炎癥性腸病中長鏈非編碼RNA的研究進展*

孟云超,牛桂軍 綜述,張啟芳審校

(廣西壯族自治區(qū)南溪山醫(yī)院消化內(nèi)科,廣西桂林 541002)

炎癥性腸病(inflammatory bowel diseases,IBD)包括克羅恩病(crohn′s disease,CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)，是多因素參與的自身免疫系統(tǒng)疾病，其患病率日益增加，遺傳、環(huán)境和免疫因素在其中所扮演的角色是復(fù)雜和未確定的，故研究它的發(fā)病機制、診斷及治療方法是非常有必要的[1]。

長鏈非編碼RNA(long non-coding,LncRNA)是一類長度超過200 bp但不翻譯成蛋白質(zhì)的功能性RNA分子；基因組中存在大量的LncRNA分子，LncRNA功能復(fù)雜，可通過多種機制在表觀遺傳水平、轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達，廣泛參與機體的生理和病理過程[2]。目前已發(fā)現(xiàn)超過11 000個LncRNA分布于復(fù)雜生物的基因組中，而目前僅研究了一小部分LncRNA的結(jié)構(gòu)和功能[3]。越來越多的研究證明，LncRNA在免疫系統(tǒng)疾病中發(fā)揮了關(guān)鍵性作用，并參與自身免疫系統(tǒng)疾病[如炎癥性腸病(IBD)]的發(fā)病機制，LncRNA有不同的作用機制，包括：(1)作為信號，發(fā)送信號轉(zhuǎn)錄。(2)作為介質(zhì)，與分子結(jié)合并阻止其作用。(3)作為向?qū)?，協(xié)助分子與染色質(zhì)相互作用。(4)作為支架，提供穩(wěn)定的分子復(fù)合物及讓這些復(fù)合物結(jié)合[4-5]；它也可以作為增強子RNA，甚至編碼具有調(diào)節(jié)功能的短肽[6-7]；它還可以影響順式(相鄰基因)或反式(遠端基因)方式中的基因表達，且在轉(zhuǎn)錄后水平中起作用[5,8]。LncRNA在癌癥方面的調(diào)控作用研究最多[6,9]；其次在心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和微生物敏感性方面的研究也較多[10-13]。目前，LncRNA與IBD相關(guān)的研究較少。

1 LncRNA的分子調(diào)控機制

LncRNA大多是由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄，其5′帽子和3′poly尾結(jié)構(gòu)在成熟過程被剪切[14]；許多LncRNA的表達僅限于特定發(fā)育階段，并具有組織特異性[15]。LncRNA起初被認為是基因轉(zhuǎn)錄的“噪音”，不具有生物學(xué)功能。近年發(fā)現(xiàn)，LncRNA通過與DNA、RNA和RNA結(jié)合蛋白相互作用調(diào)節(jié)基因的表達，參與調(diào)節(jié)pre-mRNA剪接、蛋白質(zhì)翻譯和mRNA的穩(wěn)定性[16]。其次，LncRNA還可充當(dāng)“誘餌”直接激活或抑制基因，通過順式或反式作用調(diào)節(jié)基因的表達；在轉(zhuǎn)錄后，作為分子骨架促進多蛋白復(fù)合物的形成[14,16]。

2 LncRNA與IBD的發(fā)病機制研究

2013年研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA DQ786243在CD合并肝細胞癌的患者中過表達，在活動期CD患者的外周血單核細胞中的表達量較非活動期或健康人均增加；研究還表明DQ786243與環(huán)磷酸腺苷(cAMP)反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP response element binding protein,CREB)的表達密切相關(guān)，而CREB是調(diào)節(jié)T細胞(Treg)中主要的轉(zhuǎn)錄因子，LncRNA DQ786243以這種方式影響Treg，其可能是它參與IBD的發(fā)病機制之一[17]。另一個與CD病理生理學(xué)相關(guān)的LncRNA是激活T細胞核因子的非編碼抑制劑(non-coding repressor of nuclear factor of activated T cells,NRON)，這個分子通過抑制核染色體突變參與RNA蛋白的合成，富含亮氨酸的重復(fù)激酶-2(leucine-rich repeat kinase 2，LRRK2)是CD的易感基因，研究發(fā)現(xiàn)缺乏LRRK2的小鼠更易受到葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎的影響，其可能是CD發(fā)病的重要分子機制之一[18]。

