼水平都發(fā)揮著重要作用[4,5]。LncRNAs廣泛表達(dá)于樹突狀細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、自然殺傷(natural killer,NK)細(xì)胞、T細(xì)胞和B細(xì)胞，參與免疫細(xì)胞分化與活化，通過激活或抑制轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)節(jié)信使核糖核酸(messenger RNA,mRNA)和microRNA的穩(wěn)定性，從而參與多種疾病發(fā)生，包括炎癥性腸病、糖尿病、多發(fā)性硬化、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎、肺癌及乳腺癌等[6]。隨著LncRNAs被發(fā)現(xiàn)的生物學(xué)功能越來越多，其特異性表達(dá)的特點已用于疾病的靶向治療[7]。

2 LncRNAs與痛風(fēng)

2.1 表達(dá)譜差異

單鈉尿酸鹽(monosodium urate,MSU)誘發(fā)的炎癥反應(yīng)是慢性痛風(fēng)患者骨質(zhì)破壞的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，通過微陣列分析認(rèn)為，MSU刺激的小鼠巨噬細(xì)胞中LncRNA-Jak3是與MSU相關(guān)的功能性促破骨細(xì)胞基因，能夠誘導(dǎo)破骨細(xì)胞分化，且通過對比痛風(fēng)患者與健康體檢者外周血標(biāo)本發(fā)現(xiàn)，前者LncRNA-Jak3表達(dá)明顯上調(diào)[8]。Chu等[9]采用基因芯片分析發(fā)現(xiàn)，在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎以及痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎中存在766個差異表達(dá)的LncRNAs，其中在痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎患者中155個上調(diào)，611個下調(diào)。而姚承佼[10]利用LncRNAs表達(dá)譜芯片發(fā)現(xiàn)，在原發(fā)性痛風(fēng)患者與健康體檢者之間，存在2倍以上差異表達(dá)的LncRNAs共1 815個，其中在原發(fā)性痛風(fēng)患者中上調(diào)表達(dá)875個，下調(diào)表達(dá)940個，如AJ227913、AK001903、ENSG00000239182表達(dá)上調(diào)，lnc-CCDC64B-1:8表達(dá)下調(diào)，采用實時定量聚合酶鏈反應(yīng)(quantitative real-time PCR,RT-PCR)擴大樣本量后對篩選出感興趣的LncRNAs進行驗證，其結(jié)果與基因芯片結(jié)果基本吻合。

2.2 高尿酸血癥

高尿酸血癥是痛風(fēng)發(fā)生發(fā)展的重要生物化學(xué)基礎(chǔ)，然而只有一部分高尿酸血癥患者會進展到痛風(fēng)階段，這與個體的遺傳異質(zhì)性有關(guān)。全基因組關(guān)聯(lián)研究(genome-wide association studies,GWAS)證實了尿酸排泄在痛風(fēng)發(fā)展中的重要性，并確定了35個與血清尿酸鹽濃度有關(guān)的基因位點，而LncRNAs通過調(diào)節(jié)染色質(zhì)及基因表達(dá)，可參與生物體的遺傳過程[11]。

2.3 固有免疫

高尿酸作為損傷相關(guān)分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPS)之一，當(dāng)沉積析出尿酸鹽晶體時，可觸發(fā)機體固有免疫系統(tǒng)，誘導(dǎo)炎癥因子如白細(xì)胞介素-1(interleukin-1,IL-1)的產(chǎn)生，而IL-1又可加重痛風(fēng)炎癥。由此可見，痛風(fēng)的發(fā)生與機體固有免疫密切相關(guān)。另外，LncRNAs在免疫細(xì)胞的分化和活化中起著重要作用[12]。Wang等[13]發(fā)現(xiàn)了一種在樹突狀細(xì)胞(dendritic cells,DC)中特異性表達(dá)的 LncRNA，即Lnc-DC，指出Lnc-DC通過抑制信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3,STAT3)去磷酸化促進DC的成熟并激活T細(xì)胞應(yīng)答在單核細(xì)胞向DC分化時，表達(dá)廣泛上調(diào)，進而影響機體的固有免疫。Mitchell等[14]于2009年首次提出LncRNA-COX2具有調(diào)控固有免疫的作用，其位于環(huán)氧合酶2(cyclooxygenase-2，COX2)蛋白編碼基因的上游，與COX2基因間距52 kb，在細(xì)胞核與細(xì)胞質(zhì)中與巨噬細(xì)胞特異性結(jié)合，是一個重要的免疫基因[15]。隨著基因芯片與測序技術(shù)的發(fā)展，越來越多的LncRNAs被證明與固有免疫有關(guān)，例如：LncRNA-Lethe、LncRNA-PACER、LncRNA-THRIL、LncRNA-NEAT1等[16]。

