LncRNA及miRNA對(duì)NLRP3炎癥小體信號(hào)的調(diào)控機(jī)制及其在相關(guān)疾病中的意義

陸佳偉 劉效谷 張文波

江蘇大學(xué)附屬人民醫(yī)院普外科（江蘇鎮(zhèn)江212002）

NLRP3炎癥小體是一組存在于細(xì)胞質(zhì)的蛋白復(fù)合物，能夠識(shí)別多種內(nèi)、外源性危險(xiǎn)信號(hào)，導(dǎo)致caspase?1調(diào)控的炎癥因子活化及細(xì)胞凋亡，從而參與多種疾病的發(fā)生及發(fā)展［1］。非編碼RNA（non?coding RNA，ncRNA）是指轉(zhuǎn)錄組中不翻譯為蛋白質(zhì)的RNA分子，這些序列在轉(zhuǎn)錄組中占據(jù)主導(dǎo)并曾一度被認(rèn)為是“轉(zhuǎn)錄噪聲”而未受重視。然而近年的研究表明，非編碼RNA如微小RNA（microRNA，miRNA）和長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long non?coding RNA，lncRNA）等，在基因印記、染色質(zhì)重塑、細(xì)胞周期調(diào)控等過(guò)程中均發(fā)揮著重要作用［2-3］。近年來(lái)，不斷有文獻(xiàn)報(bào)道非編碼RNA對(duì)NLRP3炎癥小體相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)亦發(fā)揮重要的調(diào)控作用，因此本文就相關(guān)領(lǐng)域的新進(jìn)展展開(kāi)綜述，以期為治療NLRP3炎癥小體相關(guān)疾病提供新思路。

1 NLRP3 炎癥小體與疾病的關(guān)系

NLRP3炎癥小體屬于Nod樣受體蛋白（NLR）家族，在刺激信號(hào)作用下，一些NLRs能夠通過(guò)效應(yīng)結(jié)構(gòu)域暴露及CARD?CARD或PYD?PYD同型相互作用，形成由NLR、ASC和pro?caspase?1組成的大分子復(fù)合物，即炎癥小體［4］。炎癥體活化的結(jié)果是使pro?caspase?1首先被剪切，形成成熟型caspase?1，而后將無(wú)活性的IL?1和IL?18前體裂解為具有活性的IL?1β和IL?18并介導(dǎo)其分泌從而引起相關(guān)炎癥反應(yīng)［5］。近年來(lái)，NLRP3被發(fā)現(xiàn)與許多疾病的形成及進(jìn)展有關(guān)，例如在阿爾茲海默病或帕金森病，神經(jīng)炎癥的產(chǎn)生與兩種疾病的進(jìn)展緊密相關(guān)，激活的NLRP3炎癥小體在其中扮演了重要角色［6-7］。動(dòng)脈粥樣硬化是一種典型的炎癥相關(guān)疾病，膽固醇結(jié)晶的形成是導(dǎo)致其炎癥產(chǎn)生的早期原因，可誘發(fā)巨噬細(xì)胞中NLRP3炎癥小體的激活從而加快炎癥的進(jìn)展［8］。除了一些炎癥性疾病，NLRP3炎癥小體在部分癌癥，如肝細(xì)胞癌、胃癌中，也可促進(jìn)或抑制癌癥形成和進(jìn)展［9-10］。

2 非編碼RNA 的分類與作用機(jī)制

在真核生物基因組中，能夠編碼蛋白質(zhì)的RNA序列不到2%，剩余大多數(shù)基因組中的RNA序列不能編碼蛋白質(zhì)，被稱為非編碼RNA［11］。非編碼RNA是一組不能編碼蛋白質(zhì)但能發(fā)揮一定生物學(xué)功能的RNA分子，主要在染色質(zhì)重塑、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等方面調(diào)控細(xì)胞進(jìn)程［12］。非編碼RNA主要分為環(huán)形RNA（circle RNA，circRNA）、miRNA和lncRNA，其中miRNA和lncRNA是兩個(gè)研究最廣泛的非編碼RNA，與多種疾病的發(fā)病機(jī)制緊密相關(guān)。

