孟云超,牛桂軍 綜述,張啟芳審校

(廣西壯族自治區(qū)南溪山醫(yī)院消化內(nèi)科,廣西桂林 541002)

炎癥性腸病(inflammatory bowel diseases,IBD)包括克羅恩病(crohn′s disease,CD)和潰瘍性結(jié)腸炎(ulcerative colitis,UC)，是多因素參與的自身免疫系統(tǒng)疾病，其患病率日益增加，遺傳、環(huán)境和免疫因素在其中所扮演的角色是復(fù)雜和未確定的，故研究它的發(fā)病機(jī)制、診斷及治療方法是非常有必要的[1]。

長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding,LncRNA)是一類長(zhǎng)度超過(guò)200 bp但不翻譯成蛋白質(zhì)的功能性RNA分子；基因組中存在大量的LncRNA分子，LncRNA功能復(fù)雜，可通過(guò)多種機(jī)制在表觀遺傳水平、轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達(dá)，廣泛參與機(jī)體的生理和病理過(guò)程[2]。目前已發(fā)現(xiàn)超過(guò)11 000個(gè)LncRNA分布于復(fù)雜生物的基因組中，而目前僅研究了一小部分LncRNA的結(jié)構(gòu)和功能[3]。越來(lái)越多的研究證明，LncRNA在免疫系統(tǒng)疾病中發(fā)揮了關(guān)鍵性作用，并參與自身免疫系統(tǒng)疾病[如炎癥性腸病(IBD)]的發(fā)病機(jī)制，LncRNA有不同的作用機(jī)制，包括：(1)作為信號(hào)，發(fā)送信號(hào)轉(zhuǎn)錄。(2)作為介質(zhì)，與分子結(jié)合并阻止其作用。(3)作為向?qū)?，協(xié)助分子與染色質(zhì)相互作用。(4)作為支架，提供穩(wěn)定的分子復(fù)合物及讓這些復(fù)合物結(jié)合[4-5]；它也可以作為增強(qiáng)子RNA，甚至編碼具有調(diào)節(jié)功能的短肽[6-7]；它還可以影響順式(相鄰基因)或反式(遠(yuǎn)端基因)方式中的基因表達(dá)，且在轉(zhuǎn)錄后水平中起作用[5,8]。LncRNA在癌癥方面的調(diào)控作用研究最多[6,9]；其次在心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和微生物敏感性方面的研究也較多[10-13]。目前，LncRNA與IBD相關(guān)的研究較少。

1 LncRNA的分子調(diào)控機(jī)制

LncRNA大多是由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄，其5′帽子和3′poly尾結(jié)構(gòu)在成熟過(guò)程被剪切[14]；許多LncRNA的表達(dá)僅限于特定發(fā)育階段，并具有組織特異性[15]。LncRNA起初被認(rèn)為是基因轉(zhuǎn)錄的“噪音”，不具有生物學(xué)功能。近年發(fā)現(xiàn)，LncRNA通過(guò)與DNA、RNA和RNA結(jié)合蛋白相互作用調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，參與調(diào)節(jié)pre-mRNA剪接、蛋白質(zhì)翻譯和mRNA的穩(wěn)定性[16]。其次，LncRNA還可充當(dāng)“誘餌”直接激活或抑制基因，通過(guò)順式或反式作用調(diào)節(jié)基因的表達(dá)；在轉(zhuǎn)錄后，作為分子骨架促進(jìn)多蛋白復(fù)合物的形成[14,16]。

