长链非编码RNAs在自身免疫病中的研究进展*

谢梦晓，刘霞，邵启祥

(江苏大学医学院，江苏镇江 212013)

长链非编码RNAs在自身免疫病中的研究进展*

谢梦晓，刘霞，邵启祥

(江苏大学医学院，江苏镇江 212013)

长链非编码RNAs(long non-coding RNAs，lncRNAs)是一类片段超过200个核苷酸且不具备编码蛋白质能力的RNA转录本。lncRNAs作为一种表观遗传学修饰，通过影响染色质重塑、基因转录、蛋白质转运和运输等发挥其生物学活性。大量基础及临床研究表明，在动物或人体内许多表达水平异常的lncRNAs可能参与自身免疫病的发生、发展。结合近年来的相关报道，该文主要针对不同类型自身免疫病中异常改变的lncRNAs做一综述，并着重讨论lncRNAs的作用机制及其在自身免疫病发生、发展中的调控作用。

长链非编码RNAs；自身免疫病；表观遗传学

遗传中心法则认为，遗传信息主要储存于编码蛋白质的基因中，基因编码的终产物蛋白质则负责行使遗传信息的功能，而mRNA作为RNA分子的主体，仅仅是介导DNA最终形成蛋白质过的媒介物[1]。随着基因组学、测序技术和生物信息学的兴起，科学家们发现在许多情况下，细胞和组织的基因并未发生改变，但是生物学行为发生了明显的变化。进一步研究发现基因存在各类修饰行为，于是表观遗传学的概念被提出，其中一些过去被认为是“噪声RNA”的非编码RNAs(non-coding RNAs，ncRNAs)被发现是表观遗传学调控机制中的关键分子，在各种生命活动中发挥重要的作用[2-5]。根据转录本长度的大小，ncRNAs可分为长约20～30个核苷酸的微小RNA(microRNA，miRNA)和大于200个核苷酸的长链非编码RNAs(long non-coding RNAs，lncRNAs)[6-7]。在生物合成过程中，部分lncRNAs与mRNA类似，也需要经历转录、加帽、剪切、多聚腺苷酸化等，最终形成成熟的转录本，定位在细胞核或细胞质中[8-9]。最初认为lncRNAs作为一种ncRNAs不具备编码蛋白质的功能，但有研究表明，小部分lncRNAs也具有编码小分子蛋白质的功能[9-10]。因此，lncRNAs的出现无疑是对“RNA作为遗传中心法则的媒介物”这一传统认识的挑战，也启发生命科学和医学研究人员对生命的生物学行为的调控有了新的认识与思考。然而，这种认知仅仅处于起步阶段。

1 lncRNAs的分类与作用方式

lncRNAs可根据其在基因组中的相对于邻近蛋白质编码mRNA的位置，分为以下5种类型：(1)正义lncRNAs(sense lncRNAs)，即转录方向与邻近蛋白质编码基因相同，并与该链上至少一个外显子区域相重叠的lncRNAs;(2)反义lncRNAs(antisense lncRNAs)，即转录方向与邻近蛋白质编码基因互补链相同，并与该链上至少一个外显子区域相重叠的lncRNAs；(3)内含子lncRNAs(intronic lncRNAs)，即在蛋白质编码基因的内含子区域转录，并且与基因无任何重叠的lncRNAs；(4)双向lncRNAs(bidirectional lncRNAs)，即从蛋白质编码基因互补链启动子区域转录形成的lncRNAs；(5)基因间lncRNAs(intergenic lncRNAs，lincRNA)，即位于两个独立转录单元之间的lncRNAs[11]。随着基因芯片、二代测序等技术的飞速发展，将会有更多的lncRNAs被发现、鉴定和归类。

与siRNAs、miRNAs等小分子ncRNAs通过碱基互补配对介导沉默基因的效应不同，lncRNAs可与DNA、RNA或蛋白质形成复合物，因此，基因组lncRNAs对邻近或远端基因的调控机制更加复杂[11-12]。目前，有关lncRNAs调控基因的作用方式，主要有以下4种途径：(1)lncRNAs可作为“诱饵分子”，通过与基因的启动子序列竞争结合某些转录因子，抑制基因的转录[11, 13-14]；(2)lncRNAs可作为“接头分子”招募两种或两种以上蛋白质，并与之形成复合物，通过不同的组蛋白甲基化修饰介导基因的沉默[11, 15-16]；(3)与机制2类似，lncRNAs可与某些蛋白质结合，并作为“引导链”促使这些蛋白质特异性地富集在一些基因上，这种“引导链”的调控方式往往具有基因选择性[11, 17]；(4)lncRNAs还可作为“增强子RNAs”，通过结合一些蛋白质因子作用于基因远端的增强子区域，促进这些基因选择性地在某些组织或细胞中转录水平升高[11, 18]。值得注意的是，lncRNAs对于基因的调控往往同时依赖多种机制的发挥。