2.1 miRNAmiRNA是細(xì)胞內(nèi)長(zhǎng)度約為22nt的核苷酸，包含許多能作用于信使RNA（message RNA，mRNA）抑制蛋白質(zhì)表達(dá)的分子。miRNA對(duì)mRNA的調(diào)控作用主要通過(guò)引導(dǎo)RISC（RNA?induced si?lencing complex）來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣的轉(zhuǎn)錄后水平的抑制作用主要有兩種的方式：一種是mRNA裂解，另一種是翻譯的抑制，而這兩種抑制方式的選擇則是由被抑制的目標(biāo)所決定的［13］。

2.2 LncRNALncRNA是指長(zhǎng)度大于200nt的核苷酸鏈。根據(jù)其功能不同，lncRNA可分成不同種類，如核糖體RNA、與染色質(zhì)相互作用RNA、miR?NA海綿、順式作用RNA等［14］。一方面，lncRNA可以在表觀遺傳（劑量補(bǔ)償效應(yīng)、染色質(zhì)修飾、基因組印記）水平對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控；另一方面，ln?cRNA可在轉(zhuǎn)錄水平進(jìn)行調(diào)控，如干擾mRNA或其他非編碼RNA的轉(zhuǎn)錄、與蛋白質(zhì)結(jié)合形成復(fù)合物或通過(guò)順式作用元件進(jìn)行調(diào)控基因表達(dá)；此外，ln?cRNA還可以在轉(zhuǎn)錄后水平進(jìn)行調(diào)控，通過(guò)參與mRNA降解、競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miRNA或調(diào)控mRNA的翻譯等方面發(fā)揮作用［15］。

3 非編碼RNA對(duì)NLRP3炎癥小體的調(diào)控作用

近年來(lái)，越來(lái)越多的研究表明非編碼RNA在多種NLRP3炎癥小體參與的疾病中發(fā)揮重要調(diào)控作用，這些研究多集中在帕金森、動(dòng)脈粥樣硬化、急性肺損傷及癌癥等疾病上。

3.1 帕金森?。╬arkinson disease）帕金森病是一種典型的老年慢性疾病，主要表現(xiàn)為運(yùn)動(dòng)障礙包括進(jìn)行性運(yùn)動(dòng)遲緩、肌強(qiáng)直、靜止性震顫和姿勢(shì)步態(tài)異常等［16］。深入研究其機(jī)制發(fā)現(xiàn)，非編碼RNA通過(guò)對(duì)NLRP3炎癥小體的調(diào)控影響神經(jīng)系統(tǒng)炎癥的產(chǎn)生，從而影響帕金森病的發(fā)生發(fā)展。lncRNA、小核糖體管家基因RNA1（small nucleolar RNA host gene 1，SNHG1）在帕金森患者的腦組織樣本中發(fā)現(xiàn)表達(dá)增高，通過(guò)分析其潛在的機(jī)制發(fā)現(xiàn)SNHG1可以作為mir?7的競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA（ceRNA），上調(diào)NLRP3，從而引發(fā)神經(jīng)炎癥［17］。研究發(fā)現(xiàn)在帕金森lncRNA Cox2可以通過(guò)與轉(zhuǎn)錄因子NF?κB p65結(jié)合，并促進(jìn)其向細(xì)胞核轉(zhuǎn)位及轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而激活NL?RP3炎癥小體相關(guān)通路［18］。

除了lncRNA，一些miRNA也被發(fā)現(xiàn)參與了帕金森病的進(jìn)展，并在其中發(fā)揮重要的作用。例如，研究人員發(fā)現(xiàn)將miR?7 mimics注入小鼠模型中可顯著減輕多巴胺能神經(jīng)元變性以及小膠質(zhì)細(xì)胞的激活，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)染miR?7 mimics的小鼠中NLRP3炎癥小體表達(dá)水平被顯著抑制，從而減輕了神經(jīng)炎癥［19］。在帕金森病病小鼠模型中，miR?30e已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)與神經(jīng)炎癥、神經(jīng)損傷及運(yùn)動(dòng)障礙緊密相關(guān)，研究其機(jī)制發(fā)現(xiàn)上調(diào)的miR?30e不僅可以抑制包括TNF?α，iNOS和COX?2等促炎癥細(xì)胞因子釋放，而且可以直接作用于NLRP3小體并抑制其表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致IL?1β和IL?18釋放減少［20］。此外，在一項(xiàng)體外研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)miR?135b能夠通過(guò)抑制Foxo1引起的NLRP3炎癥小體的激活和細(xì)胞焦亡，在帕金森病中發(fā)揮保護(hù)作用［21］。

