長鏈非編碼RNA FIRRE的研究進展

趙曉霞 李曉梅

濱州醫(yī)學院附屬醫(yī)院 256600

通信作者：李曉梅，Email：lilylxm@163.com

長鏈非編碼RNA（long non-coding RNAs，lncRNAs）是一類轉(zhuǎn)錄本長度超過200 個核苷酸的RNA 分子，是RNA 聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物，起初被認為是基因組轉(zhuǎn)錄的“噪音”，不具有生物學功能［1］。近年研究表明，lncRNAs參與了X染色體沉默，基因組印記以及染色質(zhì)修飾，轉(zhuǎn)錄激活、干擾以及核內(nèi)運輸?shù)榷喾N重要的過程，它們雖極少具有蛋白編碼潛能，但能夠和DNA、RNA及蛋白質(zhì)結(jié)合，并與染色質(zhì)修飾復合物相關，在生理和病理條件下指導表觀遺傳調(diào)控［2］，lncRNAs也因其調(diào)控作用引起人們廣泛關注。最新研究表明lncRNA-FIRRE 可參與多種疾病的病理生理、預后等過程，為人們認識疾病拓寬了新的思路及尋找了新方向，因此，本文結(jié)合國內(nèi)外研究的最新進展，就FIRRE基因在各個系統(tǒng)疾病的診斷及治療方面的應用前景做一綜述。

1 FIRRE基因

功能基因間重復RNA 元件（FIRRE）是首先在人和老鼠的X 染色體上發(fā)現(xiàn)的，具有性別特異性作用的連鎖基因［3］，進一步研究發(fā)現(xiàn)，它產(chǎn)生一個逃避X 染色體失活（X-chromosome inactivation，XCI）的不活躍lncRNA［4］。在雌性哺乳動物中，使一條X 染色體上的大多數(shù)基因沉默，但FIRRE 基因逃避XCI，仍能在兩條X 染色體上表達，該基因在多種哺乳動物中是共價保守的，在許多胚胎組織，包括腦、肺、肝臟和心臟中可檢測到FIRRE RNA［5］。FIRRE 基因定位于其轉(zhuǎn)錄位點周圍的一個5 mb 結(jié)構(gòu)域，其外顯子是一個獨特的156 bp 重復RNA 結(jié)構(gòu)域（RRD），該結(jié)構(gòu)域既要與核內(nèi)不均一核糖核蛋白U（hnRNP U）相互作用，又需要定位FIRRE 基因在細胞核中的轉(zhuǎn)錄物［3，6］，因此，其作為核糖核保留信號是必要的和充分的；另一個重復序列R0 作為FIRRE 內(nèi)含子序列中的DNA 增強因子［7］，可招募CCCTC 結(jié)合因子（CTCF）和與CTCF 結(jié)合的黏連蛋白復合物核心元件（RAD21），CTCF 通過與基因組結(jié)合參與拓撲相關結(jié)構(gòu)域（TADs）的形成［8］，并將不活躍的X 染色體系在核仁的外圍［9-10］。關于FIRRE 基因的功能，目前認為：（1）原癌基因MYC 是一種潛在的FIRRE 基因上游轉(zhuǎn)錄激活因子，其能與FIRRE基因的啟動子結(jié)合，促進腫瘤的形成［11］；（2）在人類胚胎干細胞分化過程中，F(xiàn)IRRE 基因在神經(jīng)發(fā)生中起重要作用［9］，能造成腦小膠質(zhì)細胞損傷［12］；（3）FIRRE基因在核因子κB（NF-κB）介導的炎性反應通路中對炎癥基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控有重要作用［13］。

2 lncRNA-FIRRE在疾病中的作用及機制

研究表明，F(xiàn)IRRE 基因編碼的lncRNA-FIRRE 不僅在多種腫瘤的形成過程中發(fā)揮作用，而且還可能在疾病的預后中起到調(diào)節(jié)作用，可作為預后生物標志物［11］，同時在腦血管疾病及免疫反應中也存在差異性表達。

2.1 lncRNA-FIRRE 與血液系統(tǒng)疾病lncRNA-FIRRE 在血液系統(tǒng)的研究中，主要調(diào)節(jié)造血系統(tǒng)中的常染色體基因，包括常見淋巴祖細胞中的常染色體基因［14］，除對各類血細胞中的表達水平以及對血細胞發(fā)育過程的影響的研究外，目前對血液系統(tǒng)疾病的研究主要集中在彌漫性大B 細胞淋巴瘤（diffuse large B-cell lymphoma，DLBCL）這一疾病。

