外泌體lncRNA在慢性阻塞性肺疾病中的研究進(jìn)展

羅 湘 王志霞 張志強(qiáng) 楊 洋 王利江 李運(yùn)霞

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是一種常見的、可以預(yù)防和治療的疾病，其特征是持續(xù)存在的呼吸系統(tǒng)癥狀和氣流受限，通常與顯著暴露于有害顆粒或氣體引起的氣道和(或)肺泡異常有關(guān)。COPD是一種慢性炎癥性阻塞性肺疾病，是全世界致殘和死亡的常見原因，超過3億人患有慢性阻塞性肺疾病[1]。

外泌體是由多種細(xì)胞分泌含有特殊蛋白質(zhì)及核酸的細(xì)胞外囊泡，其中包括支氣管上皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、間充質(zhì)干細(xì)胞、脂肪干細(xì)胞等[2]。外泌體(exosomes)是由多囊內(nèi)體(MVE)與細(xì)胞膜融合后分泌到細(xì)胞外微環(huán)境中的一種直徑為30～100nm的納米囊泡[3]。這些囊泡包含親代細(xì)胞的許多成分，包括細(xì)胞表面蛋白質(zhì)、遺傳物質(zhì)(DNA、mRNA、非編碼RNA，包括miRNA和lncRNA)、脂質(zhì)和代謝物等[4]。外泌體廣泛分布于各種體液中，具有不同于其他細(xì)胞的磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)，正是這種特殊磷脂雙分子層保護(hù)外泌體中的內(nèi)容物不易被酶降解，從而穩(wěn)定地存在于細(xì)胞外環(huán)境中[5]。外泌體通過攜載蛋白質(zhì)、核酸、脂類等信號(hào)分子調(diào)控受體細(xì)胞的表型和功能，是細(xì)胞間通訊的重要媒介，參與多種疾病發(fā)生、發(fā)展的過程，特別在疾病診斷和納米載藥領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景，越來越成為疾病研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

一、外泌體lncRNA的生物學(xué)特性

非編碼RNA(ncRNAs)包括ceRNAs、microRNA(miRNA)和長(zhǎng)非編碼RNA(lncRNAs)等。在這些缺乏蛋白質(zhì)編碼能力的RNA序列中，lncRNAs是長(zhǎng)度超過200nt的表達(dá)RNA，參與基因調(diào)控過程，特別在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后翻譯、表觀遺傳水平調(diào)控基因的表達(dá)方面起至關(guān)重要的作用[6]。有研究結(jié)果證實(shí)，外泌體lncRNA可以穩(wěn)定的存在于多種體液中，例如血漿、唾液、支氣管肺泡灌洗液和其他體液中，同時(shí)該外泌體不易受內(nèi)源性RNA酶干擾[7]。隨著人們對(duì)外泌體lncRNA的認(rèn)識(shí)越來越深入，了解到這種非編碼RNA具有各種不同的調(diào)節(jié)功能，而且與人類疾病的發(fā)生密切相關(guān)[8]。近年來隨著lncRNA測(cè)序研究的深入，越來越多的研究結(jié)果證實(shí)lncRNAs表達(dá)異常在COPD疾病進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。例如，Zheng等[9]研究表明lncRNA COPDA1促進(jìn)HBSMC(人支氣管平滑肌細(xì)胞)的增殖，并可能參與促進(jìn)COPD中的氣道重塑。Liu等[10]通過研究闡明lncRNA MALAT1可能促進(jìn)炎性細(xì)胞因子(如TNF-α和IL-6)的釋放并放大炎癥，從而導(dǎo)致急性加重期(AECOPD)風(fēng)險(xiǎn)升高；lncRNA MALAT1可能通過調(diào)節(jié)其下游通路(如p38 MAPK/p65 NF-κB信號(hào)通路)導(dǎo)致組織損傷和肺損傷，從而導(dǎo)致COPD的加重。

