lncRNA 与COPD 发病机制的相关研究进展

何蝉伊，丁毅鹏

（海南省人民医院（海南医学院附属海南医院）全科医学科，海南海口 570100）

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary diseases，COPD）是一种以持续性气流受限为主要特征的可预防、可治疗的慢性疾病，为全球发病率及致死率较高的疾病之一，对疾病的早预防、早诊断、早治疗可有效降低其发生、发展。长链非编码RNA（long noncoding RNA，lncRNA）为一类转录本长度超过200 个核苷酸的非编码RNA。近年来，随着分子生物学的深入研究，发现lncRNA 在调节细胞增殖、凋亡、侵袭及血管生成中发挥重要功能，且与疾病密切相关，其发现为某些疾病的研究提供了新的切入点。本文主要就lncRNA 与慢性阻塞性肺疾病关系的研究进展作一综述。

1 lncRNA 的生物学特性

lncRNA 为长度超过200 个核苷酸的转录本，具有包括顺式或反式的转录调控、核结构域的组织以及蛋白质或RNA 分子的调控等功能［1］。之前大多数学者认为其编码的多肽为无功能的，但近期有研究表明一些lncRNA 实际上可编码小肽，参与调控［2］。

1.1 lncRNA 的发现

早在1990 年，H19 印迹基因等经典lncRNA 就已经被发现，然而，它最初被认为是基因组转录的“噪声”，是RNA 聚合酶Ⅱ（PolⅡ）转录的副产物，不具 有 生 物 学 功 能。而1 年 后，Brown 等［3］就 发 现lncRNA Xist 能够沉默女性两条X 染色体中的其中一条，使其在女性生物体内编码的蛋白量与男性生物趋向一致。虽然当时认为这只是一种特殊情况，但这一项发现却引起众多研究者的注意。随着lncRNA 分子机制研究的深入，越来越多研究发现lncRNA 在许多生命与疾病的活动过程中起到不可或缺的作用。2007 年HOX 基因反义基因间RNA（hox antisense intergenicRNA，HOTAIR）的发现，提示lncRNA 可能存在远程调控。其发现者Rinn等［4］在Cell 上发表文章中提到lncRNA HOTAIR 可以与PRC2 相互作用，介导H3K27me3 修饰，沉默作用位点上的基因表达。自此，lncRNA 成为近十年的研究热点。

1.2 lncRNA 的生物合成 大多数lncRNA 由RNA聚合酶Ⅱ（PolⅡ）转录而来，具有5′端m7G 帽和3′端poly（A）尾，被认为与mRNA 相似的转录和加工过程。与mRNA 不同的是，一些由PolⅡ转录的lncRNA 处理效率低下并保留在细胞核，而其他的则被剪接并输出到细胞质中［5］。

1.2.1 lncRNA 的核保留 一些lncRNA 被失调的PolⅡ转录，保留在染色质上，随后被核外泌体降解。而大部分的lncRNA 具有一定的U1 小核RNA（U1snRNA）结合基序可以招募U1 小核核糖核蛋白（U1snRNP），并通过其与不同位点的PolⅡ相关联。由于在许多lncRNA 中，3′剪接位点与分支点之间的序列较长，包含更短的多嘧啶束（PPT），导致其剪接效率低下。

lncRNA 的核定位在顺式序列基序和反式因子协同作用下进行。一个核保留元件（NRE）U1sn-RNA 结合位点和富c 基序可以分别招募U1snRNP和异质核核糖核蛋白K（hnRNPK）来增强lncRNA的核定位。其他差异表达的RNA 结合蛋白（RNA binding protein，RBPs），如 肽 基 脯 氨 酸 异 构 酶E（PPIE）6，抑制lncRNA 组的剪接，导致其核保留［6］。

1.2.2 lncRNA 的输出 大量的lncRNA 被输出到细胞质中。其中包含一个或仅少数外显子的长链和a/u 富链转录本依赖于核RNA 输出因子1（NXF1）途径进行输出［6］。 lncRNA 到达细胞质后，可能会经历特定的分类过程，将不同的lncRNA 分配到特定的细胞器或分布在细胞质中，并与不同的RNA 结合蛋白（RBPs）相关联。

