競爭性內源RNA與炎癥性疾病關系的研究進展

梁倩薏 連鐘雄 周宇

通訊作者簡介：周宇，醫學博士，教授，主任醫師，博士研究生導師，博士后合作導師，廣東醫科大學附屬醫院消化內科學科帶頭人。現任廣東醫科大學內科學和診斷學教研室主任、廣東醫科大學附屬醫院大內科、消化內科和消化內鏡中心主任。任廣東省消化病學會常委和消化內鏡學會委員、湛江市消化病學會主任委員和消化內鏡學會副主任委員；廣東省醫師協會消化內科、消化內鏡和內科學等分會常委；廣東省抗癌協會腫瘤內鏡學專業常委。從事消化系統疾病臨床診治30余年，擅長消化系統常見病、危重病和疑難病的診治。近年來開展了諸如內鏡下黏膜切除術（EMR）、內鏡下黏膜下剝離術（ESD）、經口內鏡肌切開術（POEM）、內鏡黏膜下遂道腫物剝除術（STER）、內鏡下全層切除術（EFR）、內鏡下放射狀切開術（ERI）等一系列內鏡治療技術。近年來主要從事非編碼RNA（miRNA與lncRNA）與炎癥性腸病和大腸癌關系的研究工作。主持國家和省級科研課題共7項、廳（市）級課題5項，其中國家自然科學基金面上項目2項，第二負責人參與國家自然科學基金面上項目1項；在各類學術期刊上發表論文50多篇，其中SCI收錄18篇。

【摘要】競爭性內源RNA（ceRNAs）揭示一種在轉錄后水平上RNA相互調控的新機制，mRNA、lncRNA、circRNA和假基因作為ceRNA分子，通過競爭miRNA應答原件（MREs），調控靶基因的表達水平。近年的研究發現，ceRNA廣泛參與體內細胞分化、炎癥和凋亡等重要生命活動過程。在一些炎癥性疾病，如肝炎、骨關節炎中，RNA之間可通過龐大的ceRNA調控網絡，在轉錄組學水平上影響炎癥性疾病的發病過程。因此，對ceRNA的研究可能為炎癥性疾病的發病機制和診療提供新的方向。

【關鍵詞】競爭性內源RNA；miRNA應答元件；炎癥

【Abstract】The competing endogemous RNA（ceRNAs） reveals a novel mechanism underlying RNA regulation at the post-transcriptional level The microRNAs （mRNAs）， long non-coding RNAs （lncRNAs）， circulating RNA （circRNAs） and pseudogene act as ceRNA molecules to regulate the expression levels of target genes by competing with microRNA response elements （MREs） Recent studies have demonstrated that ceRNA widely participates in multiple vital biological processes， such as cell differentiation， inflammation and apoptosis， etc The large-scale ceRNA network has enabled RNAs to affect the progression of certain inflammatory diseases at the transcriptomic level， such as hepatitis and asteoarthritis Consequently， study of ceRNA probably provides a novel direction for clarifying the pathogenesis， diagnosis and treatment of inflammatory diseases

【Key words】Competing endogenous RNA； miRNA response element； Inflammation

2011年，Salmena等[1]在《Cell》雜志上提出競爭性內源RNA（ceRNAs）假說：ceRNAs包括信使RNA（mRNA）、假基因（pseudogene）、長鏈非編碼RNA（lncRNA）、環狀RNA（circRNA）等，通過微小RNA（miRNA）反應元件（microRNA response elements，MREs）競爭相同的miRNA，解除或減少miRNA對靶基因的影響作用。ceRNA廣泛參與一系列的生理病理過程，其中包括細胞的分化、增殖、凋亡以及腫瘤細胞的生長和侵襲。越來越多的證據表明ceRNA與炎癥性疾病的發生密切相關。本文主要對ceRNA在炎癥性疾病中的研究進展作一綜述。

