LncRNA及miRNA对NLRP3炎症小体信号的调控机制及其在相关疾病中的意义

陆佳伟 刘效谷 张文波

江苏大学附属人民医院普外科（江苏镇江212002）

NLRP3炎症小体是一组存在于细胞质的蛋白复合物，能够识别多种内、外源性危险信号，导致caspase⁃1调控的炎症因子活化及细胞凋亡，从而参与多种疾病的发生及发展［1］。非编码RNA（non⁃coding RNA，ncRNA）是指转录组中不翻译为蛋白质的RNA分子，这些序列在转录组中占据主导并曾一度被认为是“转录噪声”而未受重视。然而近年的研究表明，非编码RNA如微小RNA（microRNA，miRNA）和长链非编码RNA（long non⁃coding RNA，lncRNA）等，在基因印记、染色质重塑、细胞周期调控等过程中均发挥着重要作用［2-3］。近年来，不断有文献报道非编码RNA对NLRP3炎症小体相关信号转导亦发挥重要的调控作用，因此本文就相关领域的新进展展开综述，以期为治疗NLRP3炎症小体相关疾病提供新思路。

1 NLRP3 炎症小体与疾病的关系

NLRP3炎症小体属于Nod样受体蛋白（NLR）家族，在刺激信号作用下，一些NLRs能够通过效应结构域暴露及CARD⁃CARD或PYD⁃PYD同型相互作用，形成由NLR、ASC和pro⁃caspase⁃1组成的大分子复合物，即炎症小体［4］。炎症体活化的结果是使pro⁃caspase⁃1首先被剪切，形成成熟型caspase⁃1，而后将无活性的IL⁃1和IL⁃18前体裂解为具有活性的IL⁃1β和IL⁃18并介导其分泌从而引起相关炎症反应［5］。近年来，NLRP3被发现与许多疾病的形成及进展有关，例如在阿尔兹海默病或帕金森病，神经炎症的产生与两种疾病的进展紧密相关，激活的NLRP3炎症小体在其中扮演了重要角色［6-7］。动脉粥样硬化是一种典型的炎症相关疾病，胆固醇结晶的形成是导致其炎症产生的早期原因，可诱发巨噬细胞中NLRP3炎症小体的激活从而加快炎症的进展［8］。除了一些炎症性疾病，NLRP3炎症小体在部分癌症，如肝细胞癌、胃癌中，也可促进或抑制癌症形成和进展［9-10］。

2 非编码RNA 的分类与作用机制

在真核生物基因组中，能够编码蛋白质的RNA序列不到2%，剩余大多数基因组中的RNA序列不能编码蛋白质，被称为非编码RNA［11］。非编码RNA是一组不能编码蛋白质但能发挥一定生物学功能的RNA分子，主要在染色质重塑、转录、转录后和信号转导等方面调控细胞进程［12］。非编码RNA主要分为环形RNA（circle RNA，circRNA）、miRNA和lncRNA，其中miRNA和lncRNA是两个研究最广泛的非编码RNA，与多种疾病的发病机制紧密相关。

2.1 miRNAmiRNA是细胞内长度约为22nt的核苷酸，包含许多能作用于信使RNA（message RNA，mRNA）抑制蛋白质表达的分子。miRNA对mRNA的调控作用主要通过引导RISC（RNA⁃induced si⁃lencing complex）来实现，这样的转录后水平的抑制作用主要有两种的方式：一种是mRNA裂解，另一种是翻译的抑制，而这两种抑制方式的选择则是由被抑制的目标所决定的［13］。

2.2 LncRNALncRNA是指长度大于200nt的核苷酸链。根据其功能不同，lncRNA可分成不同种类，如核糖体RNA、与染色质相互作用RNA、miR⁃NA海绵、顺式作用RNA等［14］。一方面，lncRNA可以在表观遗传（剂量补偿效应、染色质修饰、基因组印记）水平对基因表达进行调控；另一方面，ln⁃cRNA可在转录水平进行调控，如干扰mRNA或其他非编码RNA的转录、与蛋白质结合形成复合物或通过顺式作用元件进行调控基因表达；此外，ln⁃cRNA还可以在转录后水平进行调控，通过参与mRNA降解、竞争性结合miRNA或调控mRNA的翻译等方面发挥作用［15］。

