長鏈非編碼RNA-MALAT1與腎臟纖維化的研究進展

彭曉蕊，李 歡，何麗潔，張 鵬※

(1.西安醫學院，西安 710021； 2.陜西省第二人民醫院腎內科，西安 710005； 3.第四軍醫大學西京醫院腎內科，西安 710032)

長鏈非編碼RNA(long noncoding RNA，lncRNA)是一類長度>200 nt的RNA分子，它不編碼蛋白質，但可通過染色質修飾、轉錄水平以及轉錄后水平調控基因表達，與人類多種疾病的發生關系密切[1]。肺腺癌轉移相關轉錄本1(metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1)又稱核富集常染色體轉錄產物2，是廣泛表達于人類組織的lncRNA，它主要通過轉錄和轉錄后水平參與基因表達調控[2]。MALAT1起初因在許多腫瘤中呈高度表達而被廣泛研究，后來越來越多的學者發現MALAT1對眾多腫瘤細胞的增殖、侵襲及轉移起促進作用[3-5]。但隨著研究的深入，近幾年發現，MALAT1亦具有細胞周期調控、免疫調控、炎癥調控及代謝調節等作用[6-8]。免疫炎癥與慢性腎臟病的發展密不可分，而腎臟纖維化是大部分慢性腎臟病最終的共同通路，因此，研究MALAT1在腎臟纖維化中的作用及機制顯得尤為重要。現就MALAT1與腎臟纖維化上皮間質轉化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)相關分子之間的作用予以綜述，以期為腎臟纖維化防治提供新的見解和思路。

1 MALAT1

1.1MALAT1的結構和功能 MALAT1定位于人染色體11q13，轉錄本序列長約8 700 nt，主要位于細胞核核小體核斑區，屬于基因間轉錄本，在哺乳動物進化中高度保守，種屬間具有高度同源性，在正常人體組織中的表達具有器官差異性[2]。成熟的MALAT1缺乏polyA尾，其3′端通過RNase P識別和切割tRNA樣結構而產生，并受一個高度保守的三螺旋結構，即核表達元件的保護，使MALAT1不受3′-5′外切酶的剪接，從而有望成為疾病的治療靶點[9-10]；MALAT1的3′端還加工產生一種廣泛表達于人類組織的RNA聚合酶 Ⅱ 轉錄本MALAT1相關小細胞質RNA，它定位于細胞質并參與免疫調節[7,11]。MALAT1最早于2003年被發現在非小細胞肺癌中高度表達，并與患者的生存、預后密切相關[2]。此后，又有研究發現，MALAT1在膀胱癌、結腸癌、胃癌、鼻咽癌、骨肉瘤、胰腺癌等腫瘤中也高度表達，并促進腫瘤細胞的增殖、侵襲和轉移[3-5,12-14]。雖然大量研究表明MALAT1具有癌基因的作用，但也有研究發現，MALAT1在結腸癌、乳腺癌、膠質瘤等腫瘤中能抑制腫瘤細胞生長、轉移[15-16]，如，MALAT1通過負向調控前轉移性轉錄因子轉錄增強子相關結構域(TEAD)的靶基因整合素β4和血管內皮生長因子A，抑制TEAD的轉錄，來抑制乳腺癌細胞的運動及侵襲[17]。針對MALAT1這一爭議作用，有學者提出，MALAT1的作用取決于腫瘤類型和實驗模型系統，實驗中MALAT1的失活策略不同則相應的表型不同甚至相反，因此MALAT1在腫瘤中的功能和作用機制不同[18]，這表明無論是基因缺失、插入失活還是RNAi等處理都應該排除不同實驗方法對MALAT1產生的特異性影響。MALAT1不僅對腫瘤的發生發展起重要作用，還在一定程度上可以作為腫瘤診斷的標志物或預后指標，但并非特異性指標[19]。此外，MALAT1也可在正常軟骨組織中高度表達，并起到調控細胞增殖的作用[20]，在心血管系統中可促進內皮細胞增殖和血管化[21]，還可作為重要的細胞代謝調節因子，參與脂質、蛋白質代謝[6]。

