長鏈非編碼RNA-GAS5與支氣管哮喘的關系

吳 迪，張 倩，錢 艷，孫 赟，施宇佳，顧 斌

0 引言

GAS5(Growth arrest specific 5)是單鏈非編碼RNA，其基因是一個小的核仁RNA宿主基因，是以上游的寡嘧啶序列為特征的5′TOP(5′末端寡-嘧啶類)基因的成員，被稱作GAS5 的原因是其產生的低端剪接的長鏈非編碼RNA(Long non-coding RNA,lncRNA)會在生長抑制的細胞中累積[1]，并且血清饑餓和使用蛋白翻譯抑制劑都可以導致GAS5降解減少，從而導致其在細胞中累積[2-3]。人GAS5基因包含12個外顯子，其內含子中有10個C/D box(核糖核苷酸顆粒的組分，指導28S，18SrRNA的核糖中C2位的O甲基化和假尿苷酰化)核仁小RNA基因，由于外顯子7a和7b轉錄的不同，其產生2種異構體GAS5a和GAS5b和多種包含一個或多個核仁小RNA的表達序列標簽。GAS5有以下特點：①其部分轉錄物的二級RNA結構與糖皮質激素反應元件(Glucocorticoid response element,GRE)相似，這意味著它可以結合糖皮質激素受體(Glucocorticoid receptor,GR)的DNA結合結構域。這個作用阻止糖皮質激素受體被激活，從而阻止激素對其靶基因的調控。②這種轉錄物可以調節其他受體，如雄激素、黃體酮和鹽皮質激素受體，可以結合到GRE相似的區域[4]。③這種轉錄物還有多種功能，包括細胞生長停滯和細胞凋亡[5]，為潛在的腫瘤抑制劑，這與其在多種不同組織癌癥中的下調有關[6-8]。④GAS5可以通過發揮海綿效應競爭性結合miRNA，從而影響miRNA的作用，進而調節靶基因的表達[9-10]。⑤GAS5同時存在于細胞質和細胞核內，但主要位于細胞質內，在地塞米松的作用下，一部分GAS5會向核內轉運[4]。

1 GAS5與糖皮質激素抵抗

氣道炎癥是支氣管哮喘的重要發病機制之一。多種炎癥介質、炎癥細胞和細胞因子共同參與、相互作用，引起氣道炎癥、氣道高反應性和氣道重構[11]。在支氣管哮喘的治療中，糖皮質激素因其強大的抗炎作用在支氣管哮喘的長期治療中具有重要地位。糖皮質激素正常發揮作用時，GR被激活并轉運至核內，GR的DNA結合結構域結合糖皮質激素效應基因，促進抗炎基因的轉錄并抑制炎癥基因的轉錄[12]，影響細胞因子如白細胞介素-4(IL-4)、IL-5、IL-13，巨噬細胞集落刺激因子(GM-CSF)，炎癥介質如白三烯(LT)、前列腺素(PG)、一氧化氮合酶(NO synthase,NOS)等的合成而發揮抗炎作用[13]。GAS5作為少數具有調控功能的長鏈非編碼RNA之一，能通過GRE相似區與GR的DNA結合結構域結合，阻止GR結合到GRE，從而抑制GR誘導的內源性糖皮質激素基因的轉錄活性[4]，并且GR與GAS5 RNA的結合在地塞米松濃度低至10-10M的濃度下即可被觀察到，僅為生理循環中激素濃度的1/10。雖然機制有待研究，但是GAS5作為一個新的糖皮質激素受體活動參與者，在包括肺部的許多組織中都有表達,可干涉氣道慢性炎癥的糖皮質激素治療，參與糖皮質激素敏感性的調控。研究發現，促炎癥介質、地塞米松以及糖皮質激素耐受性相關因子如腫瘤壞死因子-α、IL-1α、轉化生長因子-β1會提高氣道結構細胞(上皮細胞和平滑肌細胞)中GAS5的水平導致GR活性水平下降[14]。促炎癥介質能夠直接在轉錄水平誘導GAS5的表達。不同炎癥介質對GAS5表達水平的影響并不是累加的，提示促炎癥介質可能是通過同一途徑調節GAS5的水平。另外，GAS5-targeting siRNA使上皮細胞中的GAS5轉錄水平降到一半就能夠使地塞米松誘導的GRE活性翻倍，顯示了GAS5與GRE活性相反的數量關系，即GAS5敲低為原來的1/2時，GRE活性升高為原來的2倍，但此種敲低導致的GRE活性增強會被轉化生長因子-β1打斷，推測GAS5升高可能導致糖皮質激素的耐受性增強，使GAS5成為哮喘治療的靶點[14]。

