LncRNA GAS5在足細(xì)胞損傷中的作用研究

韋美理，林栩

(1. 右江民族醫(yī)學(xué)院研究生學(xué)院，廣西 百色 533000；2. 右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腎內(nèi)科，廣西 百色 533000)

慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)越來(lái)越成為危害人類健康不可忽視的疾病，因此也備受全球衛(wèi)生相關(guān)部門的關(guān)注。研究表明，全球CKD的患病率為8%～16%[1]，在中國(guó)，成人CKD患病率較高，老年人群尤為顯著[2]?！澳I臟疾病·改善全球預(yù)后(Kidney Disease·Improving Global Outcomes，KDIGO)” 組織2012年指南將CKD分為5期[3]，CKD一旦進(jìn)展至5期(腎衰竭期)時(shí)將面臨腎臟替代治療，隨之而來(lái)的各種并發(fā)癥，包括疾病本身引起的以及在治療過(guò)程中引起的，如心腦血管疾病、感染、水電解質(zhì)及酸堿平衡紊亂等，是導(dǎo)致終末期CKD患者死亡的主要原因。因此防治并發(fā)癥及延緩CKD的進(jìn)展是目前需攻克的一大難題[4]。

腎小球疾病是導(dǎo)致CKD的主要原因之一，無(wú)論原發(fā)性還是繼發(fā)性的腎小球疾病，其共同特點(diǎn)是足細(xì)胞損傷繼而出現(xiàn)蛋白尿，最終進(jìn)展為CKD 5期。由此可知，足細(xì)胞與CKD的發(fā)生、發(fā)展密不可分，充分了解足細(xì)胞損傷的相關(guān)機(jī)制，從而通過(guò)早期防治可延緩慢性腎臟病的進(jìn)展，甚至可能成為日后治療CKD的關(guān)鍵。

人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到，長(zhǎng)鏈非編碼RNA (long non-coding RNA，LncRNA) 在基本的生物學(xué)過(guò)程中起著至關(guān)重要的調(diào)節(jié)作用，因此，它們的失調(diào)可能導(dǎo)致包括腎臟病在內(nèi)的主要人類疾病。因此，對(duì) LncRNA 生物學(xué)的更多理解可能會(huì)為致病機(jī)制提供新的見(jiàn)解，從而為診斷和治療提供新的機(jī)會(huì)。在這方面特別受關(guān)注的是長(zhǎng)鏈非編碼RNA生長(zhǎng)阻滯特異性轉(zhuǎn)錄物5(LncRNA growth arrest-specific transcript 5，LncRNA GAS5)，它參與多種疾病的發(fā)病機(jī)制，其表達(dá)水平與臨床病理特征和患者預(yù)后相關(guān)。LncRNA GAS5的生物學(xué)功能研究提示，LncRNA GAS5既抑制多種類型細(xì)胞增殖又促進(jìn)其凋亡，而且這些細(xì)胞作用機(jī)制可能共同構(gòu)成其抑制腫瘤作用的基礎(chǔ)[5]。近年來(lái)，對(duì)LncRNA GAS5分子作用機(jī)制的理解取得了進(jìn)展，如LncRNA GAS5能通過(guò)調(diào)控免疫細(xì)胞的增殖和活性來(lái)參與免疫應(yīng)答，從而影響自身免疫性疾病的發(fā)生發(fā)展[6]?？偠灾?，LncRNA GAS5研究的結(jié)果具有改善疾病的診斷和治療以及最終改善患者預(yù)后的潛力。為了說(shuō)明這一觀點(diǎn)，本文著重介紹了LncRNA GAS5的結(jié)構(gòu)及生物學(xué)功能、其參與足細(xì)胞損傷的機(jī)制以及最終導(dǎo)致CKD的研究進(jìn)展。

