lncRNA 與COPD 發(fā)病機制的相關研究進展

何蟬伊，丁毅鵬

（海南省人民醫(yī)院（海南醫(yī)學院附屬海南醫(yī)院）全科醫(yī)學科，海南?？?570100）

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary diseases，COPD）是一種以持續(xù)性氣流受限為主要特征的可預防、可治療的慢性疾病，為全球發(fā)病率及致死率較高的疾病之一，對疾病的早預防、早診斷、早治療可有效降低其發(fā)生、發(fā)展。長鏈非編碼RNA（long noncoding RNA，lncRNA）為一類轉(zhuǎn)錄本長度超過200 個核苷酸的非編碼RNA。近年來，隨著分子生物學的深入研究，發(fā)現(xiàn)lncRNA 在調(diào)節(jié)細胞增殖、凋亡、侵襲及血管生成中發(fā)揮重要功能，且與疾病密切相關，其發(fā)現(xiàn)為某些疾病的研究提供了新的切入點。本文主要就lncRNA 與慢性阻塞性肺疾病關系的研究進展作一綜述。

1 lncRNA 的生物學特性

lncRNA 為長度超過200 個核苷酸的轉(zhuǎn)錄本，具有包括順式或反式的轉(zhuǎn)錄調(diào)控、核結構域的組織以及蛋白質(zhì)或RNA 分子的調(diào)控等功能［1］。之前大多數(shù)學者認為其編碼的多肽為無功能的，但近期有研究表明一些lncRNA 實際上可編碼小肽，參與調(diào)控［2］。

1.1 lncRNA 的發(fā)現(xiàn)

早在1990 年，H19 印跡基因等經(jīng)典lncRNA 就已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，然而，它最初被認為是基因組轉(zhuǎn)錄的“噪聲”，是RNA 聚合酶Ⅱ（PolⅡ）轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物，不具 有 生 物 學 功 能。而1 年 后，Brown 等［3］就 發(fā) 現(xiàn)lncRNA Xist 能夠沉默女性兩條X 染色體中的其中一條，使其在女性生物體內(nèi)編碼的蛋白量與男性生物趨向一致。雖然當時認為這只是一種特殊情況，但這一項發(fā)現(xiàn)卻引起眾多研究者的注意。隨著lncRNA 分子機制研究的深入，越來越多研究發(fā)現(xiàn)lncRNA 在許多生命與疾病的活動過程中起到不可或缺的作用。2007 年HOX 基因反義基因間RNA（hox antisense intergenicRNA，HOTAIR）的發(fā)現(xiàn)，提示lncRNA 可能存在遠程調(diào)控。其發(fā)現(xiàn)者Rinn等［4］在Cell 上發(fā)表文章中提到lncRNA HOTAIR 可以與PRC2 相互作用，介導H3K27me3 修飾，沉默作用位點上的基因表達。自此，lncRNA 成為近十年的研究熱點。

1.2 lncRNA 的生物合成 大多數(shù)lncRNA 由RNA聚合酶Ⅱ（PolⅡ）轉(zhuǎn)錄而來，具有5′端m7G 帽和3′端poly（A）尾，被認為與mRNA 相似的轉(zhuǎn)錄和加工過程。與mRNA 不同的是，一些由PolⅡ轉(zhuǎn)錄的lncRNA 處理效率低下并保留在細胞核，而其他的則被剪接并輸出到細胞質(zhì)中［5］。

1.2.1 lncRNA 的核保留 一些lncRNA 被失調(diào)的PolⅡ轉(zhuǎn)錄，保留在染色質(zhì)上，隨后被核外泌體降解。而大部分的lncRNA 具有一定的U1 小核RNA（U1snRNA）結合基序可以招募U1 小核核糖核蛋白（U1snRNP），并通過其與不同位點的PolⅡ相關聯(lián)。由于在許多l(xiāng)ncRNA 中，3′剪接位點與分支點之間的序列較長，包含更短的多嘧啶束（PPT），導致其剪接效率低下。

lncRNA 的核定位在順式序列基序和反式因子協(xié)同作用下進行。一個核保留元件（NRE）U1sn-RNA 結合位點和富c 基序可以分別招募U1snRNP和異質(zhì)核核糖核蛋白K（hnRNPK）來增強lncRNA的核定位。其他差異表達的RNA 結合蛋白（RNA binding protein，RBPs），如 肽 基 脯 氨 酸 異 構 酶E（PPIE）6，抑制lncRNA 組的剪接，導致其核保留［6］。

