長鏈非編碼RNA在免疫炎癥反應中的研究進展

長鏈非編碼RNA在免疫炎癥反應中的研究進展

魏婷婷，楊敏，唐晴琴，仲人前

(第二軍醫大學長征醫院實驗診斷科，上海 200003)

摘要：長鏈非編碼RNA(lncRNA)作為基因組中調節基因研究的新領域，可以參與細胞生物活動的各個環節，包括染色質重塑、mRNA可變性剪接、mRNA降解和蛋白質的翻譯，具有非常復雜的生物學功能。如今，已發現多種lncRNA在腫瘤、心血管疾病及神經退行性疾病等方面發揮重要作用，但是lncRNA在免疫系統中的研究還很有限。最近的研究發現lncRNA可以通過與蛋白復合物或轉錄因子相互作用調節免疫細胞的分化，并且參與免疫炎癥反應中炎癥因子的表達，控制炎癥反應。目前，在一些免疫疾病中也發現有lncRNA的表達差異，但具體的作用機制還有待進一步研究。因此，文章就最近幾年lncRNA在免疫細胞分化及免疫炎癥調控領域的研究作一簡述。

關鍵詞：長鏈非編碼RNA；轉錄調控；免疫細胞；免疫炎癥反應

中圖分類號：

文章編號：1673-8640(2015)10-1044-04Q503

文獻標志碼：A

DOI：10.3969/j.issn.1673-8640.2015.10.019

Abstract:As a new field of regulatory genes in genome research, long non-coding RNA(lncRNA)plays an important role in each stage of cell biological activity, including mediating chromatin remodeling, mRNA alternative splicing, mRNA degradation and protein translation, with complex biological functions. Up to now, a variety of lncRNA have been found in cancers, cardiovascular diseases and neurodegenerative diseases, however, the research of lncRNA in immune system is still limited. Recent studies have found that lncRNA can interact with protein compounds or transcription factors, then regulate the differentiation of immune cells, and regulate the expression of inflammatory cytokines in order to control the inflammatory response. At present, in some immune diseases, several lncRNA expresses with differences, but the exact mechanisms remain to be seen. Therefore, this review mainly outlines the significant functions of lncRNA in the regulation of immune cell differentiation and immune inflammatory regulation in brief.

基金項目：國家自然科學基金資助項目(81072479)；衛生部衛生公益性行業科研專項(201202004)

作者簡介：魏婷婷，女，1991年生，主要從事自身免疫性疾病發病機制的研究。

通訊作者：仲人前，聯系電話：021-81886092。

收稿日期：(2015-08-02)

The research progress on long non-coding RNA in immune inflammatory reactionWEITingting,YANGMin,TANGQingqin,ZHONGRenqian.(DepartmentofLaboratoryDiagnostics,ChangzhengHospital,theSecondMilitaryMedicalUniversity,Shanghai200003,China)

Key words: Long non-coding RNA; Transcription regulation;Immune cell; Immune inflammtory response

隨著RNA芯片、RNA測序等技術的發展，長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA ),作為基因組中調節基因研究的新領域，逐漸受到研究者們的關注。近年來的研究表明，lncRNA在細胞生物學活動調節方面具有非常復雜的調控作用，它的表達異常對人類很多疾病如腫瘤、心血管疾病以及免疫系統疾病的發生、發展及預后有極其重要的影響。

一、 lncRNA簡介

lncRNA是一類長度超過200 nt，具有組織特異性，但穩定性較差的非編碼RNA[1]。根據在基因組中相對于編碼基因的位置和方向可分為5類：正義RNA、反義RNA、雙向RNA、基因間RNA和基因內RNA。目前研究最多的是基因間非編碼RNA，又稱為lincRNA,如Xist、H19、HOTAIR 和MALAT1，平均長度約為1 kb。lincRNA具有較高的物種保守性，位于編碼基因的附近，并可以正向或負向調控靶基因的轉錄，從而發揮不同的生物學功能[2]。

