LncRNA和RBP在免疫調(diào)節(jié)中的研究進(jìn)展①

雷艷婷 李兆瀛 孫 博 汪嘉麒 李呼倫

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)，哈爾濱 150081)

固有免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)由多種免疫細(xì)胞組成，共同保護(hù)宿主免受病原微生物侵害。免疫細(xì)胞的激活受基因表達(dá)的動態(tài)變化影響，基因產(chǎn)物在對抗病原微生物、修復(fù)啟動、終止炎癥反應(yīng)等過程中發(fā)揮作用。長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，LncRNA)分子與多種免疫細(xì)胞的功能相關(guān)，大多數(shù)LncRNA分子需要與1個(gè)或多個(gè)RNA結(jié)合蛋白(RNA-binding protein，RBP)形成復(fù)合物發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。本文對LncRNA分子和RBP在免疫過程中的調(diào)節(jié)功能進(jìn)行綜述。

1 LncRNA和RBP概述

1.1LncRNA簡介 LncRNA是長度大于200個(gè)核苷酸、缺少開放閱讀框架且無蛋白編碼能力的內(nèi)源性RNA分子。GENCODE數(shù)據(jù)庫(version 29)顯示，人類基因組中有蛋白編碼基因19 940個(gè)，LncRNA基因16 066個(gè)，LncRNA轉(zhuǎn)錄本29 566個(gè)，且LncRNA基因數(shù)量仍在增加[1]。

LncRNA分子可在不同的細(xì)胞發(fā)育過程及多個(gè)水平執(zhí)行調(diào)控功能，其失調(diào)可引發(fā)多種疾病[2]。LncRNA分子定位不同，發(fā)揮作用的機(jī)制亦不相同，目前僅有小部分LncRNA分子功能被明確闡述。LncRNA不同亞細(xì)胞定位具有不同的調(diào)控機(jī)制，核定位的LncRNA以多種模式調(diào)節(jié)基因表達(dá)，可作為信號分子調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子活性，也可作為誘餌競爭性與轉(zhuǎn)錄因子或RBP結(jié)合，間接調(diào)控目標(biāo)基因轉(zhuǎn)錄，還可作為支架分子，通過分子自身的多個(gè)結(jié)構(gòu)域結(jié)合不同蛋白分子或作為復(fù)合體裝配的中心平臺，在同一位置同時(shí)結(jié)合多個(gè)效應(yīng)組件而發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。LncRNA也可作為引導(dǎo)分子，將轉(zhuǎn)錄因子或RBP引導(dǎo)至特定的靶點(diǎn)以激活或阻遏轉(zhuǎn)錄，并誘導(dǎo)染色體彎曲以加強(qiáng)增強(qiáng)子與啟動子區(qū)域的關(guān)聯(lián)。細(xì)胞質(zhì)中存在的LncRNA分子可發(fā)揮穩(wěn)定核糖核蛋白復(fù)合物、調(diào)節(jié)mRNA穩(wěn)定性的作用，或作為競爭性內(nèi)源RNA競爭性結(jié)合miRNA，調(diào)節(jié)翻譯過程[3]。

1.2RBP簡介 RBP是指直接與RNA結(jié)合的蛋白質(zhì)的總稱。直接與RNA結(jié)合的區(qū)域稱為RNA結(jié)合區(qū)域(RNA-binding domain，RBD)，RBP通常包括1個(gè)或多個(gè)RBD，根據(jù)RBD的結(jié)構(gòu)和功能可分為RNA識別基序(RNA recognition motif,RRM)、DEAD 基序(DEAD motif)、K同源結(jié)合域(K-homology domain)、Sm結(jié)合域、富含精氨酸和甘氨酸的區(qū)域(arginine-glycine-rich domain，RGG)、鋅指蛋白結(jié)合域及雙鏈RNA結(jié)合基序(double-stranded RNA-binding motif,DSRM)等[4]。類型豐富的RBD組成了數(shù)以千計(jì)的RBP，通過與不同類型的轉(zhuǎn)錄本結(jié)合，豐富細(xì)胞內(nèi)RNA的調(diào)節(jié)方式。

細(xì)胞中的RNA與RBP相互作用形成核糖核蛋白(RNP)復(fù)合物，在RNA的合成、轉(zhuǎn)運(yùn)、穩(wěn)定性、翻譯和細(xì)胞定位等方面發(fā)揮重要作用[5]。因此研究LncRNA分子和RBP的互相作用機(jī)制是揭開其神秘面紗的關(guān)鍵。