1.2.2 lncRNA 的輸出 大量的lncRNA 被輸出到細胞質(zhì)中。其中包含一個或僅少數(shù)外顯子的長鏈和a/u 富鏈轉(zhuǎn)錄本依賴于核RNA 輸出因子1（NXF1）途徑進行輸出［6］。 lncRNA 到達細胞質(zhì)后，可能會經(jīng)歷特定的分類過程，將不同的lncRNA 分配到特定的細胞器或分布在細胞質(zhì)中，并與不同的RNA 結合蛋白（RBPs）相關聯(lián)。

70%的細胞質(zhì)中l(wèi)ncRNA 有一半存在于多聚體部分。某些順式元件有助于lncRNA 定位在核糖體上，如長“偽”5′非翻譯區(qū)，因為它們先于lncRNA 中的“偽開放閱讀框”。核糖體相關lncRNA 的降解可能是由一種翻譯依賴的機制觸發(fā)的。

一些lncRNA 通過未知的機制被分至線粒體。例如，線粒體RNA 加工核糖核酸內(nèi)切酶（RMRP）的RNA 成分被招募到線粒體中。RMRP 一旦到達線粒體，就被G-richRNA 序列結合因子1（GRSF1）結合并穩(wěn)定，從而使其在線粒體基質(zhì)中積累。

人類血液外泌體的RNA 測序顯示，有大量lncRNA 包含其中。目前尚不清楚lncRNA 是如何被分至外泌體的，但其機制可能涉及RBPs 對特定序列基序的結合［5］。

1.3 lncRNA 的理化性質(zhì)及生物學功能

lncRNA 具 有 時 空 和 組 織 特 異 性［7］、調(diào) 控 多 樣性［8］以及與較為保守的序列結構［9］。lncRNA 在不同組織細胞的細胞核、細胞質(zhì)和細胞器中的分布不盡相同。在同一組織或器官的各個發(fā)育階段，其表達量可有差異。lncRNA 可在多個層面參與基因的表達調(diào)控，包括真核細胞中，RNA 轉(zhuǎn)錄和定位調(diào)控，表觀遺傳學調(diào)控以及轉(zhuǎn)錄后，RNA 加工、翻譯、穩(wěn)定性的調(diào)控［8］。

2 lncRNA 與呼吸系統(tǒng)疾病

近年來，越來越多研究發(fā)現(xiàn)lncRNA 參與不同呼吸系統(tǒng)疾病，為呼吸系統(tǒng)疾病的診療提供了新的生物標志物以及潛在靶點。

哮 喘 患 者 中，lnc_00127、lncRNA ANRIL、lncRNA FTX 表達上調(diào)［10-12］，而lncRNA CASC7、lncRNA MEG3 表 達 下 調(diào)，其 中l(wèi)ncRNA MEG3 在 混合粒細胞性哮喘患者中的表達水平最低，其次是中性粒細胞性哮喘和嗜酸性哮喘，在少粒細胞性哮喘患者中的表達水平最高［13，14］。

Lin 等［15］發(fā)現(xiàn)在博來霉素誘導的肺間質(zhì)纖維化和TGF-β1 誘導的人肺成纖維細胞（human pulmonary Fibroblasts，HPF）纖維化模型中l(wèi)ncRNA Hoxaas3 上調(diào)。過表達Hoxaas3 可促進纖維形成，而抑制Hoxaas3 可通過調(diào)控miR-450b-5p 在體內(nèi)外抑制肺纖維化。