1 LncRNA GAS5 的基因結(jié)構(gòu)

LncRNA是一類長(zhǎng)度大于200個(gè)核苷酸的非編碼RNA，轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物在剪接或不剪接后變?yōu)槌墒斓?LncRNA，帶有或不帶有poly(A)尾巴。LncRNA 位于細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)中，具有復(fù)雜且可變的功能。LncRNA GAS5是位于1號(hào)染色體長(zhǎng)臂2區(qū)5帶的一類LncRNA，除了能編碼LncRNA外，還編碼snoRNAs、microRNAs和piRNAs。LncRNA GAS5包含12個(gè)外顯子和11個(gè)內(nèi)含子，外顯子僅包含一個(gè)短的開(kāi)放閱讀框，無(wú)編碼蛋白的功能。然而，由于第7外顯子中存在 5′-剪接供體位點(diǎn)，這些外顯子被剪接后可以產(chǎn)生兩個(gè)成熟的LncRNA，即GAS5a和GAS5b，其中GAS5b被認(rèn)為是其主要轉(zhuǎn)錄物[1]。LncRNA GAS5的首個(gè)外顯子中存在5′-末端寡嘧啶(5′-TOP)序列，LncRNA GAS5的生物學(xué)特征是由5′-末端的寡聚核糖核苷酸序列決定的[7]。5′TOP轉(zhuǎn)錄子能夠被免疫抑制劑抑制自身的翻譯，5′-TOP mRNA的另一個(gè)特征是其受到生長(zhǎng)依賴轉(zhuǎn)譯的控制。此外，LncRNA GAS5的內(nèi)含子能夠編碼10個(gè)人類或9個(gè)老鼠C/D框 snoRNAs，這些RNA參與rRNA的2’-O-甲基化；U44 snoRNA指導(dǎo)18S rRNA的修飾，剩余的snoRNAs直接修飾28S rRNA。此外，在這些snoRNAs中，U44、U74 和 U78可能是 microRNA 的前體[8]。既往研究也發(fā)現(xiàn)GAS5的mRNA水平在細(xì)胞生長(zhǎng)抑制中有轉(zhuǎn)錄后積聚的現(xiàn)象[7]。

2 LncRNA GAS5 參與生物學(xué)行為的調(diào)控機(jī)制

研究證明，LncRNA 的表達(dá)不僅具有細(xì)胞特異性和組織特異性，而且在真核生物發(fā)育過(guò)程的特定階段表達(dá)，即發(fā)育階段特異性[9]。LncRNA 是許多生物學(xué)行為發(fā)生過(guò)程中的重要調(diào)控因子，例如蛋白修飾、轉(zhuǎn)錄和逆轉(zhuǎn)錄調(diào)控DNA 甲基化、細(xì)胞周期[10]。研究證明，LncRNA 與許多疾病的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)，包括腎臟疾病[11-14]。LncRNA 可通過(guò)調(diào)節(jié)糖尿病性腎病中波形蛋白和腎素的表達(dá)來(lái)促進(jìn)足細(xì)胞的上皮-間充質(zhì)-過(guò)渡(EMT)過(guò)程，此外，與足細(xì)胞代謝變化的密切關(guān)系使LncRNA成為腎臟疾病發(fā)病機(jī)制中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[15]。LncRNA 在許多腎臟疾病的發(fā)生中起重要的調(diào)節(jié)作用，包括糖尿病性腎病、腎臟炎癥和纖維化、腎細(xì)胞癌、腎損傷、腎移植排斥反應(yīng)等[16]。LncRNA GAS5作為L(zhǎng)ncRNA中的一員，在多種急、慢性疾病的發(fā)生和發(fā)展過(guò)程中具有重要調(diào)控作用。LncRNA GAS5主要通過(guò)以下三種形式參與細(xì)胞生物學(xué)行為的調(diào)控。

2.1激活或抑制基因轉(zhuǎn)錄 LncRNA GAS5作為誘餌，與具有轉(zhuǎn)錄功能的調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合并通過(guò)“滴定”的方式調(diào)節(jié)相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄的激活或抑制。LncRNA GAS5于1988年由Schneider C等 在小鼠纖維母細(xì)胞NIH 3T3中首次分離出來(lái)，通過(guò)血清饑餓或雷帕霉素治療后NIH 3T3細(xì)胞中LncRNA GAS5的表達(dá)呈上升趨勢(shì)，且LncRNA GAS5還能引起T淋巴細(xì)胞的生長(zhǎng)阻滯[17]。Tani H等[18]在人腎上皮細(xì)胞HEK293T中研究證實(shí)LncRNA GAS5可通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合糖皮質(zhì)激素受體而影響糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)的蛋白激酶及其下游信號(hào)分子cIAP、SGK1的表達(dá)，并參與細(xì)胞增殖、離子通道以及細(xì)胞生長(zhǎng)的調(diào)控。其還可以調(diào)節(jié)其他受體的轉(zhuǎn)錄活性，如雄激素、孕激素等[19-20]。有研究通過(guò)敲低人原代淋巴細(xì)胞和人T淋巴細(xì)胞系CEM-C7和MOLT-4中LncRNA GAS5的表達(dá)，再讓這些細(xì)胞經(jīng)過(guò)雷帕霉素處理后發(fā)現(xiàn)雷帕霉素的抑制效應(yīng)被減輕50%以上以及雷帕霉素引起的細(xì)胞周期阻滯效應(yīng)被消除，過(guò)表達(dá)LncRNA GAS5可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡增加和細(xì)胞周期受阻[19]。此外，有研究經(jīng)過(guò)敲低細(xì)胞LncRNA GAS5的表達(dá)后再使用mTOR其它廣譜抑制劑處理，發(fā)現(xiàn)LncRNA GAS5保護(hù)效應(yīng)減低[9]。