3 相關(guān)炎癥信號通路

痛風(fēng)的發(fā)病機制涉及機體的多條炎癥信號通路[17]。其中細(xì)胞膜Toll樣受體(Toll-like receptors,TLRs)通路和細(xì)胞質(zhì)核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白(nucleotide-binding oligomerization domain receptor protein,NLRP)通路目前研究最廣泛[18]。下面主要從LncRNAs與這兩條信號通路的關(guān)系進行論述。

3.1 TLRs

痛風(fēng)的發(fā)生離不開炎癥反應(yīng)細(xì)胞的參與，而TLRs信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在炎癥細(xì)胞的募集和激活中起關(guān)鍵作用，因此，了解這些細(xì)胞對細(xì)胞因子和趨化因子的調(diào)節(jié)作用將對痛風(fēng)的發(fā)作和緩解提供更多線索。TLRs屬于模式識別受體家族，可識別病原相關(guān)分子模式，目前研究表明，與痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎相關(guān)的TLRs包括TLR2、TLR4、TLR接頭蛋白分子髓樣分化因子88(myeloid differentiation factor 88,Myd88)以及核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)。

3.1.1 LncRNAs與TLR2 研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA-THRIL和LncRNA-COX2在TLR2介導(dǎo)的免疫反應(yīng)中扮演著重要角色[6]。LncRNA-THRIL是在巨噬細(xì)胞中最新鑒定的LncRNA，可通過與異質(zhì)核核糖蛋白L(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein L,hnRNP-L)結(jié)合形成功能性復(fù)合物，在TNF-α基因啟動子區(qū)域調(diào)節(jié)腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)表達(dá)。在TLR2配體(Pam3CSK4)刺激后TNF-α表達(dá)上升，而LncRNA-THRIL表達(dá)下調(diào)，由此可見，LncRNA-THRIL可作為保護性反饋因子，抑制炎癥反應(yīng)發(fā)生[19]。Carpenters等[15]鑒定出一種位于前列腺內(nèi)環(huán)氧化物合成酶2(prostaglandin endoperoxide synthase 2,PTGS-2)附近的LncRNA，即LncRNA-COX2，其作為一種廣泛的調(diào)控元件，可介導(dǎo)不同類型免疫基因的激活與抑制。當(dāng)Pam3CSK4刺激巨噬細(xì)胞時，COX2表達(dá)升高，并通過與hnRNP-A/B和hnRNP-A2/B1形成復(fù)合物，抑制炎癥靶基因轉(zhuǎn)錄，當(dāng)使用短發(fā)夾RNA(short hairpin RNA,shRNA)敲除小鼠巨噬細(xì)胞中LncRNA-COX2時可導(dǎo)致促炎基因表達(dá)減少。