二、外泌體lncRNA在COPD發(fā)病機(jī)制中的作用

表達(dá)有差異的幾種lncRNAs和蛋白質(zhì)編碼基因進(jìn)行基因組位點(diǎn)相關(guān)分析，結(jié)果提示COPD肺組織中差異表達(dá)的lncRNAs大多數(shù)是基因間lncRNAs[例如TUG1(?；撬嵘险{(diào)基因1)lncRNAs]，通過轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(TGF-β)處理敲除lncRNA TUG1可抑制BEAS-2B(人肺上皮細(xì)胞)和HFL1(人肺成纖維細(xì)胞)中α-SMA(α-平滑肌肌動(dòng)蛋白)和纖維連接蛋白的表達(dá)水平，表明體外沉默lncRNA TUG1的結(jié)果有力地支持了這種lncRNA在COPD發(fā)病機(jī)制中起作用的觀點(diǎn)[11]。在一項(xiàng)對(duì)22例對(duì)照組患者和12例COPD患者的肺組織lncRNAs的研究中發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組比較，COPD患者肺組織中衰老相關(guān)lncRNAs(SAL-RNAs)高表達(dá)，特別是SAL-RNA2和SAL-RNA3，以及p53和p21水平表達(dá)顯著增加；然而SAL-RNA1水平和SIRT1/FoxO3a通路均顯著下調(diào)。這表明lncRNAs在Ⅱ型氣道上皮細(xì)胞衰老過程中的錯(cuò)誤調(diào)控可能參與COPD的發(fā)病機(jī)制[12]。同時(shí)有研究闡明在COPD患者肺組織活檢標(biāo)本中l(wèi)ncRNA MALAT1表達(dá)上調(diào)，MALAT1在mTOR通路中起調(diào)節(jié)作用，與間充質(zhì)蛋白表達(dá)有關(guān)，表明MALAT1可能作為探討COPD發(fā)病機(jī)制的靶點(diǎn)，為進(jìn)一步研究外泌體lncRNA在COPD中的作用奠定了基礎(chǔ)[13]。

1.外泌體lncRNA參與慢性氣道炎癥的調(diào)控:COPD的炎癥表現(xiàn)主要為氣道、肺實(shí)質(zhì)和肺血管炎性改變，其中中性粒細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞等炎性細(xì)胞參與了COPD的發(fā)病過程。香煙煙霧提取物(CSE)可能通過直接損傷內(nèi)皮細(xì)胞引發(fā)肺血管損傷，然后促進(jìn)細(xì)胞凋亡增強(qiáng)、上皮屏障功能形成減少和高水平氧化應(yīng)激激活，最終導(dǎo)致肺組織持續(xù)的炎性反應(yīng)[14]。當(dāng)前研究表明，用CSE刺激人支氣管上皮細(xì)胞后，外泌體lncRNA-1水平升高，因此，推測(cè)外泌體lncRNA-1可能通過促進(jìn)氣道炎癥，從而參與COPD的發(fā)生[15]。

COPD發(fā)病的核心機(jī)制是慢性炎癥，研究發(fā)現(xiàn)lncRNA通過調(diào)控基因的表達(dá)，從而促進(jìn)、微調(diào)和抑制炎癥發(fā)生、發(fā)展，多種lncRNA參與COPD炎癥發(fā)生機(jī)制[16]。其中MIR155宿主基因是一種內(nèi)源性lncRNA,相關(guān)研究提示MIR155HG參與了COPD的發(fā)生、發(fā)展，lncRNA MIR155HG通過促進(jìn)M1巨噬細(xì)胞的極化和抑制M2巨噬細(xì)胞的極化而起到促炎癥調(diào)節(jié)作用[17]。一項(xiàng)研究結(jié)果提示，與非COPD吸煙者比較，COPD患者中有120個(gè)lncRNAs高表達(dá)，43個(gè)lncRNAs表達(dá)降低，提示吸煙改變了lncRNAs的表達(dá)，這些lncRNAs可能與吸煙引起COPD關(guān)鍵致病過程的改變有關(guān)[18]。Ge等[19]檢測(cè)了136例COPD急性加重期(AECOPD)患者、138例穩(wěn)定期COPD患者和140例健康對(duì)照者外周血細(xì)胞中l(wèi)ncRNA-ANRIL的表達(dá)以及血漿中相關(guān)的炎性細(xì)胞因子；他們觀察到AECOPD患者的ANRIL表達(dá)低于穩(wěn)定期COPD患者和健康人；此外，ANRIL在AECOPD和穩(wěn)定期COPD患者中的表達(dá)與促炎細(xì)胞因子呈負(fù)相關(guān)，在AECOPD患者中與GOLD分級(jí)呈負(fù)相關(guān)，而在穩(wěn)定期COPD患者中則與GOLD分級(jí)無關(guān)。