3 非编码RNA对NLRP3炎症小体的调控作用

近年来，越来越多的研究表明非编码RNA在多种NLRP3炎症小体参与的疾病中发挥重要调控作用，这些研究多集中在帕金森、动脉粥样硬化、急性肺损伤及癌症等疾病上。

3.1 帕金森病（parkinson disease）帕金森病是一种典型的老年慢性疾病，主要表现为运动障碍包括进行性运动迟缓、肌强直、静止性震颤和姿势步态异常等［16］。深入研究其机制发现，非编码RNA通过对NLRP3炎症小体的调控影响神经系统炎症的产生，从而影响帕金森病的发生发展。lncRNA、小核糖体管家基因RNA1（small nucleolar RNA host gene 1，SNHG1）在帕金森患者的脑组织样本中发现表达增高，通过分析其潜在的机制发现SNHG1可以作为mir⁃7的竞争性内源RNA（ceRNA），上调NLRP3，从而引发神经炎症［17］。研究发现在帕金森lncRNA Cox2可以通过与转录因子NF⁃κB p65结合，并促进其向细胞核转位及转录，进而激活NL⁃RP3炎症小体相关通路［18］。

除了lncRNA，一些miRNA也被发现参与了帕金森病的进展，并在其中发挥重要的作用。例如，研究人员发现将miR⁃7 mimics注入小鼠模型中可显著减轻多巴胺能神经元变性以及小胶质细胞的激活，进一步研究发现，转染miR⁃7 mimics的小鼠中NLRP3炎症小体表达水平被显著抑制，从而减轻了神经炎症［19］。在帕金森病病小鼠模型中，miR⁃30e已经被发现与神经炎症、神经损伤及运动障碍紧密相关，研究其机制发现上调的miR⁃30e不仅可以抑制包括TNF⁃α，iNOS和COX⁃2等促炎症细胞因子释放，而且可以直接作用于NLRP3小体并抑制其表达，进而导致IL⁃1β和IL⁃18释放减少［20］。此外，在一项体外研究中，研究人员发现miR⁃135b能够通过抑制Foxo1引起的NLRP3炎症小体的激活和细胞焦亡，在帕金森病中发挥保护作用［21］。

3.2 动脉粥样硬化（atherosclerosis）动脉粥样硬化是一种因斑块堆积导致动脉狭窄的慢性进行性疾病，以血管炎症和粥样斑块的持续成长为特点，随着疾病的进展最终会导致血流阻断［22］。在动脉粥样斑块形成过程中，NLRP3炎症小体的激活在疾病进展过程中发挥了重要作用［23］。研究其内在机制发现，非编码RNA通过对NLRP3炎症小体的调控，参与了动脉粥样硬化的发生发展。例如，向经过氧化低密度脂蛋白（ox⁃LDL）处理的人动脉内皮细胞（HAECs）中添加miR⁃30c⁃5p后，发现转录因子叉头盒O3（forkhead box O3，FOXO3）表达被抑制，由此抑制其下游基因NLRP3的表达。miR⁃9通过作用于Janus激酶1（JAK1）和金属蛋白激酶13（MMP⁃13）抑制NLRP3炎症小体表达而缓解动脉粥样硬化的症状。此外，lncRNA MALAT1可与miR⁃22竞争性结合，影响NLRP3小体的表达，从而促进高糖诱导的内皮细胞的焦亡，为动脉粥样硬化提供了新的治疗靶点［24］。并且还有研究表明miR⁃22能够通过抑制NLRP3炎症小体通路的激活从而减少促炎症细胞因子的含量来保护内皮细胞。

3.3 急性肺损伤（acute lung injury）急性肺损伤是一种严重的呼吸道危急重症，病死率较高，其病理特点表现为肺部炎症和肺组织结构破坏，虽然其具体发病机制不明确但炎症反应失控是其重要的发病机制之一。近年来，逐渐有文献发现非编码RNA与NLRP3炎症小体的相互作用在急性肺损伤的发病机制中扮演了重要角色。例如，在脂多糖（LPS）引起的急性肺损伤模型中，miR⁃16在肺组织中低表达，通过其激动剂使其高表达发现肺组织损伤较前减轻，miR⁃16可通过调控TLR4/NF⁃kB通路抑制NLRP3炎症小体的激活从而减轻肺炎症反应［25］。类似地，miR⁃223可以通过调控RHOB蛋白表达影响TLR4/NF⁃kB通路激活从而改善肺部损伤［26］。

