非編碼RNA在潰瘍性結(jié)腸炎中作用的研究進(jìn)展*

王婷婷　任偉霞　高芳芳　葉　磊　韓　影　張　旗　張育軍

北京大學(xué)人民醫(yī)院中心實(shí)驗室(100044)

潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis, UC)是一種累及結(jié)直腸的慢性非特異性炎癥性疾病[1]。近年隨著人們飲食結(jié)構(gòu)和生活方式的改變，我國UC發(fā)病率逐年增高[2]。UC的臨床表現(xiàn)主要包括腹痛、腹瀉、便血、發(fā)熱、關(guān)節(jié)疼痛等[1]，可持續(xù)性存在，并反復(fù)發(fā)作，給患者造成巨大的身體痛苦和精神負(fù)擔(dān)。已有研究證實(shí)基因、環(huán)境、腸道微生物和自身免疫因素共同參與UC發(fā)病[1,3]。目前已篩選出200余個與UC發(fā)病相關(guān)的易感基因位點(diǎn)，主要與固有免疫、T細(xì)胞激活以及腸黏膜屏障功能有關(guān)[4]。非編碼RNA(non-coding RNA, ncRNA)是一類不能編碼蛋白質(zhì)的功能性RNA分子，主要發(fā)揮調(diào)控作用，可包括小干擾RNA(small interfering RNA, siRNA)、微RNA(microRNA, miRNA)、長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)、環(huán)狀RNA(circular RNA, circRNA)等。近年針對ncRNA與UC關(guān)系的研究逐漸增多，本文就ncRNA在UC中作用的研究進(jìn)展作一綜述。

一、ncRNA的生物學(xué)特性

ncRNA是基因組DNA經(jīng)轉(zhuǎn)錄后未翻譯成蛋白質(zhì)的RNA分子。人類基因組計劃和ENCODE計劃發(fā)現(xiàn)，在組成人類基因組的30億個堿基對中，約75%的基因組序列能被轉(zhuǎn)錄成RNA，其中74%的基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是ncRNA[5]。廣義的ncRNA種類眾多，包括轉(zhuǎn)運(yùn)RNA (tRNA)、核糖體RNA(rRNA)、siRNA、miRNA、lncRNA、circRNA等，其中miRNA、lncRNA和circRNA在基因表達(dá)調(diào)控中發(fā)揮重要作用。

1. miRNA：miRNA是長度約為21 nt的小分子RNA，多由非編碼基因轉(zhuǎn)錄而來，亦可來源于編碼基因的內(nèi)含子或非編碼區(qū)。miRNA廣泛存在于多種生物體內(nèi)，人類基因組中已明確的miRNA有2 000余種[6]。miRNA具有重要的生物學(xué)功能，在胚胎發(fā)育以及組織分化過程中起有重要作用。通過敲除參與miRNA生成的基因(如Dicer酶復(fù)合物基因等)，可引起胚胎致死以及組織分化障礙[7]。MiRNA可參與多種疾病的發(fā)生、發(fā)展，包括腫瘤、代謝性疾病、病毒感染、自身免疫性疾病等。Esquela-Kerscher等[8]的研究表明腫瘤組織中存在多種miRNA(如miR-21、miR-17-92家族)表達(dá)異常。Zhang等[9]利用miRNA-mRNA表達(dá)譜發(fā)現(xiàn)非酒精性脂肪性肝病小鼠T細(xì)胞中可見170種miRNA表達(dá)下調(diào)，且這些miRNA大多與MAPK通路相關(guān)。由于miRNA具有多樣性和高度穩(wěn)定性，可作為分子標(biāo)記物，廣泛用于疾病診斷、治療以及預(yù)后評估。此外，miRNA類似物或抑制劑用于疾病治療時，可減少藥物治療帶來的不良反應(yīng)，目前針對治療丙型肝炎病毒感染的miR-122抑制劑的研究已進(jìn)入臨床Ⅱ期試驗階段。