Hadjicharalambous 等［16］通過二代測序分析出，在白細胞介素1β（IL-1β）誘導的HPF 炎癥模型中，lncRNA IL7AS 和MIR3142HG 表達顯著升高。經(jīng)過敲低這兩種lncRNA 后發(fā)現(xiàn)IL7AS 可負調(diào)節(jié)IL-6釋放，而MIR3142HG 則是IL-8 和CCL2 釋放的正調(diào)節(jié)劑。隨后與特發(fā)性肺纖維化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）成纖維細胞的比較顯示，lncRNA IL7AS 的表達沒有變化，而MIR3142HG 和miR-146a 的 表 達 顯 著 減 少，這 與IL-6、IL-8 和CCL2 釋放的減少相關。鑒于lncRNA MIR3142 HG 敲低后IL-8 和CCL2 的釋放顯著減少，并部分減少IPF 成纖維細胞中IL-6 的釋放，表明IPF 成纖維細胞中炎癥反應的降低與 MIR3142HG/miR-146a 的表達減弱有關。

lncRNA 在肺癌細胞的生長、轉(zhuǎn)移和侵襲中發(fā)揮著至關重要的作用。通過微陣列分析及轉(zhuǎn)錄組測序，已發(fā)現(xiàn)數(shù)百種lncRNA 與肺癌相關。Ku 等［17］發(fā)現(xiàn)肺鱗狀細胞癌細胞中，lncRNA LINC00240 的表達顯著增加。敲低LINC00240 后，肺癌細胞中的miR-7-5p 上調(diào)，從而導致EGFR 下調(diào)，抑制細胞的侵襲和遷移能力，這提示LINC00240/miR-7-5p/EGFR 軸可能在鱗狀細胞癌的侵襲和遷移中起重要作 用。 Zhen 等［18］研 究 表 明lncRNA DANCR 的 表達量在肺癌中升高，特別是在高級別肺癌組織和侵襲性癌細胞中。DANCR 過表達可誘導肺癌細胞增殖和集落形成，而干擾DANCR 表達可有效抑制肺癌在體外和體內(nèi)的進展。Ren 等［19］發(fā)現(xiàn)HOTAIR在肺腺癌和肺鱗癌中表達增加，且表達水平高于癌旁組織，其在男女性患者之間表達量無顯著差異。

3 lncRNA 與COPD

3.1 COPD 誘因與lncRNA

COPD 常常由遺傳和環(huán)境兩大危險因素相互作用下所誘發(fā)而來。

3.1.1 環(huán)境因素與lncRNA 煙草（cigarette smoke，CS）及PM2.5則是其中兩大環(huán)境危險因素。長期暴露在煙草及PM2.5中可影響肺功能水平，增加COPD的發(fā)病率和死亡率，縮短預期壽命，加重人民負擔。

3.1.1.1 PM2.5對COPD 患者影響及其與lncRNA 聯(lián)系 隨汽車尾氣、工業(yè)污染等碳排放量與日俱增，大氣細顆粒物（PM2.5）對呼吸系統(tǒng)疾病的影響逐漸被人們所重視。2001～2014 年，Bo 等［20］在中國臺灣共招募了133 119 名成年人（18 歲或以上），使其接受了至少兩次標準的體檢，包括肺活量測定測試。2002～2004 年中國臺灣的PM2.5濃度有所增加，并在2005 年左右開始下降。結果表明，隨著PM2.5減少，受試者的各項肺功能指標平均值有所改善。

Li 等［21］發(fā) 現(xiàn)PM2.5誘 導 的 人 支 氣 管 上 皮 細 胞（human bronchial epithelial cells，HBEC）中l(wèi)ncRNA CCAT1、lncRNA MEG3、lncRNA HOTAIR、lncRNA GAS5 及l(fā)ncRNA MT1JP 表達均顯著上調(diào)，加速了細胞的凋亡，并證明lncRN AMEG3 通過增加PM2.5 處理的HBE 細胞中p53 的表達來介導細胞凋亡和自噬，沉默lncRNA MEG3 可抑制了HBE細胞的凋亡和自噬。Zhao 等［22］發(fā)現(xiàn)人支氣管上皮細胞暴露于與交通有關的空氣污染顆粒物2.5（TRAPM2.5）環(huán)境刺激后，lncRNA RP11-86H7.1 表達顯著上調(diào)。經(jīng)機制研究表明，認為其可能通過激活NF-κB 信號通路參與TRAPM2.5誘導的炎癥反應。此 外，lncRNA RP11-86H7.1 作 為miR-9-5p 的內(nèi)源競爭RNA（competing endogenous RNAs，ceRNA），可逆轉(zhuǎn)其靶基因NFKB1 的抑制作用，并維持NF-κB 的激活，從而促進炎癥反應。