一、ceRNA調控網絡的主要成員及其作用機制

ceRNA假說揭示一種全新的基因表達調控機制，涉及多種RNA分子。其中miRNA是ceRNA假說中的核心RNA分子。miRNA是一類非編碼單鏈RNA分子，長度約22 nt，通過與其靶基因mRNA 3′-UTR互補配對，在轉錄后水平上降解或抑制靶基因的表達，繼而調節生物學行為。

miRNA作用的靶基因mRNA是一類能夠編碼蛋白質的RNA，mRNA的3′-UTR多數含有與miRNA種子序列結合的高度保守區域，因此能被miRNA所調控。同時mRNA也可以通過這些結合區域反式調節其它mRNA，發揮ceRNA調控作用[2]。lncRNA和假基因都不能編碼蛋白質，前者是長度大于200 nt的非編碼RNA，后者為與編碼基因序列高度同源的非編碼基因。盡管lncRNA和假基因不編碼功能蛋白，但含有與編碼基因轉錄物一樣的MREs，均可作為ceRNA與mRNA競爭結合相同的miRNA，調節靶基因[3-4]。circRNA是一類廣泛存在于真核生物中的新型非編碼RNA分子，由外顯子構成，以共價鍵形成封閉環。近年來一些研究發現circRNA也含有MREs，能夠發揮miRNA海綿的功能[5]。

近年來關于miRNA對mRNA的調控機制有普遍共識，即miRNA通過堿基互補配對識別靶mRNA的3′-UTR，引導RNA誘導的沉默復合體（RISC）降解靶基因或在轉錄后水平上抑制靶基因的翻譯。一個miRNA可以調控多個靶基因，一個靶mRNA的3′UTR含有多個miRNAs的結合位點。具有相同MREs的mRNA、假基因、lncRNA、circRNA，可以與miRNA競爭性結合，影響miRNA及其靶基因的表達水平。mRNA、假基因、lncRNA、circRNA等通過競爭相互作用形成復雜的ceRNA調控網絡。

二、ceRNA與炎癥性疾病的關系

1ceRNA與消化系統炎癥的關系

miR-122是成人肝臟中含量最多的特異miRNA，對肝細胞功能有重要的影響作用[6]。Li等[7]研究發現，在HBV轉染細胞的實驗中，4個HBV mRNAs（pre-c/c，pre-s，s 3′-UTR和X mRNAs）均含有miR-122的結合位點，可通過競爭性結合miR-122，抑制miR-122對垂體瘤轉化基因1結合因子（PBF）的靶向作用，提高PBF的表達水平，通過活化垂體瘤轉化基因1（PTTG1），促進HBV轉染細胞的生長并合成病毒顆粒，同時可能導致HBV相關性肝細胞癌的發生。這表明HBV的基因組RNA可作為ceRNA來調控肝炎的進展。其他病毒如人巨細胞病毒（HCMV）、單純皰疹病毒（HSV）、HIV、EB病毒等也可以作為ceRNA調節NOTCH、MARK、Wnt等信號通路，實現病毒感染宿主過程[8]。

非酒精性脂肪性肝病的發病機制尚不清楚。Jin等[9]在研究中發現，與對照組相比，非酒精性脂肪性肝炎中有69個高表達和63個低表達的circRNA，2 760個高表達和2 465個低表達的mRNA。其中部分circRNA和miRNA構建4條circRNA-miRNA-mRNA通路，分別是circRNA_002581-miR-122-Slc1a5、circRNA_002581-miR-122-Plp2、circRNA_002581-miR-122-Cpeb1和circRNA_007585-miR-326-UCP2。因此，對上述circRNAs與mRNAs競爭關系的研究可能為闡明非酒精性脂肪性肝炎的發病機制提供一個新的突破口。

病毒性肝炎和非酒精性肝炎均可能發展為肝纖維化，這過程與肝細胞的損害有關，肝細胞凋亡增加會促進炎癥細胞聚集，引起肝纖維化和炎癥發生。其中炎癥因子TGF-β1已證實在肝纖維化中明顯增加[10]。Tu等[11]發現，lncRNA p21可作為ceRNA與miR-30相互作用，通過靶向作用于Kruppel樣轉錄因子11（KLF11），減弱對TGFβ1的抑制作用，進一步推進TGF-β1在肝纖維化中的促炎作用。免疫介導的細胞反復損傷和修復可能致肝纖維化進一步發展為肝硬化。Gao等[12]在肝硬化研究中篩選出4個重要的miRNAs（has-miR-556-3p，has-miR-3150a-5p，has-miR-487a，has-miR-600），并通過軟件發現這5個miRNAs的表達不僅與7個lncRNAs存在高度的相關性，同時和8個與免疫應答相關的組織因子有著高度的相關性，它們分別形成lncRNA-miRNA-mRNA和TF-miRNA-mRNA調節網絡，因此lncRNA可能通過ceRNA網絡間接調節肝硬化中的免疫應答，這將為肝硬化的治療和預防肝硬化進展為肝癌提供新的指導理論。