有研究表明，LncRNA H19與維生素D受體(Vitamin D receptor，VDR)的信號傳導(dǎo)參與炎性疾病的發(fā)生發(fā)展，在UC組織中H19對腸上皮屏障功能有破壞作用[19]。H19與VDR的表達呈負相關(guān)，H19的過表達可能是UC組織中VDR表達下降的機制之一；且H19與VDR信號傳導(dǎo)之間的相互作用可能為治療UC提供新的靶點[19]。CHEN等[20]研究表明miR-34c與LncRNA PlncRNA1通過調(diào)節(jié)IBD中的緊密連接蛋白介導(dǎo)腸上皮屏障功能，在DSS誘導(dǎo)的腸上皮屏障損傷中，PlncRNA1過表達發(fā)揮保護腸上皮屏障功能，且PlncRNA1和miR-34c結(jié)合在一起可調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的表達?？傊琇ncRNA與IBD的發(fā)病機制研究目前較少，有待更進一步的深入研究。

3 LncRNA在IBD及IBD候選基因中的表達情況

很多研究工作致力于鑒定IBD相關(guān)的LncRNA及IBD候選基因間的關(guān)系。有研究發(fā)現(xiàn)，約3 665種LncRNA基因交叉在1 168種IBD候選基因中，且約1131種LncRNA在這些基因附近[21]。此外，有研究表明，LncRNA調(diào)節(jié)區(qū)域中的單個核苷酸多態(tài)(single nucleotide polymorphisms,SNPs)可能會增加各種疾病的易感性，2 063個SNP位于468個IBD相關(guān)的LncRNA基因內(nèi)，且它們中的大部分與結(jié)合因子如轉(zhuǎn)錄因子、數(shù)量性狀遺傳位點(expression quantitative trait loci，eQTLs)、DNA酶峰結(jié)合在一起[22]。這提示在LncRNA的二級結(jié)構(gòu)中可能會影響結(jié)合，362個SNP的變化可致二級結(jié)構(gòu)改變，例如，2個SNP(rs3757247和rs597325)通過IBD候選基因 BACH2 LncRNA NONHSAG044354 影響外顯子的二級結(jié)構(gòu)。另外，發(fā)現(xiàn)7個具有結(jié)構(gòu)破壞性的SNP(rs5763746、rs1476514、rs41176、rs41158、rs3757247、rs597325及rs602662)包含在IBD相關(guān)的LncRNA中。其中4個SNP(rs5763746、rs1476514、rs41176、rs41158)嵌套在IBD候選基因NONHSAG033653上，也就是在HORMAD2(22q12.2)附近的LncRNA上。通過研究不同組織中的SNP和候選鄰近基因之間的共表達模式，發(fā)現(xiàn)rs3757247對IBD相關(guān)的LncRNA NONHSAG044354 在全血中與IBD候選基因BACH2聯(lián)系緊密。另外，在不同組織中發(fā)現(xiàn)反義LncRNA NONHSAG026183與其候選基因FUT2共表達，因此需要更多的研究證明SNP 與IBD相關(guān)的LncRNA及與IBD候選基因間的相關(guān)性[21]。

4 LncRNA在IBD中的研究

除了現(xiàn)有的研究外，有研究還通過提取IBD患者的血液和組織活檢研究LncRNA。最近有研究取CD患者的血漿標本與1988年的LncRNA進行轉(zhuǎn)錄分析對比發(fā)現(xiàn)，在CD患者的血漿標本中發(fā)現(xiàn)10個最上調(diào)和10個最下調(diào)的LncRNA[23]。其中GAS5(the growth arrest-specific transcript 5)已證實與不同類型的癌癥相關(guān)[24]，這提示循環(huán)血中的LncRNA可作為CD的生物標志物來研究。

在活動期及非活動期CD患者的組織活檢中發(fā)現(xiàn)，活動期CD的黏膜中發(fā)現(xiàn)有438個獨立的LncRNA，它們中的大多數(shù)在CD和UC中共表達，但其中100個僅在CD中表達。在CD患者的組織活檢中發(fā)現(xiàn)10個最上調(diào)和10個最下調(diào)的LncRNA[25]。

最近研究發(fā)現(xiàn)，在UC活動期、緩解期及健康對照組中，LncRNA的表達均不相同，這為LncRNA可能會作為診斷UC及作為UC的生物學(xué)標志物提供了依據(jù)[26]。在UC患者的組織活檢中，轉(zhuǎn)錄分析提示745個重要的LncRNA，其中400個是UC獨有的，剩下的與CD共享；在UC患者的組織活檢中發(fā)現(xiàn)10個最上調(diào)和10個最下調(diào)的LncRNA[25]。

