长链非编码RNA调节痛风炎症信号通路的研究进展

杨颜瑜，熊琴，谭敏，权亚萍，张全波

(川北医学院附属医院老年医学科，南充637000)

痛风是单钠尿酸盐晶体沉积于滑液或其他组织，导致关节红肿热痛反复发生及组织损伤的一种症状。Framingham研究表明，在美国痛风的患病率为3.9%，影响着大约830万成年人，是成年人中最常见的炎症性关节炎，其中男性和女性的痛风患病率分别为4‰与1.4‰，且随着生活习惯和饮食结构改变，其患病率正呈逐年上升趋势[1]。痛风的发病机制与免疫功能紊乱、多条炎症信号通路激活相关。有研究表明，在痛风性关节炎患者和健康体检者外周血单核细胞(peripheral blood mononuclear cells,PBMCs)中，长链非编码RNA(long non-coding RNAs,LncRNAs)的表达谱存在明显差异[2]，提示LncRNAs可能参与了痛风性关节炎的发病。因此研究LncRNAs与痛风炎症通路的关系可能会进一步揭示痛风的发病机制，并对痛风的早期预防、诊断、治疗提供新的思路。

1 LncRNAs

LncRNAs是基因转录组的重要组成部分，其长度大于200个核苷酸，且不具有蛋白质编码功能，该概念由日本科学家于2002年时首次提出[3]。新一代的测序技术发现大多数基因组DNA通常转录成LncRNAs，其量远远超过编码RNA，且在染色质修饰、转录、转录后及蛋白质编码水平都发挥着重要作用[4,5]。LncRNAs广泛表达于树突状细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、自然杀伤(natural killer,NK)细胞、T细胞和B细胞，参与免疫细胞分化与活化，通过激活或抑制转录因子，调节信使核糖核酸(messenger RNA,mRNA)和microRNA的稳定性，从而参与多种疾病发生，包括炎症性肠病、糖尿病、多发性硬化、类风湿关节炎、肺癌及乳腺癌等[6]。随着LncRNAs被发现的生物学功能越来越多，其特异性表达的特点已用于疾病的靶向治疗[7]。

2 LncRNAs与痛风

2.1 表达谱差异

单钠尿酸盐(monosodium urate,MSU)诱发的炎症反应是慢性痛风患者骨质破坏的关键调节剂，通过微阵列分析认为，MSU刺激的小鼠巨噬细胞中LncRNA-Jak3是与MSU相关的功能性促破骨细胞基因，能够诱导破骨细胞分化，且通过对比痛风患者与健康体检者外周血标本发现，前者LncRNA-Jak3表达明显上调[8]。Chu等[9]采用基因芯片分析发现，在类风湿关节炎以及痛风性关节炎中存在766个差异表达的LncRNAs，其中在痛风性关节炎患者中155个上调，611个下调。而姚承佼[10]利用LncRNAs表达谱芯片发现，在原发性痛风患者与健康体检者之间，存在2倍以上差异表达的LncRNAs共1 815个，其中在原发性痛风患者中上调表达875个，下调表达940个，如AJ227913、AK001903、ENSG00000239182表达上调，lnc-CCDC64B-1:8表达下调，采用实时定量聚合酶链反应(quantitative real-time PCR,RT-PCR)扩大样本量后对筛选出感兴趣的LncRNAs进行验证，其结果与基因芯片结果基本吻合。

2.2 高尿酸血症

高尿酸血症是痛风发生发展的重要生物化学基础，然而只有一部分高尿酸血症患者会进展到痛风阶段，这与个体的遗传异质性有关。全基因组关联研究(genome-wide association studies,GWAS)证实了尿酸排泄在痛风发展中的重要性，并确定了35个与血清尿酸盐浓度有关的基因位点，而LncRNAs通过调节染色质及基因表达，可参与生物体的遗传过程[11]。

2.3 固有免疫

高尿酸作为损伤相关分子模式(damage-associated molecular patterns，DAMPS)之一，当沉积析出尿酸盐晶体时，可触发机体固有免疫系统，诱导炎症因子如白细胞介素-1(interleukin-1,IL-1)的产生，而IL-1又可加重痛风炎症。由此可见，痛风的发生与机体固有免疫密切相关。另外，LncRNAs在免疫细胞的分化和活化中起着重要作用[12]。Wang等[13]发现了一种在树突状细胞(dendritic cells,DC)中特异性表达的 LncRNA，即Lnc-DC，指出Lnc-DC通过抑制信号传导及转录激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3,STAT3)去磷酸化促进DC的成熟并激活T细胞应答在单核细胞向DC分化时，表达广泛上调，进而影响机体的固有免疫。Mitchell等[14]于2009年首次提出LncRNA-COX2具有调控固有免疫的作用，其位于环氧合酶2(cyclooxygenase-2，COX2)蛋白编码基因的上游，与COX2基因间距52 kb，在细胞核与细胞质中与巨噬细胞特异性结合，是一个重要的免疫基因[15]。随着基因芯片与测序技术的发展，越来越多的LncRNAs被证明与固有免疫有关，例如：LncRNA-Lethe、LncRNA-PACER、LncRNA-THRIL、LncRNA-NEAT1等[16]。