2.外泌體lncRNA參與肺氣腫的生成:有害物質(zhì)和有害氣體的吸入能夠?qū)е碌鞍酌府a(chǎn)生增多或活性增強(qiáng)，抗蛋白酶產(chǎn)生減少或滅活加快；與此同時(shí)氧化應(yīng)激、吸煙等危險(xiǎn)因素也可以降低抗蛋白酶的活性。CSE可引發(fā)巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞和肺泡上皮細(xì)胞系的凋亡，被認(rèn)為是COPD的最佳定義風(fēng)險(xiǎn)因素，并可導(dǎo)致肺組織不可逆病理變化，包括氣道重塑和肺氣腫[20]。人支氣管上皮細(xì)胞在香煙煙霧提取物刺激下產(chǎn)生的外泌體中含有半胱氨酸富集蛋白 61(cysteine-rich protein 61,CYR61/CCN1) 的陽(yáng)性胞體從29%升高至 45%,分泌的纖維蛋白質(zhì)溶解酶在細(xì)胞外基質(zhì)中將全長(zhǎng)型CCN1(flCCN1)轉(zhuǎn)化為裂解的CCN1(cCCN1)，cCCN1促進(jìn)CSE后基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-1的產(chǎn)生(matrix metalloproteinase 1, MMP 1)，而MMP 1是導(dǎo)致肺氣腫發(fā)生密切相關(guān)的蛋白酶，其升高引起肺泡細(xì)胞凋亡增加，肺泡間隔破壞，促進(jìn)肺氣腫發(fā)生[21]。支氣管上皮細(xì)胞在香煙煙霧刺激下分泌出含有更多 CCN1 的外泌體，可能通過MMP1導(dǎo)致肺氣腫的產(chǎn)生[2]。

3.外泌體lncRNA參與調(diào)控上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)：在COPD中，EMT是氣道疾病的一個(gè)組成部分。HOX轉(zhuǎn)錄物反義基因間RNA(HOTAIR)是一種lncRNA，與氧化應(yīng)激和炎癥相關(guān)[22]。之前有研究結(jié)果表明，在長(zhǎng)期暴露于CSE的人支氣管上皮(HBE)細(xì)胞后，HOTAIR介導(dǎo)EMT的形成[23]。Xia等[24]通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，暴露于CSE后的小鼠，肺組織中l(wèi)ncRNA HOTAIR升高，上皮標(biāo)志物E-鈣黏蛋白水平降低，相反，N-鈣黏蛋白、波形蛋白和α-平滑肌肌動(dòng)蛋白高表達(dá)，它們可致上皮間質(zhì)形成，提示通過IL-6/STAT3/HOTAIR軸促進(jìn)EMT和肺功能障礙。

三、外泌體lncRNA的臨床意義

外泌體lncRNA參與許多疾病的表達(dá)，近年來，外泌體lncRNA在COPD中的異常表達(dá)相關(guān)研究越來越多，這種表達(dá)與香煙煙霧刺激等多種因素有關(guān)，對(duì)COPD患者進(jìn)行l(wèi)ncRNA相關(guān)檢測(cè)具有十分重要的意義。