2.2調(diào)控靶基因的表達(dá) LncRNA GAS5可作為miRNA或剪切因子的誘餌，通過(guò)靶向結(jié)合miRNA而負(fù)性調(diào)控miRNA下游靶基因的表達(dá)。Gu J等[21]通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件分析出LncRNA GAS5存在miR-23a的靶向結(jié)合位點(diǎn)，通過(guò)RIP及雙熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證了LncRNA GAS5與miR-23a之間的相互關(guān)系，在乳腺癌MDA-MB-231細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)LncRNA GAS5可通過(guò)海綿樣吸附作用降低胞內(nèi)miR-23a水平，促使ATG3表達(dá)及自噬活化并抑制腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)。Wang YF等[22]通過(guò)TargetScan發(fā)現(xiàn)LncRNA GAS5具有一個(gè)miR-155的結(jié)合位點(diǎn)，他們使用miR-155模擬物的外源轉(zhuǎn)染后，發(fā)現(xiàn)髓核細(xì)胞中的LncRNA GAS5表達(dá)水平顯著降低，他們還發(fā)現(xiàn)LncRNA GAS5的過(guò)表達(dá)通過(guò)下調(diào)Bcl-2和上調(diào)caspase-3導(dǎo)致人類椎間盤原發(fā)性髓核細(xì)胞凋亡增加。

2.3參與基因表達(dá)的調(diào)控 Kim H等[23]研究發(fā)現(xiàn)LncRNA GAS5和c-Myc RNA直接結(jié)合而抑制c-Myc進(jìn)入多聚核糖體，從而可負(fù)性調(diào)節(jié)eIF4E下游靶基因c-Myc的翻譯。LncRNA GAS5在乳腺癌中的低表達(dá)可導(dǎo)致snoRNAs U50的低表達(dá)，這提示LncRNA GAS5可能通過(guò)snoRNAs U50發(fā)揮誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和阻滯細(xì)胞增殖等抑制作用。最新研究發(fā)現(xiàn)由GAS5編碼的snoRNA SNORD44，在頭頸鱗狀細(xì)胞癌中低表達(dá)，且表達(dá)水平與患者預(yù)后呈負(fù)相關(guān)[24]。LncRNA GAS5可通過(guò)mTOR通路調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長(zhǎng)，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞周期和細(xì)胞凋亡的功能，LncRNA GAS5還可能通過(guò)調(diào)控snoRNA來(lái)發(fā)揮其生物學(xué)功能[25]。此外，LncRNA GAS5 已被證明在基質(zhì)干細(xì)胞分化中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用[26]。Fang Y等[27]研究發(fā)現(xiàn)LncRNA GAS5可通過(guò)抑制PTEN表達(dá)并導(dǎo)致敗血癥誘導(dǎo)的足細(xì)胞損傷。

3 LncRNA GAS5與足細(xì)胞損傷

3.1LncRNA GAS5通過(guò)PTEN 參與的足細(xì)胞損傷 人第10號(hào)染色體上缺失的磷酸酶及張力蛋白同源物 (PTEN)基因是PI3K/AKT信號(hào)通路的負(fù)調(diào)節(jié)劑。PI3K/AKT信號(hào)通路在細(xì)胞存活、增殖及凋亡中起著重要作用[28]。PI3K/AKT信號(hào)通路在腎小球足細(xì)胞自噬作用中充當(dāng)著特別的角色，調(diào)控著足細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化及凋亡。足細(xì)胞裂孔蛋白CD2AP和腎病蛋白 (nephrin)復(fù)合體可以與PI3K-P85亞基結(jié)合，參與并激活PI3K/AKT依賴的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，調(diào)控足細(xì)胞的凋亡[29]。有研究還發(fā)現(xiàn)活化的PI3K/AKT通路可通過(guò)損傷足細(xì)胞從而引起蛋白尿的形成[30]。PTEN在糖尿病性腎病的足細(xì)胞損傷中起保護(hù)作用，而PTEN缺失則刺激蛋白尿的發(fā)生。此外，PTEN 缺乏會(huì)促進(jìn)細(xì)胞骨架重塑，進(jìn)而加速糖尿病性腎病的發(fā)展[31]。

