長鏈非編碼RNA在慢性阻塞性肺疾病發病機制中的研究進展

羅瑜 張劍青 趙芝煥

昆明醫科大學第一附屬醫院呼吸內二科（昆明 650032）

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種常見的可防可治的疾病，以持續氣流受限及呼吸道癥狀為特征，與暴露于有害環境相關。近日一項全國多中心橫斷面研究指出［1］，我國COPD患病人數約1億，40歲以上患病率為13.7%。COPD目前居于全球第四大死亡原因，預計到2020年，其排名將升至第3位［2］。COPD的高發病率及病死率嚴重威脅人類健康，成為亟待解決的公共衛生問題，但COPD的早期診斷及治療仍然沒有很大的進步。MARTINEZ等［3］人提出了早期COPD定義，但因早期COPD患者癥狀輕微，進展到晚期之前很少就診，造成患者生存質量下降及治療效果欠佳等。因此，尋找一種能在早期診斷COPD的生物學標記物有助于為COPD的防治提供理論依據和指導。近來研究發長鏈非編碼RNA（lncRNA）在COPD肺組織中特異性異常表達［4］，提示lncRNA可能參與影響COPD發生、發展。通過沉默或過表達lncRNA，能夠調控蛋白編碼基因的表達水平，提示lncRNA可能在慢阻肺的發生、發展中起重要作用。本文就lncRNA與COPD的發病機制的關系研究最新進展進行綜述，將lncRNA作為COPD發生發展的生物學標志物及作為潛在COPD臨床治療應用前景進行闡述。

1 LncRNA的生物學功能

研究顯示［5］，約3%的基因編碼蛋白，大量的基因轉錄為非編碼的RNA（ncRNA）。ncRNA主要包括lncRNA及小RNA（miRNA）。lncRNA是一類核苷酸數＞200 nt的非編碼RNA，無編碼蛋白的功能。DERRIEN等［6］根據lncRNA編碼序列與蛋白質編碼基因的相對位置進行了分類，包括正義IncRNA、反義lncRNA、雙向lncRNA、內含子lncRNA、基因間lncRNA五種類型。

目前大多數lncRNAs的生物學功能仍然未知，但lncRNAs在基因調控中發揮復雜作用［7］。lncRNA定位于細胞核，在生命的生長發育的各個階段都發揮著重要的調節作用，與炎癥、腫瘤、代謝異常等多種病變密切相關，并且參與著表觀遺傳學調控、轉錄調控及轉錄后調控。lncRNA可以穩定或促進目標mRNA與靶蛋白的結合與翻譯，也可促進mRNA衰減或抑制目標信使核糖核酸的翻譯［8］，另外lncRNA可以抑制前體mRNA拼接，翻譯時誘導RNA結合蛋白或miRNA，調節基因表達、影響細胞分化、增殖及死亡等細胞過程，達到調節生理和病理過程的作用［9］。lncRNA廣泛參與肺部生理及病理性疾病的發生、發展，如哮喘、肺癌、肺纖化等，在細胞炎癥、免疫等方面具有重要作用。lncRNA可能作為COPD發生、發展的早期生物學標志物；通過探討對其作用于COPD的發生、發展機制，從而為COPD早期診治提供理論指導。

2 lncRNA在COPD發生發展中的作用

COPD的發生、發展是一個復雜的過程，其發病機制主要包括慢性炎癥、蛋白酶-抗蛋白酶失衡、氧化應激等，但其具體分子機制尚不明確。吸煙是慢阻肺的最重要的環境危險因素，然而重度吸煙者僅10%～20%發病，終生不吸煙者仍有患慢阻肺的風險，并且慢阻肺具有家族聚集性，故此推斷慢阻肺具有遺傳易感性［10］。微陣列和高通量測序等技術的出現，改變了檢測呼吸系統內lncRNA表達水平的能力。早期有研究者在COPD患者的肺組織中觀察到lncRNA的表達改變，如LINC00882，LINC00883 和 PVT1［11］；CHEN 等［12］指出，lncRNA HCG4B在COPD中特異性表達，可作為COPD潛在的治療靶點。這些研究表明lncRNA與COPD的發生發展密切相關。

2.1 lncRNA與COPD炎癥機制的關系慢性炎癥是COPD發病的核心機制，研究發現［13］lncRNA可通過調控基因的表達，具有促進、優化和抑制炎癥發生發展的作用，多種lncRNA參與COPD炎癥反應的機制。吸煙是COPD慢性炎癥的常見誘因，WANG等［14］通過微陣列分析發現，香煙暴露組與正常對照組小鼠肺組織中共108個lncRNAs和119個mRNA表達異常，qRT-PCR進一步證實了lncRNA的表達水平變化；該研究在進一步通過對動物進行實驗驗證，說明慢性氣道炎癥與lncRNA表達水平密切相關。推測通過改變lncRNA表達水平可影響氣道炎癥的水平。這些實驗數據揭示了lncRNA可以作為早期炎癥標記物的可能性。

NF-kB信號通路作為經典的炎癥通路，與哮喘及COPD發生發展密切相關。已有研究表明［15］在哮喘的發生、發展中，NF-κB可通過與miRNA結合，調節氣道炎癥水平變化。lncRNA可通過調節相關基因，改變相關蛋白表達水平，引起NF-κB通路種炎癥因子水平變化，改善COPD肺部慢性炎癥發生、發展。有研究指出，lncRNA BIC及其miRNA終產物miR-155是新型抗炎和抗重塑治療的潛在靶點［16］。近期一項研究發現［17］，lncRNA-EPS在巨噬細胞中被精確調節以控制免疫應答基因（IRG）的表達，lncRNA-EPS-缺陷小鼠在體內內毒素攻擊后，表現出更嚴重的炎癥反應及更高的致死率；通過染色體上位置的標注，發現lncRNA-EPS定位于IRG的調節區，以控制核小體定位并抑制轉錄。該研究提示將lncRNA-EPS可作為炎癥反應的阻遏物，為進一步深入研究其表達模式及功能奠定了基礎，也為抗炎治療提供了新思路和新方法。

