炎症性肠病中长链非编码RNA的研究进展*

孟云超,牛桂军 综述,张启芳审校

(广西壮族自治区南溪山医院消化内科,广西桂林 541002)

炎症性肠病(inflammatory bowel diseases,IBD)包括克罗恩病(crohn′s disease,CD)和溃疡性结肠炎(ulcerative colitis,UC)，是多因素参与的自身免疫系统疾病，其患病率日益增加，遗传、环境和免疫因素在其中所扮演的角色是复杂和未确定的，故研究它的发病机制、诊断及治疗方法是非常有必要的[1]。

长链非编码RNA(long non-coding,LncRNA)是一类长度超过200 bp但不翻译成蛋白质的功能性RNA分子；基因组中存在大量的LncRNA分子，LncRNA功能复杂，可通过多种机制在表观遗传水平、转录水平和转录后水平调控基因的表达，广泛参与机体的生理和病理过程[2]。目前已发现超过11 000个LncRNA分布于复杂生物的基因组中，而目前仅研究了一小部分LncRNA的结构和功能[3]。越来越多的研究证明，LncRNA在免疫系统疾病中发挥了关键性作用，并参与自身免疫系统疾病[如炎症性肠病(IBD)]的发病机制，LncRNA有不同的作用机制，包括：(1)作为信号，发送信号转录。(2)作为介质，与分子结合并阻止其作用。(3)作为向导，协助分子与染色质相互作用。(4)作为支架，提供稳定的分子复合物及让这些复合物结合[4-5]；它也可以作为增强子RNA，甚至编码具有调节功能的短肽[6-7]；它还可以影响顺式(相邻基因)或反式(远端基因)方式中的基因表达，且在转录后水平中起作用[5,8]。LncRNA在癌症方面的调控作用研究最多[6,9]；其次在心血管疾病、神经系统疾病和微生物敏感性方面的研究也较多[10-13]。目前，LncRNA与IBD相关的研究较少。

1 LncRNA的分子调控机制

LncRNA大多是由RNA聚合酶Ⅱ转录，其5′帽子和3′poly尾结构在成熟过程被剪切[14]；许多LncRNA的表达仅限于特定发育阶段，并具有组织特异性[15]。LncRNA起初被认为是基因转录的“噪音”，不具有生物学功能。近年发现，LncRNA通过与DNA、RNA和RNA结合蛋白相互作用调节基因的表达，参与调节pre-mRNA剪接、蛋白质翻译和mRNA的稳定性[16]。其次，LncRNA还可充当“诱饵”直接激活或抑制基因，通过顺式或反式作用调节基因的表达；在转录后，作为分子骨架促进多蛋白复合物的形成[14,16]。

2 LncRNA与IBD的发病机制研究

2013年研究发现，LncRNA DQ786243在CD合并肝细胞癌的患者中过表达，在活动期CD患者的外周血单核细胞中的表达量较非活动期或健康人均增加；研究还表明DQ786243与环磷酸腺苷(cAMP)反应元件结合蛋白(cAMP response element binding protein,CREB)的表达密切相关，而CREB是调节T细胞(Treg)中主要的转录因子，LncRNA DQ786243以这种方式影响Treg，其可能是它参与IBD的发病机制之一[17]。另一个与CD病理生理学相关的LncRNA是激活T细胞核因子的非编码抑制剂(non-coding repressor of nuclear factor of activated T cells,NRON)，这个分子通过抑制核染色体突变参与RNA蛋白的合成，富含亮氨酸的重复激酶-2(leucine-rich repeat kinase 2，LRRK2)是CD的易感基因，研究发现缺乏LRRK2的小鼠更易受到葡聚糖硫酸钠(DSS)诱导的结肠炎的影响，其可能是CD发病的重要分子机制之一[18]。