2. lncRNA：lncRNA是長度超過200 nt的RNA分子，其分布廣泛，可由編碼基因或非編碼基因轉(zhuǎn)錄而來。Cabili等[10]通過對24種人類組織進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，確定了超過8 000 種與鄰近基因共表達(dá)的lncRNA。細(xì)胞核內(nèi)的lncRNA主要發(fā)揮調(diào)節(jié)基因和基因組表達(dá)的作用[11]，其途徑包括以下幾個方面：①lncRNA可與轉(zhuǎn)錄因子等基因表達(dá)調(diào)控蛋白結(jié)合成為誘餌蛋白，抑制轉(zhuǎn)錄過程，如DNA損傷后，lncRNA PANDA可與轉(zhuǎn)錄因子NF-YA結(jié)合，從而抑制基因轉(zhuǎn)錄以及細(xì)胞凋亡[12]；②lncRNA可與DNA結(jié)合并誘導(dǎo)其發(fā)生甲基化，抑制轉(zhuǎn)錄作用，如lncRNA復(fù)合體NoRC/TIP5與rRNA基因上的轉(zhuǎn)錄因子位點(diǎn)TTF-1結(jié)合后，可被DNA甲基化酶DNMT3b識別，進(jìn)而誘導(dǎo)rRNA基因甲基化，抑制轉(zhuǎn)錄[13]；③lncRNA可通過莖環(huán)結(jié)構(gòu)促進(jìn)組蛋白修飾，并招募轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，如lincRNA-p21、HOTAIR、XIST、AIR等可與RNA結(jié)合蛋白或染色質(zhì)重塑蛋白結(jié)合，并將其招募至特定的基因位點(diǎn)，引起染色質(zhì)重塑，調(diào)控轉(zhuǎn)錄過程[14]；④部分lncRNA具有編碼功能，Matsumoto等[15]發(fā)現(xiàn)lncRNA SPAR可編碼多肽SPAR，抑制v-ATP酶復(fù)合物形成以及哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1(mTORC1)激活，調(diào)節(jié)肌細(xì)胞再生。

3. circRNA：circRNA最初被誤認(rèn)為是RNA的錯誤剪接產(chǎn)物，并未引起關(guān)注。隨著RNA測序技術(shù)的發(fā)展，circRNA逐漸被人們所認(rèn)識。circRNA是線性RNA通過5’末端與3’末端反向剪接形成的環(huán)狀分子，結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，不易被RNA酶所降解[16]。circRNA在生命過程中發(fā)揮重要作用：①circRNA可作為競爭性內(nèi)源RNA(ceRNA)，發(fā)揮miRNA海綿的作用[17]；②circRNA可調(diào)控轉(zhuǎn)錄、翻譯過程，如Fmn基因反向剪接形成的circRNA對小鼠肢體發(fā)育具有重要作用，而一些由獨(dú)立外顯子形成的circRNA可與mRNA的翻譯起始位點(diǎn)結(jié)合，調(diào)控蛋白質(zhì)翻譯[18]；③部分circRNA可編碼蛋白質(zhì)，如circ-ZNF609能以5’帽狀結(jié)構(gòu)非依賴性方式翻譯蛋白質(zhì)，進(jìn)而參與成肌細(xì)胞增殖過程[19]。

