長鏈非編碼RNA在慢性阻塞性肺疾病發(fā)病機制中的研究進展

羅瑜 張劍青 趙芝煥

昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院呼吸內(nèi)二科（昆明 650032）

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種常見的可防可治的疾病，以持續(xù)氣流受限及呼吸道癥狀為特征，與暴露于有害環(huán)境相關(guān)。近日一項全國多中心橫斷面研究指出［1］，我國COPD患病人數(shù)約1億，40歲以上患病率為13.7%。COPD目前居于全球第四大死亡原因，預(yù)計到2020年，其排名將升至第3位［2］。COPD的高發(fā)病率及病死率嚴重威脅人類健康，成為亟待解決的公共衛(wèi)生問題，但COPD的早期診斷及治療仍然沒有很大的進步。MARTINEZ等［3］人提出了早期COPD定義，但因早期COPD患者癥狀輕微，進展到晚期之前很少就診，造成患者生存質(zhì)量下降及治療效果欠佳等。因此，尋找一種能在早期診斷COPD的生物學(xué)標(biāo)記物有助于為COPD的防治提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。近來研究發(fā)長鏈非編碼RNA（lncRNA）在COPD肺組織中特異性異常表達［4］，提示lncRNA可能參與影響COPD發(fā)生、發(fā)展。通過沉默或過表達lncRNA，能夠調(diào)控蛋白編碼基因的表達水平，提示lncRNA可能在慢阻肺的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用。本文就lncRNA與COPD的發(fā)病機制的關(guān)系研究最新進展進行綜述，將lncRNA作為COPD發(fā)生發(fā)展的生物學(xué)標(biāo)志物及作為潛在COPD臨床治療應(yīng)用前景進行闡述。

1 LncRNA的生物學(xué)功能

研究顯示［5］，約3%的基因編碼蛋白，大量的基因轉(zhuǎn)錄為非編碼的RNA（ncRNA）。ncRNA主要包括lncRNA及小RNA（miRNA）。lncRNA是一類核苷酸數(shù)＞200 nt的非編碼RNA，無編碼蛋白的功能。DERRIEN等［6］根據(jù)lncRNA編碼序列與蛋白質(zhì)編碼基因的相對位置進行了分類，包括正義IncRNA、反義lncRNA、雙向lncRNA、內(nèi)含子lncRNA、基因間lncRNA五種類型。

目前大多數(shù)lncRNAs的生物學(xué)功能仍然未知，但lncRNAs在基因調(diào)控中發(fā)揮復(fù)雜作用［7］。lncRNA定位于細胞核，在生命的生長發(fā)育的各個階段都發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用，與炎癥、腫瘤、代謝異常等多種病變密切相關(guān)，并且參與著表觀遺傳學(xué)調(diào)控、轉(zhuǎn)錄調(diào)控及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。lncRNA可以穩(wěn)定或促進目標(biāo)mRNA與靶蛋白的結(jié)合與翻譯，也可促進mRNA衰減或抑制目標(biāo)信使核糖核酸的翻譯［8］，另外lncRNA可以抑制前體mRNA拼接，翻譯時誘導(dǎo)RNA結(jié)合蛋白或miRNA，調(diào)節(jié)基因表達、影響細胞分化、增殖及死亡等細胞過程，達到調(diào)節(jié)生理和病理過程的作用［9］。lncRNA廣泛參與肺部生理及病理性疾病的發(fā)生、發(fā)展，如哮喘、肺癌、肺纖化等，在細胞炎癥、免疫等方面具有重要作用。lncRNA可能作為COPD發(fā)生、發(fā)展的早期生物學(xué)標(biāo)志物；通過探討對其作用于COPD的發(fā)生、發(fā)展機制，從而為COPD早期診治提供理論指導(dǎo)。

2 lncRNA在COPD發(fā)生發(fā)展中的作用

COPD的發(fā)生、發(fā)展是一個復(fù)雜的過程，其發(fā)病機制主要包括慢性炎癥、蛋白酶-抗蛋白酶失衡、氧化應(yīng)激等，但其具體分子機制尚不明確。吸煙是慢阻肺的最重要的環(huán)境危險因素，然而重度吸煙者僅10%～20%發(fā)病，終生不吸煙者仍有患慢阻肺的風(fēng)險，并且慢阻肺具有家族聚集性，故此推斷慢阻肺具有遺傳易感性［10］。微陣列和高通量測序等技術(shù)的出現(xiàn)，改變了檢測呼吸系統(tǒng)內(nèi)lncRNA表達水平的能力。早期有研究者在COPD患者的肺組織中觀察到lncRNA的表達改變，如LINC00882，LINC00883 和 PVT1［11］；CHEN 等［12］指出，lncRNA HCG4B在COPD中特異性表達，可作為COPD潛在的治療靶點。這些研究表明lncRNA與COPD的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