除了在腫瘤方面研究廣泛外，MALAT1還與免疫、炎癥密切相關。Gast等[7，22]在心血管的研究中發現，MALAT1相關小細胞質RNA系統對先天性免疫系統具有重要的調節功能，它可以通過抑制巨噬細胞的吞噬作用對免疫和炎癥反應起抑制作用，該團隊在MALAT1缺陷型ApoE-/-小鼠中觀察到干擾素1、腫瘤壞死因子和白細胞介素-6的水平顯著增加，并通過實驗發現MALAT1相關小細胞質RNA消融會強烈影響腫瘤壞死因子和白細胞介素-6等炎癥介質的表達。在風濕免疫研究中發現，MALAT1能通過抑制磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路的激活，促進類風濕關節炎中成纖維細胞樣滑膜細胞凋亡，從而限制自身免疫反應[23]。在小鼠腦卒中模型中發現，MALAT1高表達并通過抑制炎癥反應實現對腦缺血損傷的保護作用[24]。雖然MALAT1在這些疾病中具有顯著的炎癥控制作用，但也有學者提出假設：LncRNA MALAT1可通過在心肌缺血再灌注損傷中靶向微RNA(microRNA，miRNA)-26b加劇炎癥反應[25]。因此，目前仍不能將MALAT1籠統概括為炎性抑制因子。但有學者發現，lncRNA MALAT1是一種新型免疫耐受調節因子[26]。大部分腎臟病是免疫介導的炎癥反應為始發因素的疾病，回顧文獻發現，MALAT1在體內、外急性腎損傷模型中表達均顯著上調，并可能通過核因子κB通路抑制缺氧誘導的炎癥反應[27]；而在糖尿病腎臟組織中表達顯著上調并與調節炎性基因(如血清淀粉樣蛋白A3、腫瘤壞死因子和白細胞介素-6)的表達同步；此外，MALAT1在糖尿病足細胞損傷和蛋白尿發生過程中起著促進作用[21,28]，表明MALAT1在腎臟疾病中抑制或促進炎癥反應均有可能。

1.2MALAT1的作用機制

1.2.1MALAT1參與選擇性剪接調控 這是最早發現的MALAT1經典作用機制之一。MALAT1通過與新生的前信使RNA相互作用，定位于活躍的剪接基因的染色質，并對定位于該染色質位點的其他蛋白質進行招募和修飾而影響RNA的加工[29]。例如，MALAT1參與調控內源性前信使RNA選擇性剪接，并通過調節絲氨酸/精氨酸蛋白磷酸化水平調節絲氨酸/精氨酸在核斑點的分布來調控基因表達[30]。MALAT1的選擇性剪接調控與腫瘤的發生密切相關，例如，MALAT1通過促進選擇性RNA加工及EMT相關基因的差異性表達，而促進卵巢癌的前轉移表型[31]。

1.2.2MALAT1參與細胞周期調控 MALAT1可以通過調節G1/S期和有絲分裂期調控基因表達，通過調節細胞周期調控轉錄因子或前信使RNA的表達促進細胞增殖，例如，MALAT1通過調控轉錄因子B-MYB的表達調節有絲分裂[8]。此外，MALAT1可通過參與信號通路調控細胞周期，例如，MALAT1可能通過調節參與細胞周期調控的共濟失調毛細血管擴張突變-節點激酶2通路去磷酸化促進食管鱗癌的生長，解除G2/M期阻滯并抑制細胞凋亡[32]。

1.2.3MALAT1參與表觀遺傳調控 MALAT1可以作為細胞生長基因的表觀遺傳調節因子。MALAT1通過抑制p53的激活降低了p53乙酰化水平，降低p53下游靶基因的轉錄，促進細胞增殖并抑制細胞凋亡[33]。MALAT1與非甲基化的多梳2蛋白相互作用，并推動其與細胞周期相關基因從多梳體到核斑點的易位，去甲基化的多梳2蛋白與MALAT1相互作用，促進類泛素蛋白修飾活化而激活細胞周期基因[34]。此外，MALAT1的3′端三螺旋可以被甲基轉移酶樣蛋白16結合，增強MALAT1的致癌活性[35]。

1.2.4MALAT1參與EMT調控 有研究表明，MALAT1是轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)誘導EMT的重要介導因子，而TGF-β通過誘導EMT促進腫瘤的侵襲和轉移，因此，靶向抑制MALAT1可抑制TGF-β誘導的腫瘤遷移和侵襲特性[3]。類似的，MALAT1在參與TGF-β1誘導的人視網膜色素上皮細胞中顯著增加，并對細胞的EMT、增殖、遷移起重要作用[36]。此外，MALAT1還可通過參與相關信號通路軸參與EMT的調控，如，Yes相關蛋白1-MALAT1-miR-126-5p軸可以調控結直腸癌中的EMT[12]。

1.2.5MALAT1作為競爭性內源RNA發揮作用 近年來越來越多的研究發現，lncRNA可通過海綿效應抑制miRNA的表達，即像海綿特異性吸附miRNA，競爭性抑制miRNA與自身靶基因結合，例如，MALAT1海綿miR-211并可能上調植物同源結構域指蛋白19表達，從而促進卵巢癌進展[37]；MALAT1通過海綿miR-200a-3p上調程序性細胞死亡4來調節缺氧誘導的心肌細胞的增殖、細胞周期進程和凋亡[38]；MALAT1通過海綿miR-106b-5p增強微管運動來促進大腸癌的侵襲及轉移[39]。

