長鏈非編碼RNA H19在腸黏膜屏障功能中的作用*

梁雪君 葉 蕾 汪芳裕

南方醫(yī)科大學(xué)附屬金陵醫(yī)院消化內(nèi)科(210002)

近年來隨著高通量測序技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)大部分人類基因組(約93%)可進(jìn)行轉(zhuǎn)錄，但小于2%的轉(zhuǎn)錄物編碼蛋白質(zhì)，而約75%的基因組轉(zhuǎn)錄為非編碼RNA，包括小干擾RNA(siRNA)、微RNA(miRNA)、piwi相互作用RNA(piRNA)和長鏈非編碼RNA(long noncoding RNA, lncRNA)[1]。LncRNA為長度大于200個核苷酸的非編碼RNA，能調(diào)節(jié)多種細(xì)胞過程。LncRNA根據(jù)其與最近的蛋白質(zhì)編碼基因的拓?fù)潢P(guān)系進(jìn)一步分為正義、反義、雙向、內(nèi)含子和基因間lncRNA。通常位于細(xì)胞核中的lncRNA參與基因轉(zhuǎn)錄和染色質(zhì)修飾，而細(xì)胞質(zhì)中的lncRNA通過與mRNA、miRNA或RBP直接相互作用來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后過程。

H19基因是第一個被發(fā)現(xiàn)的印記基因，位于人染色體11p15.5區(qū)域。LncRNA H19由H19基因轉(zhuǎn)錄而來，通過不同的分子機(jī)制作用于特定的基因來發(fā)揮多種細(xì)胞功能，這一過程取決于發(fā)育和疾病狀態(tài)的生物學(xué)和時空背景。H19在胚胎組織中大量表達(dá)，出生后在除骨骼肌和心臟外的其他組織中的表達(dá)均明顯下降[2]。H19調(diào)控細(xì)胞功能的機(jī)制包括表觀遺傳調(diào)控、H19/miR-675軸、miRNA海綿以及通過結(jié)合RBP調(diào)控靶基因的表達(dá)。研究表明，H19在食管癌組織中高表達(dá)，可能通過抑制let-7介導(dǎo)食管癌細(xì)胞增殖和侵襲[3]。褪黑素通過H19/miR-675/USP10通路拮抗心臟祖細(xì)胞的早衰[4]。近年研究[5]發(fā)現(xiàn)lncRNA H19在促進(jìn)膽管細(xì)胞增殖和膽汁淤積性肝損傷中起重要作用，其機(jī)制可能是通過增強(qiáng)S1PR2/SphK2通路的表達(dá)。同時H19作為let-7的分子海綿，可抑制let-7 miRNA的生物活性，導(dǎo)致let-7 miRNA靶向的HMGA2表達(dá)增加，從而促進(jìn)膽管細(xì)胞的生長。由此可見，H19可調(diào)節(jié)多種細(xì)胞內(nèi)過程，并在不同的組織和細(xì)胞間具有相對特異性。本文就lncRNA H19在腸道炎癥和腸道癌癥中的作用作一綜述。

一、炎癥狀態(tài)下H19在腸黏膜屏障功能中的作用

腸黏膜屏障由機(jī)械屏障、化學(xué)屏障、免疫屏障和生物屏障共同構(gòu)成，可阻止病原菌的侵襲，同時允許水和其他可溶性物質(zhì)進(jìn)入，在防止腸黏膜損傷方面起重要作用。腸道干細(xì)胞和擴(kuò)增的祖細(xì)胞不斷復(fù)制并驅(qū)動上皮細(xì)胞更新，而新分裂的細(xì)胞沿著隱窩絨毛軸向上遷移，分化成各種成熟的細(xì)胞類型包括杯狀細(xì)胞、Paneth細(xì)胞、腸吸收細(xì)胞等。盡管腸道具有快速自我更新的功能，但創(chuàng)傷、局部缺血、炎癥性腸病(IBD)、腸梗阻等疾病的發(fā)生均會引起腸黏膜屏障急性或慢性損傷，導(dǎo)致腸道炎癥[6]。