2.1 lncRNA與COPD炎癥機制的關(guān)系慢性炎癥是COPD發(fā)病的核心機制，研究發(fā)現(xiàn)［13］lncRNA可通過調(diào)控基因的表達，具有促進、優(yōu)化和抑制炎癥發(fā)生發(fā)展的作用，多種lncRNA參與COPD炎癥反應(yīng)的機制。吸煙是COPD慢性炎癥的常見誘因，WANG等［14］通過微陣列分析發(fā)現(xiàn)，香煙暴露組與正常對照組小鼠肺組織中共108個lncRNAs和119個mRNA表達異常，qRT-PCR進一步證實了lncRNA的表達水平變化；該研究在進一步通過對動物進行實驗驗證，說明慢性氣道炎癥與lncRNA表達水平密切相關(guān)。推測通過改變lncRNA表達水平可影響氣道炎癥的水平。這些實驗數(shù)據(jù)揭示了lncRNA可以作為早期炎癥標(biāo)記物的可能性。

NF-kB信號通路作為經(jīng)典的炎癥通路，與哮喘及COPD發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。已有研究表明［15］在哮喘的發(fā)生、發(fā)展中，NF-κB可通過與miRNA結(jié)合，調(diào)節(jié)氣道炎癥水平變化。lncRNA可通過調(diào)節(jié)相關(guān)基因，改變相關(guān)蛋白表達水平，引起NF-κB通路種炎癥因子水平變化，改善COPD肺部慢性炎癥發(fā)生、發(fā)展。有研究指出，lncRNA BIC及其miRNA終產(chǎn)物miR-155是新型抗炎和抗重塑治療的潛在靶點［16］。近期一項研究發(fā)現(xiàn)［17］，lncRNA-EPS在巨噬細胞中被精確調(diào)節(jié)以控制免疫應(yīng)答基因（IRG）的表達，lncRNA-EPS-缺陷小鼠在體內(nèi)內(nèi)毒素攻擊后，表現(xiàn)出更嚴重的炎癥反應(yīng)及更高的致死率；通過染色體上位置的標(biāo)注，發(fā)現(xiàn)lncRNA-EPS定位于IRG的調(diào)節(jié)區(qū)，以控制核小體定位并抑制轉(zhuǎn)錄。該研究提示將lncRNA-EPS可作為炎癥反應(yīng)的阻遏物，為進一步深入研究其表達模式及功能奠定了基礎(chǔ)，也為抗炎治療提供了新思路和新方法。

2.2 lncRNA與COPD的蛋白酶-抗蛋白酶失衡機制的關(guān)系α-1-抗胰蛋白酶缺乏可導(dǎo)致中性粒細胞彈性蛋白酶水平升高，進而降低肺部彈性蛋白，導(dǎo)致COPD患者肺氣腫的發(fā)生發(fā)展［18］。α-1-抗胰蛋白酶缺乏癥（A1ATD）是由SERPINA1基因突變引起的遺傳性疾病，SERPINA1轉(zhuǎn)錄本異構(gòu)體在組織類型中差異表達［19］。近期一項研究發(fā)現(xiàn)［4］，α-1-抗胰蛋白酶蛋白表達水平可在轉(zhuǎn)錄后水平上被控制，且定位了α-1-抗胰蛋白酶缺陷的遺傳位點位于非編碼基因區(qū)；通過對非編碼區(qū)的lncRNA基因位點進行破壞，α-1-抗胰蛋白酶表達水平發(fā)生明顯變化，說明lncRNA遺傳改變可能導(dǎo)致α-1-抗胰蛋白酶缺陷，從而引起COPD發(fā)生、發(fā)展。這表明lncRNA可能作為蛋白酶-抗蛋白酶失衡患者早期診斷的生物學(xué)指標(biāo)以及治療潛在靶點。

供體血清衍生的α-1-抗胰蛋白酶靜脈內(nèi)給藥是AIATD常用的治療手段，但這種治療費用昂貴且療效未知［20］，并不能從根本上改善疾病的發(fā)生發(fā)展。LncRNA表現(xiàn)出與α-1-抗胰蛋白酶表達水平有相關(guān)性，通過靶向改變lncRNA在轉(zhuǎn)錄后水平對α-1-抗胰蛋白酶表達進行調(diào)控，有待成為AIATD的新療法。