3 相关炎症信号通路

痛风的发病机制涉及机体的多条炎症信号通路[17]。其中细胞膜Toll样受体(Toll-like receptors,TLRs)通路和细胞质核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白(nucleotide-binding oligomerization domain receptor protein,NLRP)通路目前研究最广泛[18]。下面主要从LncRNAs与这两条信号通路的关系进行论述。

3.1 TLRs

痛风的发生离不开炎症反应细胞的参与，而TLRs信号转导在炎症细胞的募集和激活中起关键作用，因此，了解这些细胞对细胞因子和趋化因子的调节作用将对痛风的发作和缓解提供更多线索。TLRs属于模式识别受体家族，可识别病原相关分子模式，目前研究表明，与痛风性关节炎相关的TLRs包括TLR2、TLR4、TLR接头蛋白分子髓样分化因子88(myeloid differentiation factor 88,Myd88)以及核因子-κB(nuclear factor-κB,NF-κB)。

3.1.1 LncRNAs与TLR2 研究发现，LncRNA-THRIL和LncRNA-COX2在TLR2介导的免疫反应中扮演着重要角色[6]。LncRNA-THRIL是在巨噬细胞中最新鉴定的LncRNA，可通过与异质核核糖蛋白L(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein L,hnRNP-L)结合形成功能性复合物，在TNF-α基因启动子区域调节肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)表达。在TLR2配体(Pam3CSK4)刺激后TNF-α表达上升，而LncRNA-THRIL表达下调，由此可见，LncRNA-THRIL可作为保护性反馈因子，抑制炎症反应发生[19]。Carpenters等[15]鉴定出一种位于前列腺内环氧化物合成酶2(prostaglandin endoperoxide synthase 2,PTGS-2)附近的LncRNA，即LncRNA-COX2，其作为一种广泛的调控元件，可介导不同类型免疫基因的激活与抑制。当Pam3CSK4刺激巨噬细胞时，COX2表达升高，并通过与hnRNP-A/B和hnRNP-A2/B1形成复合物，抑制炎症靶基因转录，当使用短发夹RNA(short hairpin RNA,shRNA)敲除小鼠巨噬细胞中LncRNA-COX2时可导致促炎基因表达减少。

3.1.2 LncRNAs与TLR4 TLR4是脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)刺激下革兰氏阴性菌的主要模式识别受体[6]，LncRNA-PACER是人单核细胞及乳腺上皮细胞中最早控制TLR4信号转导的LncRNAs之一。Krawczyk等[20]采用RNA结合蛋白免疫沉淀技术(RNA-binding protein immunoprecipitation,RIP)证明LncRNA-PACER可与NF-κB的小亚基p50特异性结合，促进COX2基因表达，通过参与前列腺素的生物合成，参与炎症反应。LncRNA-NKILA是另一个调节TLR4的LncRNA，在人类炎症刺激的乳腺癌细胞中可与NF-κB/抑制因子κB(inhibitator factor κB,IKB)复合物结合遮盖磷酸化位点，阻止IκB激酶(IκB kinase,IKK)诱导的磷酸化和 NF-κB激活，被敲除后可致细胞凋亡减少和细胞侵袭性增强。LncRNA-NKILA作为NF-κB信号传递的“守门人”，能够抑制NF-κB活性，抑制癌症细胞转移[21]。除此之外，LncRNA-EPS是一种促进红细胞成熟的LncRNA，其在静息的巨噬细胞中高度表达，但TLR配体的激活可抑制其表达。LncRNA-EPS通过TLR4诱导其3′末端CANACA基序与hnRNPL相互作用，抑制核小体转位与基因转录，防止免疫基因、慢性炎症和免疫病理的自发激活，但在LncRNA-EPS缺失的细胞中可促进细胞凋亡，加重炎症反应[22, 23]。

3.1.3 LncRNAs与TLR2/TLR4 在TLR2/TLR4刺激下，LncRNA-IL-17R表达上调，过表达的LncRNA-IL-17R可抑制LPS诱发的炎症反应[6]。此外LncRNA-Ehd1和LncRNA-Lyn同样也受TLR2和TLR4的刺激[15]。