Zou等[7]的研究發(fā)現(xiàn)miR-675表達(dá)上調(diào)會抑制腸道緊密連接蛋白ZO-1和E-cadherin的表達(dá)，破壞腸黏膜屏障，而人抗原R(human antigen R, HuR)蛋白過表達(dá)可阻止H19介導(dǎo)的miR-675上調(diào)，恢復(fù)ZO-1和E-cadherin表達(dá)，并防止過表達(dá)lncRNA H19引起的上皮細(xì)胞屏障功能障礙。同時，腸上皮細(xì)胞中HuR靶向缺失可促進(jìn)miR-675的產(chǎn)生，并延緩腸屏障的恢復(fù)。故H19與HuR蛋白共同調(diào)控腸上皮屏障功能。H19高表達(dá)可抑制ZO-1和E-cadherin mRNA翻譯并誘導(dǎo)兩者mRNA的降解，進(jìn)而促進(jìn)腸黏膜屏障功能障礙。另一方面，HuR蛋白通過增加ZO-1和E-cadherin的表達(dá)，抑制H19對miR-675的加工并增強(qiáng)腸黏膜屏障功能。由此可見，H19/miR-675軸可通過HuR蛋白維持腸上皮內(nèi)環(huán)境的平衡。但Geng等[8]的研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA H19在維持腸黏膜屏障的穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用。LncRNA H19敲除小鼠并沒有表現(xiàn)出明顯的腸道缺陷，但在DSS誘導(dǎo)的急性結(jié)腸炎中，相對于正常小鼠，lncRNA H19敲除小鼠表現(xiàn)為腸上皮屏障功能完整性的延遲恢復(fù)。提示在正常生理狀態(tài)下，lncRNA H19對腸道發(fā)育和穩(wěn)態(tài)并不是必需的，但在炎癥引發(fā)腸黏膜屏障破壞的情況下，lncRNA H19在腸上皮的再生和修復(fù)中發(fā)揮重要作用。多項(xiàng)研究結(jié)果證實(shí)lncRNA H19在腸黏膜屏障穩(wěn)態(tài)中發(fā)揮重要作用，與腸道炎癥的發(fā)生息息相關(guān)，具體見表1。

表1 H19在腸道炎癥中作用的相關(guān)文獻(xiàn)匯總

二、H19在結(jié)直腸癌腸黏膜屏障中的作用

結(jié)直腸癌是全世界發(fā)病率第三、死亡率第二的癌癥，是中國人群第五大最常見的癌癥死亡原因[13]。研究發(fā)現(xiàn)，脫氧膽酸通過破壞腸黏膜的物理屏障和功能屏障促進(jìn)腸道腫瘤的發(fā)生[14]。Grivennikov等[15]認(rèn)為由結(jié)直腸癌引發(fā)的遺傳損傷引起屏障惡化，導(dǎo)致微生物產(chǎn)物侵入腺瘤，從而觸發(fā)腫瘤引發(fā)的炎癥，進(jìn)而推動腫瘤生長。

上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)是一種進(jìn)化上保守的程序，可將上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為進(jìn)入間充質(zhì)樣細(xì)胞狀態(tài)的細(xì)胞，這些細(xì)胞顯示出獨(dú)特的特征，包括干性、侵襲性、耐藥性和在遠(yuǎn)處器官形成轉(zhuǎn)移的能力，從而導(dǎo)致癌癥轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)[16-17]。典型的EMT標(biāo)志物包括細(xì)胞黏附分子如E-cadherin、Vimentin、N-cadherin、ITGA5和Fibronectin，以及轉(zhuǎn)錄因子如Snail1/2、ZEB1/2等[18]。

近期研究提出H19過表達(dá)觸發(fā)hnRNPA2B1從細(xì)胞核移位至細(xì)胞質(zhì)，增加hnRNPA2B1和Raf-1 mRNA之間的富集，從而穩(wěn)定和上調(diào)Raf-1表達(dá)，導(dǎo)致ERK激活，誘導(dǎo)EMT，最終促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的遷移和侵襲[19]。Ding等[20]的研究發(fā)現(xiàn)，H19低表達(dá)和miR-29b-3p高表達(dá)結(jié)直腸癌患者的總生存率(OS)遠(yuǎn)高于H19高表達(dá)和miR-29b-3p低表達(dá)者，其機(jī)制可能為H19通過抑制miR-29b-3p表達(dá)，下調(diào)下游PGRN，激活Wnt/β-catenin信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，導(dǎo)致結(jié)直腸癌內(nèi)EMT的發(fā)生。Wang等[21]的研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA H19可能是預(yù)測5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil, 5-Fu)耐藥的潛在生物學(xué)標(biāo)志物，H19通過競爭性結(jié)合miR-194-5p的共同miRNA響應(yīng)元件(MREs)來阻斷miR-194-5p對SIRT1介導(dǎo)的自噬抑制，從而促進(jìn)結(jié)直腸細(xì)胞對5-Fu的耐藥。另有多項(xiàng)研究結(jié)果顯示H19在介導(dǎo)結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移和耐藥方面起有關(guān)鍵作用，并強(qiáng)調(diào)了H19 作為結(jié)直腸癌預(yù)后預(yù)測因子和治療靶點(diǎn)的潛力，具體見表2。

