LncRNA在自身免疫性疾病中的研究進(jìn)展①

夏芳芳 胡明智 孫慧瑩 龐春艷 楊國安

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院風(fēng)濕免疫科，包頭 014010)

1 LncRNA概述

1.1LncRNA的結(jié)構(gòu)與作用 LncRNA是一種非編碼RNA，由大于200個(gè)核苷酸組成。它存在于細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)中[1]，由于缺少有效開放閱讀框，LncRNA很少編碼或不能編碼蛋白[2]。2016NONCODE數(shù)據(jù)庫中顯示人體中有超過90 000個(gè)LncRNA基因，他們被稱為基因組的轉(zhuǎn)錄噪聲，目前研究表明LncRNA可在表觀遺傳水平、轉(zhuǎn)錄水平(染色質(zhì)重塑和DNA甲基化)、轉(zhuǎn)錄后水平(mRNA剪接)、蛋白修飾過程等方面借助復(fù)雜的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)對(duì)基因表達(dá)發(fā)揮調(diào)控作用[3]。LncRNA通過長鏈本身的不同區(qū)域與特異的蛋白質(zhì)、DNA、RNA相結(jié)合而發(fā)揮作用，進(jìn)一步提示LncRNA具有更廣泛與復(fù)雜的調(diào)節(jié)手段[4]。LncRNA參與多種疾病的病理過程[5，6]，將其應(yīng)用于疾病的診斷和預(yù)后比編碼基因更有優(yōu)勢(shì)，如Collins等[7]研究LncRNA在肝癌中的生物學(xué)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)LncRNA是診斷肝癌關(guān)鍵性生物標(biāo)記物之一及治療的新靶點(diǎn)。LncRNA可以調(diào)節(jié)微小核糖核酸(MicroRNAs)，也能調(diào)節(jié)mRNA的表達(dá)[8]。

1.2LncRNA來源及分類 LncRNA主要由聚合酶II轉(zhuǎn)錄形成，其他的形成途徑有:①蛋白編碼的基因結(jié)構(gòu)斷裂而形成；②來源于染色質(zhì)重組，在2個(gè)未轉(zhuǎn)錄的DNA區(qū)域結(jié)合，生成含有多個(gè)外顯子的LncRNA；③通過轉(zhuǎn)座子，在非編碼基因復(fù)制過程中移位而產(chǎn)生；④有的也來源于局部串聯(lián)的復(fù)制子。盡管所有LncRNA的起源沒有共同的機(jī)制，但LncRNA在調(diào)節(jié)基因表達(dá)上具有相似的作用。LncRNA的分類可按照其在染色體上與蛋白質(zhì)編碼基因的相對(duì)位置分為基因間LncRNA(intergenic LncRNA，lincRNA)、雙向 LncRNA(divergent LncRNA)、正義LncRNA(sense LncRNA)、反義LncRNA(antisense LncRNA)、內(nèi)含子LncRNA(intronic LncRNA)及外顯子 LncRNA(exonic LncRNA)[9]。

2 LncRNA與免疫炎性反應(yīng)

2.1LncRNA 參與基因的表觀遺傳修飾 表觀遺傳修飾是在不改變基因序列的情況下，通過對(duì)基因的修飾來調(diào)控基因的表達(dá)。目前已知的表觀遺傳現(xiàn)象包括DNA甲基化(DNA methylation)、基因組印記(Genomic impriting)、母體效應(yīng)(Maternal effects)、基因沉默(Gene silencing)和核仁顯性等。LncRNA可以以 RNA 的形式從多個(gè)層面調(diào)控免疫基因的表達(dá)。HOX轉(zhuǎn)錄反義RNA(HOX transcript antisense RNA，HOTAIR)在組蛋白修飾中形成至少兩種組蛋白修飾復(fù)合物[10,11]。LncRNA已被證明參與CpG島的甲基化過程。由于DNA甲基化被認(rèn)為與細(xì)胞增殖密切相關(guān)[12]，故LncRNA被認(rèn)為在人類癌癥和自身免疫性疾病等疾病的表觀遺傳學(xué)調(diào)控中發(fā)揮重要作用[13]。多項(xiàng)研究表明LncRNA在X染色體失活、基因印跡和基因沉默中起到了重要的作用[14]。