有研究表明，LncRNA H19与维生素D受体(Vitamin D receptor，VDR)的信号传导参与炎性疾病的发生发展，在UC组织中H19对肠上皮屏障功能有破坏作用[19]。H19与VDR的表达呈负相关，H19的过表达可能是UC组织中VDR表达下降的机制之一；且H19与VDR信号传导之间的相互作用可能为治疗UC提供新的靶点[19]。CHEN等[20]研究表明miR-34c与LncRNA PlncRNA1通过调节IBD中的紧密连接蛋白介导肠上皮屏障功能，在DSS诱导的肠上皮屏障损伤中，PlncRNA1过表达发挥保护肠上皮屏障功能，且PlncRNA1和miR-34c结合在一起可调节紧密连接蛋白的表达。总之，LncRNA与IBD的发病机制研究目前较少，有待更进一步的深入研究。

3 LncRNA在IBD及IBD候选基因中的表达情况

很多研究工作致力于鉴定IBD相关的LncRNA及IBD候选基因间的关系。有研究发现，约3 665种LncRNA基因交叉在1 168种IBD候选基因中，且约1131种LncRNA在这些基因附近[21]。此外，有研究表明，LncRNA调节区域中的单个核苷酸多态(single nucleotide polymorphisms,SNPs)可能会增加各种疾病的易感性，2 063个SNP位于468个IBD相关的LncRNA基因内，且它们中的大部分与结合因子如转录因子、数量性状遗传位点(expression quantitative trait loci，eQTLs)、DNA酶峰结合在一起[22]。这提示在LncRNA的二级结构中可能会影响结合，362个SNP的变化可致二级结构改变，例如，2个SNP(rs3757247和rs597325)通过IBD候选基因 BACH2 LncRNA NONHSAG044354 影响外显子的二级结构。另外，发现7个具有结构破坏性的SNP(rs5763746、rs1476514、rs41176、rs41158、rs3757247、rs597325及rs602662)包含在IBD相关的LncRNA中。其中4个SNP(rs5763746、rs1476514、rs41176、rs41158)嵌套在IBD候选基因NONHSAG033653上，也就是在HORMAD2(22q12.2)附近的LncRNA上。通过研究不同组织中的SNP和候选邻近基因之间的共表达模式，发现rs3757247对IBD相关的LncRNA NONHSAG044354 在全血中与IBD候选基因BACH2联系紧密。另外，在不同组织中发现反义LncRNA NONHSAG026183与其候选基因FUT2共表达，因此需要更多的研究证明SNP 与IBD相关的LncRNA及与IBD候选基因间的相关性[21]。

4 LncRNA在IBD中的研究

除了现有的研究外，有研究还通过提取IBD患者的血液和组织活检研究LncRNA。最近有研究取CD患者的血浆标本与1988年的LncRNA进行转录分析对比发现，在CD患者的血浆标本中发现10个最上调和10个最下调的LncRNA[23]。其中GAS5(the growth arrest-specific transcript 5)已证实与不同类型的癌症相关[24]，这提示循环血中的LncRNA可作为CD的生物标志物来研究。

在活动期及非活动期CD患者的组织活检中发现，活动期CD的黏膜中发现有438个独立的LncRNA，它们中的大多数在CD和UC中共表达，但其中100个仅在CD中表达。在CD患者的组织活检中发现10个最上调和10个最下调的LncRNA[25]。

最近研究发现，在UC活动期、缓解期及健康对照组中，LncRNA的表达均不相同，这为LncRNA可能会作为诊断UC及作为UC的生物学标志物提供了依据[26]。在UC患者的组织活检中，转录分析提示745个重要的LncRNA，其中400个是UC独有的，剩下的与CD共享；在UC患者的组织活检中发现10个最上调和10个最下调的LncRNA[25]。