2 LncRNA和RBP與免疫調(diào)節(jié)

免疫系統(tǒng)精密而復(fù)雜，多種免疫細(xì)胞共同應(yīng)對病原體感染，促進(jìn)免疫激活。近10年研究表明LncRNA分子通過與DNA、RNA和蛋白質(zhì)相互作用參與免疫調(diào)節(jié)，大部分LncRNA分子通過與RBP結(jié)合發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用。本文從LncRNA分子與RBP的發(fā)展趨勢、RBP的屬性和兩者發(fā)揮的免疫調(diào)節(jié)功能3方面梳理LncRNA分子與RBP在免疫調(diào)節(jié)過程中的研究進(jìn)展，有助于了解LncRNA分子和RBP在免疫細(xì)胞中的研究現(xiàn)狀，為探索LncRNA分子的作用機(jī)制和生物學(xué)功能提供參考。

2.1LncRNA與RBP的發(fā)展趨勢 LncRNA分子一度被認(rèn)為是“垃圾RNA”和轉(zhuǎn)錄“噪音”，但研究發(fā)現(xiàn)LncRNA分子也像蛋白編碼基因一樣，參與免疫系統(tǒng)多種生物學(xué)過程，包括細(xì)胞增殖、分化、凋亡、發(fā)育和免疫應(yīng)答[6，7]。

近10年研究已闡明LncRNA分子和RBP參與免疫調(diào)節(jié)的作用機(jī)制。2015年前發(fā)現(xiàn)的RBP種類較為單一，對其參與免疫調(diào)節(jié)功能的認(rèn)識也較為局限，2016年后被發(fā)現(xiàn)的RBP種類逐漸豐富，參與免疫調(diào)節(jié)的功能更加多樣化，同時(shí)發(fā)現(xiàn)兩者參與的信號通路逐漸增多，為闡明LncRNA分子和RBP參與免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)機(jī)制做出重要貢獻(xiàn)(圖1)。

圖1 免疫系統(tǒng)中不同屬性來源的LncRNA結(jié)合蛋白數(shù)量統(tǒng)計(jì)圖Fig.1 Statistics of LncRNA binding proteins numbers from different attributes in immune system

2.2RBP的屬性分類 多種已知蛋白質(zhì)分子可與LncRNA結(jié)合。根據(jù)RBP不同的屬性來源，可將其分為轉(zhuǎn)錄因子、核不均一核糖核蛋白、組蛋白修飾酶、染色質(zhì)重塑復(fù)合物、受體和其他酶類，RBP屬性不同，LncRNA分子結(jié)合后發(fā)揮的免疫調(diào)節(jié)作用機(jī)制也不同。

轉(zhuǎn)錄因子可與LncRNA相結(jié)合參與免疫應(yīng)答，異質(zhì)核糖核蛋白、組蛋白修飾酶和染色質(zhì)重塑復(fù)合物亦可與LncRNA分子結(jié)合參與免疫調(diào)節(jié)。多種酶和受體也可作為RBP參與免疫調(diào)節(jié)，與LncRNA協(xié)同發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用(表1)。目前免疫相關(guān)的LncRNA分子數(shù)量仍在增加，與其結(jié)合的RBP屬性分類也逐漸細(xì)化，因此本文對于RBP屬性來源進(jìn)行梳理和歸納，為未來LncRNA-RBP復(fù)合體研究提供方向。

2.3LncRNA和RBP的免疫調(diào)節(jié)功能 為響應(yīng)不同的外界刺激(微生物、細(xì)胞因子或內(nèi)源性危險(xiǎn)信號等)，LncRNA分子與RBP形成調(diào)節(jié)性復(fù)合體，促進(jìn)或抑制編碼基因表達(dá)并調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞系發(fā)育過程，實(shí)現(xiàn)對免疫系統(tǒng)的精確調(diào)控。本文梳理了近10年免疫系統(tǒng)中LncRNA-RBP復(fù)合體的研究成果，發(fā)現(xiàn)基因變化的產(chǎn)物參與免疫調(diào)節(jié)的多個(gè)過程，包括免疫細(xì)胞增殖、分化、凋亡、發(fā)育和免疫應(yīng)答，證明LncRNA分子和RBP在免疫調(diào)節(jié)中的重要性(表2)。