2.2 lncRNA與COPD的蛋白酶-抗蛋白酶失衡機制的關系α-1-抗胰蛋白酶缺乏可導致中性粒細胞彈性蛋白酶水平升高，進而降低肺部彈性蛋白，導致COPD患者肺氣腫的發生發展［18］。α-1-抗胰蛋白酶缺乏癥（A1ATD）是由SERPINA1基因突變引起的遺傳性疾病，SERPINA1轉錄本異構體在組織類型中差異表達［19］。近期一項研究發現［4］，α-1-抗胰蛋白酶蛋白表達水平可在轉錄后水平上被控制，且定位了α-1-抗胰蛋白酶缺陷的遺傳位點位于非編碼基因區；通過對非編碼區的lncRNA基因位點進行破壞，α-1-抗胰蛋白酶表達水平發生明顯變化，說明lncRNA遺傳改變可能導致α-1-抗胰蛋白酶缺陷，從而引起COPD發生、發展。這表明lncRNA可能作為蛋白酶-抗蛋白酶失衡患者早期診斷的生物學指標以及治療潛在靶點。

供體血清衍生的α-1-抗胰蛋白酶靜脈內給藥是AIATD常用的治療手段，但這種治療費用昂貴且療效未知［20］，并不能從根本上改善疾病的發生發展。LncRNA表現出與α-1-抗胰蛋白酶表達水平有相關性，通過靶向改變lncRNA在轉錄后水平對α-1-抗胰蛋白酶表達進行調控，有待成為AIATD的新療法。

2.3 lncRNA與COPD的氧化應激機制COPD患者的氧化應激增加可導致細胞功能障礙，引起炎癥反應及蛋白酶-抗蛋白酶失衡。BI等［21］對肺組織lncRNA分析發現，吸煙無COPD組與非吸煙無COPD組相比，有87種lncRNA上調，244種lncRNA下調；吸煙COPD組與吸煙無COPD組相比，發現有120個lncRNA上調和43個lncRNA下調；吸煙可影響lncRNA表達異常，與新陳代謝通路的激活相關，而COPD患者表達異常的lncRNA與轉錄、新陳代謝及免疫系統激活相關。THAI等［22］發現了一種與煙霧相關的新型lncRNA，被稱為lncRNA-1（SCAL1，lnc-ARRDC3-1），用香煙提取物（CS）對人支氣管上皮細胞進行刺激后，可測到lncRNA-1升高，敲除支氣管上皮細胞中的SCAL1導致CS誘導的細胞毒性的顯著增強。我們推測SCAL1可能有氣道炎癥抑制性調節作用。進一步的研究表明，lncRNA-1可能作用于NRF2的下游，調節基因表達并介導氣道上皮細胞的氧化應激保護。lncRNA-1表達水平的升高可能作為氣道炎癥早期反應的生物學標記物，也可能是控制香煙煙霧暴露引起氧化應激的新型治療靶點。

2.4 其他鞘氨醇-1-磷酸（S1P）是一種有效的信號傳導脂質，在內皮中S1PR1是主要的受體。lncRNA NONHSAT004848（LISPR1）與 S1PR1基因緊密相連，在人臍靜脈內皮細胞以及人肺組織中，qRT-PCR和RNA-Seq顯示LISPR1的高表達，而在COPD肺組織中S1PR1和LISPR1表現為下調，LISPR1控制內皮細胞S1PR1的表達，從而控制內皮細胞中S1P誘導的信號傳導。lncRNA LISPR1充當對S1PR1表達和內皮細胞功能重要的新調節單位，可作為COPD診斷的早期標志物及治療的潛在靶點。

CHAO等［23］研究發現，lncRNA090007通過介導SIRT1/p53和FoxO3a信號通路，導致SIRT1和FoxO3a的表達水平降低，SAL-RNA2，SAL-RNA3，p53和p21在肺組織中表達上調，引起Ⅱ型肺泡上皮細胞凋亡，加重COPD肺氣腫發生。通過對lncRNA進行抑制或過表達，可作為間接調控Ⅱ型肺泡上皮細胞凋亡的手段，為COPD早期診治提供了新的思路。

3 展望

越來越多研究表明，lncRNA在COPD的診斷和治療中有著巨大的潛在應用價值。大量研究證實了lncRNA在COPD肺組織中異常表達，且部分lncRNA出現明顯的特異性表達，這一特點將有助于尋找COPD相關的早期生物學標志物和藥物治療靶點。LncRNA在COPD中的表達及其生物學功能仍有待深入的研究，調控經典炎癥通路中關鍵位置基因相關的lncRNA，有望成為COPD患者再起診治的關鍵。COPD的發生發展是一個多因素、多環節相互作用的結果，上述機制為目前研究的一部分，另外還有很多其他因素在COPD的發病過程中起著重要作用，例如遺傳易感性、免疫失衡等。盡管目前lncRNA的分子機制還有待進一步探索，但相信通過不斷的深入研究，lncRNA有望成為COPD早期診斷及診療的靶點。