非编码RNA在气道炎症中的进展

陈翰霆 洪 玮 高 咪

广州医科大学－中国科学院广州生物医药与健康研究院联合生命科学学院，广东广州 511436

气道炎症作为人体较为常见的疾病，其中较为严重的有哮喘和慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）。COPD目前居全球死亡原因的第4位，仅在国内总患病人数就高达9990万例。在世界范围内，哮喘影响超过3.34亿人口。呼吸道合胞病毒（respiratory syncytial virus，RSV）作为新生儿最常见的呼吸道感染病原体，引发的毛细支气管炎、肺炎每年造成5～20万例儿童的死亡[1]。可见气道炎症对人类的生命与财产造成了很大的压力，寻找有效可靠的新疗法刻不容缓。近年来，随着分子生物学的深入以及实验技术的发展，长链非编码核糖核酸（Long non-coding RNA，LncRNA）在研究中受到了越来越多的关注。目前，LncRNA已被证明可以在基因组印记、多样性、细胞分化、免疫反应等领域发挥功能，几乎成为了所有细胞功能与调控的重要参与者。介于其存在的调控功能和与细胞生理过程的相关性，LncRNA具有巨大的研究前景，能够促进人们对疾病过程的理解和提供治疗的新思路。在未来，LncRNA有望以指示物或药物靶点等身份参与气道炎症疾病的调节、预前和预后等治疗步骤，成为解决这些难以攻克疾病的新方法。

1 LncRNA简介

在生物体中，有大量的脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic acid，DNA）并没有编码蛋白质的功能，但其中的一部分又会转录成核糖核酸（ribonucleic acid，RNA），这部分RNA被称为非编码核糖核酸（non-coding Ribonucleic Acid，ncRNA）。最初LncRNA被认为只是转录过程中的噪声，但显然LncRNA在生物中扮演的角色远比想象中的复杂[2-3]。一般来说，ncRNA中长度大于两百个碱基的被称为LncRNA。在人体中，大约存在着5.8万个LncRNA，多数都拥有与信使核糖核酸（messenger Ribonucleic Acid，mRNA）相似的5'端的帽子结构，剪接体和3'端多聚腺苷酸尾巴[4]。LncRNA可以根据其基因的位置分为以下五种，正义LncRNA、反义LncRNA、双向LncRNA、内含子LncRNA以及基因间LncRNA[5]。由于其长度较长，LncRNA拥有茎环和发卡等常见的二级结构[6]，由此LncRNA得以与蛋白质等生物分子互作并广泛的参与生命过程。LncRNA在多个水平参与了生命过程的调控，如转录水平调控、表观修饰水平调控与转录后水平调控[7]。

2 LncRNA的研究与疾病的联系

在过去的几年里，LncRNA一直都是研究热点，随着对小干扰核糖核酸（smallinterfering Ribonucleic Acid，siRNA）和微小核糖核酸（micro Ribonucleic Acid，miRNA）研究的深入，对LncRNA的研究也随之增多。新的测序技术也为LncRNA的研究提供了良好的支持，因此LncRNA的分类与功能研究也得到了较快的发展。目前，较为常见的LncRNA研究方法有微阵列、转录组测序、Northern印迹、实时荧光定量逆转录-聚合酶链反应、荧光原位杂交、RNA干扰和RNA结合蛋白免疫沉淀等。较为前沿的研究方法则有在线快速预测RNA与蛋白质相互作用的catRAPID、RNA纯化的染色质分离（Chromatin isolation by RNA purification，ChIRP）以及ncRNA沉默与定位分析技术（combined knockdown and localization analysis of non-coding RNAs，c-KLAN）[8]。