Lewandowski 等［5］在 以FIRRE 基因為模型研究體內(nèi)DNA 和RNA 介導的效應時，通過對常見失調(diào)基因的基因本體（gene ontology，GO）進行分析表明，F(xiàn)IRRE 位點的缺失影響了參與血紅蛋白調(diào)節(jié)和一般血液發(fā)育過程的基因，進一步研究發(fā)現(xiàn)FIRRE 基因在許多類型血細胞中都有表達，而且可造成造血過程中細胞類型的特異性缺陷，從而影響在造血過程中產(chǎn)生的特定血細胞的比例和數(shù)量，同時該基因在造血干細胞（HSCs）中表達最高［15］，隨著造血分化而降低［16］。

Shi 等［11］研究lncRNA 在DLBCL 中的作用機制時，利用qRT-PCR （Quantitative real-time-PCR） 證實，lncRNA-FIRRE 在DLBCL 組織和細胞中表達上調(diào)。隨后，為明確其具體機制進行了一系列研究，在分析FIRRE 基因的上游機制時發(fā)現(xiàn)，原癌基因MYC 參與了DLBCL 細胞中FIRRE 基因的轉(zhuǎn)錄激活，通過亞細胞分離和蛋白質(zhì)印跡法（western blot）分析表明，F(xiàn)IRRE 基因通過促進β-連環(huán)蛋白的核移位激活Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路，并通過調(diào)節(jié)β-連環(huán)蛋白的核移位促進DLBCL 細胞的生長，最后根據(jù)Kaplan Meier分析發(fā)現(xiàn)高水平FIRRE 與總的生存率低相關，通過基因敲除技術(shù)敲除FIRRE 基因后DLBCL 細胞的生長受到抑制，這表明FIRRE 基因在DLBCL 患者的預后中有重要的調(diào)節(jié)作用，既往研究表明lncRNAs 可能是一類理想的生物標記物，在癌癥預測、早期檢測、診斷等方面具有潛在的應用價值［2］，F(xiàn)IRRE 基因的發(fā)現(xiàn)可作為生物標志物為DLBCL 的臨床治療提供新的靶點。

2.2 lncRNA-FIRRE 與消化系統(tǒng)疾病 結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）是目前世界上排名第三的惡性腫瘤，是癌癥死亡的第二位原因［17］，近年來人們在CRC的分子機制和治療方面取得了很大進展，但CRC 患者的總體生存率并沒有顯著改變。因此，迫切需要尋找相應的生物標志物做到惡性腫瘤的早發(fā)現(xiàn)、診斷和治療來提高患者的生存率，lncRNAs 的發(fā)現(xiàn)及研究為惡性腫瘤的診斷和治療提供了新的靶點。

Li 等［18］利用下一代測序法（NGS 法）研究lncRNAs 和mRNAs 在結(jié)直腸癌患者中的表達譜的差異時，利用脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染法將合成的小干擾RNA（siRNA）和非特異性對照siRNA 分別轉(zhuǎn)染人結(jié)腸癌細胞（SW480 細胞），qRT-PCR 檢測轉(zhuǎn)染siRNA 后SW480 細胞的mRNA 表達水平，發(fā)現(xiàn)FIRRE 基因的敲除組細胞增殖、集落形成以及遷移和侵襲能力下降，說明lncRNA-FIRRE 可能作為CRC 的診斷標志物，為結(jié)直腸癌的診斷、治療提供新的策略，但該研究僅在體外評估了lncRNA的功能，有待進一步的動物實驗驗證。