3.2 動(dòng)脈粥樣硬化（atherosclerosis）動(dòng)脈粥樣硬化是一種因斑塊堆積導(dǎo)致動(dòng)脈狹窄的慢性進(jìn)行性疾病，以血管炎癥和粥樣斑塊的持續(xù)成長(zhǎng)為特點(diǎn)，隨著疾病的進(jìn)展最終會(huì)導(dǎo)致血流阻斷［22］。在動(dòng)脈粥樣斑塊形成過(guò)程中，NLRP3炎癥小體的激活在疾病進(jìn)展過(guò)程中發(fā)揮了重要作用［23］。研究其內(nèi)在機(jī)制發(fā)現(xiàn)，非編碼RNA通過(guò)對(duì)NLRP3炎癥小體的調(diào)控，參與了動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展。例如，向經(jīng)過(guò)氧化低密度脂蛋白（ox?LDL）處理的人動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞（HAECs）中添加miR?30c?5p后，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄因子叉頭盒O3（forkhead box O3，F(xiàn)OXO3）表達(dá)被抑制，由此抑制其下游基因NLRP3的表達(dá)。miR?9通過(guò)作用于Janus激酶1（JAK1）和金屬蛋白激酶13（MMP?13）抑制NLRP3炎癥小體表達(dá)而緩解動(dòng)脈粥樣硬化的癥狀。此外，lncRNA MALAT1可與miR?22競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，影響NLRP3小體的表達(dá)，從而促進(jìn)高糖誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞的焦亡，為動(dòng)脈粥樣硬化提供了新的治療靶點(diǎn)［24］。并且還有研究表明miR?22能夠通過(guò)抑制NLRP3炎癥小體通路的激活從而減少促炎癥細(xì)胞因子的含量來(lái)保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞。

3.3 急性肺損傷（acute lung injury）急性肺損傷是一種嚴(yán)重的呼吸道危急重癥，病死率較高，其病理特點(diǎn)表現(xiàn)為肺部炎癥和肺組織結(jié)構(gòu)破壞，雖然其具體發(fā)病機(jī)制不明確但炎癥反應(yīng)失控是其重要的發(fā)病機(jī)制之一。近年來(lái)，逐漸有文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)非編碼RNA與NLRP3炎癥小體的相互作用在急性肺損傷的發(fā)病機(jī)制中扮演了重要角色。例如，在脂多糖（LPS）引起的急性肺損傷模型中，miR?16在肺組織中低表達(dá)，通過(guò)其激動(dòng)劑使其高表達(dá)發(fā)現(xiàn)肺組織損傷較前減輕，miR?16可通過(guò)調(diào)控TLR4/NF?kB通路抑制NLRP3炎癥小體的激活從而減輕肺炎癥反應(yīng)［25］。類似地，miR?223可以通過(guò)調(diào)控RHOB蛋白表達(dá)影響TLR4/NF?kB通路激活從而改善肺部損傷［26］。

此外，一些miRNA通過(guò)直接作用于NLRP3炎癥小體發(fā)揮調(diào)控作用。miR?24在急性肺損傷模型中過(guò)表達(dá)后肺部損傷減輕，研究其機(jī)制發(fā)現(xiàn)miR?24可以通過(guò)直接作用于NLRP3 mRNA的CDS區(qū)域抑制其表達(dá)從而減輕肺部炎癥［27］。miR?495啟動(dòng)子的甲基化會(huì)下調(diào)miR?495，進(jìn)而導(dǎo)致NLRP3炎癥小體表達(dá)增高從而加重肺損傷［28］。

3.4 癌癥（cancer）據(jù)報(bào)道，炎癥小體在一些惡性腫瘤中異常表達(dá)并被激活，并在腫瘤發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮重要作用。研究發(fā)現(xiàn)NLRP3炎癥小體在口腔鱗狀細(xì)胞癌（OSCC）中異常過(guò)度表達(dá)，降低其表達(dá)顯著降低OSCC細(xì)胞增殖，遷移和侵襲。在肺癌的研究中發(fā)現(xiàn)NLRP3炎癥小體激活加劇了A549細(xì)胞的增殖和遷移。但NLRP3炎癥小體同時(shí)也具有抑制癌癥的作用，比如在結(jié)腸癌中NLRP3就具有抑制癌癥的作用。