3.1.2 LncRNAs與TLR4 TLR4是脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)刺激下革蘭氏陰性菌的主要模式識別受體[6]，LncRNA-PACER是人單核細(xì)胞及乳腺上皮細(xì)胞中最早控制TLR4信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的LncRNAs之一。Krawczyk等[20]采用RNA結(jié)合蛋白免疫沉淀技術(shù)(RNA-binding protein immunoprecipitation,RIP)證明LncRNA-PACER可與NF-κB的小亞基p50特異性結(jié)合，促進COX2基因表達(dá)，通過參與前列腺素的生物合成，參與炎癥反應(yīng)。LncRNA-NKILA是另一個調(diào)節(jié)TLR4的LncRNA，在人類炎癥刺激的乳腺癌細(xì)胞中可與NF-κB/抑制因子κB(inhibitator factor κB,IKB)復(fù)合物結(jié)合遮蓋磷酸化位點，阻止IκB激酶(IκB kinase,IKK)誘導(dǎo)的磷酸化和 NF-κB激活，被敲除后可致細(xì)胞凋亡減少和細(xì)胞侵襲性增強。LncRNA-NKILA作為NF-κB信號傳遞的“守門人”，能夠抑制NF-κB活性，抑制癌癥細(xì)胞轉(zhuǎn)移[21]。除此之外，LncRNA-EPS是一種促進紅細(xì)胞成熟的LncRNA，其在靜息的巨噬細(xì)胞中高度表達(dá)，但TLR配體的激活可抑制其表達(dá)。LncRNA-EPS通過TLR4誘導(dǎo)其3′末端CANACA基序與hnRNPL相互作用，抑制核小體轉(zhuǎn)位與基因轉(zhuǎn)錄，防止免疫基因、慢性炎癥和免疫病理的自發(fā)激活，但在LncRNA-EPS缺失的細(xì)胞中可促進細(xì)胞凋亡，加重炎癥反應(yīng)[22, 23]。

3.1.3 LncRNAs與TLR2/TLR4 在TLR2/TLR4刺激下，LncRNA-IL-17R表達(dá)上調(diào)，過表達(dá)的LncRNA-IL-17R可抑制LPS誘發(fā)的炎癥反應(yīng)[6]。此外LncRNA-Ehd1和LncRNA-Lyn同樣也受TLR2和TLR4的刺激[15]。

3.1.4 LncRNAs與Myd88 Myd88是TLRs信號通路中的重要轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，由296個氨基酸組成，包括C端的Toll/IL-1受體(Toll/interleukin-1 receptor,TIR)結(jié)構(gòu)域與N端的死亡結(jié)構(gòu)域(death domain,DD)，其中DD通過與IL-1受體相關(guān)激酶(IL-1 receptor associated kinase,IRAK)家族蛋白分子IRAK1及IRAK2結(jié)合成信號傳導(dǎo)復(fù)合物，活化不同的信號途徑，參與炎癥反應(yīng)的發(fā)生。實驗表明，在肝癌組織中，LncRNA-Myd88作為一種新型LncRNA，位于Myd88基因的上游，與Myd88間距20 kb。LncRNA-Myd88的表達(dá)與Myd88呈正相關(guān)，但轉(zhuǎn)錄方向與Myd88相反，可促進肝癌細(xì)胞的生長和轉(zhuǎn)移，促進NF-κB信號通路的激活，與疾病預(yù)后不良相關(guān)[24]。

3.1.5 LncRNAs與NF-κB 研究表明，NF-κB信號傳導(dǎo)失調(diào)與炎癥、自身免疫病、癌癥、傳染病以及免疫系統(tǒng)發(fā)育不良相關(guān)[25]。到目前為止，有多個LncRNAs被證明參與NF-κB的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。其中與炎癥性關(guān)節(jié)炎最直接相關(guān)的是LncRNA-P21，其可通過多種機制影響細(xì)胞功能：(1)通過與hnRNP-K關(guān)聯(lián)介導(dǎo)p53依賴的靶基因轉(zhuǎn)錄；(2)通過與靶mRNA結(jié)合，以防止靶蛋白翻譯；(3)通過干擾轉(zhuǎn)錄因子之間的相互作用調(diào)節(jié)對缺氧的反應(yīng)[26]。另一個與調(diào)節(jié)NF-κB活性有關(guān)的LncRNA是表達(dá)于成纖維細(xì)胞的LncRNA-Lethe，其通過與NF-κB亞基RelA結(jié)合抑制NF-κB的DNA結(jié)合活性，在NF-κB負(fù)反饋信號傳導(dǎo)中起重要作用[27]。