3.1.1.2 香煙對COPD 患者影響及其與lncRNA 聯(lián)系 吸煙可加速肺衰老，與多種肺部疾病發(fā)生、發(fā)展 密 切 相 關。Tran 等［23］研 究 表 明HBEC 暴 露 于 香煙煙霧提取物（cigarette smoke extract，CSE）會引起蛋白酶平衡失衡，導致泛素化蛋白的積累和自噬標記物p62 在聚合體中受損，作為啟動COPD-肺氣腫發(fā)病機制的潛在機制。

Zhang 等［24］發(fā)現(xiàn)在慢性香煙煙霧提取物（cigarette smoke extract，CSE）的COPD 小鼠模型中，有109 個lncRNA 與對照組相比具有顯著差異表達。結合高通量數(shù)據(jù)分析和qRT-PCR 驗證結果提示，CSE 誘導的COPD 小鼠模型、香煙誘導的16HBE細胞以及COPD 患者的外周血單個核細胞（peripheral blood mononuclear cell，PBMC）中l(wèi)ncRNA NR_102714 及其相關蛋白編碼基因UCHL1 在COPD 小鼠和人類的發(fā)病過程中均發(fā)揮了作用。Shen 等［25］發(fā)現(xiàn)CSE 可降低16HBE 細胞中l(wèi)ncRNA SNHG5 的表 達，由 于SNHG5 在COPD 中 作 為miR-132 的ceRNA，SNHG5 的低表達增加了miR-132 靶蛋白PTEN 的表達。而SNHG5 在16HBE 細胞中的過表達可減輕CSE 對細胞增殖、凋亡和炎癥（IL-1β、IL-6 和TNF-α）的 影 響。Gu 等［26］研 究 提 示LncRNA TUG1 在COPD 患者痰細胞和肺組織樣本中的表達升高，且與FEV1%呈負相關，且TUG1 基因的下調(diào)逆轉(zhuǎn)了CSE 誘導的氣道重塑。

3.1.2 遺傳因素與lncRNA α1-抗胰蛋白酶的缺乏是目前唯一被明確與COPD 遺傳易感性有關的影響因素。然而，近年來有研究報道，仍有其他影響因素與遺傳遺傳易感性有關。

在關于海南人群CYP2B6 單核苷酸多態(tài)性（SNPs）與COPD 風險的相關性研究中發(fā)現(xiàn)，CYP2B6 基因中rs4803420 位點與COPD 風險降低相 關，而rs1038376 和rs12979270 對COPD 風 險 有不良影響。其中rs4803420 和rs1038376 與男性和女性COPD 風險均有顯著相關性，而rs12979270 僅與女性COPD 風險有關［27］。

Zhou 等［28］研 究 發(fā) 現(xiàn)，lnc01414 的rs699467 位 點和lnc00824 的rs7815944 位點可能是COPD 發(fā)生的保護因素。lnc01414 的rs298207 與整個人群COPD風險增加相關，而在年齡≤70 歲時可能具有更高的COPD 易感性。其中rs298207 和rs7815944 變異與男性COPD 風險相關。

3.2 lncRNA 對氣道及肺組織細胞的影響

有研究表明，與正常肺組織相比，COPD 患者中 有120 個lncRNA 過 表 達，43 個lncRNA 低 表達［29］。慢性阻塞性肺疾病的病理學改變存在于氣道、肺實質(zhì)、肺血管。在中央氣道主要表現(xiàn)為炎癥細胞浸潤（如巨噬細胞、中性粒細胞、B 細胞、T 細胞），而在外周小氣道主要表現(xiàn)為氣道重塑，其中包括平滑肌細胞的增生和肥大［30-32］。

