長鏈非編碼RNA-GAS5與支氣管哮喘的關(guān)系

吳 迪，張 倩，錢 艷，孫 赟，施宇佳，顧 斌

0 引言

GAS5(Growth arrest specific 5)是單鏈非編碼RNA，其基因是一個小的核仁RNA宿主基因，是以上游的寡嘧啶序列為特征的5′TOP(5′末端寡-嘧啶類)基因的成員，被稱作GAS5 的原因是其產(chǎn)生的低端剪接的長鏈非編碼RNA(Long non-coding RNA,lncRNA)會在生長抑制的細胞中累積[1]，并且血清饑餓和使用蛋白翻譯抑制劑都可以導(dǎo)致GAS5降解減少，從而導(dǎo)致其在細胞中累積[2-3]。人GAS5基因包含12個外顯子，其內(nèi)含子中有10個C/D box(核糖核苷酸顆粒的組分，指導(dǎo)28S，18SrRNA的核糖中C2位的O甲基化和假尿苷酰化)核仁小RNA基因，由于外顯子7a和7b轉(zhuǎn)錄的不同，其產(chǎn)生2種異構(gòu)體GAS5a和GAS5b和多種包含一個或多個核仁小RNA的表達序列標(biāo)簽。GAS5有以下特點：①其部分轉(zhuǎn)錄物的二級RNA結(jié)構(gòu)與糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件(Glucocorticoid response element,GRE)相似，這意味著它可以結(jié)合糖皮質(zhì)激素受體(Glucocorticoid receptor,GR)的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域。這個作用阻止糖皮質(zhì)激素受體被激活，從而阻止激素對其靶基因的調(diào)控。②這種轉(zhuǎn)錄物可以調(diào)節(jié)其他受體，如雄激素、黃體酮和鹽皮質(zhì)激素受體，可以結(jié)合到GRE相似的區(qū)域[4]。③這種轉(zhuǎn)錄物還有多種功能，包括細胞生長停滯和細胞凋亡[5]，為潛在的腫瘤抑制劑，這與其在多種不同組織癌癥中的下調(diào)有關(guān)[6-8]。④GAS5可以通過發(fā)揮海綿效應(yīng)競爭性結(jié)合miRNA，從而影響miRNA的作用，進而調(diào)節(jié)靶基因的表達[9-10]。⑤GAS5同時存在于細胞質(zhì)和細胞核內(nèi)，但主要位于細胞質(zhì)內(nèi)，在地塞米松的作用下，一部分GAS5會向核內(nèi)轉(zhuǎn)運[4]。

1 GAS5與糖皮質(zhì)激素抵抗

氣道炎癥是支氣管哮喘的重要發(fā)病機制之一。多種炎癥介質(zhì)、炎癥細胞和細胞因子共同參與、相互作用，引起氣道炎癥、氣道高反應(yīng)性和氣道重構(gòu)[11]。在支氣管哮喘的治療中，糖皮質(zhì)激素因其強大的抗炎作用在支氣管哮喘的長期治療中具有重要地位。糖皮質(zhì)激素正常發(fā)揮作用時，GR被激活并轉(zhuǎn)運至核內(nèi)，GR的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合糖皮質(zhì)激素效應(yīng)基因，促進抗炎基因的轉(zhuǎn)錄并抑制炎癥基因的轉(zhuǎn)錄[12]，影響細胞因子如白細胞介素-4(IL-4)、IL-5、IL-13，巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)，炎癥介質(zhì)如白三烯(LT)、前列腺素(PG)、一氧化氮合酶(NO synthase,NOS)等的合成而發(fā)揮抗炎作用[13]。GAS5作為少數(shù)具有調(diào)控功能的長鏈非編碼RNA之一，能通過GRE相似區(qū)與GR的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合，阻止GR結(jié)合到GRE，從而抑制GR誘導(dǎo)的內(nèi)源性糖皮質(zhì)激素基因的轉(zhuǎn)錄活性[4]，并且GR與GAS5 RNA的結(jié)合在地塞米松濃度低至10-10M的濃度下即可被觀察到，僅為生理循環(huán)中激素濃度的1/10。雖然機制有待研究，但是GAS5作為一個新的糖皮質(zhì)激素受體活動參與者，在包括肺部的許多組織中都有表達,可干涉氣道慢性炎癥的糖皮質(zhì)激素治療，參與糖皮質(zhì)激素敏感性的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)，促炎癥介質(zhì)、地塞米松以及糖皮質(zhì)激素耐受性相關(guān)因子如腫瘤壞死因子-α、IL-1α、轉(zhuǎn)化生長因子-β1會提高氣道結(jié)構(gòu)細胞(上皮細胞和平滑肌細胞)中GAS5的水平導(dǎo)致GR活性水平下降[14]。促炎癥介質(zhì)能夠直接在轉(zhuǎn)錄水平誘導(dǎo)GAS5的表達。不同炎癥介質(zhì)對GAS5表達水平的影響并不是累加的，提示促炎癥介質(zhì)可能是通過同一途徑調(diào)節(jié)GAS5的水平。另外，GAS5-targeting siRNA使上皮細胞中的GAS5轉(zhuǎn)錄水平降到一半就能夠使地塞米松誘導(dǎo)的GRE活性翻倍，顯示了GAS5與GRE活性相反的數(shù)量關(guān)系，即GAS5敲低為原來的1/2時，GRE活性升高為原來的2倍，但此種敲低導(dǎo)致的GRE活性增強會被轉(zhuǎn)化生長因子-β1打斷，推測GAS5升高可能導(dǎo)致糖皮質(zhì)激素的耐受性增強，使GAS5成為哮喘治療的靶點[14]。