3.1.4 LncRNAs与Myd88 Myd88是TLRs信号通路中的重要转导蛋白，由296个氨基酸组成，包括C端的Toll/IL-1受体(Toll/interleukin-1 receptor,TIR)结构域与N端的死亡结构域(death domain,DD)，其中DD通过与IL-1受体相关激酶(IL-1 receptor associated kinase,IRAK)家族蛋白分子IRAK1及IRAK2结合成信号传导复合物，活化不同的信号途径，参与炎症反应的发生。实验表明，在肝癌组织中，LncRNA-Myd88作为一种新型LncRNA，位于Myd88基因的上游，与Myd88间距20 kb。LncRNA-Myd88的表达与Myd88呈正相关，但转录方向与Myd88相反，可促进肝癌细胞的生长和转移，促进NF-κB信号通路的激活，与疾病预后不良相关[24]。

3.1.5 LncRNAs与NF-κB 研究表明，NF-κB信号传导失调与炎症、自身免疫病、癌症、传染病以及免疫系统发育不良相关[25]。到目前为止，有多个LncRNAs被证明参与NF-κB的信号转导。其中与炎症性关节炎最直接相关的是LncRNA-P21，其可通过多种机制影响细胞功能：(1)通过与hnRNP-K关联介导p53依赖的靶基因转录；(2)通过与靶mRNA结合，以防止靶蛋白翻译；(3)通过干扰转录因子之间的相互作用调节对缺氧的反应[26]。另一个与调节NF-κB活性有关的LncRNA是表达于成纤维细胞的LncRNA-Lethe，其通过与NF-κB亚基RelA结合抑制NF-κB的DNA结合活性，在NF-κB负反馈信号传导中起重要作用[27]。

Covarrubias等[28]研究表明，在巨噬细胞中，LncRNA-AK170409在LPS和Pam3CSK4的刺激下可高度表达，但当表达降低时可导致NF-κB信号传导显著减弱，从而使炎症因子IL-6表达减少。另一种LncRNA即LncRNA-MALAT1可与NF-κB亚基p65和p50相互作用抑制NF-κB 的DNA结合活性以及促炎因子TNF-α和IL-6的产生，但对IL-1β没有影响，由此可见LncRNA-MALAT1可微调炎症反应和先天免疫，这种有效的自我控制机制有助于促炎反应及抗炎反应之间保持平衡[29]。也有研究表明，LncRNA-Arid2-IR可抑制IL-1β相关的NF-κB依赖性炎症反应，其过表达后可促进IL-1β诱导的NF-κB信号传导和炎症细胞因子表达[30,31]。除此之外，LncRNA-HOTAIR、LncRNA-MIR31HG、LncRNA-C2dat1都可通过IKK调节NF-κB的活性[32]。

3.2 NLRP

3.2.1 LncRNAs与NLRP 在细胞质中，NLRP通过其效应结构域募集炎性小体，并与适应器蛋白装配形成复合物，活化含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶-1(cysteinyl aspartate specific proteinase,caspase-1)，进而介导炎症因子IL-1β和IL-18转变为活化形式，发挥促炎作用[33]。Zhang等[34]证实在内皮细胞中存在的大量LncRNA-MEG3能够促进主动脉内皮细胞凋亡，同时通过序列互补作用抑制miR-223功能、增加NLRP3的表达并增强内皮细胞焦磷酸化，当其过度表达时能够使褪黑素诱导的NLRP3、凋亡相关斑点样蛋白(apoptosis-associated specklike protein containing a CARD,ASC)、caspase1减少，最终致炎症因子IL-1β和IL-18减少。

3.2.2LncRNA-Gm4419与NLRP Yi等[35]采用转录组测序技术(RNA-Seq)与RT-PCR技术发现，在糖尿病肾病的小鼠中有14种异常表达的LncRNAs，其中LncRNA-Gm4419的表达高度上调，同时发现LncRNA-Gm4419可通过与NF-κB亚基P50结合，调控NLRP3的炎症体活化，促进其表达。

4 结语

随着基因测序技术的快速发展，越来越多的LncRNAs进入人们的视野，这类特殊的RNA分子广泛参与细胞分化、免疫应答、新陈代谢，以及多种疾病的发生发展过程。虽然其与痛风关系的研究尚处于初级阶段，但新近研究表明某些LncRNAs在痛风患者与正常人之间存在着明显的差异表达。在未来，我们应重点研究LncRNAs在痛风中的具体发病机制，相信会有更多参与调节痛风的LncRNAs被发现，使其成为潜在的生物标志物和治疗靶点，为痛风患者带来福音。