2 GAS5與氣道重構

支氣管哮喘的慢性炎癥過程導致氣道重構，表現為支氣管平滑肌數量增多，支氣管上皮細胞肥大，杯狀細胞化生。氣道重構導致不可逆或部分不可逆的氣道阻塞和持續的氣道高反應性[15]，引起哮喘患者肺功能不可逆的喪失，哮喘癥狀反復發作及急診住院，并且不可逆的氣道重構是支氣管哮喘最難處理的問題之一，目前有效的逆轉治療手段只有支氣管熱成形術[16]。LncRNA作為miRNA海綿調節基因表達的功能已經被大量研究證實[17]。在支氣管平滑肌細胞中，已經有5種lncRNA可作為miRNA海綿(RP11-46A10.4、LNC00883、BCYRN1、LINC00882和PVT1)，其目標miRNA分別是miR-150、miR-371-5p、miR-940、miR-1207-5p和miR-203a[18-21]，通過結合沉默這些miRNA發揮基因調節作用[22-24]。研究顯示，GAS5能作為海綿吸附miR-10a，調節腦源性神經營養因子(Brain derived neurotrophic factor,BDNF)的表達。過表達的miR-10a能夠將絲裂原誘導的支氣管平滑肌細胞增殖減少50%，而抑制miR-10a能增加40%的支氣管平滑肌細胞增殖，miR-10a能直接結合BDNF的3′UTR區。與普通對照組相比，支氣管哮喘患者支氣管平滑肌細胞中GAS5和BDNF水平升高，miR-10a水平下降。在哮喘小鼠中，敲除GAS5能通過提升miR-10a的表達水平顯著降低血小板衍生生長因子(Platelet derived growth factor-BB,PDGF-BB)誘導的BDNF表達，抑制支氣管平滑肌細胞的增生，敲除GAS5基因的哮喘小鼠氣道反應性明顯降低[10]。

3 GAS5與重癥哮喘

重癥哮喘是哮喘的一個亞型，是哮喘致殘致死的主要原因。我國流行病學調查顯示，14歲以上人群重癥哮喘約占哮喘患者的5.99%[25]。但重癥哮喘患者頻繁急診或住院，生活質量和身心健康受到極大影響，占用巨額醫療資源[26]。根據2014 ERS/ATS指南及我國專家共識[11,27]，重癥哮喘是指在哮喘診斷明確的情況下，按照哮喘全球防治創議(GINA)建議的第4級或第5級治療才能控制或在上述治療下仍不能達到控制的哮喘患者。另外，還要排除可能導致相似癥狀的慢性阻塞性肺疾病、支氣管炎、腫瘤、間質性肺疾病、胃食管反流等諸多疾病，與哮喘緊密聯系的疾病如阿司匹林加重性呼吸系統疾病和變應性支氣管肺曲霉病，影響哮喘嚴重程度的疾病如睡眠相關呼吸疾病、慢性鼻炎和心臟疾病。重癥哮喘患者對常規哮喘治療藥物如吸入型糖皮質激素、長效β受體激動劑、長效抗膽堿藥反應較差，特別是糖皮質激素，即便在較大劑量依然無明顯改善[28]。重癥哮喘患者對糖皮質激素的反應性降低是重癥哮喘患者的重要特征[29]。目前尚無GAS5與重癥哮喘關系的研究。有研究顯示，體外用刀豆凝集素A誘導增殖健康人外周血單個核細胞，在甲基潑尼松龍干預后，激素不敏感組人外周血單個核細胞中GAS5水平較激素敏感組升高[30]，提示GAS5的表達差異可能影響哮喘患者對激素的敏感性，甚至可以用于重癥哮喘的早期診斷。

4 結語

GAS5與支氣管哮喘的關系密切。GAS5參與支氣管哮喘的核心機制是GAS5的部分轉錄物與GR結合并阻止GR被激活，進而阻止激素對其靶基因的調控，這在支氣管哮喘激素不敏感的診斷與治療中具有極大潛力。更為重要的是，GAS5與GR活性之間的數量關系，使得GAS5重要性更為突出，這對糖皮質激素敏感性量化以及未來哮喘的精準治療可能具有重要意義。另外，促炎癥介質對GAS5水平的非累加作用暗示了同一條未明確的調節途徑，且使用轉化生長因子-β1干預后，GAS5的敲低不能使GR的活性升高到預想中的程度，這對進一步研究GAS5在糖皮質激素抵抗中的作用奠定了基礎，并且為重癥哮喘的診斷、治療提出了新的思路。綜上所述，GAS5與支氣管哮喘關系密切，其在哮喘(尤其是重癥哮喘)中的作用機制值得深入研究。