70%的细胞质中lncRNA 有一半存在于多聚体部分。某些顺式元件有助于lncRNA 定位在核糖体上，如长“伪”5′非翻译区，因为它们先于lncRNA 中的“伪开放阅读框”。核糖体相关lncRNA 的降解可能是由一种翻译依赖的机制触发的。

一些lncRNA 通过未知的机制被分至线粒体。例如，线粒体RNA 加工核糖核酸内切酶（RMRP）的RNA 成分被招募到线粒体中。RMRP 一旦到达线粒体，就被G-richRNA 序列结合因子1（GRSF1）结合并稳定，从而使其在线粒体基质中积累。

人类血液外泌体的RNA 测序显示，有大量lncRNA 包含其中。目前尚不清楚lncRNA 是如何被分至外泌体的，但其机制可能涉及RBPs 对特定序列基序的结合［5］。

1.3 lncRNA 的理化性质及生物学功能

lncRNA 具 有 时 空 和 组 织 特 异 性［7］、调 控 多 样性［8］以及与较为保守的序列结构［9］。lncRNA 在不同组织细胞的细胞核、细胞质和细胞器中的分布不尽相同。在同一组织或器官的各个发育阶段，其表达量可有差异。lncRNA 可在多个层面参与基因的表达调控，包括真核细胞中，RNA 转录和定位调控，表观遗传学调控以及转录后，RNA 加工、翻译、稳定性的调控［8］。

2 lncRNA 与呼吸系统疾病

近年来，越来越多研究发现lncRNA 参与不同呼吸系统疾病，为呼吸系统疾病的诊疗提供了新的生物标志物以及潜在靶点。

哮 喘 患 者 中，lnc_00127、lncRNA ANRIL、lncRNA FTX 表达上调［10-12］，而lncRNA CASC7、lncRNA MEG3 表 达 下 调，其 中lncRNA MEG3 在 混合粒细胞性哮喘患者中的表达水平最低，其次是中性粒细胞性哮喘和嗜酸性哮喘，在少粒细胞性哮喘患者中的表达水平最高［13，14］。

Lin 等［15］发现在博来霉素诱导的肺间质纤维化和TGF-β1 诱导的人肺成纤维细胞（human pulmonary Fibroblasts，HPF）纤维化模型中lncRNA Hoxaas3 上调。过表达Hoxaas3 可促进纤维形成，而抑制Hoxaas3 可通过调控miR-450b-5p 在体内外抑制肺纤维化。

Hadjicharalambous 等［16］通过二代测序分析出，在白细胞介素1β（IL-1β）诱导的HPF 炎症模型中，lncRNA IL7AS 和MIR3142HG 表达显著升高。经过敲低这两种lncRNA 后发现IL7AS 可负调节IL-6释放，而MIR3142HG 则是IL-8 和CCL2 释放的正调节剂。随后与特发性肺纤维化（idiopathic pulmonary fibrosis，IPF）成纤维细胞的比较显示，lncRNA IL7AS 的表达没有变化，而MIR3142HG 和miR-146a 的 表 达 显 着 减 少，这 与IL-6、IL-8 和CCL2 释放的减少相关。鉴于lncRNA MIR3142 HG 敲低后IL-8 和CCL2 的释放显着减少，并部分减少IPF 成纤维细胞中IL-6 的释放，表明IPF 成纤维细胞中炎症反应的降低与 MIR3142HG/miR-146a 的表达减弱有关。

lncRNA 在肺癌细胞的生长、转移和侵袭中发挥着至关重要的作用。通过微阵列分析及转录组测序，已发现数百种lncRNA 与肺癌相关。Ku 等［17］发现肺鳞状细胞癌细胞中，lncRNA LINC00240 的表达显着增加。敲低LINC00240 后，肺癌细胞中的miR-7-5p 上调，从而导致EGFR 下调，抑制细胞的侵袭和迁移能力，这提示LINC00240/miR-7-5p/EGFR 轴可能在鳞状细胞癌的侵袭和迁移中起重要作 用。 Zhen 等［18］研 究 表 明lncRNA DANCR 的 表达量在肺癌中升高，特别是在高级别肺癌组织和侵袭性癌细胞中。DANCR 过表达可诱导肺癌细胞增殖和集落形成，而干扰DANCR 表达可有效抑制肺癌在体外和体内的进展。Ren 等［19］发现HOTAIR在肺腺癌和肺鳞癌中表达增加，且表达水平高于癌旁组织，其在男女性患者之间表达量无显著差异。