2.2LncRNA在炎癥激活中的作用 天然免疫系統(tǒng)包括樹突狀細(xì)胞(Dendritic cell，DC)和單核/巨噬細(xì)胞(Monocyte/giant eosinophilic cells)，通過模式識(shí)別受體來認(rèn)識(shí)病原體并啟動(dòng)免疫應(yīng)答。在病原體應(yīng)答路徑中，LncRNA的表達(dá)模式和功能是高度特異的[15]。Susan等[16]發(fā)現(xiàn)LncRNA-COX2在細(xì)胞初級(jí)免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用，它是巨噬細(xì)胞在Toll 樣受體 (Toll-like receptors，TLR)連接反應(yīng)上高度誘導(dǎo)表達(dá)的LncRNA之一，介導(dǎo)了天然免疫細(xì)胞中不同類別的免疫基因的激活和抑制。調(diào)控LncRNA-COX2的基因是通過炎癥因子(TLR1、IL-6和IL-23a)、趨化因子5(CC chemokine ligand 5，CCL5)和趨化因子CX3CL1(Chemokine CX3CL1，CX3CL1)。當(dāng)機(jī)體存在炎癥時(shí)，LncRNA-COX2會(huì)激活多個(gè)調(diào)控炎癥的基因，而無炎癥時(shí)則會(huì)抑制這些基因的激活。孫慧杰等[17]發(fā)現(xiàn)結(jié)核桿菌感染的小鼠巨噬細(xì)胞中腫瘤壞死因子α(Tumor necrosis factor-α，TNF-α)表達(dá)明顯增高，而敲除LncRNA-COX2后TNF-α又顯著下降，進(jìn)一步說明LncRNA-COX2是調(diào)節(jié)結(jié)核桿菌感染后炎癥因子釋放的關(guān)鍵信號(hào)分子。王俊鋼等[18]發(fā)現(xiàn)長鏈非編碼RNA肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1(Long-chain non-coding RNA lung adenocarci-noma metastasis-associated transcript 1，LncRNA MALAT1 )可以調(diào)控 miR-205的表達(dá)而影響非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞A549 的侵襲和遷移能力，為探索非小細(xì)胞肺癌發(fā)生的分子機(jī)制和新的治療策略提供相應(yīng)理論幫助，將來有望成為治療非小細(xì)胞肺癌的新靶點(diǎn)。