2.3.1LncRNA分子和RBP調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞分化 LncRNA分子和RBP在免疫細(xì)胞分化過程中具有重要作用。CD4+T細(xì)胞可分化為效應(yīng)性T細(xì)胞，在適應(yīng)性免疫應(yīng)答中起關(guān)鍵作用。NeST是Th1特異性lincRNA，位于IFN-γ編碼基因附近，可通過結(jié)合組蛋白修飾酶WDR5順式調(diào)節(jié)IFN-γ基因表達(dá)誘導(dǎo)Th1細(xì)胞分化[11]。Ranzani等[17]研究表明Linc-MAF-4可招募組蛋白修飾酶EZH2和LSD1至Th2特異性轉(zhuǎn)錄因子MAF的啟動子處并抑制其轉(zhuǎn)錄，從而影響naive CD4+T細(xì)胞極化至Th2細(xì)胞的過程。此外，Xia等[26]研究發(fā)現(xiàn)lnc-Smad3與組蛋白去乙?；窰DAC1結(jié)合，抑制Smad3轉(zhuǎn)錄并影響Foxp3表達(dá)，干擾Treg細(xì)胞分化。上述研究表明LncRNA分子可與組蛋白修飾酶來源的RBPs協(xié)同調(diào)節(jié)細(xì)胞因子和轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)影響T細(xì)胞分化。LncRNA分子可通過調(diào)節(jié)免疫耐受影響腫瘤發(fā)生發(fā)展，lnc-EGFR與EGFR特異性結(jié)合阻斷EGFR與c-CBL相互作用和EGFR泛素化，促進(jìn)Treg細(xì)胞分化，為肝癌治療提供潛在靶點(diǎn)[31]。LncRNA和RBP還可作用于DC和單核/巨噬細(xì)胞等參與固有免疫應(yīng)答調(diào)節(jié)。Wang等[13]發(fā)現(xiàn)DC中特異性高表達(dá)的lnc-DC可通過結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子STAT3阻止SHP-1對STAT3的去磷酸化，促進(jìn)STAT3-酪氨酸705磷酸化調(diào)節(jié)單核細(xì)胞向DC分化。LncRNA- NTT在THP-1細(xì)胞中受單核細(xì)胞的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子C/EBPβ調(diào)控，通過hnRNPU與臨近基因PBOV1的啟動子結(jié)合，影響巨噬細(xì)胞分化[33]。

2.3.2LncRNA和RBP調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞炎癥基因表達(dá) 為響應(yīng)不同的外界刺激，LncRNA與RBP形成調(diào)節(jié)性復(fù)合體影響編碼基因表達(dá)以實(shí)現(xiàn)對免疫系統(tǒng)的精確調(diào)控。PACER作為巨噬細(xì)胞受LPS刺激后產(chǎn)生的LncRNA，可與NF-κB亞基p50結(jié)合，促進(jìn)PTGS2轉(zhuǎn)錄和炎癥反應(yīng)激活[12]。TNF-α和IL-1β刺激可促進(jìn)LncRNA-Lethe表達(dá)，而LncRNA-Lethe結(jié)合NF-κB亞基RelA抑制NF-κB DNA結(jié)合活性和靶基因活化，從而抑制過度炎癥反應(yīng)[9]。Li等[14]研究發(fā)現(xiàn)THRIL與hnRNPL結(jié)合形成功能性復(fù)合物并通過反式作用結(jié)合TNF-α啟動子，調(diào)節(jié)TNF-α表達(dá)。NEAT1是調(diào)控核小體形成過程中起關(guān)鍵作用的LncRNA分子，可誘導(dǎo)剪切因子SFPQ核轉(zhuǎn)位使其離開CXCL8啟動子結(jié)合區(qū)域而進(jìn)入核旁小體，導(dǎo)致IL-8轉(zhuǎn)錄激活[15]。研究發(fā)現(xiàn)在病毒感染早期Lnczc3h7a可與泛素連接酶TRIM25和活化的視黃酸誘導(dǎo)基因蛋白-Ⅰ(RIG-Ⅰ)結(jié)合，促進(jìn)TRIM25介導(dǎo)的RIG-Ⅰ參與的K63連鎖泛素化，使Ⅰ型干擾素產(chǎn)生增加并調(diào)節(jié)抗病毒先天免疫反應(yīng)[36]。而宿主來源、Ⅰ型干擾素誘導(dǎo)產(chǎn)生的Lnc-Lsm3b可作為誘餌分子與病毒RNA競爭性結(jié)合RIG-Ⅰ單體，限制RIG-Ⅰ蛋白構(gòu)象轉(zhuǎn)移，阻止下游信號傳遞，終止IFNs過度產(chǎn)生，在免疫應(yīng)答晚期發(fā)揮負(fù)反饋調(diào)節(jié)作用[24]。

表1 免疫系統(tǒng)中LncRNA結(jié)合蛋白的屬性分類

表2 LncRNA和RBP在免疫細(xì)胞中的免疫調(diào)節(jié)功能

3 總結(jié)與展望

LncRNA分子和RBP在多種細(xì)胞的免疫應(yīng)答中具有重要調(diào)控功能。近年研究雖取得較大進(jìn)展，但兩者作用機(jī)制復(fù)雜，尚有多種作用機(jī)制未被明確闡明，且目前研究具有局限性，LncRNA物種間的差異亦導(dǎo)致目前研究缺陷。因此，將功能性LncRNA分子和RBP整合于自身免疫系統(tǒng)，深入研究兩者的作用機(jī)制，探討不同物種間LncRNA-RBP復(fù)合物的作用機(jī)制差異，可加深對疾病發(fā)生發(fā)展的認(rèn)識，為自身免疫性疾病的預(yù)防、診斷和治療提供新的思路和方案。