3 lncRNA 与COPD

3.1 COPD 诱因与lncRNA

COPD 常常由遗传和环境两大危险因素相互作用下所诱发而来。

3.1.1 环境因素与lncRNA 烟草（cigarette smoke，CS）及PM2.5则是其中两大环境危险因素。长期暴露在烟草及PM2.5中可影响肺功能水平，增加COPD的发病率和死亡率，缩短预期寿命，加重人民负担。

3.1.1.1 PM2.5对COPD 患者影响及其与lncRNA 联系 随汽车尾气、工业污染等碳排放量与日俱增，大气细颗粒物（PM2.5）对呼吸系统疾病的影响逐渐被人们所重视。2001～2014 年，Bo 等［20］在中国台湾共招募了133 119 名成年人（18 岁或以上），使其接受了至少两次标准的体检，包括肺活量测定测试。2002～2004 年中国台湾的PM2.5浓度有所增加，并在2005 年左右开始下降。结果表明，随着PM2.5减少，受试者的各项肺功能指标平均值有所改善。

Li 等［21］发 现PM2.5诱 导 的 人 支 气 管 上 皮 细 胞（human bronchial epithelial cells，HBEC）中lncRNA CCAT1、lncRNA MEG3、lncRNA HOTAIR、lncRNA GAS5 及lncRNA MT1JP 表达均显著上调，加速了细胞的凋亡，并证明lncRN AMEG3 通过增加PM2.5 处理的HBE 细胞中p53 的表达来介导细胞凋亡和自噬，沉默lncRNA MEG3 可抑制了HBE细胞的凋亡和自噬。Zhao 等［22］发现人支气管上皮细胞暴露于与交通有关的空气污染颗粒物2.5（TRAPM2.5）环境刺激后，lncRNA RP11-86H7.1 表达显著上调。经机制研究表明，认为其可能通过激活NF-κB 信号通路参与TRAPM2.5诱导的炎症反应。此 外，lncRNA RP11-86H7.1 作 为miR-9-5p 的内源竞争RNA（competing endogenous RNAs，ceRNA），可逆转其靶基因NFKB1 的抑制作用，并维持NF-κB 的激活，从而促进炎症反应。

3.1.1.2 香烟对COPD 患者影响及其与lncRNA 联系 吸烟可加速肺衰老，与多种肺部疾病发生、发展 密 切 相 关。Tran 等［23］研 究 表 明HBEC 暴 露 于 香烟烟雾提取物（cigarette smoke extract，CSE）会引起蛋白酶平衡失衡，导致泛素化蛋白的积累和自噬标记物p62 在聚合体中受损，作为启动COPD-肺气肿发病机制的潜在机制。

Zhang 等［24］发现在慢性香烟烟雾提取物（cigarette smoke extract，CSE）的COPD 小鼠模型中，有109 个lncRNA 与对照组相比具有显著差异表达。结合高通量数据分析和qRT-PCR 验证结果提示，CSE 诱导的COPD 小鼠模型、香烟诱导的16HBE细胞以及COPD 患者的外周血单个核细胞（peripheral blood mononuclear cell，PBMC）中lncRNA NR_102714 及其相关蛋白编码基因UCHL1 在COPD 小鼠和人类的发病过程中均发挥了作用。Shen 等［25］发现CSE 可降低16HBE 细胞中lncRNA SNHG5 的表 达，由 于SNHG5 在COPD 中 作 为miR-132 的ceRNA，SNHG5 的低表达增加了miR-132 靶蛋白PTEN 的表达。而SNHG5 在16HBE 细胞中的过表达可减轻CSE 对细胞增殖、凋亡和炎症（IL-1β、IL-6 和TNF-α）的 影 响。Gu 等［26］研 究 提 示LncRNA TUG1 在COPD 患者痰细胞和肺组织样本中的表达升高，且与FEV1%呈负相关，且TUG1 基因的下调逆转了CSE 诱导的气道重塑。

3.1.2 遗传因素与lncRNA α1-抗胰蛋白酶的缺乏是目前唯一被明确与COPD 遗传易感性有关的影响因素。然而，近年来有研究报道，仍有其他影响因素与遗传遗传易感性有关。