3 LncRNA對(duì)免疫細(xì)胞的作用

目前研究發(fā)現(xiàn)LncRNA在固有免疫及獲得性免疫細(xì)胞的發(fā)育和分化過程中具有重要的作用。作用于固有免疫的細(xì)胞包括DC和單核/巨噬細(xì)胞。Wang等[19]通過對(duì)LncRNA在DC分化和功能中作用的研究，發(fā)現(xiàn)了高表達(dá)于DC的特異性LncRNA，命名為Lnc-DC，從而調(diào)控DC的分化，阻止它們?cè)谀繕?biāo)基因上的積累，抑制過度的炎性反應(yīng)。當(dāng)DC缺失了Lnc-DC則無法有效地啟動(dòng)CD4+T細(xì)胞在病原體刺激后分泌炎癥因子。Lv 等[20]在研究腎臟炎癥時(shí)發(fā)現(xiàn)了巨噬細(xì)胞的特異性LncRNA 分子LncRNA7949在單側(cè)輸尿管梗阻小鼠模型中表達(dá)顯著上調(diào)，在小鼠巨噬細(xì)胞株 RAW264.7 及骨髓衍生的巨噬細(xì)胞中也存在表達(dá)，并受到 TLR4/NF-κB信號(hào)通路的正向調(diào)節(jié)，可促進(jìn)單核細(xì)胞趨化蛋白1(Monocyte chemotactic protein 1，MCP-1)的轉(zhuǎn)錄并誘發(fā)巨噬細(xì)胞依賴的腎臟炎癥產(chǎn)生。CD4+T細(xì)胞分化為輔助性T細(xì)胞，對(duì)于獲得性免疫應(yīng)答是非常關(guān)鍵的，許多研究表明LncRNA可能是決定這個(gè)過程的關(guān)鍵分子。目前已發(fā)現(xiàn)存在多種Th細(xì)胞特異性的LncRNA并給予進(jìn)一步研究 。Th細(xì)胞包括Th1、Th2和Th17，控制這些細(xì)胞的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子分別為轉(zhuǎn)錄因子T-box基因家族新型的轉(zhuǎn)錄因子(T-bet)、GATA結(jié)合蛋白3(GATA binding protein 3，GATA3)、維甲酸孤兒核受體γ亞型(Retinoid-related orphan receptor gammat，ROR-γt)和堿性亮氨酸拉鏈轉(zhuǎn)錄因子(Basic leucinezipper transcription factor，BATF)[21]，其中研究較充分的有Th1和Th2細(xì)胞。Th1細(xì)胞通過T-bet依賴性機(jī)制特異性表達(dá)LncRNA Tmevpg1(Eilefs murine encephalomyelitis virus persistence candidate gene 1)，它是位于干擾素γ基因區(qū)域下游的非編碼RNA，在阻止病毒清除方面發(fā)揮重要調(diào)控作用。而LncRNA Tmevpg1又可以調(diào)控人Th1細(xì)胞特異轉(zhuǎn)錄因子信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子4(Signal transducer and activator of transcription 4，STAT4)和T-bet的活性[22]。其中T-bet不但可以結(jié)合Tmevpg1基因的啟動(dòng)子，而且也能作為Th1細(xì)胞上游遠(yuǎn)端的增強(qiáng)劑。Zhang等[23]發(fā)現(xiàn)Th2 特征性長鏈非編碼RNA GATA 結(jié)合蛋白3 反義RNA1(Long non-coding RNA GATA3 antisense RNA 1，LncRNA-GATA3-AS1)和GATA3都在小鼠和人Th2細(xì)胞中表達(dá)。該研究通過對(duì)季節(jié)性過敏性鼻炎(Th2相關(guān)疾病)患者進(jìn)行過敏原刺激后檢測(cè)了患者的CD4+T細(xì)胞，從中觀察到GATA3-AS1的增加，進(jìn)而說明LncRNA-GATA3-AS1可能會(huì)作為Th2應(yīng)答的特定指標(biāo)。根據(jù)上述Th細(xì)胞的研究表明，LncRNA通常與轉(zhuǎn)錄因子協(xié)同后對(duì)細(xì)胞進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4 程控特異性LncRNA

LncRNA的表達(dá)是高度程控特異性的，這似乎在整個(gè)進(jìn)化中都守恒。研究表明，LncRNA的表達(dá)模式可以預(yù)測(cè)它們的組織特異性功能。如皮膚特異性的LncRNA HOTAIR在皮膚成纖維細(xì)胞中表達(dá)，它控制了編碼基因HOX的表達(dá)，進(jìn)而識(shí)別皮膚上某種細(xì)胞的位置[24]。另外組織分化誘導(dǎo)非蛋白編碼RNA(Tissue differentiation inducing non-protein cod-ing RNA,TIN-CR)可以上調(diào)角化細(xì)胞的分化，同時(shí)也是表皮中形成與屏障相關(guān)的誘導(dǎo)基因編碼產(chǎn)物所需的[25]。LncRNA通過在胚胎干細(xì)胞(Embryonic stem cells，ESCs)中的特異性表達(dá)與染色質(zhì)調(diào)節(jié)因子發(fā)生作用來維持ESCs的多能性并抑制其向終末細(xì)胞譜系分化。通過對(duì)ESCs中LncRNA表達(dá)和功能的分析，已經(jīng)確定在ESCs中明確表達(dá)的226個(gè) LncRNA[26]。通過用短發(fā)夾RNA對(duì)每個(gè)LncRNA進(jìn)行系統(tǒng)地敲除，研究提示大約90%在ESCs轉(zhuǎn)錄的基因，其表達(dá)產(chǎn)生有意義的作用。LncRNA的特異性被保留在轉(zhuǎn)錄的各個(gè)階段，包括增強(qiáng)子RNA(enhancer RNAs，eRNAs)和circRNA(環(huán)形RNA)在免疫細(xì)胞中也遵從這樣的原則。。