3.2.1 lncRNA 對氣道重塑的影響 Zhao 等［33］研究發(fā)現(xiàn)COPD 患者血漿中l(wèi)ncRNA MCM3AP-AS1 表達下調(diào)，經(jīng)治療后MCM3AP-AS1 表達明顯升高。在吸煙者中，MCM3AP-AS1 表達低的患者COPD發(fā)病率較高。 細胞增殖實驗顯示，過表達MCM3AP-AS1 可降低支氣管平滑肌細胞（bronchial smooth muscle cells，HBSMCs）的 增 殖 率，而MCM3AP-AS1 低表達則有相反的效果。Zheng等［34］收集非吸煙者、吸煙者或患有COPD 的吸煙者的肺組織進行RNA 測序。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，COPD 患者肺組織中l(wèi)ncRNA COPDA1 上調(diào)。進一步研究發(fā)現(xiàn)，COPDA1 過表達增加了MS4A1 基因的表達，增加HBSMCs 中鈣的儲存進入，從而促進平滑肌細胞增殖和氣道重塑。此外，COPDA1 的缺失降低了細胞周期調(diào)控蛋白，即G1/S-特異性周期蛋白-D1（cyclin D1）和成視網(wǎng)膜母細胞瘤蛋白（Retinoblastoma protein，pRb）的表達水平。cyclin D1 和pRb 是調(diào)節(jié)細胞周期過渡的關鍵，為HBSMCs 增殖所必需。COPDA1 可 通 過 調(diào) 控cyclinD1 和pRb 促 進HBSMCs 增殖。

3.2.2 lncRNA 與炎癥細胞浸潤聯(lián)系 巨噬細胞根據(jù)表型分為經(jīng)典活巨噬細胞（M1）及替代性活化巨噬細胞（M2）。經(jīng)典活化的M1 型巨噬細胞發(fā)揮促炎和細胞毒作用，而M2 型巨噬細胞可促進IL-10 的分泌，發(fā)揮抗炎作用，促進組織修復和傷口愈合［35］。Li 等［36］發(fā)現(xiàn)LncRNA MIR155HG 在粒細胞-巨噬細胞集落刺激因子（GM-CSF）誘導的COPD 患者巨噬細胞中高表達。MIR155HG 的升高可推動GM-CSF 誘導的M1 型巨噬細胞極化和炎性細胞因子釋放，而MIR-155HG 表達減少可增加M2 巨噬細胞的極化，起到相反效果。

Qi 等［37］研 究 表 明，lncRNA NR-026690 and ENST00000447867 在COPD 急性加重患者的CD4+ T 細胞中上調(diào)，而與此同時，其靶基因Rap鳥嘌呤核苷酸交換因子3（Rap guanine nucleotide exchange factor 3，RAPGEF3）的轉(zhuǎn)錄水平顯著高于穩(wěn)定期COPD以及健康人群。RAPGEF3 的轉(zhuǎn)錄表達與lncRNA NR-026690、ENST00000447867 呈正相關，提 示lncRNAs NR-026690 和ENST00000447867 可能作為miRNA 海綿影響RAPGEF3，調(diào)控COPD發(fā)展。

3.2.3 lncRNA 與肺血管聯(lián)系 Zhou 等［38］研究顯示lncRNA HOXA-AS2 在COPD 患者肺組織及暴露于CSE 的人肺微血管內(nèi)皮細胞（human pulmonary microvascular endothelial cells，HPMECs）中顯著下調(diào)，其中暴露于CSE 的HPMECs 中HOXA-AS2 的表達呈劑量和時間依賴性下降。 LncRNA HOXA-AS2 可通過上調(diào)其下游分子Notch1，促進HPMECs 增殖，減輕CSE 暴露對細胞活性的損害。