不少研究發(fā)現(xiàn)NLRP3炎癥小體在癌癥中的作用受到一些非編碼RNA的調(diào)控。例如，在口腔鱗狀細(xì)胞癌，miR?22表達(dá)下降，可通過(guò)直接作用于NLRP3炎癥小體并抑制其表達(dá)從而抑制腫瘤的發(fā)生、發(fā)展［29］。類似地，miR?2233p被發(fā)現(xiàn)在乳腺癌中，同樣可以直接抑制NLRP3炎癥小體表達(dá)進(jìn)而抑制乳腺癌進(jìn)展［30］。除了miRNA，lncRNA XLOC_000647在胰腺癌組織中表達(dá)下降，NLRP3作為其鄰近基因受lncRNA XLOC_000647的順式調(diào)控，過(guò)表達(dá)的lncRNA XLOC_000647可以抑制NLRP3炎癥小體表達(dá)從而抑制胰腺癌細(xì)胞的遷移、侵襲等能力，發(fā)揮抑癌作用［31］。

除了對(duì)NLRP3炎癥小體的直接調(diào)控以外，有不少研究表明lncRNA可作為ceRNA，充當(dāng)miRNA的分子海綿以抑制NLRP3炎癥小體的表達(dá)。例如，在胃癌中l(wèi)ncRNA ADAMTS9?AS2通過(guò)與miR?223?3p結(jié)合，抑制其表達(dá)從而促進(jìn)了細(xì)胞凋亡。LncRNA DANCR在胰腺癌中表達(dá)增高，并可以下調(diào)miR?135a，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)DANCR可通過(guò)調(diào)控miR?135a/NLRP3通路促進(jìn)胰腺癌細(xì)胞增殖和侵襲［32］。

3.5 其他（others）除上述疾病外，非編碼RNA對(duì)NLRP3炎癥小體的調(diào)控作用在部分疾病中也有少量研究。如在感染性休克模型中，敲除miR?21可導(dǎo)致外周血鋅指蛋白A20表達(dá)增高進(jìn)而抑制NLRP3炎癥小體表達(dá)，從而減少相關(guān)細(xì)胞的焦亡［33］。在椎間盤退變的患者，lncRNA LINC00969可作為miR?335?3p競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA影響硫氧還蛋白相互作用蛋白（TXNIP）介導(dǎo)的NLRP3炎癥小體的表達(dá)［34］。在乳腺炎中，激活的NF?κB通路可上調(diào)lncRNA XIST，反過(guò)來(lái)，lncRNA XIST可形成負(fù)反饋環(huán)路，調(diào)控NF?κB/NLRP3炎癥小體通路介導(dǎo)的炎癥過(guò)程［35］?？傊?，非編碼RNA對(duì)NLRP3炎癥小體的調(diào)控在不少疾病中都有研究，但相關(guān)研究仍較少且不夠深入，通過(guò)對(duì)相關(guān)疾病的深入研究，有望為解決部分疾病提供方案。

4 總結(jié)與展望

經(jīng)過(guò)對(duì)lncRNA，miRNA和NLRP3炎癥小體的結(jié)構(gòu)和功能及相關(guān)疾病的了解，發(fā)現(xiàn)在人體內(nèi)約占98%的非編碼RNA雖然不能編碼蛋白質(zhì)，但卻具有很強(qiáng)大的調(diào)控功能。NLRP3炎癥小體的啟動(dòng)和激活也受到miRNA和lncRNA的調(diào)控，其主要的過(guò)程是lncRNA對(duì)miRNA進(jìn)行調(diào)控，這一作用被稱為“海綿作用”，而通過(guò)這一作用能夠使miRNA失去活性導(dǎo)致其無(wú)法發(fā)揮其沉默翻譯的功能，導(dǎo)致炎癥小體大量產(chǎn)生。但從目前的研究來(lái)看，許多的機(jī)制與通路并未完全研究透徹，而且對(duì)于不同的疾病，比如不同的癌癥中，它們也分別扮演著促進(jìn)與抑制的作用，而這一區(qū)別也有待進(jìn)一步研究。除此之外，lncRNA也能直接調(diào)節(jié)靶基因的啟動(dòng)子區(qū)上的CpG島甲基化來(lái)調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄，而這一作用在對(duì)于NLRP3炎癥小體的調(diào)節(jié)作用卻沒(méi)有太多的研究。另外，非編碼RNA中的circRNA也作為ceRNA競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miRNA的能力，但其在NLRP3炎癥小體的調(diào)控中的作用還并未有相關(guān)的研究證實(shí)，所以需要進(jìn)一步的研究。