2 LncRNA與IBD的發(fā)病機(jī)制研究

2013年研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA DQ786243在CD合并肝細(xì)胞癌的患者中過(guò)表達(dá)，在活動(dòng)期CD患者的外周血單核細(xì)胞中的表達(dá)量較非活動(dòng)期或健康人均增加；研究還表明DQ786243與環(huán)磷酸腺苷(cAMP)反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(cAMP response element binding protein,CREB)的表達(dá)密切相關(guān)，而CREB是調(diào)節(jié)T細(xì)胞(Treg)中主要的轉(zhuǎn)錄因子，LncRNA DQ786243以這種方式影響Treg，其可能是它參與IBD的發(fā)病機(jī)制之一[17]。另一個(gè)與CD病理生理學(xué)相關(guān)的LncRNA是激活T細(xì)胞核因子的非編碼抑制劑(non-coding repressor of nuclear factor of activated T cells,NRON)，這個(gè)分子通過(guò)抑制核染色體突變參與RNA蛋白的合成，富含亮氨酸的重復(fù)激酶-2(leucine-rich repeat kinase 2，LRRK2)是CD的易感基因，研究發(fā)現(xiàn)缺乏LRRK2的小鼠更易受到葡聚糖硫酸鈉(DSS)誘導(dǎo)的結(jié)腸炎的影響，其可能是CD發(fā)病的重要分子機(jī)制之一[18]。

有研究表明，LncRNA H19與維生素D受體(Vitamin D receptor，VDR)的信號(hào)傳導(dǎo)參與炎性疾病的發(fā)生發(fā)展，在UC組織中H19對(duì)腸上皮屏障功能有破壞作用[19]。H19與VDR的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，H19的過(guò)表達(dá)可能是UC組織中VDR表達(dá)下降的機(jī)制之一；且H19與VDR信號(hào)傳導(dǎo)之間的相互作用可能為治療UC提供新的靶點(diǎn)[19]。CHEN等[20]研究表明miR-34c與LncRNA PlncRNA1通過(guò)調(diào)節(jié)IBD中的緊密連接蛋白介導(dǎo)腸上皮屏障功能，在DSS誘導(dǎo)的腸上皮屏障損傷中，PlncRNA1過(guò)表達(dá)發(fā)揮保護(hù)腸上皮屏障功能，且PlncRNA1和miR-34c結(jié)合在一起可調(diào)節(jié)緊密連接蛋白的表達(dá)。總之，LncRNA與IBD的發(fā)病機(jī)制研究目前較少，有待更進(jìn)一步的深入研究。

3 LncRNA在IBD及IBD候選基因中的表達(dá)情況

很多研究工作致力于鑒定IBD相關(guān)的LncRNA及IBD候選基因間的關(guān)系。有研究發(fā)現(xiàn)，約3 665種LncRNA基因交叉在1 168種IBD候選基因中，且約1131種LncRNA在這些基因附近[21]。此外，有研究表明，LncRNA調(diào)節(jié)區(qū)域中的單個(gè)核苷酸多態(tài)(single nucleotide polymorphisms,SNPs)可能會(huì)增加各種疾病的易感性，2 063個(gè)SNP位于468個(gè)IBD相關(guān)的LncRNA基因內(nèi)，且它們中的大部分與結(jié)合因子如轉(zhuǎn)錄因子、數(shù)量性狀遺傳位點(diǎn)(expression quantitative trait loci，eQTLs)、DNA酶峰結(jié)合在一起[22]。這提示在LncRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)中可能會(huì)影響結(jié)合，362個(gè)SNP的變化可致二級(jí)結(jié)構(gòu)改變，例如，2個(gè)SNP(rs3757247和rs597325)通過(guò)IBD候選基因 BACH2 LncRNA NONHSAG044354 影響外顯子的二級(jí)結(jié)構(gòu)。另外，發(fā)現(xiàn)7個(gè)具有結(jié)構(gòu)破壞性的SNP(rs5763746、rs1476514、rs41176、rs41158、rs3757247、rs597325及rs602662)包含在IBD相關(guān)的LncRNA中。其中4個(gè)SNP(rs5763746、rs1476514、rs41176、rs41158)嵌套在IBD候選基因NONHSAG033653上，也就是在HORMAD2(22q12.2)附近的LncRNA上。通過(guò)研究不同組織中的SNP和候選鄰近基因之間的共表達(dá)模式，發(fā)現(xiàn)rs3757247對(duì)IBD相關(guān)的LncRNA NONHSAG044354 在全血中與IBD候選基因BACH2聯(lián)系緊密。另外，在不同組織中發(fā)現(xiàn)反義LncRNA NONHSAG026183與其候選基因FUT2共表達(dá)，因此需要更多的研究證明SNP 與IBD相關(guān)的LncRNA及與IBD候選基因間的相關(guān)性[21]。