二、lncRNA的作用機制

1. lncRNA與表觀遺傳學修飾20世紀90年代，隨著H19和Xist的表觀遺傳學修飾作用的發現，有關lncRNA的基因特異性調節功能的研究正式起步[3-4]。lncRNA可以與多種染色質修飾復合物結合，調節染色質的甲基化水平或組蛋白修飾等，在基因組DNA序列不發生改變的情況下改變染色質構象，調控靶基因的表達。例如：X染色體的失活作用主要由lncRNA Xist控制，它可以與多梳蛋白抑制復合物(polycomb repressive complex 2,PRC2)相互作用誘導該染色體沉默。而另1條染色體上lncRNA Tsix表達激活，通過移走PRC2，阻止失活的發生[5]。而系統性紅斑狼瘡、原發性膽汁性肝硬化等自身免疫疾病好發于女性，是否與X染色體上的lncRNA表達異常導致X染色體異常激活還有待證實[6]。

2. lncRNA與mRNA轉錄調節lncRNA可以通過誘餌、共調節或RNA聚合酶抑制劑等方式調節mRNA轉錄。例如lncRNA PANDA通過誘導轉錄因子NF-YA遠離它的促凋亡的靶基因使細胞周期停滯，參與細胞生長周期的調控；lncRNA SRA作為許多核內甾體類受體的共活化物，進而募集許多轉錄因子和表觀調節分子，介導靶基因的轉錄[7]；lncRNA Alu和鼠的B2能與RNA聚合酶結合阻止轉錄起始前復合物的形成，抑制熱休克基因的轉錄[8]。

3. lncRNA與轉錄后調節lncRNA可參與 mRNA剪接、降解和翻譯，比如lncRNA MALAT1通過影響含絲氨酸、精氨酸豐富的蛋白的分布，參與mRNA前體的剪接；細胞質中1/2-sbsRNAs與靶mRNA的3′非翻譯區(3′ untranslated region, 3′UTR)不完全配對形成互補的雙鏈，招募蛋白Staufen1促進mRNA的降解；相反，β-分泌酶1(beta-site APP cleaving enzyme 1， BACE1) mRNA與lncRNA BACE1-AS的可延長的堿基配對能保護BACE1 mRNA不被RNA酶水解，從而穩定mRNA。lncRNA BC1能與真核生物翻譯啟始因子eIF4A、多聚腺苷酸結合蛋白(poly A, binding protein, PABP)相互作用，抑制翻譯進行[9]。

三、lncRNA與免疫細胞的分化

1. lncRNA與T細胞分化2009年，PANG等[10]發現在CD8+T細胞中存在上百種lncRNA,很多具有階段和組織特異性，并隨著淋巴細胞的分化而動態變化。其中一些lncRNA的表達基因與microRNA和小干擾RNA(small interfering RNA, siRNA)重合，提示lncRNA可能通過加工成更小的分子發揮作用。研究還發現許多lncRNA具有進化保守型、復雜的二級結構或可調節的啟動子，提示它們具有某種功能，并且可能在獲得性免疫中起關鍵性調控作用[10]。另一項研究對42種T細胞亞群進行RNA測序，發現很多細胞發育階段特異性表達的lncRNA，其中大部分被多聚腺苷酸化，并在T細胞分化中受到動態調節，在不同T細胞亞群中表達有明顯差異。再者，它們的基因位于具有調節免疫功能的編碼基因附近，暗示著這些lncRNA可能與mRNA共表達調節T細胞的生長與分化。T細胞的關鍵轉錄因子T-bet、GATA-3、STAT信號轉導蛋白和轉錄激活物(signal transducer and activator of transcription，STAT)4和STAT6能調節Th1細胞和Th2細胞中很多lncRNA的細胞特異性表達。因此,這些研究為將來lncRNA在T細胞生長分化及免疫反應方面的作用奠定了基礎[11]。