2 MALAT1與腎臟纖維化

MALAT1在腎臟領域具有重要作用。慢性腎臟病影響著全世界多達10%～15%的人口[40]，而腎臟纖維化是許多慢性腎臟病最終的共同病理表現，主要表現為腎小球硬化、腎小管萎縮和腎間質纖維化，并以內皮細胞損傷、持續炎癥刺激、肌成纖維細胞的激活與增殖、細胞外基質沉積和實質細胞丟失為特征[41]。其中，受損的內皮細胞可通過釋放具有促纖維化作用的TGF-β等多種細胞因子進行修復，這些細胞因子的過度釋放會促進間質細胞(如肌成纖維細胞)過度活化和異常細胞外基質轉分化(以EMT為代表)，使大量膠原纖維沉積在細胞間質[42]。由此認為，在腎臟纖維化中異常肌成纖維細胞活化是核心，EMT是關鍵。而血管周圍膠質瘤相關GLI1(gene glioma-associated oncogene homologue 1)細胞是肌成纖維細胞的主要來源[43]，有學者在胃成纖維細胞瘤病例中證實了MALAT1-GLI1融合基因的存在[44]。在腎臟纖維化中是否也具有MALAT1-GLI1融合基因還有待進一步驗證。目前關于EMT的研究較多，主要為一些促纖維化生長因子參與促進EMT。

2.1MALAT1可能通過TGF-β/Smad介導的表觀遺傳促進腎臟纖維化 TGF-β是肌成纖維細胞分化的主要調控因子[43]，具有免疫抑制、炎癥調節、促進或抑制腫瘤以及切口愈合等作用，是導致大多慢性腎臟病纖維化的因素，主要通過激活經典和非經典的Smad信號通路誘導腎纖維化[45]。TGF-β的亞型TGF-β1起主要作用，但TGF-β的效應蛋白Smad具有競爭性促纖維化和抗纖維化作用，Smad可通過與基因啟動子結合、誘導lncRNA的轉錄以及表觀遺傳修飾來誘導α-平滑肌肌動蛋白、Ⅰ型膠原和金屬蛋白酶組織抑制因子等促纖維分子的轉錄，誘導成纖維細胞活化基質沉積[46]。回顧文獻發現，MALAT1間接與Smad依賴的EMT相關聯，miR-145是由Smad介導EMT的腫瘤抑制劑，MALAT1可在內皮祖細胞中通過抑制miR-145促進TGF-β1所致的EMT[47]。有研究發現，TGF-βR2/Smad 2(3)/MALAT1/MARCH(membrane-associated RING-CH-type finger)7/自噬相關蛋白7反饋環介導卵巢癌自噬、遷移和侵襲[48]，雖具體機制尚未闡明，但提示MALAT1可能作為TGF-β的下游分子參與腫瘤細胞遷移。MALAT1是否參與TGF-β/Smad的表觀遺傳調控目前尚無明確記載，但有研究明確提出，MALAT1是TGF-β誘導EMT的重要介質，若靶向抑制MALAT1可抑制TGF-β誘導的膀胱癌細胞的遷移和侵襲性[3]；類似的，MALAT1在人視網膜色素上皮細胞中可被TGF-β上調，且剔除MALAT1會抑制TGF-β誘導的EMT及上皮細胞遷移和增殖過程[36]。以上研究表明，MALAT1可能通過與TGF-β直接或間接作用促進EMT，從而促進腎臟纖維化。

2.2MALAT1可能作為競爭性內源RNA參與調節Snail1(encoding snail family zinc finger 1)促進腎臟纖維化 Snail1是EMT的強效誘導劑，可促進小鼠腎纖維化[49]。在一項有關肺纖維化的研究中發現，miR-503通過磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白/Snail信號通路參與EMT，MALAT1可作為分子海綿，直接與miR-503結合并競爭性降低miR-503的表達而促進EMT[50]。類似的，MALAT1作為競爭性內源RNA在肝臟纖維化中通過miR-101b調節C3肉毒桿菌底物1的表達，影響原代肝星狀細胞的增殖、細胞周期和活化[51]。MALAT1通過海綿狀miR-22促進黑素瘤細胞的增殖、侵襲和遷移，MALAT1可通過作為miR-22的競爭性內源RNA來調節Snail[52]。在腎臟纖維化中，MALAT1是否也能通過與相應的miRNA作用來調節Snail，促進EMT或影響肌成纖維細胞的活化和增殖，該假設雖未被驗證，但通過構建小鼠單側輸尿管梗阻模型發現，MALAT1在缺氧誘導的腎小管上皮細胞中表達上調，并可通過負向調控miR-100-3p，進而促進Ⅳ型膠原蛋白α1表達，促進腎小管上皮細胞EMT，從而促進腎病小鼠腎臟纖維化[53]。這充分說明了MALAT1對腎臟纖維化起促進作用，雖然具體分子機制尚未闡明，但根據MALAT1可作為競爭性內源RNA的作用機制推測，MALAT1可能競爭性拮抗miR-100-3p，在轉錄后水平抑制miR-100-3p或下游蛋白的功能，從而促進腎臟纖維化。