知道LncRNA可以順式方式控制基因表達，從而研究了IBD中記錄的LncRNA與其相鄰蛋白質(zhì)編碼基因中可能存在的共表達模式。UC樣本中記錄的LncRNA分子，發(fā)現(xiàn)IFNG-AS1與UC相關(guān)的SNP rs7134599相關(guān)，且其位于IFNG基因(一種炎癥細胞因子)附近，在Jurkat細胞系中發(fā)現(xiàn)IFNG-AS1可以上調(diào)IFNG的表達，這提示LncRNA在炎癥反應(yīng)中與IBD相關(guān)；此外，還發(fā)現(xiàn)LncRNA RP11-465 L10.10與IBD相關(guān)的SNP rs1569723共表達[25-26]。同樣，發(fā)現(xiàn)另一種LncRNA BC012900在UC活動期的組織活檢中被顯著上調(diào)，且通過已知的IBD分子途徑如Toll樣和NOD2受體被細胞因子和病原體刺激。此外，還發(fā)現(xiàn)BC012900在上皮細胞中的過表達會導(dǎo)致細胞增殖受到顯著抑制并增加凋亡易感性[27]。

UC和CD是自身免疫系統(tǒng)疾病，有很多共同點，例如已經(jīng)在數(shù)據(jù)庫中登記的共享的IBD相關(guān)基因座。HRDICKOVA等[28]使用免疫芯片數(shù)據(jù)收集了包括IBD在內(nèi)的9種自身免疫性疾病(autoimmune diseases,AIDs)及其疾病相關(guān)基因座的最常見SNP，篩選出LncRNA和蛋白質(zhì)編碼基因，然后研究這些AIDs基因座編碼基因在已知免疫細胞中的表達情況與參與艾滋病的發(fā)病機制。結(jié)果顯示，與來自全基因組的LncRNA相比，與AIDs共享的基因座相關(guān)的LncRNA在免疫細胞中高表達(P<0.05)；而且證實NK、Th0及Th2細胞在IBD中高表達(P<0.05)。T細胞和B細胞與UC的特異性相關(guān)，對LncRNA和蛋白質(zhì)編碼基因的共表達進行了分析和建立相互作用模型，例如與IBD相關(guān)的IL21/IL21-AS1基因座包含4個蛋白質(zhì)編碼基因(KIAA1109、ADAD1、IL2、IL21)和1個LncRNA(IL21-AS1)，這種LncRNA在Th1細胞中與IL21共表達，且表達水平相似，這提示需要更多的研究去證實其他的信號通路的存在。

此外，從活動期CD和UC的組織活檢中分離出20余個LncRNA，然而，研究人員并沒有成功將其分類成CD和UC表型，有可能需要更大樣本的研究，從而為將來提供有用的生物學(xué)標記物[25]。LncRNA可以定位于細胞外液中，比如血漿，而且它們在組織、細胞和各發(fā)育階段有著顯著的特異性[29]；它們將被證明是極好的生物學(xué)標記物，該領(lǐng)域正在進行相關(guān)研究[8,30]。然而，在IBD組織或血液樣品中分離的LncRNA分子尚未被證明是IBD所特有的；且在自身免疫性疾病之間，以及在自身免疫性和癌癥之間還發(fā)現(xiàn)很多重疊。如果進一步了解LncRNA的生理機制，特定分子將作為某些疾病的標志。

5 LncRNA在IBD中的臨床意義

大多數(shù)研究通過微陣列和qPCR技術(shù)對IBD患者結(jié)腸鏡活檢標本進行分析，發(fā)現(xiàn)LncRNA在UC和CD之間或活動期和非活動期IBD之間表達有差異，這種差異表達提示LncRNA有潛力作為IBD診斷、活動度評估及療效評價的標志物。目前還沒有研究聯(lián)合使用非編碼RNA和LncRNA用于IBD診斷或活動度的評估，如果進行聯(lián)合使用，相信會進一步提高靈敏度和特異度，這是研究非編碼RNA作為IBD臨床標志物的一個新思路。

6 展 望

雖然LncRNA最早的功能是和蛋白質(zhì)合成相關(guān)，但越來越多的研究表明，參與蛋白合成僅是LncRNA的一小部分功能。近年來，對復(fù)雜疾病遺傳機制的研究已經(jīng)轉(zhuǎn)向基因組的非編碼區(qū)域，且發(fā)現(xiàn)LncRNA在基因調(diào)控中起著至關(guān)重要的作用，它可能是遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)之間缺失的一步，可以解釋疾病的多因素。相對于蛋白編碼序列以及小分子RNA來說，LncRNA的研究還處于起步階段，特別是在自身免疫性疾病如IBD方面，目前還需要更多的研究完善IBD相關(guān)的LncRNA表達譜，探究其在IBD發(fā)生發(fā)展中的作用通路。且大樣本量的LncRNA研究將有助于揭示IBD的發(fā)病機制及為IBD的診治開辟新的途徑和治療靶點。