知道LncRNA可以顺式方式控制基因表达，从而研究了IBD中记录的LncRNA与其相邻蛋白质编码基因中可能存在的共表达模式。UC样本中记录的LncRNA分子，发现IFNG-AS1与UC相关的SNP rs7134599相关，且其位于IFNG基因(一种炎症细胞因子)附近，在Jurkat细胞系中发现IFNG-AS1可以上调IFNG的表达，这提示LncRNA在炎症反应中与IBD相关；此外，还发现LncRNA RP11-465 L10.10与IBD相关的SNP rs1569723共表达[25-26]。同样，发现另一种LncRNA BC012900在UC活动期的组织活检中被显著上调，且通过已知的IBD分子途径如Toll样和NOD2受体被细胞因子和病原体刺激。此外，还发现BC012900在上皮细胞中的过表达会导致细胞增殖受到显著抑制并增加凋亡易感性[27]。

UC和CD是自身免疫系统疾病，有很多共同点，例如已经在数据库中登记的共享的IBD相关基因座。HRDICKOVA等[28]使用免疫芯片数据收集了包括IBD在内的9种自身免疫性疾病(autoimmune diseases,AIDs)及其疾病相关基因座的最常见SNP，筛选出LncRNA和蛋白质编码基因，然后研究这些AIDs基因座编码基因在已知免疫细胞中的表达情况与参与艾滋病的发病机制。结果显示，与来自全基因组的LncRNA相比，与AIDs共享的基因座相关的LncRNA在免疫细胞中高表达(P<0.05)；而且证实NK、Th0及Th2细胞在IBD中高表达(P<0.05)。T细胞和B细胞与UC的特异性相关，对LncRNA和蛋白质编码基因的共表达进行了分析和建立相互作用模型，例如与IBD相关的IL21/IL21-AS1基因座包含4个蛋白质编码基因(KIAA1109、ADAD1、IL2、IL21)和1个LncRNA(IL21-AS1)，这种LncRNA在Th1细胞中与IL21共表达，且表达水平相似，这提示需要更多的研究去证实其他的信号通路的存在。

此外，从活动期CD和UC的组织活检中分离出20余个LncRNA，然而，研究人员并没有成功将其分类成CD和UC表型，有可能需要更大样本的研究，从而为将来提供有用的生物学标记物[25]。LncRNA可以定位于细胞外液中，比如血浆，而且它们在组织、细胞和各发育阶段有着显著的特异性[29]；它们将被证明是极好的生物学标记物，该领域正在进行相关研究[8,30]。然而，在IBD组织或血液样品中分离的LncRNA分子尚未被证明是IBD所特有的；且在自身免疫性疾病之间，以及在自身免疫性和癌症之间还发现很多重叠。如果进一步了解LncRNA的生理机制，特定分子将作为某些疾病的标志。

5 LncRNA在IBD中的临床意义

大多数研究通过微阵列和qPCR技术对IBD患者结肠镜活检标本进行分析，发现LncRNA在UC和CD之间或活动期和非活动期IBD之间表达有差异，这种差异表达提示LncRNA有潜力作为IBD诊断、活动度评估及疗效评价的标志物。目前还没有研究联合使用非编码RNA和LncRNA用于IBD诊断或活动度的评估，如果进行联合使用，相信会进一步提高灵敏度和特异度，这是研究非编码RNA作为IBD临床标志物的一个新思路。

6 展 望

虽然LncRNA最早的功能是和蛋白质合成相关，但越来越多的研究表明，参与蛋白合成仅是LncRNA的一小部分功能。近年来，对复杂疾病遗传机制的研究已经转向基因组的非编码区域，且发现LncRNA在基因调控中起着至关重要的作用，它可能是遗传学和表观遗传学之间缺失的一步，可以解释疾病的多因素。相对于蛋白编码序列以及小分子RNA来说，LncRNA的研究还处于起步阶段，特别是在自身免疫性疾病如IBD方面，目前还需要更多的研究完善IBD相关的LncRNA表达谱，探究其在IBD发生发展中的作用通路。且大样本量的LncRNA研究将有助于揭示IBD的发病机制及为IBD的诊治开辟新的途径和治疗靶点。