在关于海南人群CYP2B6 单核苷酸多态性（SNPs）与COPD 风险的相关性研究中发现，CYP2B6 基因中rs4803420 位点与COPD 风险降低相 关，而rs1038376 和rs12979270 对COPD 风 险 有不良影响。其中rs4803420 和rs1038376 与男性和女性COPD 风险均有显著相关性，而rs12979270 仅与女性COPD 风险有关［27］。

Zhou 等［28］研 究 发 现，lnc01414 的rs699467 位 点和lnc00824 的rs7815944 位点可能是COPD 发生的保护因素。lnc01414 的rs298207 与整个人群COPD风险增加相关，而在年龄≤70 岁时可能具有更高的COPD 易感性。其中rs298207 和rs7815944 变异与男性COPD 风险相关。

3.2 lncRNA 对气道及肺组织细胞的影响

有研究表明，与正常肺组织相比，COPD 患者中 有120 个lncRNA 过 表 达，43 个lncRNA 低 表达［29］。慢性阻塞性肺疾病的病理学改变存在于气道、肺实质、肺血管。在中央气道主要表现为炎症细胞浸润（如巨噬细胞、中性粒细胞、B 细胞、T 细胞），而在外周小气道主要表现为气道重塑，其中包括平滑肌细胞的增生和肥大［30-32］。

3.2.1 lncRNA 对气道重塑的影响 Zhao 等［33］研究发现COPD 患者血浆中lncRNA MCM3AP-AS1 表达下调，经治疗后MCM3AP-AS1 表达明显升高。在吸烟者中，MCM3AP-AS1 表达低的患者COPD发病率较高。 细胞增殖实验显示，过表达MCM3AP-AS1 可降低支气管平滑肌细胞（bronchial smooth muscle cells，HBSMCs）的 增 殖 率，而MCM3AP-AS1 低表达则有相反的效果。Zheng等［34］收集非吸烟者、吸烟者或患有COPD 的吸烟者的肺组织进行RNA 测序。经对比发现，COPD 患者肺组织中lncRNA COPDA1 上调。进一步研究发现，COPDA1 过表达增加了MS4A1 基因的表达，增加HBSMCs 中钙的储存进入，从而促进平滑肌细胞增殖和气道重塑。此外，COPDA1 的缺失降低了细胞周期调控蛋白，即G1/S-特异性周期蛋白-D1（cyclin D1）和成视网膜母细胞瘤蛋白（Retinoblastoma protein，pRb）的表达水平。cyclin D1 和pRb 是调节细胞周期过渡的关键，为HBSMCs 增殖所必需。COPDA1 可 通 过 调 控cyclinD1 和pRb 促 进HBSMCs 增殖。

3.2.2 lncRNA 与炎症细胞浸润联系 巨噬细胞根据表型分为经典活巨噬细胞（M1）及替代性活化巨噬细胞（M2）。经典活化的M1 型巨噬细胞发挥促炎和细胞毒作用，而M2 型巨噬细胞可促进IL-10 的分泌，发挥抗炎作用，促进组织修复和伤口愈合［35］。Li 等［36］发现LncRNA MIR155HG 在粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）诱导的COPD 患者巨噬细胞中高表达。MIR155HG 的升高可推动GM-CSF 诱导的M1 型巨噬细胞极化和炎性细胞因子释放，而MIR-155HG 表达减少可增加M2 巨噬细胞的极化，起到相反效果。

Qi 等［37］研 究 表 明，lncRNA NR-026690 and ENST00000447867 在COPD 急性加重患者的CD4+ T 细胞中上调，而与此同时，其靶基因Rap鸟嘌呤核苷酸交换因子3（Rap guanine nucleotide exchange factor 3，RAPGEF3）的转录水平显著高于稳定期COPD以及健康人群。RAPGEF3 的转录表达与lncRNA NR-026690、ENST00000447867 呈正相关，提 示lncRNAs NR-026690 和ENST00000447867 可能作为miRNA 海绵影响RAPGEF3，调控COPD发展。

3.2.3 lncRNA 与肺血管联系 Zhou 等［38］研究显示lncRNA HOXA-AS2 在COPD 患者肺组织及暴露于CSE 的人肺微血管内皮细胞（human pulmonary microvascular endothelial cells，HPMECs）中显著下调，其中暴露于CSE 的HPMECs 中HOXA-AS2 的表达呈剂量和时间依赖性下降。 LncRNA HOXA-AS2 可通过上调其下游分子Notch1，促进HPMECs 增殖，减轻CSE 暴露对细胞活性的损害。