5 LncRNA在自身免疫性疾病的治療和疾病風(fēng)險(xiǎn)方面的研究

LncRNA與針對(duì)人體自身正常組織產(chǎn)生的異常反應(yīng)而導(dǎo)致的自身免疫病相關(guān)，且與多種復(fù)雜蛋白編碼基因和非蛋白編碼基因相關(guān)。而LncRNA又是白細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)劑，可以通過基因和環(huán)境因素來改變?cè)鰪?qiáng)子功能。當(dāng)使用小干擾RNA(small interfering RNA，siRNA)聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)敲減單個(gè)LncRNA轉(zhuǎn)錄激活物后發(fā)現(xiàn)LncRNA的轉(zhuǎn)錄使周圍其他特定基因的表達(dá)增強(qiáng)。LncRNA通過與被調(diào)節(jié)基因的啟動(dòng)子接觸，與轉(zhuǎn)錄激活物共同作用于基因座的敏感位點(diǎn)，最終可導(dǎo)致自身免疫病。全基因組關(guān)聯(lián)研究同樣認(rèn)為大量的基因突變(單核苷酸多態(tài)性)增加了自身免疫性疾病的風(fēng)險(xiǎn)，也影響了病因方面的研究。而且這些突變的基因可能會(huì)通過調(diào)節(jié)新發(fā)現(xiàn)的RNAs順式作用元件或反式作用因子影響編碼蛋白的基因表達(dá)，進(jìn)而改變細(xì)胞的表型來增加疾病的風(fēng)險(xiǎn)[27]。此外，LncRNA在防止疾病的發(fā)生方面也有重要的作用，如果能在自身免疫性疾病中識(shí)別出高表達(dá)的LncRNA和eRNAs，就可能會(huì)產(chǎn)生針對(duì)性的治療。在治療方面，LncRNA可通過改變?cè)鰪?qiáng)子相關(guān)LncRNA的表達(dá)影響目標(biāo)蛋白、治療基因變異引發(fā)的疾病。綜上所述，LncRNA可能會(huì)廣泛應(yīng)用于自身免疫性疾病的診斷、疾病活動(dòng)性的評(píng)估、疾病風(fēng)險(xiǎn)及發(fā)病機(jī)制方面的評(píng)估以及治療反應(yīng)的預(yù)測(cè)等方面[28-31]。