表2 H19在腸道癌癥中作用的相關(guān)文獻(xiàn)匯總

三、H19調(diào)節(jié)腸道炎癌相關(guān)信號通路

當(dāng)腸道炎癥不能達(dá)到完全緩解，持續(xù)的炎癥會反復(fù)破壞黏膜上皮，上皮細(xì)胞的丟失必須通過上皮細(xì)胞增殖來彌補(bǔ)，這種修復(fù)機(jī)制的失控可能會導(dǎo)致癌癥發(fā)生[28]。Dai等[29]的研究構(gòu)建了AOM/DSS誘導(dǎo)的炎性結(jié)腸癌模型，AOM注射第2周可見嚴(yán)重結(jié)腸炎，第10周時發(fā)生結(jié)直腸腫瘤，且腸道組織中H19表達(dá)逐漸升高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。該研究同時對GDC數(shù)據(jù)庫中220例結(jié)腸癌患者進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，H19表達(dá)上調(diào)與結(jié)腸癌患者的預(yù)后不良相關(guān)。由此可見，H19在腸道炎癥和腸道癌癥過程中具有重要作用，但其具體機(jī)制仍待進(jìn)一步研究。

1. H19/維生素D受體(VDR)：VDR是一種核受體，1,25-(OH)2D3對腸道屏障功能的影響主要通過VDR信號通

2. H19/p53：p53是大小為53 kDa(1 Da=0.992 1 u)的蛋白質(zhì)，可響應(yīng)DNA損傷、低氧、癌基因表達(dá)、營養(yǎng)剝奪、核糖體功能障礙等多種細(xì)胞信號，抑制細(xì)胞增殖[32]。腸上皮細(xì)胞凋亡增加和p53信號通路過度激活是IBD的標(biāo)志[33]。研究發(fā)現(xiàn)，在炎癥條件下，IL-22通過STAT3和蛋白激酶A(protein kinase A, PKA)介導(dǎo)的機(jī)制激活lncRNA H19表達(dá)，H19可減弱p53活性，促進(jìn)腸上皮細(xì)胞的恢復(fù)[8]。Cen等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，PGE2激活的NF-κB可促進(jìn)Myc癌基因的轉(zhuǎn)錄，反過來，Myc作為轉(zhuǎn)錄因子可驅(qū)動H19上調(diào)，導(dǎo)致miR-675-5p表達(dá)增加，抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞中TP53 mRNA翻譯，促進(jìn)癌細(xì)胞增殖和遷移(圖2)。

圖1 H19/VDR在腸道中的通路圖

圖2 H19/p53在腸道中的通路圖

四、展望

大量研究表明，lncRNA是參與內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)、再生反應(yīng)和腫瘤發(fā)生所需的不同細(xì)胞過程的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子之一[1]。本文總結(jié)了H19在腸道炎癥和結(jié)直腸癌狀態(tài)下黏膜屏障功能中的調(diào)節(jié)作用、參與H19調(diào)節(jié)炎癌相關(guān)的信號通路，為探究H19在腸道炎癌轉(zhuǎn)變中的作用提供思考方向。

盡管H19在腸道中的研究成果眾多，但仍有許多要面對的問題：①H19對于慢性炎癥(如IBD)機(jī)制研究模式單一：大多數(shù)關(guān)于腸道炎癥的研究基于對機(jī)械屏障的研究，對于免疫屏障和生物屏障的研究甚少，而越來越多的研究認(rèn)為典型慢性腸道炎癥與免疫和腸道生物菌群有密不可分的聯(lián)系。同時慢性腸道炎癥模型的建立大多為DSS模型，與臨床IBD發(fā)病機(jī)制仍有較大差距，并不是一個完美的模型。近期的基因敲除鼠模型如MUC2敲除小鼠，或許是可供研究的模型之一[34]。②實(shí)驗(yàn)與臨床的差距：實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕⒍酁樾∈螅∈笈c人之間有不可跨越的種屬差異，研究成果能否用于人類腸道疾病的治療仍有許多困難需要突破。③缺乏多種臨床研究數(shù)據(jù)支持：盡管在病變組織和癌變患者血清中可檢測到H19升高，但研究數(shù)據(jù)量少、隨訪時間短，缺乏高質(zhì)量隨機(jī)對照試驗(yàn)。

未來關(guān)于lncRNA H19的研究應(yīng)更關(guān)注：①非侵入性檢測手段的開發(fā)，H19在臨床研究和基礎(chǔ)研究中的結(jié)果充分顯示了其作為非侵入性檢測手段的潛力。②H19在炎癌轉(zhuǎn)化中作用的進(jìn)一步探索：炎癥狀態(tài)下H19對腸道黏膜屏障功能的作用主要體現(xiàn)在腸黏膜機(jī)械屏障破壞、促進(jìn)腸黏膜上皮增殖和修復(fù)，這與H19促進(jìn)EMT、結(jié)直腸癌的發(fā)生具有一定的一致性，且H19表達(dá)在腸道炎癥、腸道癌癥階段呈進(jìn)行性升高[29]，因此H19很有可能在腸道炎癌轉(zhuǎn)換中發(fā)揮重要作用，但其中的機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。