二、ncRNA在UC中的作用

1. miRNA在UC中的作用：miRNA具有負(fù)向調(diào)控基因表達(dá)的作用，參與多種疾病發(fā)生、發(fā)展。Van der Goten等[20]通過分析miRNA-mRNA表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)急性期UC患者結(jié)腸黏膜組織中有51個miRNA和1 543個基因表達(dá)明顯改變，而非急性期患者結(jié)腸黏膜組織中未見miRNA表達(dá)改變，表明miRNA水平與UC活動度有關(guān)；此外，hsa-miR-200c-3p可負(fù)向調(diào)節(jié)白細(xì)胞介素(IL)-8和鈣黏附蛋白11(CDH11)表達(dá)。Dalal等[21]發(fā)現(xiàn)急性期與非急性期UC患者的miRNA表達(dá)譜具有明顯差異；3種miRNA(miR-192、miR-275和miR-422b)表達(dá)在急性期明顯下調(diào)，其中miR-192表達(dá)在非急性期無明顯改變，而miR-275和miR-422b表達(dá)在非急性期明顯上調(diào)；8種miRNA在急性期表達(dá)上調(diào)，其中4種在非急性期亦表達(dá)上調(diào)，表明miRNA表達(dá)改變與UC活動度有關(guān)。Wu等[22]利用基因芯片發(fā)現(xiàn)急性期UC結(jié)腸黏膜組織中miR-192表達(dá)與趨化因子CXCL2水平呈負(fù)相關(guān)；miR-192可通過調(diào)節(jié)趨化因子產(chǎn)生以及纖維蛋白表達(dá)，在UC患者腸黏膜炎癥反應(yīng)和纖維化過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究[23]發(fā)現(xiàn)miR-206可與炎癥抑制因子腺苷A3受體(A3AR)的3’ UTR結(jié)合，下調(diào)A3AR表達(dá)，從而促進(jìn)NF-κB信號通路活化，上調(diào)IL-8/IL-1β水平，誘導(dǎo)UC的發(fā)生。上述研究說明miRNA可通過促進(jìn)炎癥反應(yīng)和趨化作用，誘導(dǎo)UC發(fā)生，可作為疾病診斷和預(yù)后評估的分子標(biāo)記物；此外，部分miRNA具有抗炎作用，可作為疾病治療的靶點(diǎn)。

Chen等[24]發(fā)現(xiàn)腫瘤壞死因子(TNF)-α可上調(diào)miR-346水平，抑制腸上皮細(xì)胞維生素D受體(VDR)表達(dá)，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞凋亡，進(jìn)而誘發(fā)UC。He等[25]發(fā)現(xiàn)miR-301A可下調(diào)B細(xì)胞異位基因1(BTG1)水平，抑制腸上皮黏膜屏障功能，進(jìn)而促進(jìn)炎癥發(fā)生，并誘發(fā)癌變。Velázquez等[26]發(fā)現(xiàn)miR-155表達(dá)下調(diào)可誘導(dǎo)氧化偶氮甲烷(AOM)/葡聚糖硫酸鈉(DSS)模型小鼠發(fā)生結(jié)腸癌。上述研究說明miRNA可通過調(diào)節(jié)腸上皮細(xì)胞增殖過程和修復(fù)功能，促進(jìn)UC發(fā)生，進(jìn)而誘發(fā)結(jié)腸癌。

目前關(guān)于miRNA小分子治療藥物的研究已進(jìn)入臨床試驗階段。隨著研究的進(jìn)一步深入，miRNA小分子治療藥物有望以更精準(zhǔn)的方式治療UC，并可有效避免常規(guī)化學(xué)藥物的不良反應(yīng)。

2. lncRNA在UC中的作用：Wu等[27]利用lncRNA芯片和實(shí)時定量PCR法發(fā)現(xiàn)活動期UC患者腸黏膜組織中329種lncRNA表達(dá)上調(diào)，126種表達(dá)下調(diào)，其中以lncRNA BC012900、AK001903和AK023330表達(dá)上調(diào)最為明顯，而lncRNA BC029135、CDKN2B-AS1和BC062296表達(dá)下調(diào)最為明顯；表達(dá)異常的lncRNA多位于細(xì)胞核內(nèi)，其中BC012900可在炎癥因子、凋亡誘導(dǎo)因子、Toll樣受體(TLR)配體等刺激下表達(dá)增加，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，抑制細(xì)胞增殖。Chen等[28]發(fā)現(xiàn)lncRNA H19過表達(dá)可導(dǎo)致腸上皮細(xì)胞緊密連接蛋白和VDR表達(dá)下降，腸上皮通透性增加，且這一效應(yīng)可被miR-675-5p抑制劑減弱；H19通過間接調(diào)控miR-675-5p水平，下調(diào)VDR、閉鎖小帶蛋白-1(ZO-1)等腸上皮屏障功能相關(guān)蛋白表達(dá)，從而誘導(dǎo)UC發(fā)生。該研究證實(shí)了lncRNA與miRNA可相互作用，進(jìn)而影響mRNA表達(dá)水平；如lncRNA或miRNA表達(dá)異常，可直接或通過相互作用間接導(dǎo)致疾病的發(fā)生。