此外，一些miRNA通过直接作用于NLRP3炎症小体发挥调控作用。miR⁃24在急性肺损伤模型中过表达后肺部损伤减轻，研究其机制发现miR⁃24可以通过直接作用于NLRP3 mRNA的CDS区域抑制其表达从而减轻肺部炎症［27］。miR⁃495启动子的甲基化会下调miR⁃495，进而导致NLRP3炎症小体表达增高从而加重肺损伤［28］。

3.4 癌症（cancer）据报道，炎症小体在一些恶性肿瘤中异常表达并被激活，并在肿瘤发展过程中发挥重要作用。研究发现NLRP3炎症小体在口腔鳞状细胞癌（OSCC）中异常过度表达，降低其表达显著降低OSCC细胞增殖，迁移和侵袭。在肺癌的研究中发现NLRP3炎症小体激活加剧了A549细胞的增殖和迁移。但NLRP3炎症小体同时也具有抑制癌症的作用，比如在结肠癌中NLRP3就具有抑制癌症的作用。

不少研究发现NLRP3炎症小体在癌症中的作用受到一些非编码RNA的调控。例如，在口腔鳞状细胞癌，miR⁃22表达下降，可通过直接作用于NLRP3炎症小体并抑制其表达从而抑制肿瘤的发生、发展［29］。类似地，miR⁃2233p被发现在乳腺癌中，同样可以直接抑制NLRP3炎症小体表达进而抑制乳腺癌进展［30］。除了miRNA，lncRNA XLOC_000647在胰腺癌组织中表达下降，NLRP3作为其邻近基因受lncRNA XLOC_000647的顺式调控，过表达的lncRNA XLOC_000647可以抑制NLRP3炎症小体表达从而抑制胰腺癌细胞的迁移、侵袭等能力，发挥抑癌作用［31］。

除了对NLRP3炎症小体的直接调控以外，有不少研究表明lncRNA可作为ceRNA，充当miRNA的分子海绵以抑制NLRP3炎症小体的表达。例如，在胃癌中lncRNA ADAMTS9⁃AS2通过与miR⁃223⁃3p结合，抑制其表达从而促进了细胞凋亡。LncRNA DANCR在胰腺癌中表达增高，并可以下调miR⁃135a，进一步研究发现DANCR可通过调控miR⁃135a/NLRP3通路促进胰腺癌细胞增殖和侵袭［32］。

3.5 其他（others）除上述疾病外，非编码RNA对NLRP3炎症小体的调控作用在部分疾病中也有少量研究。如在感染性休克模型中，敲除miR⁃21可导致外周血锌指蛋白A20表达增高进而抑制NLRP3炎症小体表达，从而减少相关细胞的焦亡［33］。在椎间盘退变的患者，lncRNA LINC00969可作为miR⁃335⁃3p竞争性内源RNA影响硫氧还蛋白相互作用蛋白（TXNIP）介导的NLRP3炎症小体的表达［34］。在乳腺炎中，激活的NF⁃κB通路可上调lncRNA XIST，反过来，lncRNA XIST可形成负反馈环路，调控NF⁃κB/NLRP3炎症小体通路介导的炎症过程［35］。总之，非编码RNA对NLRP3炎症小体的调控在不少疾病中都有研究，但相关研究仍较少且不够深入，通过对相关疾病的深入研究，有望为解决部分疾病提供方案。

4 总结与展望

经过对lncRNA，miRNA和NLRP3炎症小体的结构和功能及相关疾病的了解，发现在人体内约占98%的非编码RNA虽然不能编码蛋白质，但却具有很强大的调控功能。NLRP3炎症小体的启动和激活也受到miRNA和lncRNA的调控，其主要的过程是lncRNA对miRNA进行调控，这一作用被称为“海绵作用”，而通过这一作用能够使miRNA失去活性导致其无法发挥其沉默翻译的功能，导致炎症小体大量产生。但从目前的研究来看，许多的机制与通路并未完全研究透彻，而且对于不同的疾病，比如不同的癌症中，它们也分别扮演着促进与抑制的作用，而这一区别也有待进一步研究。除此之外，lncRNA也能直接调节靶基因的启动子区上的CpG岛甲基化来调节基因的转录，而这一作用在对于NLRP3炎症小体的调节作用却没有太多的研究。另外，非编码RNA中的circRNA也作为ceRNA竞争性结合miRNA的能力，但其在NLRP3炎症小体的调控中的作用还并未有相关的研究证实，所以需要进一步的研究。