Bi 等［39］研 究 表 明，隨 著 暴 露 于CSE 的 濃 度 增加，HPMEC 中l(wèi)ncRNA MEG3 表達水平逐漸升高，且降低B 淋巴細胞瘤-2 基因（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）并增加Bcl-2 相關X 蛋白（Bcl-2 associated X protein，Bax）表 達 水 平。 其 后，通 過LncRNA MEG3 質(zhì)粒轉(zhuǎn)染使lncRNA MEG37 過表達發(fā)現(xiàn)，HPMEC 中caspase-3 活性增強，細胞凋亡率增高，而lncRNA MEG3 敲低表現(xiàn)出相反效果。進一步的研 究 表 明，lncRNA MEG3-shRNA（short hairpin RNA，短發(fā)夾RNA）可顯著降低CSE 誘導HPMECs 中l(wèi)ncRNA MEG3 水 平，逆 轉(zhuǎn) 了CSE 對caspase-3 活性和凋亡相關基因表達的影響，抑制細胞凋亡，對CSE 誘導的HPMEC 的保護作用。Chen等［40］發(fā)現(xiàn)CSE 誘導的HPMEC 中的lncRNA TUG1表達增加，而miR-9a-5p 的表達降低，促進細胞凋亡。通過敲低lncRNA TUG1 可以減少CSE 誘導的HPMECs 凋亡，并且通過下調(diào)miR-9a-5p 來逆轉(zhuǎn)這種影響。CSE 誘導后HPMECs 中BCL2L11 的mRNA 表 達 增 加，miR-9a-5p 通 過 抑 制HPMEC 中BCL2L11 的表達，逆轉(zhuǎn)了CSE 誘導的細胞凋亡的增加，提示BCL2L11 是miR-9a-5p 的直接靶基因，表明lncRNA TUG1 通過調(diào)節(jié)miR-9a-5p/BCL2L11軸在CSE 誘導的細胞凋亡中發(fā)揮作用。

3.3 藥物對lncRNA 的影響

右美托咪定為α2-腎上腺受體激動劑，主要應用于圍手術期、氣管插管和機械通氣時鎮(zhèn)靜，對炎癥性 肺 損 傷 具 有 保 護 作 用［41］。Du 等［42］研 究 表 明lncRNA PACER 在COPD 患者的血清中高表達。隨后，其通過建立COPD 大鼠模型發(fā)現(xiàn)，大鼠肺泡上皮細胞中過表達的PACER 通過激活蛋白磷酸酶2增強細胞增殖和遷移能力。經(jīng)右美托咪定處理后，其降低了COPD 大鼠肺泡上皮細胞的PACER 表達及增殖和遷移能力，有助于COPD 治療。

穿心蓮內(nèi)脂為常見的抗炎藥物，可降低香煙煙霧以及感染引起的炎癥細胞因子的表達。Xia 等［43］研究發(fā)現(xiàn)，暴露于CSE 的人支氣管上皮細胞中，IL-6、IL-8 等炎癥因子的升高，激活下游信號轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)錄激活因子3（STAT3），從而上調(diào)lncRNA HOTAIR 和zeste 同源物增強子2（EZH2）的表達。穿心蓮內(nèi)酯通過降低IL-6 水平，逆轉(zhuǎn)了CSE 誘導的HB 炎癥和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，且在動物模型中，其預防了CSE 誘導的肺部炎癥和小氣道重塑，提示穿心蓮內(nèi)酯對香煙誘導的肺功能障礙和COPD 具有潛在的臨床應用價值。

4 展望

隨著高通量測序技術的發(fā)展，人們對lncRNA的認知在逐步深入。從起初的基因組轉(zhuǎn)錄的“噪音”，到如今介入細胞生長、分化、繁殖以及參與疾病的病理轉(zhuǎn)歸，無不證明lncRNA 具有成為生物標志物的極大潛力。

1990～2017 年，慢性阻塞性肺疾病一直為我國第4 大死亡原因［44］。因此，對其診斷、治療以及預后的研究不可停歇。已有大量的研究表明多種lncRNA 在COPD 的萌芽、發(fā)展、傳變及轉(zhuǎn)歸的各個階段發(fā)揮重要作用，使其成為治療干預的有吸引力的靶標。然而，如今lncRNA 在COPD 中的潛在分子機制仍待完善，且目前COPD 治療藥物對lncRNA的影響研究較少，仍需往后不斷努力，以實現(xiàn)疾病的早診斷、早治療、完善預后評估，提高患者的生存質(zhì)量，降低社會負擔。

作者貢獻度說明：

何蟬伊：選題，論文結構設計，文獻收集，撰稿，修稿；丁毅鵬：主要對選題、文章的知識性內(nèi)容作批評性審閱。

所有作者聲明本文不存在利益沖突。