2.3 lncRNA與COPD的氧化應(yīng)激機制COPD患者的氧化應(yīng)激增加可導(dǎo)致細胞功能障礙，引起炎癥反應(yīng)及蛋白酶-抗蛋白酶失衡。BI等［21］對肺組織lncRNA分析發(fā)現(xiàn)，吸煙無COPD組與非吸煙無COPD組相比，有87種lncRNA上調(diào)，244種lncRNA下調(diào)；吸煙COPD組與吸煙無COPD組相比，發(fā)現(xiàn)有120個lncRNA上調(diào)和43個lncRNA下調(diào)；吸煙可影響lncRNA表達異常，與新陳代謝通路的激活相關(guān)，而COPD患者表達異常的lncRNA與轉(zhuǎn)錄、新陳代謝及免疫系統(tǒng)激活相關(guān)。THAI等［22］發(fā)現(xiàn)了一種與煙霧相關(guān)的新型lncRNA，被稱為lncRNA-1（SCAL1，lnc-ARRDC3-1），用香煙提取物（CS）對人支氣管上皮細胞進行刺激后，可測到lncRNA-1升高，敲除支氣管上皮細胞中的SCAL1導(dǎo)致CS誘導(dǎo)的細胞毒性的顯著增強。我們推測SCAL1可能有氣道炎癥抑制性調(diào)節(jié)作用。進一步的研究表明，lncRNA-1可能作用于NRF2的下游，調(diào)節(jié)基因表達并介導(dǎo)氣道上皮細胞的氧化應(yīng)激保護。lncRNA-1表達水平的升高可能作為氣道炎癥早期反應(yīng)的生物學(xué)標(biāo)記物，也可能是控制香煙煙霧暴露引起氧化應(yīng)激的新型治療靶點。

2.4 其他鞘氨醇-1-磷酸（S1P）是一種有效的信號傳導(dǎo)脂質(zhì)，在內(nèi)皮中S1PR1是主要的受體。lncRNA NONHSAT004848（LISPR1）與 S1PR1基因緊密相連，在人臍靜脈內(nèi)皮細胞以及人肺組織中，qRT-PCR和RNA-Seq顯示LISPR1的高表達，而在COPD肺組織中S1PR1和LISPR1表現(xiàn)為下調(diào)，LISPR1控制內(nèi)皮細胞S1PR1的表達，從而控制內(nèi)皮細胞中S1P誘導(dǎo)的信號傳導(dǎo)。lncRNA LISPR1充當(dāng)對S1PR1表達和內(nèi)皮細胞功能重要的新調(diào)節(jié)單位，可作為COPD診斷的早期標(biāo)志物及治療的潛在靶點。

CHAO等［23］研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA090007通過介導(dǎo)SIRT1/p53和FoxO3a信號通路，導(dǎo)致SIRT1和FoxO3a的表達水平降低，SAL-RNA2，SAL-RNA3，p53和p21在肺組織中表達上調(diào)，引起Ⅱ型肺泡上皮細胞凋亡，加重COPD肺氣腫發(fā)生。通過對lncRNA進行抑制或過表達，可作為間接調(diào)控Ⅱ型肺泡上皮細胞凋亡的手段，為COPD早期診治提供了新的思路。

3 展望

越來越多研究表明，lncRNA在COPD的診斷和治療中有著巨大的潛在應(yīng)用價值。大量研究證實了lncRNA在COPD肺組織中異常表達，且部分lncRNA出現(xiàn)明顯的特異性表達，這一特點將有助于尋找COPD相關(guān)的早期生物學(xué)標(biāo)志物和藥物治療靶點。LncRNA在COPD中的表達及其生物學(xué)功能仍有待深入的研究，調(diào)控經(jīng)典炎癥通路中關(guān)鍵位置基因相關(guān)的lncRNA，有望成為COPD患者再起診治的關(guān)鍵。COPD的發(fā)生發(fā)展是一個多因素、多環(huán)節(jié)相互作用的結(jié)果，上述機制為目前研究的一部分，另外還有很多其他因素在COPD的發(fā)病過程中起著重要作用，例如遺傳易感性、免疫失衡等。盡管目前l(fā)ncRNA的分子機制還有待進一步探索，但相信通過不斷的深入研究，lncRNA有望成為COPD早期診斷及診療的靶點。