近年關于ceRNA與消化系統腫瘤的研究報道較多，而很多腫瘤的發生與長期的慢性炎癥刺激有關。Wang等[13]在膽管細胞癌實驗中發現，lncRNA H19、HULC在氧化應激的條件下，可作為ceRNA競爭結合let-7a/7b、miR-372、miR-373，上調炎癥趨化因子IL-6、CXCR4的表達，激活炎癥通路，促進慢性炎癥的發生，加快膽管細胞癌的發展進程。在慢性胰腺炎患者中，lncRNA STX12可發揮內源性miRNA海綿作用抑制miR-148a的功能，減少后者對Smad5的抑制作用。一旦Smad5的表達水平上調，可通過BMP4通路參與胰腺星狀細胞轉化為肌纖維母細胞過程，促進慢性胰腺炎纖維化及其癌變進程[14]。因此，研究ceRNA與慢性炎癥關系，或許可從基因信息方面有效阻止慢性炎癥疾病發展為腫瘤。

近幾年研究顯示，慢性肝炎、急性胰腺炎、IBD和急性腸炎等炎癥性疾病會影響腸道黏膜屏障功能。有研究顯示，水通道蛋白3（AQP3）在維持腸道黏膜屏障的正常功能中起到重要的作用[15]。Su等[16]在腸道屏障功能紊亂的患者和小鼠模型中發現，lncRNA H19的表達水平降低，從而導致miR-874對AQP3的抑制作用加強，引起AQP3 mRNA及蛋白表達水平降低，最終促進腸道黏膜屏障功能障礙，加劇消化系統炎癥性疾病的發生。

2ceRNA與循環系統炎癥的關系

慢性炎癥貫穿于動脈粥樣硬化發生、發展的各個環節。動脈粥樣硬化是一種炎癥性疾病的觀點已被廣泛認可。Shan等[17]報道，當血管內皮細胞（EC）中的lncRNA-RNCR3表達下降，會影響血管內皮細胞在動脈損傷時的增生和再生，間接影響血管平滑肌細胞（VSMC）的增生和遷移，促進動脈粥樣硬化的發生。而在整個動脈粥樣硬化形成過程中，lncRNA-RNCR3的表達水平明顯上升，并作為ceRNA競爭性結合miR-185-5p，從而上調靶基因Kruppel樣轉錄因子2（KLF2）的表達，而高度表達的KLF2會減少促炎調節因子活化，對抗動脈粥樣硬化形成。因此，RNCR3/miR-185-5p/KLF2的調節網絡可以為動脈粥樣硬化治療提供新的思路。

也有研究顯示，lncRNA TGFB2-OT1可以作為ceRNA在血管內皮細胞中扮演促炎的作用。在炎癥環境中，血管內皮細胞的炎性誘導因子LPS和oxLDL會刺激lncRNA TGFB2-OT1的表達，而lncRNA TGFB2-OT1通過MREs競爭結合miR4455，增強靶基因選擇性自噬街頭蛋白（SQSTM1）的合成，產生炎性小體，并通過激活半胱天冬酶1（CASP1）上調IL1B的表達，促進血管內皮細胞自噬和炎癥反應的發生[18]。