虽然生物体内通过转录产生了大量的LncRNA，但人们只对其中极少的一部分有着清晰的认知。随着研究的深入，研究人员发现这些LncRNA承担着许多的功能，如信号分子、分子诱饵、通过与蛋白质结合来指导蛋白质合成以及作为组装生物分子的平台[9]，一些结构与mRNA相似的LncRNA已被证实了可以通过促进表观遗传抑制因子介导基因沉默，或是驱动癌症的发生，并且和许多人类的疾病都存在关联[10]。并且，LncRNA参与肿瘤细胞的生长、凋亡、转移、浸润以及与其的耐药有关[11-12]，在压力诱导下LncRNA的表达会发生变化从而影响癌症的发生[13]。如肺癌转移相关转录本1（Metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1），研究发现，MALAT1能特异性招募SR蛋白家族成员，并参与表观遗传调控以及细胞周期调控。MALAT1高表达于多种肿瘤中，促进肿瘤细胞的增殖、转移和侵袭[14]。不仅如此，还有研究表明，LncRNA可作为一种竞争性内源性核糖核酸（Competitive endogenous RNA，CeRNA）与miRNA相互作用，参与靶基因的表达调控。与此同时，miRNA可通过RNA诱导沉默复合物（RNA-induced silencing complex，RISC）调控LncRNA发挥生物学功能，两者共同参与多种疾病的发生[15]。可见LncRNA虽然不编码蛋白质，但还是和人类的健康息息相关，其在基因表达调控和跨膜信息转导等方面扮演的角色对细胞乃至人体都至关重要[16]。

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与COPD有关的LncRNA远不止这些，COPD患者与非COPD患者LncRNA的差异高达39 253条，其中有163条存在显著的变化。在通过siRNA干扰了一条表达异常的LncRNA—LncRNA RP11-86H7.1后，研究人员发现人支气管上皮细胞产生的炎症因子IL-6、IL-8表达均下降，NF-κB信号通路中的p65、Iκκβ、IκB-αmRNA表达水平以及p65、p-p65蛋白表达均下调，p65转入胞核减少。说明TRAPM2.5刺激人支气管上皮细胞后，可上调LncRNA RP11-86H7.1的表达，并激活NF-кB信号通路，从而促进炎症因子IL-6、IL-8的表达，导致气道炎症反应。当干扰LncRNA RP11-86H7.1后活化的NF-кB通路受到抑制，炎症因子表达下降，这无疑证实了该LncRNA参与了炎症因子的表达调控[26]。不仅病患与正常对照相比存在差异，不同阶段的COPD患者外周血CD4+T细胞中LncRNA表达谱也发生了改变。ENST00000447867和NR-026690可能成为诊断COPD并区别慢性阻塞性肺疾病急性加重（acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease，AECOPD）和慢性阻塞性肺疾病稳定期（stable phase of chronic obstructive pulmonary disease，stable-COPD）的生物标志物[27]。

3 LncRNA在气道炎症中的作用

除了COPD，在哮喘患者中同样检测出了190个LncRNA的异常表达，其中Lnc000127，RP11-408H1.3，OIP5-AS1与嗜酸性粒细胞型哮喘-Th2型炎症通路相关基因共表达[29]。除此之外，LncRNA还与肺癌、肺纤维化以及急性肺损伤等呼吸道疾病有关[27]。LncRNA在炎症反应中的重要作用再加上其与肺部疾病的联系，使得它拥有深厚的研究价值，对其深入研究对气道炎症的治疗能提供良好的指导与帮助，为疾病的治疗提供新思路。

近年来有许多报告都强调了LncRNA对疾病与癌症的作用[17]，并且也有许多针对其特性的检测方法出现。如上文所说的，LncRNA拥有复杂的结构以及互作关系[18]，LncRNA在发挥功能时通常需要与蛋白质结合形成复合体来发挥功能，再加上其本身的长度就较长，可拥有较复杂的二级和三级结构，给LncRNA的研究带来一定的阻碍。但LncRNA在体内大量存在，并且有证据表明其对人体健康存在确切的影响[19]，对其的研究还需要进一步深入。

自2008年新一代高通量测序技术高速发展以来，LncRNA被大量的检测与研究。其在基因表达调控中进行的复杂且精确的工作对人们认识基因的功能打开了新的窗口。基因芯片技术为LncRNA研究提供了稳定成熟的方法，同时高通量测序的加入也使得LncRNA的研究能够更好地展开，但是其庞大的数据量使得研究过程会变得更加复杂，需要更为专业的生物信息学分析方法。LncRNA在生物活动中可以发挥复杂的调控功能，如部分LncRNA与miRNA协同作用等[30-31]，且目前所能使用的生物信息学实验技术无法对其高级结构进行准确的预测，且LncRNA的数量巨大，很难确定哪一些LncRNA是与目标疾病存在直接的相关关系。所以明确LncRNA的功能仍存在相当大的困难。