2. lncRNA與樹突狀細胞分化lncRNA與樹突狀細胞(dendritic cell， DC)分化的關系近期也得到了闡述。研究發現lnc-DC可以在細胞質中與轉錄因子STAT3直接接合，參與其翻譯后修飾，調控DC的分化。lnc-DC在人的單核細胞源的DC中特定表達，是DC的特異性標志，對DC的分化及功能起到了重要作用。當抑制lnc-DC的表達時，與DC功能相關的基因表達下降，DC的抗原遞呈功能降低，與T細胞活化密切相關的重要分子(CD40、CD80、CD86和HLA-DR)表達下調。進一步的功能實驗證實lnc-DC通過與細胞質中的STAT3的C端直接結合，阻止STAT3與SHP1結合而被去磷酸化，促進STAT3的磷酸化，進而激活酪氨酸激酶JAK/轉錄因子STAT信號通路，調控DC的分化。該研究發現了lncRNA新的作用機制，即通過翻譯后調節參與免疫細胞的分化，為lncRNA在免疫系統的調節研究提供了新方向[12]。

四、lncRNA與免疫炎癥反應

在免疫系統中，lncRNA在免疫細胞的分化過程中通過表達含量的變化調控免疫細胞的功能，從而影響其它的免疫反應。同時lncRNA還可以通過直接作用于炎癥因子的表達，控制炎癥反應。

1. lncRNA參與炎癥基因的表觀遺傳修飾lncRNA可以以RNA的形式從多個層面調控免疫基因的表達。2012年COLLIER等[13]在研究中發現，lincRNA Tmevpg1的基因位于編碼干擾素-γ(interferon-gamma，IFN-γ)的基因(interferon gamma gene，IFNG)的附近，并且Tmevpg1在Th1細胞中的表達明顯高于Th2細胞。進一步的轉染實驗證實，Tmevpg1的轉錄與IFNG相似，都依賴于Th1細胞分化特異性轉錄因子STAT4 和 T-bet。Tmevpg1具有Th1細胞特異性，并能在Th1細胞分化時與T-bet共表達，通過順勢作用促進IFNG的轉錄[13]。另一項關于Tmevpg1的研究指出，Tmevpg1(又名NeST)的轉錄基因位于IFNG的反義鏈，且兩個基因轉錄方向相反。Tmevpg1可以與H3K4甲基化轉移酶復合物的成分WDR5結合，調節IFNG 位點的組蛋白甲基化，促進IFNG的表達，控制機體對病原微生物的易感性。Tmevpg1在宿主對抗病原體的炎癥反應中起到重要作用，揭示了lncRNA在免疫調節和感染性疾病易感性方面的新功能[14]。lnc-IL7R 因其基因位置與IL-7R基因的3′UTR重合而命名。在脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)刺激后，實驗組細胞的 lnc-IL7R表達明顯升高。雖然lnc-IL7R與IL-7R的基因位置相近，但lnc-IL7R并非調節IL7R的表達，而是對遠端靶基因進行表觀遺傳學調節。H3K27me3是染色體表達沉默的標志，當細胞被LPS刺激時，促炎因子如E-選擇素、血管黏附分子1(vascular cell adhesion molecule 1, VCAM-1)、白細胞介素6(interleukin 6, IL-6)的基因啟動區的H3K27me3會減少而激活轉錄，促進炎癥的發生。然而，lnc-IL7R上調可以維持H3K27me3的水平，通過負反饋調節避免炎癥基因的過度表達，減輕炎癥反應。lnc-IL7R的發現為免疫反應調節機制的研究添加了新的平臺，為lncRNA是否參與到其它免疫疾病的發病機制中提供新的思考[15]。