2 lncRNAs与自身免疫病

在lncRNAs研究早期，大量基础与临床研究表明其一级、二级结构改变或表达水平异常会引起神经退行性疾病及恶性肿瘤的发生[19]。随着全基因组关联研究(genome-wide association studies，GWAS)的广泛开展，许多与自身免疫病易感性有关的基因变异体被发现，约有90%的风险基因位于非编码区域，而其中10%的基因可转录生成lncRNAs[20]，提示lncRNAs表达水平或功能异常可能参与自身免疫病的发生或发展。

2.1 lncRNAs与系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus，SLE) SLE是一类全身性自身免疫病，该病的典型特征为大量自身抗体的产生。患者固有免疫与获得性免疫功能异常紊乱是导致SLE发生的重要原因[21]。GWAS结果表明，位于人类1号染色体长臂2区5带(1q25)基因座的lncRNAGas5转录本是一个SLE的易感基因[13, 22-23]。Gas5可作为“诱饵分子”与糖皮质激素反应元件(glucocorticoid response element，GRE)竞争性地结合糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor，GR)，从而阻断GR下游信号的转导[13]。血清中高表达Gas5的SLE患者可能对糖皮素激素治疗具有更强的抵抗性，因此，Gas5有可能成为难治性SLE的重要诊断标志。此外，通过对9例SLE患者及8例健康志愿者外周血纯化分离的单核细胞进行RNA测序，Shi等[24]发现lncRNAHIVEP2的表达水平在SLE患者体内显著上调，但其在SLE发病过程中的具体作用还有待于进一步研究。最新的一项研究表明，lncRNANFAT1的表达水平在SLE患者外周血来源的单核细胞中显著升高。通过体外实验，Zhang等[25]发现在人急性单核细胞白血病THP-1细胞系中，LPS可通过激活p38/MAPK通路上调NFAT1的表达水平。反之，在LPS刺激的THP-1细胞系中，通过沉默NFAT1的表达可抑制p38/MAPK通路，从而显著下调IL-6、CXCL-10等细胞因子的分泌水平。而已有的研究表明，NFAT-1的表达水平与SLE疾病的活动指数呈正相关。由此可见，上调的lncRNANFAT1可能是导致SLE患者外周血单核细胞中大量炎症因子聚集的一个重要因素，并有可能成为SLE活动期的标志。

2.2 lncRNAs与类风湿关节炎(rheumatoid arthritis，RA) 作为另一种典型的全身性自身免疫病，RA的典型特征为关节滑膜等组织中发生慢性炎症及组织损伤[26]。其中在滑膜腔中，微环境的改变可释放TNF-α、IL-1β、IL-6、MCP-1及MIP-1等炎症因子并招募T细胞、B细胞、中性粒细胞、巨噬细胞以及成纤维样滑膜细胞等聚集至关节局部，通过释放大量的蛋白酶引起关节局部的损伤[27-30]。Jinsoo等[31]通过对RA患者的外周血单个核细胞(peripheral blood mononuclear cell，PBMC)及血清分离的外泌体(exosome)进行微阵列芯片分析，发现包括Hotair、LUST、anti-NOS2A、MEG9、SNHG4、TUG1和NEAT1在内的lncRNAs表达水平上调，而Malat1、SNHG1、mascRNA、PRas、PRINS和HOXA3as则有所下调。此外，Transwell趋化实验和免疫印迹技术结果表明，Hotair可以增强巨噬细胞迁移的活性并上调金属基质蛋白酶MMP-2、MMP-13的活性。因此，在RA活动期，上调的Hotair很可能通过激活巨噬细胞，从而分泌金属基质蛋白酶，促进关节局部炎症发生以及组织损伤。因此Hotair很有可能与RA的活动期相关，并可能成为其血清诊断和治疗评价的标志物。另一项基于单核苷酸多态性分析(single nucleotide polymorphisms，SNP)的研究提示，TRAF1-C5RNA可作为RA疾病风险相关的候选基因座[32]。TRAF1-C5RNA属于基因间lncRNA，经LPS刺激后可诱导位于TRAF1-C5RNA基因座的C5T1lncRNA发生转录，同时，其在滑膜成纤维细胞中的表达水平与补体C5的表达水平呈正相关。该研究结果表明，C5T1lncRNA可能通过调控RA相关基因C5的表达促进RA的发生、发展[33]。近期，Zhang等[34]通过对RA患者膝关节中成纤维样滑膜细胞进行微阵列芯片分析以及实时定量PCR验证，发现lncRNAENST00000483588的表达水平显著上调，而ENST00000438399、uc004afb.1和ENST00000452247的表达水平则显著下调。同时，相关性分析结果表明，上调的lncRNAENST00000483588与C反应蛋白含量呈正相关。因此，lncRNAENST00000483588的表达上调可能与RA的疾病活动指数有关。