2.3 lncRNA-FIRRE 與神經(jīng)系統(tǒng)疾病 研究表明LncRNAs 在缺血性腦卒中中存在調(diào)節(jié)障礙，但其的潛在機制尚未闡明。因此，Zang 等［12］為探討lncRNAs 介導的缺血性腦卒中的調(diào)節(jié)機制，其構(gòu)建了腦小膠質(zhì)細胞體外模擬腦缺血再灌注（oxygen and glucose deprivation/reoxygenation，OGD/R）損傷模型，通過微陣列分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)IRRE 基因與OGD/R 損傷有關，并在分子生物學的基礎上，證明了FIRRE基因可以激活NF-κB 信號通路，而活化的NF-κB 促進OGD/R 誘導的腦小膠質(zhì)細胞中FIRRE 基因表達。因此，F(xiàn)IRRE 基因和NF-κB 形成一個正反饋環(huán)，促進NLRP 3（nucleotide-binding oligomerization domain，leucine rich repeat and pyrin domain containing，3）炎癥小體的轉(zhuǎn)錄，從而導致腦小膠質(zhì)細胞OGD/R 損傷，為缺血性腦卒中的特異性治療提供新的靶點。

越來越多研究表明，lncRNAs 作為癌基因或抑癌基因參與神經(jīng)母細胞瘤（neuroblastoma，NB）的形成。NB 組織樣本會經(jīng)歷自發(fā)消退，但由于缺乏NB 組織樣本，lncRNAs 與NB 的自發(fā)消退之間的關系很少被研究，Meng 等［19］在鑒定與神經(jīng)母細胞瘤自發(fā)消退預后相關的lncRNAs 時，通過對死亡的4 期樣本和生存的4 s 期樣本進行差異表達分析，在每一個隊列中進行單變量cox比例風險回歸生存分析，以確定那些與總生存率（OS）顯著相關的lncRNA，對此lncRNA進行多變量cox 生存分析，發(fā)現(xiàn)lncRNA-FIRRE 是NB 患者生存的獨立預后因素，并發(fā)現(xiàn)lncRNA-FIRRE 的表達與NTRK1（neurotrophic receptor tyrosine kinase 1）的表達有統(tǒng)計學相關性，而NTRK1 是NB 自發(fā)消退的一個重要因子［20-21］，此研究表明lncRNA-FIRRE 不僅與NB 患者的預后密切相關，還可能參與NB 自發(fā)消退的過程，但其具體機制有待進一步相關研究。

2.4 lncRNA-FIRRE與免疫系統(tǒng) Lu等［13］在研究FIRRE基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控過程中發(fā)現(xiàn)FIRRE基因的轉(zhuǎn)錄受巨噬細胞和腸上皮細胞中NF-κB信號通路的控制。FIRRE基因在轉(zhuǎn)錄后對脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導下的巨噬細胞或腸上皮細胞中多種炎癥基因的表達起到了積極的調(diào)節(jié)作用。具體地說，F(xiàn)IRRE與hnRNP U相互作用，而hnRNP U是一種RNA結(jié)合蛋白，是最重要的RNA穩(wěn)定蛋白之一，兩者相互作用增強了炎癥基因mRNA的穩(wěn)定性，特異性地促進炎癥基因的表達。其證明了lncRNA-FIRRE是一條依賴于NF-κB炎癥信號通路的lncRNA，并發(fā)現(xiàn)其在天然免疫系統(tǒng)炎癥基因轉(zhuǎn)錄后調(diào)控中的新作用。Zang等［12］在研究lncRNAs介導的缺血性腦卒中的調(diào)節(jié)機制時，發(fā)現(xiàn)FIRRE/NF-κB正反饋環(huán)的存在，能促進炎癥小體的轉(zhuǎn)錄，同樣證明了FIRRE基因?qū)μ烊幻庖呦到y(tǒng)中炎癥基因的轉(zhuǎn)錄具有調(diào)節(jié)作用。

3 展望

lncRNAs 近來已成為調(diào)節(jié)基因表達的參與者之一，許多科學研究已揭示了其在多種疾病中的作用。目前關于lncRNA-FIRRE 的研究多集中在腫瘤方面，其可參與多種腫瘤及炎癥性疾病的疾病進程，在多種腫瘤細胞中出現(xiàn)高表達并能夠促進腫瘤的發(fā)生發(fā)展，已有研究表明腫瘤組織中FIRRE 基因的表達水平與多種疾病的預后相關，表明其在臨床預后方面具有潛在研究價值。此外，lncRNA-FIRRE可參與由NF-κB 信號通路介導的炎性疾病的發(fā)生發(fā)展，對炎性疾病具有重要的調(diào)節(jié)作用，有望為炎性疾病的治療提供新的靶點。但lncRNA-FIRRE 能否作為潛在的診斷和治療靶點而應用于臨床仍是一項挑戰(zhàn)，還需更多進一步的相關研究。