2. lncRNA與hnRNP結合調控炎癥因子轉錄THP1細胞受炎癥刺激后，lincRNA1992(又名THRIL)表達明顯降低，THRIL被干擾后，TNF-α和IL-6的表達明顯下降。進一步功能驗證發現，THRIL可以與核不均一核糖核蛋白L(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein L，hnRNPL)結合形成1個有功能的THRIL-hnRNPL復合物，然后與腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-alpha, TNF-α)的啟動子區域結合發揮作用，維持基礎水平和外界刺激時的TNF-α的表達。當炎癥刺激時，分泌的高濃度的TNF-α通過負反饋調節，使得THRIL 表達降低，進而下調TNF-α的表達，控制炎癥反應的過度損傷。THRIL與很多免疫調節基因的表達有關，特別是固有免疫基因；再者，THRIL對TNF-α的調節作用提示它很有可能參與自身免疫疾病的發生，如類風濕性關節炎、炎癥性腸病，進一步提示lncRNA在人類的免疫反應和炎癥疾病中起重要作用[16]。CARPENTER 等[17]在實驗中發現了小鼠lincRNA-Cox2在經炎癥刺激后表達明顯上調，它的表達基因位于編碼前列腺素內過氧化物合酶2(prostaglandin-endoperoxide synthase, Ptgs/Cox2)的基因附近，但進一步研究顯示lincRNA-Cox2 并非作用于臨近基因Ptgs2的表達，而是通過與hnRNPA/B 和 A2/B1的相互作用介導不同的炎癥基因的轉錄抑制或激活，比如抑制細胞因子Ccl5的表達。然而，lincRNA-Cox2的過表達不能誘發基礎狀態下IL-6的表達，只能增加Toll樣受體(Toll-like receptor, TLR)刺激誘導IL-6的表達，并且lincRNA-Cox2調節IL-6的表達不依賴于上述機制，具體的調節機制還有待證實[17]。上述研究表明TLR誘導的lncRNA可以與不同的調節復合物相互作用調控固有免疫的基因表達，為以后免疫疾病新的藥物靶點的發現增添了希望。

3. lncRNA與免疫相關疾病LPS 通過TLR誘發的炎癥反應參與了很多自身免疫疾病早期的發生、發展。如類風濕關節炎患者早期，外周血單個核細胞的TLR4對其配體刺激的反應性較高，可能是疾病的一個誘發因素。而最近有關lncRNA在免疫炎癥反應的作用研究越來越熱，引發了對lncRNA在臨床免疫疾病發面的研究熱情[18]。lncRNA的異常表達與許多疾病的發生發展有關，尤其是腫瘤,比如HOTAIR的過度表達會增加腫瘤的侵襲和轉移能力，造成很多癌癥的預后不良[19]。而最近的研究顯示lncRNA在免疫疾病中同樣有重要意義。例如在細胞應激時，lncRNA生長停滯特異性轉錄本5(growth arrest-specific transcript 5, Gas5)能被激活，通過與糖皮質激素受體的DNA結合區結合，阻止受體與基因組DNA的糖皮質激素反應元件相互作用，從而影響多種基因的表達，調控細胞凋亡，而Gas5 在小鼠模型中已經被證實與系統性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus, SLE)的易感性有聯系，可能與Gas5對糖皮質激素受體的免疫抑制作用有關[20]。近期在對Graves′病的研究中發現，lncRNA Heg和細胞周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent kinase, Ckd1) mRNA都可以調節促甲狀腺激素受體抗體(thyroid stimulating hormone receptor autoantibody,TRAb)的濃度的變化。在未經治療的疾病組，外周血單個核細胞中Heg與TRab呈負相關，而在經治療的疾病組和健康對照組中，兩者無明顯的相關性，但Heg與CD14呈明顯的負相關[21]。轉染實驗發現轉入外源的Heg能夠降低CD14 mRNA的表達，卻能促進TLR7和IFN-γ基因的表達，因此推測Heg可能是通過激活內吞溶酶體的TLR7，降低細胞表面CD14 的表達，減少細胞因子的分泌，降低對TSH受體抗原的反應性。但經藥物治療后，TRAb降低，Ckd1 mRNA明顯減少,而Heg沒有變化，推測Ckd1 也可能調節TRAb的變化。Ckd1是重要的細胞周期調節分子，因此，研究者推測TRAb的降低可能是由于Heg和Ckd1的共同調節作用通過不同的機制介導的[22]。

五、總結與展望

lncRNA作為非編碼RNA中的新角色，已經成為免疫學關注的熱點。近年來，新一代測序技術的建立使我們逐步揭示了lncRNA的重要生物學功能。lncRNA在免疫系統中作用非常重要，可以在胞漿中直接與轉錄因子結合調節免疫細胞的分化，也可以通過參與組蛋白修飾或與hnRNP結合調節炎癥基因的轉錄。lncRNA作用機制錯綜復雜，究竟它通過什么樣的方式調控免疫疾病的發生還有待研究。但對lncRNA生物學功能及其與免疫反應的深入研究仍需探究，進而為今后免疫疾病的預防、診斷及治療提供新的思路和應對策略。

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(本文編輯：范基農)