LncRNA的“海绵”作用同样参与了COPD的发生过程。被命名为nsv823469的常见拷贝数变异可以减少COPD疾病的风险，且等位基因的缺失倾向于传递给健康的或者FEV1相对较高的后代。Nsv823469定位于6p22.1，且覆盖了LncRNA及HLA。nsv823469拷贝数的减少明显降低LncRNANAHCG4B及HLA-A的表达，且LncRNA HCG4B可能通过结合miRNA-122、miRNA-1352上调HLA-A的表达。该研究提示，LncRNA HCG4B及其“海绵”作用可能通过拷贝数变异参与COPD[28]。

近几年的研究证实，非编码RNA广泛地参与了炎症反应的过程[20]，而LncRNA参与和影响疾病的形式也有许多，如LncIL7R。在人体内，炎症反应为避免过度激活通常都存在一系列的调控机制，脂多糖可以快速介导LncIL7R的表达[21]。后者可以在负反馈调节中发挥作用，防止炎症反应的过度发生。在有关气道炎症的研究中，有学者提出LncIL7R调节机制受损的个体，有更高的COPD急性加重的风险[22]。同时，LncIL7R不仅在炎症中起着相当大的作用，还可以作为急性呼吸窘迫综合征的预后生物标志物[23]。可见对气道炎症来说，LncRNA有着极高的研究价值。介于LncRNA在炎症反应中的显著表现，还有许多LncRNA都被学者证实了与COPD相关，如LncRNA meg3与miR155HG。前者的表达与患者吸入空气中的颗粒物有关[24]，后者在不同阶段的COPD患者体内存在差异[25]。

4 总结与展望

矿区位于NE向的区域布格重力异常上(图2)，一六钨矿、梅子冲银铅锌矿、赤佬顶锑矿等矿床和宝山岩体、高山岩体均分布在该北东向的重力异常带上，说明上述矿床区域成矿构造相同，推测其深部有隐伏岩体存在。赤佬顶地带布格重力值(-60×10-5 m/s2以上)较已出露的宝山和高山岩体(-64×10-5 m/s2左右)高约4×10-5 m/s2，是该区沉积岩地层增厚、隐伏岩体埋深变大所致。根据其东北测约4km地段于梅子冲银铅锌矿区所施测的5线综合物探剖面反映隐伏岩体埋深在-300m标高以下，依据宝山岩体的侧伏方向，推测赤佬顶锑矿区隐伏岩体埋深在-600m标高以下。

目前在呼吸系统疾病关联的LncRNA中，多数研究与肺癌等疾病相关，在COPD领域的研究还处于起步阶段。COPD的致病因素复杂，与烟草气体、环境污染、职业暴露等都有关系，发病机制也至今未明。COPD重要病理特征之一的气道炎症，包括炎症细胞、细胞因子等病理变化与病程息息相关，但具体机制复杂，LncRNA是否参与其中仍有待研究，这无疑也给探究LncRNA在疾病中扮演的角色增加了难度。

就目前来说，可以确定的是LncRNA通过多种方式在体内参与表达调控的过程。但由于其庞大的数据量以及复杂的发生机制，大部分LncRNA的研究只是确认了其表达变化与疾病存在关系，这些LncRNA可作为部分疾病分期的指示物、预后标志物等在治疗中发挥功能，但是在目前的研究中尚未见LncRNA作为COPD生物标志物的报道。COPD已有生物标志物如白细胞介素，补体C1q/肿瘤坏死因子相关蛋白5等。LncRNA作为一个新兴的研究方向是否在成为生物标志物上具有独特的优越性还有待讨论。

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COPD到目前为止都没有很好的治疗方法以及特效药，LncRNA可能是一个突破口。在未来，通过飞速发展的生物信息学手段，探明LncRNA发挥作用的动态过程以及其具体的高级结构，能够提供一个以RNA为主体的角度理解疾病调控。虽然目前对LncRNA的研究还有所不足，但可以基于其上下游的基因和相关的蛋白质开展对其调控机制的研究。如果能在上述的方面得到突破，LncRNA便可以在气道炎症的治疗中提供新的治疗视角，如新的指示物，或是靶向药物的作用靶点，甚至能成为解开COPD病因谜题的关键钥匙。