2.3扭體(Twist)可能與MALAT1啟動子結合促進腎臟纖維化 Twist是一種含有轉錄因子的基本螺旋環-螺旋結構域[54]，在腎臟纖維化中起促進作用。Twist在大多數惡性腫瘤中高度表達，并與腫瘤的轉移相關，同時也是靶基因的轉錄激活或抑制因子[55]。Twist 1能顯著促進EMT以及癌細胞的遷移和侵襲，也能抑制E鈣黏蛋白的表達，促進EMT[54]。在一項關于肝癌的研究中發現，包括Twist在內的EMT相關蛋白在MALAT1缺失中表達顯著下調，而E鈣黏蛋白表達升高[56]，提示MALAT1與Twist可能有協同作用。Sun等[12]發現，在結腸癌中相關蛋白1與β聯蛋白(β-catenin)/T細胞因子4形成復合物后，與MALAT1的啟動子結合，可以競爭性抑制miR-126-5p，能促進Twist的表達，即相關蛋白1誘導MALAT1-miR-126-5p軸促進EMT，從而促進結直腸癌的轉移。由此推測，MALAT1在腎臟中可能通過EMT調節因子與MALAT1啟動子結合，促進EMT誘導劑的表達而促進纖維化。

2.4MALAT1可能參與鋅指E-盒結合同源異形框(zinc finger E-box-binding homeobox，ZEB)的選擇性剪接促進腎臟纖維化 ZEB轉錄因子家族包含獨立基因編碼的兩個成員ZEB 1和ZEB 2，可結合E盒作為轉錄激活或抑制因子發揮作用，抑制一些上皮連接和極性基因，并激活EMT表型的間充質基因[57-58]，促進腎臟纖維化。Ying等[59]在轉移性膀胱癌組織中發現，下調MALAT1可使EMT相關的ZEB 1、ZEB 2水平降低，E-鈣黏蛋白水平升高，MALAT1可通過激活體外Wnt信號通路，促進EMT的表達及后續細胞轉移。這表明MALAT1和ZEB均具有促進EMT的作用，但兩者間的聯系尚不明確。此外，lncRNAs可參與ZEB基因的致病性剪接[60]，而MALAT1是否可以通過參與ZEB基因的選擇性剪接也有待進一步驗證。

2.5MALAT1可能通過β-catenin介導的Wnt信號通路參與腎臟纖維化 β-catenin是Wnt信號通路中的關鍵介質，β-catenin的異常表達會促進足細胞功能障礙和蛋白尿，并導致腎纖維化；β-catenin通過與MALAT1啟動子區域結合而參與MALAT1的轉錄，且MALAT1的剔除能通過下調絲氨酸/精氨酸剪接因子1和部分逆轉高糖引起的β-catenin核積累，從而修復足細胞損傷[27]。Zhao等[61]發現，MALAT1在子宮內膜癌細胞中可作為Wnt/β-catenin的直接轉錄靶點，通過原鈣黏蛋白10/Wnt/β-catenin/MALAT1調控軸促進子宮內膜癌的發展。以上研究表明，MALAT1可通過與β-catenin結合，相互作用共同參與足細胞損傷，并可能通過Wnt信號通路參與腎臟纖維化進程。

3 小 結

MALAT1主要通過選擇性剪接、調控細胞周期、表觀遺傳、EMT和作為競爭性內源RNA等機制作用于多種疾病，發揮促進細胞增殖、轉移及參與免疫炎性介導的細胞損傷等作用。近年來，MALAT1在腎臟領域的研究方興未艾，而腎臟纖維化是慢性腎臟病發展為終末期腎病的共同病理。MALAT1可通過與EMT主要促纖維化分子的協同作用，直接或間接推進腎組織EMT，加速腎臟纖維化發展。MALAT1在腎臟纖維化中的作用機制重要且復雜，在未來，還需大量體內、外實驗在不同層面進一步研究，早日研制出MALAT1拮抗劑等類似物，有望抑制甚至逆轉腎臟纖維化。