有學(xué)者研究使用脂多糖(LPS)刺激足細(xì)胞后發(fā)現(xiàn)，在LPS誘導(dǎo)的足細(xì)胞中LncRNA GAS5的表達(dá)以時(shí)間依賴性方式下降，24 h后LncRNA GAS5的表達(dá)水平明顯下調(diào)[31]。研究者們還將足細(xì)胞中的LncRNA GAS5敲低，發(fā)現(xiàn)LncRNA GAS5 敲低顯著抑制足細(xì)胞中腎病蛋白的表達(dá)，這表明下調(diào)的LncRNA GAS5可能介導(dǎo)了足細(xì)胞的損傷[31]。學(xué)者們還發(fā)現(xiàn)抑制LncRNA GAS5可以顯著增強(qiáng)足細(xì)胞的損傷程度，這表明敗血性腎損傷中LncRNA GAS5的抑制作用可能會(huì)破壞足細(xì)胞[31]。同時(shí)，LncRNA GAS5 敲低后PTEN 被下調(diào)，而PI3K/AKT則被激活。PTEN 通常被認(rèn)為是 PI3K/AKT信號(hào)通路的負(fù)調(diào)節(jié)劑，它通過(guò)去磷酸化與 PI3K 拮抗，在3′-羧基位點(diǎn)形成 PIP2，從而對(duì)PI3K/AKT途徑產(chǎn)生負(fù)調(diào)控[28]。研究者通過(guò)生物信息學(xué)分析預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn)了LncRNA GAS5啟動(dòng)子序列中存在PTEN的結(jié)合位點(diǎn)。更重要的是，PTEN 的過(guò)表達(dá)可以逆轉(zhuǎn) GAS5對(duì)PI3K/AKT激活的促進(jìn)作用，進(jìn)一步表明 LncRNA GAS5 對(duì) PI3K/AKT途徑的調(diào)節(jié)作用取決于PTEN[28]?？傊琇ncRNA GAS5通過(guò)抑制PTEN表達(dá)導(dǎo)致足細(xì)胞損傷。

3.2LncRNA GAS5通過(guò)CHOP參與的足細(xì)胞損傷 CHOP(C/EBP同源蛋白)是bZIP轉(zhuǎn)錄因子C/EBP家族的成員，與轉(zhuǎn)錄因子C/EBP1是異源二聚體，CHOP的表達(dá)受到多種細(xì)胞應(yīng)激的影響。CHOP與C/EBP二聚化是通過(guò)阻止其DNA與基因子啟動(dòng)子結(jié)合而抑制C/EBP的功能，CHOP能與特定的DNA序列結(jié)合并刺激特定基因的轉(zhuǎn)錄，CHOP還與其它堿性區(qū)域亮氨酸拉鏈蛋白的非C/EBP亞家族相結(jié)合，如激活轉(zhuǎn)錄因子3和Jun/Fos，CHOP(C/EBP同源蛋白)是ER應(yīng)激介導(dǎo)的凋亡通路的組成部分之一。已有研究表明，CHOP在ER應(yīng)激細(xì)胞中通過(guò)真核翻譯起始因子2(eIF2a)亞基的去磷酸化促進(jìn)蛋白質(zhì)合成，從而誘導(dǎo)死亡[32]。CHOP的異位過(guò)表達(dá)誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)停滯，抑制脂肪細(xì)胞分化，并誘導(dǎo)體外凋亡。CHOP 在正常腎臟的足細(xì)胞中表達(dá)微弱，但在大多數(shù)蛋白尿患者腎臟和大鼠嘌呤霉素腎病中表達(dá)上調(diào)。營(yíng)養(yǎng)缺乏后，CHOP 和 GAS5 的表達(dá)增加[33]。

超氧陰離子和過(guò)氧化氫增加了LncRNA GAS5和CHOP的 mRNA 和蛋白表達(dá)。有研究報(bào)道，LncRNA GAS5可能通過(guò) snoRNA 調(diào)節(jié) CHOP 的表達(dá)[34]； 在過(guò)表達(dá) CHOP 的細(xì)胞中測(cè)定LncRNA GAS5表達(dá)，結(jié)果提示LncRNA GAS5表達(dá)下調(diào)，這表明CHOP對(duì)LncRNA GAS5表達(dá)的負(fù)反饋機(jī)制[35]。

4 小結(jié)與展望

LncRNA GAS5能夠調(diào)控細(xì)胞增殖、凋亡、細(xì)胞周期等生命過(guò)程，與急性心肌梗死、腦血管疾病、高血壓、糖尿病等多種疾病發(fā)生、發(fā)展及治療密切相關(guān)，因此我們可推測(cè)其有望成為疾病精準(zhǔn)靶向治療的新靶標(biāo)。盡管LncRNA GAS5在足細(xì)胞損傷作用機(jī)制的研究中取得了一些進(jìn)展，但它在CKD的發(fā)生機(jī)制和診療價(jià)值尚不清楚，LncRNA GAS5作為細(xì)胞生長(zhǎng)和凋亡的重要調(diào)節(jié)因子。目前的研究成果仍然給了我們信心，深入開(kāi)展對(duì)LncRNA GAS5在足細(xì)胞損傷的分子機(jī)制研究有可能成為CKD精準(zhǔn)防治的新靶點(diǎn)。