1.外泌體lncRNA是一種新型的COPD診斷標(biāo)志物：既往COPD診斷主要結(jié)合患者相關(guān)癥狀、體征及肺功能檢查等，對(duì)于不能配合檢查及病情較重?zé)o法完成肺功能檢查患者，診斷上存在一定難度，這就需要一種新的診斷標(biāo)志物以方便檢測(cè)所有疑似COPD患者，從而提高診斷準(zhǔn)確率，進(jìn)而能夠進(jìn)行針對(duì)性治療。王紅軍等[25]通過對(duì)急性加重期COPD患者56例，穩(wěn)定期COPD患者48例，健康體檢者46例進(jìn)行相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，穩(wěn)定期和急性加重期COPD患者血清lncRNA MIR155HG水平高于健康體檢者，且急性加重期患者表達(dá)水平相對(duì)更高，穩(wěn)定期和急性加重期COPD患者血清lncRNA MIR155HG水平與 FEV1、FVC等肺功能指標(biāo)水平均呈負(fù)相關(guān)，表明臨床中可通過檢測(cè)其水平變化作為COPD診斷參考指標(biāo)。綜上，外泌體lncRNA有望成為一種新型的COPD診斷標(biāo)志物。

2.外泌體lncRNA作為未來治療的潛在靶點(diǎn):一項(xiàng)研究lncRNA-MEG3(長(zhǎng)非編碼RNA母系表達(dá)基因3)shRNA對(duì)CSE誘導(dǎo)的HPMECs具有保護(hù)作用，提示lncRNA-MEG3可能是治療COPD一種新的治療途徑[26]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明lncRNA SNHG5可以通過分泌miR-132和介導(dǎo)PTEN表達(dá)來調(diào)節(jié)COPD的進(jìn)展，這一發(fā)現(xiàn)為尋找COPD治療靶點(diǎn)提供了新思路[27]。還有一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)LINC00987(lncRNA長(zhǎng)基因間非編碼00987)在調(diào)節(jié)COPD發(fā)病機(jī)制中的一個(gè)新機(jī)制，即LINC00987可以通過海綿狀let-7b-5p上調(diào)SIRT1表達(dá)，從而阻止脂多糖(LPS)誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激、炎癥和自噬，提示LINC00987可能是COPD治療的一個(gè)潛在靶點(diǎn)，可用于制備治療COPD的寡核苷酸藥物，進(jìn)一步提高臨床療效[28]。另有研究結(jié)果表明lncRNA NNT-AS1基因敲除在體外可抑制COPD炎癥和氣道重塑,此外，初步發(fā)現(xiàn)NNT-AS1的調(diào)節(jié)作用是通過靶向miR-582-5p/FBXO11軸實(shí)現(xiàn),這些發(fā)現(xiàn)可能為發(fā)展NNT-AS1作為COPD新的治療靶點(diǎn)提供一些依據(jù)[29]。通過研究發(fā)現(xiàn)lncRNA-LUCAT1可能是鑒別COPD的一個(gè)有價(jià)值的指標(biāo)，此外，lncRNA LUCAT1/miR-181-5p/Wnt/β-連環(huán)蛋白軸在COPD發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，為臨床治療開辟了新視野[30]。

四、展 望

綜上所述，外泌體lncRNA參與COPD發(fā)展過程，對(duì)COPD診斷及治療具有重要意義，有望成為COPD診斷和治療新靶點(diǎn)。目前對(duì)外泌體lncRNA的研究越來越多，特別是外泌體lncRNA在COPD中的異常表達(dá)是目前研究熱點(diǎn)，但是還未找到統(tǒng)一的表達(dá)因子用于COPD特異性診斷，這就需要未來的研究者更加努力投入到COPD外泌體lncRNA研究中來，相信會(huì)有重大突破。