2 GAS5與氣道重構(gòu)

支氣管哮喘的慢性炎癥過程導(dǎo)致氣道重構(gòu)，表現(xiàn)為支氣管平滑肌數(shù)量增多，支氣管上皮細胞肥大，杯狀細胞化生。氣道重構(gòu)導(dǎo)致不可逆或部分不可逆的氣道阻塞和持續(xù)的氣道高反應(yīng)性[15]，引起哮喘患者肺功能不可逆的喪失，哮喘癥狀反復(fù)發(fā)作及急診住院，并且不可逆的氣道重構(gòu)是支氣管哮喘最難處理的問題之一，目前有效的逆轉(zhuǎn)治療手段只有支氣管熱成形術(shù)[16]。LncRNA作為miRNA海綿調(diào)節(jié)基因表達的功能已經(jīng)被大量研究證實[17]。在支氣管平滑肌細胞中，已經(jīng)有5種lncRNA可作為miRNA海綿(RP11-46A10.4、LNC00883、BCYRN1、LINC00882和PVT1)，其目標(biāo)miRNA分別是miR-150、miR-371-5p、miR-940、miR-1207-5p和miR-203a[18-21]，通過結(jié)合沉默這些miRNA發(fā)揮基因調(diào)節(jié)作用[22-24]。研究顯示，GAS5能作為海綿吸附miR-10a，調(diào)節(jié)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(Brain derived neurotrophic factor,BDNF)的表達。過表達的miR-10a能夠?qū)⒔z裂原誘導(dǎo)的支氣管平滑肌細胞增殖減少50%，而抑制miR-10a能增加40%的支氣管平滑肌細胞增殖，miR-10a能直接結(jié)合BDNF的3′UTR區(qū)。與普通對照組相比，支氣管哮喘患者支氣管平滑肌細胞中GAS5和BDNF水平升高，miR-10a水平下降。在哮喘小鼠中，敲除GAS5能通過提升miR-10a的表達水平顯著降低血小板衍生生長因子(Platelet derived growth factor-BB,PDGF-BB)誘導(dǎo)的BDNF表達，抑制支氣管平滑肌細胞的增生，敲除GAS5基因的哮喘小鼠氣道反應(yīng)性明顯降低[10]。

3 GAS5與重癥哮喘

重癥哮喘是哮喘的一個亞型，是哮喘致殘致死的主要原因。我國流行病學(xué)調(diào)查顯示，14歲以上人群重癥哮喘約占哮喘患者的5.99%[25]。但重癥哮喘患者頻繁急診或住院，生活質(zhì)量和身心健康受到極大影響，占用巨額醫(yī)療資源[26]。根據(jù)2014 ERS/ATS指南及我國專家共識[11,27]，重癥哮喘是指在哮喘診斷明確的情況下，按照哮喘全球防治創(chuàng)議(GINA)建議的第4級或第5級治療才能控制或在上述治療下仍不能達到控制的哮喘患者。另外，還要排除可能導(dǎo)致相似癥狀的慢性阻塞性肺疾病、支氣管炎、腫瘤、間質(zhì)性肺疾病、胃食管反流等諸多疾病，與哮喘緊密聯(lián)系的疾病如阿司匹林加重性呼吸系統(tǒng)疾病和變應(yīng)性支氣管肺曲霉病，影響哮喘嚴(yán)重程度的疾病如睡眠相關(guān)呼吸疾病、慢性鼻炎和心臟疾病。重癥哮喘患者對常規(guī)哮喘治療藥物如吸入型糖皮質(zhì)激素、長效β受體激動劑、長效抗膽堿藥反應(yīng)較差，特別是糖皮質(zhì)激素，即便在較大劑量依然無明顯改善[28]。重癥哮喘患者對糖皮質(zhì)激素的反應(yīng)性降低是重癥哮喘患者的重要特征[29]。目前尚無GAS5與重癥哮喘關(guān)系的研究。有研究顯示，體外用刀豆凝集素A誘導(dǎo)增殖健康人外周血單個核細胞，在甲基潑尼松龍干預(yù)后，激素不敏感組人外周血單個核細胞中GAS5水平較激素敏感組升高[30]，提示GAS5的表達差異可能影響哮喘患者對激素的敏感性，甚至可以用于重癥哮喘的早期診斷。

4 結(jié)語

GAS5與支氣管哮喘的關(guān)系密切。GAS5參與支氣管哮喘的核心機制是GAS5的部分轉(zhuǎn)錄物與GR結(jié)合并阻止GR被激活，進而阻止激素對其靶基因的調(diào)控，這在支氣管哮喘激素不敏感的診斷與治療中具有極大潛力。更為重要的是，GAS5與GR活性之間的數(shù)量關(guān)系，使得GAS5重要性更為突出，這對糖皮質(zhì)激素敏感性量化以及未來哮喘的精準(zhǔn)治療可能具有重要意義。另外，促炎癥介質(zhì)對GAS5水平的非累加作用暗示了同一條未明確的調(diào)節(jié)途徑，且使用轉(zhuǎn)化生長因子-β1干預(yù)后，GAS5的敲低不能使GR的活性升高到預(yù)想中的程度，這對進一步研究GAS5在糖皮質(zhì)激素抵抗中的作用奠定了基礎(chǔ)，并且為重癥哮喘的診斷、治療提出了新的思路。綜上所述，GAS5與支氣管哮喘關(guān)系密切，其在哮喘(尤其是重癥哮喘)中的作用機制值得深入研究。