长链非编码RNA调控肝纤维化信号通路的研究进展

2019-12-22陶科攻

胃肠病学 2019年11期

陶科攻林勇

海军军医大学附属长征医院消化内科(200003)

长链非编码RNA(lncRNA)是一类转录本长度为200～100 000 nt的不具备编码蛋白功能的RNA，主要在转录调控、遗传学、转录后调控等各个层面实现对基因表达的调控，具有诸多复杂且较为关键的生物学功能，在细胞分化、胚胎发育等病理生理过程以及肿瘤、纤维化等疾病的发生、发展中发挥重要作用[1]。近年大量研究显示，lncRNA可通过多条信号转导通路参与肝纤维化的发生、发展，有望在肝纤维化早期诊断、预后判断和治疗方面成为新的研究靶点[2]。随着研究的持续深入，lncRNA对肝纤维化的调控作用已得到普遍认可。本文就lncRNA调控肝纤维化信号转导通路的研究进展作一综述。

一、LncRNA概述

LncRNA主要位于细胞核或细胞质内，先由RNA聚合酶Ⅱ转录，再经多腺苷酸化和RNA前体剪接等共转录修饰而成。作为一种非编码RNA，lncRNA与编码蛋白的信使RNA(mRNA)存在明显差异，其不具备典型的启动子保守区、启动密码子、开放阅读框、终止密码子，因此缺乏编码蛋白质的功能。但近年研究发现，lncRNA不仅可与转录因子、染色质组蛋白以及其他转录调节蛋白相结合并在转录和转录后水平调控基因表达和染色体活性，而且参与DNA中CpG二核苷酸岛高甲基化的表观遗传调控；还能对一些短肽链进行编码[3]。LncRNA可涉及mRNA翻译、剪切、蛋白质降解和磷酸化修饰、RNA结合蛋白亚细胞定位、细胞骨架构成等机体重要的遗传、生理过程[4]，在多种疾病包括肿瘤的发生、发展中发挥非常重要的调控作用。

二、LncRNA对肝纤维化相关信号通路的调控作用

1.转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1, TGF-β1)/Smad信号通路：TGF-β1/Smad是调控肝纤维化的重要信号转导通路[5-6]。TGF-β1属TGF-β家族，可通过与肝星状细胞(HSC)表面受体结合，活化下游Smad，使Smad发生磷酸化并进入HSC细胞核，结合并激活目的基因，从而产生大量胶原。目前已发现，肺腺癌转移相关转录本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1, MALAT1)、被TGF-β活化的lncRNA(lncRNA activated by TGF-β，lncRNA-ATB)、H19、肝纤维化相关lncRNA1(liver fibrosis-associated lncRNA1, lnc-LFAR1)等多种lncRNA可通过TGF-β1/Smad信号通路调控肝纤维化。

MALAT1又称为核富集常染色体转录产物2(nuclear-enriched abundant transcript 2, NEAT2)，是位于人11号染色体q13.1的lncRNA，长度8 700 nt。Wu等[7]的研究发现，下调MALAT1表达可上调脱乙酰酶SIRT1表达，导致活化的LX-2细胞恢复静息状态或凋亡。而有研究表明SIRT1可诱导Smad3脱乙酰并抑制HSC激活[8]，故MALAT1可能通过抑制SIRT1-Smad3途径促进肝纤维化。

Fu等[9]的研究发现，lncRNA-ATB表达与肝硬化程度呈正相关。与健康人群相比，丙型肝炎肝硬化患者肝组织和血浆lncRNA-ATB表达均上调，经TGF-β1刺激活化的LX-2细胞中，lncRNA-ATB表达同样上调；在LX-2细胞中过表达lncRNA-ATB可显著提高α-SMA和Col1A1表达，并促进LX-2细胞增殖；反之，敲除lncRNA-ATB可明显降低α-SMA和Col1A1基因的表达，并抑制LX-2细胞增殖。提示lncRNA-ATB可能作为促纤维化因子参与肝纤维化的发生、发展。进一步研究发现lncRNA-ATB调控肝纤维化的机制是竞争结合miR-425-5p，上调TGF-β Ⅱ型受体(TβRⅡ)和Smad2蛋白表达，从而激活HSC，增加Ⅰ型胶原生成，促进肝纤维化。

H19位于人类染色体11p15.5，长度为2.3 kb，在细胞增殖和活化过程中发挥重要作用，参与多种组织器官的炎症、肿瘤和纤维化疾病的发生、发展。研究[10]显示，H19水平与肝纤维化相关，可通过竞争性结合miR-148a，上调miR-148a下游靶基因泛素特异性蛋白酶4(USP4)的表达，增加细胞膜表面TβRⅠ泛素化水平，促进TβRⅠ与TGF-β1信号结合，从而激活LX-2细胞，并促进肝细胞发生上皮-间质转化，最终促进肝纤维化的发生。