3ceRNA與自身免疫系統炎癥的關系

SLE的發病機制與淋巴細胞分泌的細胞因子（如IL-1，IL-6，IFN）和單核細胞密切相關。circRNA在SLE差異表達的實驗研究發現，與正常對照組比較，SLE中有700多種circRNA顯著差異性表達。其中表達上調的一系列circRNA（包括hsa-circ-0069323、hsa-circ-0006055、hsa-circ-0007948、hsa-circ-0071434、hsa-circ-0008898）均能與其它RNA競爭結合miR-101，活化MARK信號途徑，從而調節與SLE發生有關的TNF-α，IL-1，IL-6，IFN；此外，同樣在SLE中表達升高的hsa-circ-0005314、hsa-circ-0007587、hsa-circ-0061891均可以與miR-146a結合，從而過度激活I型INF，促進SLE的發生[19]。說明SLE的發生、發展和遺傳基礎可能與ceRNA網絡的調控有關。

骨關節炎是一種退行性疾病，主要病理改變為骨質疏松、骨質增生、軟骨破壞、骨頭與關節的炎癥。有研究顯示，lncRNA GAS5的表達水平在骨關節炎軟骨細胞中明顯上升。Song等[20]認為在骨關節炎患者中，關節軟骨細胞凋亡和基質金屬蛋白酶（MMP）積累是軟骨退化的主要原因，而高表達的GAS5可以通過減輕miR-21對MMP-13的靶向抑制作用，促進MMP-13的表達，加劇骨關節的退化。此外，骨關節炎患者中MMP-13的上調還能通過與circRNA-CER競爭結合miR-136實現，促使軟骨細胞外基質降解[21]。

4ceRNA與其他炎癥的關系

有研究報道，叉頭狀轉錄因子O1（FoxO1）可經Wnt-β通路調節成骨分化，FoxO1的缺失會導致骨細胞數目、骨形成速率和骨密度的下降，包括對牙槽骨和牙骨質的影響[22]。牙周炎是由于牙齦的炎癥未能得到控制，擴散至牙槽骨、牙骨質和牙周膜發展而成的。FoxO1的表達水平會受miR-182的調控。在牙周炎中，NF-κB通路在炎癥環境中會影響lncRNA-POIR和miR-182網絡的平衡，使lncRNA-POIR的表達受抑制，與miR-182的結合下降，因而導致miR-182的靶基因FoxO1的表達受抑制，影響骨的形成，促進牙周炎的進一步發生[23]。

流行性乙型腦炎是中樞系統感染乙腦病毒（JEV）的急性傳染性疾病。乙腦病毒為單鏈RNA，在宿主細胞（小膠質細胞和神經細胞）內直接起mRNA作用。其中的活化白細胞黏附分子（ALCAM）可作為ceRNA，競爭性結合宿主miRNA（包括miR-3148和miR-4470），使兩者表達水平升高，靶向作用非特異性免疫，促使白細胞過多通過血腦屏障，導致血腦屏障紊亂，引發一系列臨床表現[24]。這可以為流行性乙型腦炎的發病機理提供一個新的理論依據。

越來越多的研究證實，2型糖尿病是一種炎癥性疾病。Latreille等[25]發現糖尿病與β細胞中miR-7的表達有關，miR-7的高表達會出現胰島素分泌減少和β細胞破壞。也有研究發現，circRNA-Cdr1as包含71個保守的miR-7結合位點，circRNA-Cdr1as在胰島細胞中表達，可通過抑制miR-7的活性，并上調miR-7的靶基因肌球蛋白VⅡa和Rab蛋白相互作用蛋白（MyRIP），從而增加胰島素的分泌，保持血糖平衡[26]。因此，miR-7與Cdr1as的關系研究對了解胰島的病理生理過程和進行糖尿病的治療有重要作用。

三、結語

ceRNA假說揭示了一種全新的RNA間相互作用的調控模式，ceRNA參與多種疾病進程，包括炎癥性疾病。然而，目前有關ceRNA與疾病的關系研究主要集中于腫瘤方面，國內外關于ceRNA與炎癥性疾病的研究報道尚少，有待進一步的深入。迄今為止，ceRNA網絡的數據庫復雜又龐大，這為科學家們研究相應的基因調控公式提供重要的平臺，也為今后通過運用這些公式來預測ceRNA分子可能調控的miRNA提供可能性。因此，進一步深入探索ceRNA與炎癥性疾病之間的關系，可能為炎癥性疾病的預測和診治開辟新的途徑。

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（收稿日期：2018-03-08）

（本文編輯：楊江瑜）·