6 LncRNA與系統(tǒng)性紅斑狼瘡的研究

系統(tǒng)性紅斑狼瘡(Systemic lupus erythematosus，SLE)是一種多系統(tǒng)損害的慢性自身性免疫性疾病，確切病因不明，可累及皮膚、漿膜、關(guān)節(jié)、腎及中樞神經(jīng)系統(tǒng)等，病理表現(xiàn)為自身抗體及免疫復(fù)合物沉積[32]。Li等[33]發(fā)現(xiàn)，通過在SLE患者和健康對(duì)照者的T細(xì)胞中使用Agilent微陣列掃描儀(Agilent p/n G2565BA)掃描陣列，應(yīng)用Agilent Feature Extraction軟件評(píng)估LncRNA的表達(dá)譜，qRT-PCR結(jié)果顯示SLE患者中uc001yk1.1和ENS-T0000044 8942表達(dá)下調(diào)，并發(fā)現(xiàn) ENST00000-0448-942水平與抗Sm抗體相關(guān)。短期分析LncRNA的表達(dá)可能與SLE患者的疾病活動(dòng)相關(guān)。Wu等[34]研究表明，血漿中的生長組織特異性轉(zhuǎn)錄體5(Growth arrest specific transcript 5，GAS5)、linc0597和Lnc-DC可以成為SLE潛在的生物標(biāo)志物。該研究將病人分為SLE組和健康對(duì)照組，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)GAS5和Lnc-DC在SLE組中表達(dá)顯著降低，而linc0597在SLE患者中過表達(dá)。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示，GAS5和linc0597可能會(huì)有利于提高SLE的診斷準(zhǔn)確性。Zhang等[35]通過研究探索了LncRNA NEAT1(NEAT1是構(gòu)成核旁斑Paraspeckles的重要RNA)在SLE發(fā)病機(jī)制以及治療方面的作用。該研究發(fā)現(xiàn)NEAT1在SLE患者中的表達(dá)異常增加,由p38活化引起NEAT1的表達(dá)增加，使SLE患者產(chǎn)生許多細(xì)胞因子和趨化因子，而當(dāng)沉默NEAT1后趨化因子CXCL10及細(xì)胞因子IL-6的表達(dá)顯著降低。此外，研究還發(fā)現(xiàn)NEAT1參與TLR4介導(dǎo)的炎癥過程是通過影響晚期MAPK信號(hào)通路的激活而起作用。NEAT1表達(dá)與SLE患者臨床疾病活動(dòng)之間存在正相關(guān)關(guān)系。Yang等[36]研究探索了SLE發(fā)病機(jī)制的作用，實(shí)驗(yàn)選取SLE患者及健康人群，提取其外周血單核細(xì)胞通過聚合酶鏈反應(yīng)法測(cè)定MALAT1的表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)SLE患者單核細(xì)胞中MALAT1表達(dá)異常增加。為了確定MALAT1對(duì)SLE患者單核細(xì)胞中IL-21的影響程度和在沉默信息調(diào)節(jié)因子 1 (Silent information regulator 1，SIRT1)信號(hào)通路中的作用，通過使用siRNA敲減MALAT1表達(dá)發(fā)現(xiàn)SLE患者單核細(xì)胞中IL-21的表達(dá)顯著降低。該實(shí)驗(yàn)同時(shí)發(fā)現(xiàn)MALAT-1通過調(diào)節(jié)SIRT1發(fā)揮其致病作用，MALAT-1是SLE發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵調(diào)控因子，同時(shí)也為治療提供了新的靶點(diǎn)。

7 LncRNA與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的關(guān)系

類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎(Rheumatoid arthritis，RA)是一種慢性、以進(jìn)行性關(guān)節(jié)侵蝕破壞為主的系統(tǒng)性自身免疫性疾病，未經(jīng)正規(guī)治療，可導(dǎo)致關(guān)節(jié)畸形、功能喪失[37]。其病理特點(diǎn)是滑膜細(xì)胞病變，包括成纖維細(xì)胞樣滑膜細(xì)胞(Fibroblast-like synoviocytes，F(xiàn)LS)增生、血管新生異常和免疫細(xì)胞滲透[38]。FLS細(xì)胞是形成滑液和滑膜基質(zhì)的關(guān)鍵細(xì)胞，在維持正常的關(guān)節(jié)平衡中起著重要的作用，而異常的FLS細(xì)胞增殖后產(chǎn)生消化蛋白酶和炎癥因子進(jìn)而破壞骨和軟骨[39]。大量研究證明，F(xiàn)LS的大量增殖與炎癥信號(hào)通路的異常激活有關(guān)，而非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)同樣可調(diào)節(jié)FLS的增殖，如miR-152的過度表達(dá)減少了FLS的增殖[40]。Lnc-IL7R通過增強(qiáng)RA中zeste homolog2表達(dá)來增強(qiáng)FLS的增殖。Lnc-IL7R被其激活后消除由其介導(dǎo)的炎性反應(yīng)，提高細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期的連續(xù)性，阻止FLS的凋亡。當(dāng)Lnc-IL7R過表達(dá)時(shí)，通過進(jìn)一步提高FLS的增殖來抑制炎性反應(yīng)。Cui等[41]研究也同樣表明Lnc-IL7R可促進(jìn)細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期進(jìn)程并抑制FLS細(xì)胞凋亡，提示Lnc-IL7R將來在RA治療方面可能會(huì)發(fā)揮一定的作用。另外LncRNA還可通過調(diào)節(jié)滑膜細(xì)胞的遷徙和入侵來影響RA，如鋅指結(jié)構(gòu)反義轉(zhuǎn)錄本1(Zinc finger antisense 1,ZFAS1)從轉(zhuǎn)錄后水平進(jìn)行調(diào)節(jié)以促進(jìn)RA患者中FLS的遷移和入侵，而shRNA明顯抑制了RA患者中FLS的遷移和入侵[42]。