2.3 lncRNAs与银屑病 银屑病是一类由机体免疫功能失调引起的慢性皮肤病，该病好发于皮肤及关节等部位，并常伴有基底膜角质细胞异常增生和分化[35]。2005年，Sonkoly等[36]就鉴定出了与银屑病患病易感性有关的lncRNAPRINS，但未发现其直接参与银屑病的证据。然而，在后续的研究中，Szegedi等[37]却发现与正常志愿者的角质细胞相比，抗凋亡蛋白GIP3在银屑病患者的角质细胞中表达上调400倍，并且该基因受PRINS调控，从而揭示了在银屑病患者的角质细胞中，上调的lncRNAPRINS可能通过调控GIP3的活性，从而抵抗角质细胞的凋亡，参与银屑病的发生发展。另一个与银屑病有关的lncRNA是PSORS1C3。基于流行病学的数据调查结果表明，PSORS1C3与瑞典人银屑病的易感性密切相关[38]。因此，目前认为PSORS1C3也是一个与银屑病患病有关的风险基因。

2.4 lncRNAs与克隆恩病(Crohn′s disease，CD) CD是一种由免疫功能失调引起的慢性炎症性肠病，常伴有胃肠道外症状[39]。Qiao等[40]通过对活动期CD患者的外周血样本进行检测，发现lncRNADQ786243与cAMP反应元件结合蛋白(cAMP response element binding protein，CREB)表达水平显著升高，且上调的DQ786243与CRP含量呈正相关，初步提示lncRNADQ786243有可能成为CD疾病活动期的标志。然而，Qiao等在人T淋巴瘤Jurkat细胞系中转染DQ786243，发现lncRNA可通过调控CREB的磷酸化水平促进Foxp3蛋白质水平的表达，提示lncRNADQ786243有可能发挥保护效应。两者研究结果似乎有一定的矛盾，推测DQ786243可能参与疾病的负反馈调控。

2.5 lncRNAs与其他自身免疫病 除了以上讨论的4种常见的自身免疫病外，不同的lncRNAs转录本，如IFNG-AS1可通过增强TH1细胞的免疫应答,参与多发性硬化症和干燥综合征的致病过程[41-42]。SAS-ZFAT在人CD19+B细胞中表达水平较高，而自身免疫性甲状腺炎患者常伴有SAS-ZFAT启动子区域的SNPs，初步提示SAS-ZFAT可能与自身免疫性甲状腺炎的易感性有关[43]。此外，具有抗凋亡、促增殖效应的PVT1转录本则被认为是引起I型糖尿病并发症终末期肾病的易感基因[44]。

3 问题与展望

随着生物信息学及分子生物学等技术的飞速发展，科学家通过发现miRNAs调控靶基因沉默的规律,揭示了许多生命现象的本质，为研究人类重大疾病的发生机制、诊断、治疗提供了宝贵的思路[45]。近年来研究发现某些miRNAs在特定的疾病状态下会异常表达,从而影响下游的靶基因，但是这些现象不能仅通过miRNAs的作用原理完全解释的。最近有报道lncRNAs可通过海绵体(可与miRNA互补结合)、竞争性内源RNAs(competing endogenous RNAs，ceRNAs)的效应沉默某些miRNAs或与初级miRNAs互补配对，影响其加工成熟，发挥lncRNA-miRNA-mRNA共调控效应。该发现从一定程度上揭示了miRNAs复杂的调控机制[46-47]。

近年来，基于基础及临床的大量研究均证实，许多类型的自身免疫病中可见异常表达的lncRNAs。因此，通过利用转录组学测序等手段对不同类型自身免疫病样本进行预测，并辅以体外验证，筛选出敏感性高、特异性好的诊断标志物，从而为自身免疫病的诊断、治疗、复发和预后判断提供新的依据。

此外，机体自身免疫应答是自身免疫病发生的基础。目前，已有部分基础研究证实，lncRNAs参与免疫细胞的分化、发育及应答的调节。例如，lncRNAlnc-DC在传统的树突状细胞(conventional dendritic cells，cDC)中高水平表达，并通过直接结合细胞质中的转录因子信号传导转录活化因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)，磷酸化其酪氨酸705残基，从而促进cDC分化[48]。lncRNARmrp可以介导维甲酸相关孤儿受体γt(RORγt)与其伴侣蛋白RNA解旋酶DDX5相互作用，激活TH17细胞相关因子基因的转录，促进EAE的发生[49]。然而，在目前的临床研究中，有关lncRNAs对自身免疫病调控机制的研究尚处于起步阶段，而其对免疫细胞分化的调控是否与某些自身免疫病的发生密切相关尚不清楚。此外，与miRNAs相比，lncRNAs的保守性较差。许多动物模型的实验结果可能无法在人体内得以验证[7]。因此，这需要免疫学家与临床医师展开更为广泛的合作，以发现和鉴定更多的lncRNA的功能，研究并阐明其在自身免疫病发生中的机制，研发出相应的靶向治疗药物，为自身免疫病的临床诊断、预防和治疗奠定基础。

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(本文编辑：刘群)

10.13602/j.cnki.jcls.2017.01.02

国家自然科学基金(31400773，81671541)。

谢梦晓，1991年生，男，硕士研究生，研究方向：非编码RNA对自身免疫性疾病的调节。

邵启祥，教授，博士研究生导师，E-mail：shao_qx@163.com。

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2016-11-21)