Covarrubias等[28]研究表明，在巨噬細(xì)胞中，LncRNA-AK170409在LPS和Pam3CSK4的刺激下可高度表達(dá)，但當(dāng)表達(dá)降低時可導(dǎo)致NF-κB信號傳導(dǎo)顯著減弱，從而使炎癥因子IL-6表達(dá)減少。另一種LncRNA即LncRNA-MALAT1可與NF-κB亞基p65和p50相互作用抑制NF-κB 的DNA結(jié)合活性以及促炎因子TNF-α和IL-6的產(chǎn)生，但對IL-1β沒有影響，由此可見LncRNA-MALAT1可微調(diào)炎癥反應(yīng)和先天免疫，這種有效的自我控制機制有助于促炎反應(yīng)及抗炎反應(yīng)之間保持平衡[29]。也有研究表明，LncRNA-Arid2-IR可抑制IL-1β相關(guān)的NF-κB依賴性炎癥反應(yīng)，其過表達(dá)后可促進IL-1β誘導(dǎo)的NF-κB信號傳導(dǎo)和炎癥細(xì)胞因子表達(dá)[30,31]。除此之外，LncRNA-HOTAIR、LncRNA-MIR31HG、LncRNA-C2dat1都可通過IKK調(diào)節(jié)NF-κB的活性[32]。

3.2 NLRP

3.2.1 LncRNAs與NLRP 在細(xì)胞質(zhì)中，NLRP通過其效應(yīng)結(jié)構(gòu)域募集炎性小體，并與適應(yīng)器蛋白裝配形成復(fù)合物，活化含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1(cysteinyl aspartate specific proteinase,caspase-1)，進而介導(dǎo)炎癥因子IL-1β和IL-18轉(zhuǎn)變?yōu)榛罨问?，發(fā)揮促炎作用[33]。Zhang等[34]證實在內(nèi)皮細(xì)胞中存在的大量LncRNA-MEG3能夠促進主動脈內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，同時通過序列互補作用抑制miR-223功能、增加NLRP3的表達(dá)并增強內(nèi)皮細(xì)胞焦磷酸化，當(dāng)其過度表達(dá)時能夠使褪黑素誘導(dǎo)的NLRP3、凋亡相關(guān)斑點樣蛋白(apoptosis-associated specklike protein containing a CARD,ASC)、caspase1減少，最終致炎癥因子IL-1β和IL-18減少。

3.2.2LncRNA-Gm4419與NLRP Yi等[35]采用轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)(RNA-Seq)與RT-PCR技術(shù)發(fā)現(xiàn)，在糖尿病腎病的小鼠中有14種異常表達(dá)的LncRNAs，其中LncRNA-Gm4419的表達(dá)高度上調(diào)，同時發(fā)現(xiàn)LncRNA-Gm4419可通過與NF-κB亞基P50結(jié)合，調(diào)控NLRP3的炎癥體活化，促進其表達(dá)。

4 結(jié)語

隨著基因測序技術(shù)的快速發(fā)展，越來越多的LncRNAs進入人們的視野，這類特殊的RNA分子廣泛參與細(xì)胞分化、免疫應(yīng)答、新陳代謝，以及多種疾病的發(fā)生發(fā)展過程。雖然其與痛風(fēng)關(guān)系的研究尚處于初級階段，但新近研究表明某些LncRNAs在痛風(fēng)患者與正常人之間存在著明顯的差異表達(dá)。在未來，我們應(yīng)重點研究LncRNAs在痛風(fēng)中的具體發(fā)病機制，相信會有更多參與調(diào)節(jié)痛風(fēng)的LncRNAs被發(fā)現(xiàn)，使其成為潛在的生物標(biāo)志物和治療靶點，為痛風(fēng)患者帶來福音。