Lnc-LFAR1的长度为734 nt，位于染色体4q25，在肝纤维化组织中高表达。Zhang等[11]发现，下调lnc-LFAR1不但可在体外抑制TGF-β诱发的肝细胞凋亡，还能在体内阻断CCl4和BDL造模小鼠的肝纤维化进展。进一步研究发现，lnc-LFAR1可直接结合Smad2和Smad3，促进其磷酸化，对TGF-β1/Smad信号通路发挥激活作用。

2.PI3K/Akt信号通路：PI3K是一种具有磷脂酰肌醇激酶和Ser/Thr蛋白激酶双重活性的异二聚体。PI3K被激活后，可催化细胞膜表面磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(PIP2)磷酸化为磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸(PIP3)，继而激活PIP3下游靶蛋白蛋白激酶B(protein kinase B, PKB)，即Akt[12]。活化的Akt可在HSC内引发级联反应，激活HSC并促进细胞外基质(ECM)合成，导致肝纤维化的发生[13]。

PTEN基因是一种编码磷酸酯酶的基因，其编码蛋白具有使PIP3去磷酸化的功能，是PI3K/Akt信号通路的主要负向调节因子。有多种lncRNA通过与PTEN相互作用调控PI3K/Akt信号通路，参与肝纤维化的发生、发展。长链基因间非编码RNA-p21(long intergenic non-coding RNA-p21, lincRNA-p21)长度约3 kb，位于p21基因上游约15 kb处。Zheng等[14]的体内和体外实验发现，lincRNA-p21在人和小鼠的活化HSC中表达均下调；过表达lincRNA-p21能减轻小鼠肝纤维化程度，抑制HSC体外活化。其机制可能为竞争性结合miR-181b，增加PTEN的表达，使PIP3去磷酸化，从而抑制PI3K/Akt信号通路的激活，抑制HSC活化[15]。

与lincRNA-p21相似，HOX转录反义RNA(HOTAIR)也通过竞争性结合miRNA方式间接调控PI3K/Akt信号通路。HOTAIR长约2 200 nt，从HOX基因簇中反义编码而来。其表达在HSC活化过程中上调。Yu等[16]发现，HOTAIR可竞争性结合miR-29b，下调HOTAIR可间接导致miR-29b下游靶基因PTEN表达升高，促进PIP3去磷酸化，对PI3K/Akt信号通路的活性起负向调节的作用。

H19不仅通过TGF-β1/Smad信号通路参与肝纤维化的发生、发展，还可通过PI3K/Akt信号通路参与HSC激活。胰岛素样生长因子结合蛋白相关蛋白(IGFBPrP1)是HSC活化的驱动蛋白之一，可通过PI3K/Akt/mTOR信号通路激活HSC自噬，促进其活化[17]。Huang等[18]通过体外实验发现，在转染IGFBPrP1的JS-1细胞中，细胞自噬活跃程度与H19表达呈正相关；H19可通过PI3K/Akt/mTOR信号通路促进IGFBPrP1诱发的HSC自噬，但具体机制尚未明确。

3.Wnt/β-catenin信号通路：Wnt是一种配体蛋白，可与膜蛋白受体结合激发多个下游信号靶基因，包括β-catenin。Wnt被激活时，Wnt蛋白与受体结合，激活细胞内蓬乱蛋白(Dsh)及其同源物(DVL)，抑制糖原合成激酶3β(GSK-3β)活性，阻止GSK-3β对β-catenin的磷酸化和降解，使β-catenin在胞质中累积。当β-catenin积累过多时即可进入细胞核，与核内转录因子T细胞因子(Tcf)/淋巴增强因子(Lef)结合，激活纤维化相关基因，从而激活HSC，促进肝纤维化[19]。LncRNA主要通过竞争性结合miRNA的方式作用于Wnt/β-catenin信号通路来调节肝纤维化。

LncRNA-SNHG7位于9号染色体，长度为2 157 nt，在人类肝纤维化组织和活化的小鼠原代HSC中均表达上调。Yu等[20]的研究发现，在静息HSC中，miR-378a-3p可通过与DVL2结合，抑制Wnt/β-catenin通路活性。LncRNA-SNHG7与miR-378a-3p互为内源竞争RNA(ceRNA)，可通过竞争性结合miR-378a-3p使细胞内游离DVL2含量增加，β-catenin在细胞内大量积累，促进HSC激活，诱发肝纤维化。

LincRNA-p21亦可通过Wnt/β-catenin信号通路调节HSC活性。LincRNA-p21通过ceRNA方式竞争性结合miR-17-5p，上调HSC内GSK-3β表达，促进细胞内β-catenin降解，抑制Wnt/β-catenin信号通路活性，从而抑制HSC的激活，但其上调GSK-3β表达的具体机制尚未明确[21]。

除通过TGF-β1/Smad信号通路外，lncRNA-ATB还可通过Wnt/β-catenin信号转导通路对丙型肝炎相关性肝纤维化进行调节。LncRNA-ATB能与β-catenin竞争性结合miR-200a，上调其下游靶基因β-catenin表达，激活HSC，导致肝纤维化的发生[22]。