4 LncRNA在IBD中的研究

除了現(xiàn)有的研究外，有研究還通過(guò)提取IBD患者的血液和組織活檢研究LncRNA。最近有研究取CD患者的血漿標(biāo)本與1988年的LncRNA進(jìn)行轉(zhuǎn)錄分析對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在CD患者的血漿標(biāo)本中發(fā)現(xiàn)10個(gè)最上調(diào)和10個(gè)最下調(diào)的LncRNA[23]。其中GAS5(the growth arrest-specific transcript 5)已證實(shí)與不同類型的癌癥相關(guān)[24]，這提示循環(huán)血中的LncRNA可作為CD的生物標(biāo)志物來(lái)研究。

在活動(dòng)期及非活動(dòng)期CD患者的組織活檢中發(fā)現(xiàn)，活動(dòng)期CD的黏膜中發(fā)現(xiàn)有438個(gè)獨(dú)立的LncRNA，它們中的大多數(shù)在CD和UC中共表達(dá)，但其中100個(gè)僅在CD中表達(dá)。在CD患者的組織活檢中發(fā)現(xiàn)10個(gè)最上調(diào)和10個(gè)最下調(diào)的LncRNA[25]。

最近研究發(fā)現(xiàn)，在UC活動(dòng)期、緩解期及健康對(duì)照組中，LncRNA的表達(dá)均不相同，這為L(zhǎng)ncRNA可能會(huì)作為診斷UC及作為UC的生物學(xué)標(biāo)志物提供了依據(jù)[26]。在UC患者的組織活檢中，轉(zhuǎn)錄分析提示745個(gè)重要的LncRNA，其中400個(gè)是UC獨(dú)有的，剩下的與CD共享；在UC患者的組織活檢中發(fā)現(xiàn)10個(gè)最上調(diào)和10個(gè)最下調(diào)的LncRNA[25]。

知道LncRNA可以順式方式控制基因表達(dá)，從而研究了IBD中記錄的LncRNA與其相鄰蛋白質(zhì)編碼基因中可能存在的共表達(dá)模式。UC樣本中記錄的LncRNA分子，發(fā)現(xiàn)IFNG-AS1與UC相關(guān)的SNP rs7134599相關(guān)，且其位于IFNG基因(一種炎癥細(xì)胞因子)附近，在Jurkat細(xì)胞系中發(fā)現(xiàn)IFNG-AS1可以上調(diào)IFNG的表達(dá)，這提示LncRNA在炎癥反應(yīng)中與IBD相關(guān)；此外，還發(fā)現(xiàn)LncRNA RP11-465 L10.10與IBD相關(guān)的SNP rs1569723共表達(dá)[25-26]。同樣，發(fā)現(xiàn)另一種LncRNA BC012900在UC活動(dòng)期的組織活檢中被顯著上調(diào)，且通過(guò)已知的IBD分子途徑如Toll樣和NOD2受體被細(xì)胞因子和病原體刺激。此外，還發(fā)現(xiàn)BC012900在上皮細(xì)胞中的過(guò)表達(dá)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞增殖受到顯著抑制并增加凋亡易感性[27]。