Bi 等［39］研 究 表 明，随 着 暴 露 于CSE 的 浓 度 增加，HPMEC 中lncRNA MEG3 表达水平逐渐升高，且降低B 淋巴细胞瘤-2 基因（B-cell lymphoma-2，Bcl-2）并增加Bcl-2 相关X 蛋白（Bcl-2 associated X protein，Bax）表 达 水 平。 其 后，通 过LncRNA MEG3 质粒转染使lncRNA MEG37 过表达发现，HPMEC 中caspase-3 活性增强，细胞凋亡率增高，而lncRNA MEG3 敲低表现出相反效果。进一步的研 究 表 明，lncRNA MEG3-shRNA（short hairpin RNA，短发夹RNA）可显着降低CSE 诱导HPMECs 中lncRNA MEG3 水 平，逆 转 了CSE 对caspase-3 活性和凋亡相关基因表达的影响，抑制细胞凋亡，对CSE 诱导的HPMEC 的保护作用。Chen等［40］发现CSE 诱导的HPMEC 中的lncRNA TUG1表达增加，而miR-9a-5p 的表达降低，促进细胞凋亡。通过敲低lncRNA TUG1 可以减少CSE 诱导的HPMECs 凋亡，并且通过下调miR-9a-5p 来逆转这种影响。CSE 诱导后HPMECs 中BCL2L11 的mRNA 表 达 增 加，miR-9a-5p 通 过 抑 制HPMEC 中BCL2L11 的表达，逆转了CSE 诱导的细胞凋亡的增加，提示BCL2L11 是miR-9a-5p 的直接靶基因，表明lncRNA TUG1 通过调节miR-9a-5p/BCL2L11轴在CSE 诱导的细胞凋亡中发挥作用。

3.3 药物对lncRNA 的影响

右美托咪定为α2-肾上腺受体激动剂，主要应用于围手术期、气管插管和机械通气时镇静，对炎症性 肺 损 伤 具 有 保 护 作 用［41］。Du 等［42］研 究 表 明lncRNA PACER 在COPD 患者的血清中高表达。随后，其通过建立COPD 大鼠模型发现，大鼠肺泡上皮细胞中过表达的PACER 通过激活蛋白磷酸酶2增强细胞增殖和迁移能力。经右美托咪定处理后，其降低了COPD 大鼠肺泡上皮细胞的PACER 表达及增殖和迁移能力，有助于COPD 治疗。

穿心莲内脂为常见的抗炎药物，可降低香烟烟雾以及感染引起的炎症细胞因子的表达。Xia 等［43］研究发现，暴露于CSE 的人支气管上皮细胞中，IL-6、IL-8 等炎症因子的升高，激活下游信号转换器和转录激活因子3（STAT3），从而上调lncRNA HOTAIR 和zeste 同源物增强子2（EZH2）的表达。穿心莲内酯通过降低IL-6 水平，逆转了CSE 诱导的HB 炎症和上皮-间充质转化，且在动物模型中，其预防了CSE 诱导的肺部炎症和小气道重塑，提示穿心莲内酯对香烟诱导的肺功能障碍和COPD 具有潜在的临床应用价值。

4 展望

随着高通量测序技术的发展，人们对lncRNA的认知在逐步深入。从起初的基因组转录的“噪音”，到如今介入细胞生长、分化、繁殖以及参与疾病的病理转归，无不证明lncRNA 具有成为生物标志物的极大潜力。

1990～2017 年，慢性阻塞性肺疾病一直为我国第4 大死亡原因［44］。因此，对其诊断、治疗以及预后的研究不可停歇。已有大量的研究表明多种lncRNA 在COPD 的萌芽、发展、传变及转归的各个阶段发挥重要作用，使其成为治疗干预的有吸引力的靶标。然而，如今lncRNA 在COPD 中的潜在分子机制仍待完善，且目前COPD 治疗药物对lncRNA的影响研究较少，仍需往后不断努力，以实现疾病的早诊断、早治疗、完善预后评估，提高患者的生存质量，降低社会负担。

作者贡献度说明：

何蝉伊：选题，论文结构设计，文献收集，撰稿，修稿；丁毅鹏：主要对选题、文章的知识性内容作批评性审阅。

所有作者声明本文不存在利益冲突。