研究表明，目前發(fā)現(xiàn)3個(gè)LncRNA(S5645.1,XR-006437.1,J01878)與RA高度相關(guān)，并被認(rèn)為是診斷和治療目標(biāo)疾病的標(biāo)志物。據(jù)Adami報(bào)道，Wnt信號(hào)通路在RA的發(fā)展中起到了關(guān)鍵性作用，可能作用于FLS激活、炎癥調(diào)節(jié)、骨再吸收、骨重塑及關(guān)節(jié)毀壞等[43]。Muller等[44]觀察表明，根據(jù)RA患者中CD14+單核細(xì)胞中的LncRNA在抗TNFα和抗IL-6治療前后的濃度變化，發(fā)現(xiàn)了LncRNA參與類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機(jī)理。Lu等[45]發(fā)現(xiàn)RA患者的T細(xì)胞中LOC100652951和LOC100506036的表達(dá)水平增加。 通過使用生物制劑，RA 患者T細(xì)胞中的LOC100652951的表達(dá)水平降低。T細(xì)胞的活化增加了LOC100506036的表達(dá)，其可以調(diào)節(jié)鞘磷脂磷酸二酯酶1(Sphingomyelin phosphodiesterase 1,SMPD1)和活化T細(xì)胞核因子1(Nuclear factor of activated T cells 1，NFAT1)等基因，并可能引發(fā)RA的炎癥反應(yīng)，提示LOC100652951和LOC10050-6036可能會(huì)成為RA的靶向治療目標(biāo)。Zhang等[46]研究表明，LncRNA HOTAIR的過表達(dá)通過抑制p65進(jìn)入細(xì)胞核而顯著抑制由脂多糖處理的軟骨細(xì)胞中核轉(zhuǎn)錄因子-κB，引起IL-1β和TNF-α的下調(diào)。 體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也表明HOTAIR的過度表達(dá)通過上調(diào)Ki67和增殖細(xì)胞核抗原(Prolife rating cell nuclear antigen，PCNA)減少了CD4+IL17+和CD4+IL23+細(xì)胞數(shù)量，并下調(diào)p-p65、IL-1β和TNF-α表達(dá)，進(jìn)而增加了RA大鼠的細(xì)胞增殖和抑制了炎性反應(yīng)。提示LncRNA HOTAIR的調(diào)節(jié)將來可能會(huì)成為RA的治療新策略。夏英等[47]發(fā)現(xiàn)，與REL(NF-κB家族成員)、Smads蛋白家族(Drosophila mothers against decapentaplegic protein 3，SMAD3)和原癌基因ETS1(E26 transformation specific sequence 1)相關(guān)的LncRNA，包括NONHSAG0 27875、FR378506 和NONHSAT031501等也可能參與了RA的發(fā)生。

8 展望

現(xiàn)有的證據(jù)表明，LncRNA在自身免疫性疾病中具有重要的調(diào)控功能。但目前只認(rèn)識(shí)到少數(shù)的LncRNA的功能及特點(diǎn)，還有許多的作用目前尚未闡明。在自身免疫性疾病中，已知LncRNA的表達(dá)是異常的，其潛在的機(jī)制尚不明確；自身免疫性疾病惡化的過程中，是否改變了LncRNA的作用；通過對(duì)LncRNA的調(diào)節(jié)來治療自身免疫性疾病是否具有有益的效果。我們需要將功能性的LncRNA整合到自身免疫系統(tǒng)中，通過進(jìn)一步的研究來加深對(duì)疾病發(fā)生發(fā)展和發(fā)病機(jī)理的認(rèn)識(shí)。