UC和CD是自身免疫系統(tǒng)疾病，有很多共同點(diǎn)，例如已經(jīng)在數(shù)據(jù)庫(kù)中登記的共享的IBD相關(guān)基因座。HRDICKOVA等[28]使用免疫芯片數(shù)據(jù)收集了包括IBD在內(nèi)的9種自身免疫性疾病(autoimmune diseases,AIDs)及其疾病相關(guān)基因座的最常見(jiàn)SNP，篩選出LncRNA和蛋白質(zhì)編碼基因，然后研究這些AIDs基因座編碼基因在已知免疫細(xì)胞中的表達(dá)情況與參與艾滋病的發(fā)病機(jī)制。結(jié)果顯示，與來(lái)自全基因組的LncRNA相比，與AIDs共享的基因座相關(guān)的LncRNA在免疫細(xì)胞中高表達(dá)(P<0.05)；而且證實(shí)NK、Th0及Th2細(xì)胞在IBD中高表達(dá)(P<0.05)。T細(xì)胞和B細(xì)胞與UC的特異性相關(guān)，對(duì)LncRNA和蛋白質(zhì)編碼基因的共表達(dá)進(jìn)行了分析和建立相互作用模型，例如與IBD相關(guān)的IL21/IL21-AS1基因座包含4個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因(KIAA1109、ADAD1、IL2、IL21)和1個(gè)LncRNA(IL21-AS1)，這種LncRNA在Th1細(xì)胞中與IL21共表達(dá)，且表達(dá)水平相似，這提示需要更多的研究去證實(shí)其他的信號(hào)通路的存在。

此外，從活動(dòng)期CD和UC的組織活檢中分離出20余個(gè)LncRNA，然而，研究人員并沒(méi)有成功將其分類成CD和UC表型，有可能需要更大樣本的研究，從而為將來(lái)提供有用的生物學(xué)標(biāo)記物[25]。LncRNA可以定位于細(xì)胞外液中，比如血漿，而且它們?cè)诮M織、細(xì)胞和各發(fā)育階段有著顯著的特異性[29]；它們將被證明是極好的生物學(xué)標(biāo)記物，該領(lǐng)域正在進(jìn)行相關(guān)研究[8,30]。然而，在IBD組織或血液樣品中分離的LncRNA分子尚未被證明是IBD所特有的；且在自身免疫性疾病之間，以及在自身免疫性和癌癥之間還發(fā)現(xiàn)很多重疊。如果進(jìn)一步了解LncRNA的生理機(jī)制，特定分子將作為某些疾病的標(biāo)志。

5 LncRNA在IBD中的臨床意義

大多數(shù)研究通過(guò)微陣列和qPCR技術(shù)對(duì)IBD患者結(jié)腸鏡活檢標(biāo)本進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)LncRNA在UC和CD之間或活動(dòng)期和非活動(dòng)期IBD之間表達(dá)有差異，這種差異表達(dá)提示LncRNA有潛力作為IBD診斷、活動(dòng)度評(píng)估及療效評(píng)價(jià)的標(biāo)志物。目前還沒(méi)有研究聯(lián)合使用非編碼RNA和LncRNA用于IBD診斷或活動(dòng)度的評(píng)估，如果進(jìn)行聯(lián)合使用，相信會(huì)進(jìn)一步提高靈敏度和特異度，這是研究非編碼RNA作為IBD臨床標(biāo)志物的一個(gè)新思路。

6 展 望

雖然LncRNA最早的功能是和蛋白質(zhì)合成相關(guān)，但越來(lái)越多的研究表明，參與蛋白合成僅是LncRNA的一小部分功能。近年來(lái)，對(duì)復(fù)雜疾病遺傳機(jī)制的研究已經(jīng)轉(zhuǎn)向基因組的非編碼區(qū)域，且發(fā)現(xiàn)LncRNA在基因調(diào)控中起著至關(guān)重要的作用，它可能是遺傳學(xué)和表觀遺傳學(xué)之間缺失的一步，可以解釋疾病的多因素。相對(duì)于蛋白編碼序列以及小分子RNA來(lái)說(shuō)，LncRNA的研究還處于起步階段，特別是在自身免疫性疾病如IBD方面，目前還需要更多的研究完善IBD相關(guān)的LncRNA表達(dá)譜，探究其在IBD發(fā)生發(fā)展中的作用通路。且大樣本量的LncRNA研究將有助于揭示IBD的發(fā)病機(jī)制及為IBD的診治開辟新的途徑和治療靶點(diǎn)。