LncRNA在UC發(fā)生、發(fā)展中起有重要作用，因具有高度的組織特異性和發(fā)展階段特異性，有望成為UC的診斷標(biāo)記物和分子治療靶點(diǎn)。此外，lncRNA的功能常與單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism, SNP)有關(guān)，因此針對lncRNA在UC中作用的研究將有助于推進(jìn)UC相關(guān)表觀遺傳學(xué)的發(fā)展。

3. circRNA在免疫應(yīng)答、炎癥反應(yīng)以及結(jié)直腸癌中的作用：關(guān)于circRNA在UC中的作用尚未見相關(guān)報道，但對其在免疫應(yīng)答、炎癥過程中的研究日漸增多。Liu等[29]的研究發(fā)現(xiàn)circRNA CER可作為ceRNA，吸附miR-136，上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶13(MMP13)表達(dá)，導(dǎo)致軟骨細(xì)胞外基質(zhì)變性，進(jìn)而誘發(fā)骨關(guān)節(jié)炎。此外，Wang等[30]的研究證實(shí)免疫衰老過程中的circRNA100783表達(dá)與CD8+T細(xì)胞表面共刺激分子CD28缺失存在相關(guān)性。

UC長期慢性發(fā)展可演變?yōu)榻Y(jié)直腸癌，為UC最嚴(yán)重的并發(fā)癥。Xie等[31]發(fā)現(xiàn)circRNA001569通過下調(diào)miR-145水平，促進(jìn)靶蛋白E2F5、BAG4和FMNL2表達(dá)，進(jìn)而增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲能力；結(jié)直腸癌患者circRNA001569表達(dá)與腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和組織分化程度有關(guān)，表明其在結(jié)直腸癌發(fā)生、發(fā)展過程中起有重要作用。Zhu等[32]發(fā)現(xiàn)來源于BANP基因第5～11個外顯子的circ-BANP在結(jié)直腸癌組織中呈高表達(dá)，并可影響腫瘤細(xì)胞增殖。上述研究提示UC患者circRNA可發(fā)生異常表達(dá)，引起腸上皮細(xì)胞不斷損傷、增殖、修復(fù)，進(jìn)而誘發(fā)癌變。

circRNA的血漿半衰期較長，且具有高度穩(wěn)定性，有望成為UC和結(jié)直腸癌患者的診斷標(biāo)記物、預(yù)后評估指標(biāo)和早期干預(yù)靶點(diǎn)，并為UC與其他非特異性結(jié)腸炎的鑒別診斷提供依據(jù)。

三、miRNA、lncRNA、circRNA之間的相互作用

真核生物體內(nèi)存在多種RNA形式，包括編碼蛋白的mRNA以及具有調(diào)控作用的ncRNA(如miRNA、lncRNA、circRNA)等，這些RNA間可相互作用并進(jìn)一步調(diào)控基因表達(dá)，如miRNA海綿作用等。LncRNA和circRNA與miRNA結(jié)合后，可逆轉(zhuǎn)miRNA對靶mRNA表達(dá)的抑制作用，并通過競爭miRNA結(jié)合位點(diǎn)進(jìn)行相互影響，構(gòu)成基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)[33]。LncRNA H19可通過調(diào)控miR-675-5p表達(dá)，間接調(diào)控腸上皮細(xì)胞屏障功能相關(guān)蛋白(如VDR、ZO-1等)表達(dá)，從而導(dǎo)致UC發(fā)生[28]。腫瘤或炎癥性疾病患者的circRNA可抑制miRNA功能，調(diào)控基因表達(dá)，從而影響表型。針對circRNA在UC中的作用尚未見相關(guān)報道，但其在炎癥性疾病或自身免疫性疾病(如骨關(guān)節(jié)炎)患者中可通過miRNA海綿作用來調(diào)控基因表達(dá)、炎癥發(fā)生以及疾病進(jìn)展[28]。

四、結(jié)語

綜上所述，ncRNA在UC發(fā)生、發(fā)展中具有重要作用，一方面可增強(qiáng)免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)，另一方面可通過下調(diào)腸上皮屏障功能相關(guān)蛋白表達(dá)，引起UC發(fā)生。隨著ncRNA在UC中作用研究的深入，有望為UC患者的診斷、治療和預(yù)后評估提供新思路。