長(zhǎng)鏈非編碼RNA在特發(fā)性肺纖維化中的研究進(jìn)展

楊赟 邱慧 周軍

蘇州大學(xué)附屬第三醫(yī)院 常州市第一人民醫(yī)院呼吸內(nèi)科213000

特發(fā)性肺纖維化 (idiopathic pulmonary fibrosis，IPF)是一種慢性進(jìn)行性纖維化性間質(zhì)性肺炎，病變局限于肺部，主要發(fā)生于老年男性，IPF的病理生理特征包括肺泡上皮損傷、炎細(xì)胞浸潤(rùn)、成纖維細(xì)胞過(guò)度增殖以及細(xì)胞外基質(zhì)沉積。IPF的臨床表現(xiàn)為進(jìn)行性加重的呼吸困難，伴限制性通氣功能障礙和氣體交換障礙，導(dǎo)致低氧血癥甚至呼吸衰竭。纖維化反應(yīng)包含4個(gè)主要階段：第一階段是由器官的原發(fā)性損傷驅(qū)動(dòng)纖維化反應(yīng)的開(kāi)始；第二階段是效應(yīng)細(xì)胞的活化；第三階段是細(xì)胞外基質(zhì)的加工；第四階段是肺纖維化階段。后3個(gè)階段相互重疊，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的動(dòng)態(tài)沉積 (和不充分的再吸收)，促進(jìn)纖維化進(jìn)展，最終導(dǎo)致終末器官衰竭[1]。

1 IPF的發(fā)病機(jī)制

IPF可能是由環(huán)境暴露 (包括香煙煙霧)和遺傳易感性之間的相互作用引起的[2]。研究表明，表觀遺傳機(jī)制在IPF的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。表觀遺傳修飾包括DNA甲基化、非編碼RNA和組蛋白修飾。在一項(xiàng)包含94例IPF患者和67名對(duì)照者的DNA甲基化大型臨床研究中，研究者發(fā)現(xiàn)IPF的DNA甲基化與結(jié)腸癌相似，甲基化不同的區(qū)域大都分布在CpG島附近[3]。這種異常的甲基化模式加速IPF患者表觀基因組的老化，使得IPF患者的人端粒逆轉(zhuǎn)錄酶和人端粒酶m RNA表達(dá)降低，端?？s短，端粒酶的功能異常[4]。IPF患者肌成纖維細(xì)胞Fas啟動(dòng)子沉默，組蛋白去乙?；瘻p少。相反，阻止組蛋白去乙?；梢源龠M(jìn)成纖維化細(xì)胞凋亡，恢復(fù)纖維化抑制基因Thy-1的表達(dá)，減輕肺纖維化[5]。除遺傳因素以外，肺泡上皮細(xì)胞的反復(fù)損傷、上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化 (epithelial-mesenchymal transition，EMT)[6]、凝血功能、先天性和適應(yīng)性免疫等也參與了IPF的發(fā)生、發(fā)展[2]。

2 長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)概述

人基因組上有30億個(gè)堿基對(duì)，其中1.5%可以編碼蛋白質(zhì)，98.5%為非蛋白質(zhì)編碼基因[7]。大量非編碼RNA的研究提示這些不翻譯成為蛋白質(zhì)的RNA分子參與或主導(dǎo)了極其復(fù)雜的調(diào)控，可能有著比翻譯成蛋白質(zhì)的小部分RNA更重要的地位[8]。非編碼RNA包括短鏈非編碼RNA[如微小RNA(microRNA，miRNA)]和lncRNA。

miRNA是一類長(zhǎng)度約為22個(gè)核苷酸的非編碼小RNA，已發(fā)現(xiàn)miRNA參與細(xì)胞增殖、分化和凋亡[9]。目前研究已證實(shí)包括let-7d、miR-200、miR-26a和miR-375在內(nèi)的許多miRNA參與IPF[10-13]。miRNA參與IPF的機(jī)制多種多樣，miRNA可以通過(guò)調(diào)節(jié)肺損傷的早期炎癥[14]、調(diào)節(jié)肺成纖維細(xì)胞的功能、調(diào)節(jié)DNA甲基化和組蛋白甲基化、抑制膠原沉積等參與IPF[9]。此外，miRNA可充當(dāng)IPF早期診斷的生物標(biāo)志物以及作為IPF的治療靶點(diǎn)。與miRNA一樣，非編碼RNA的失調(diào)也參與IPF的發(fā)生、發(fā)展。

lncRNA是長(zhǎng)度大于200個(gè)核苷酸的非編碼RNA，根據(jù)基因位置可分為外顯子重疊lncRNA、內(nèi)含子重疊lncRNA、內(nèi)含子反義lncRNA、天然反義lncRNA、雙向lncRNA、基因間lncRNA 6種。lncRNA雖然不能編碼蛋白質(zhì)，卻在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和翻譯水平具有重要調(diào)節(jié)作用，廣泛參與許多重要的生物過(guò)程，如基因印記、細(xì)胞增殖和分化、免疫反應(yīng)和染色體結(jié)構(gòu)等，從而得到了研究界的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究報(bào)道證實(shí)lncRNA參與調(diào)控IPF的發(fā)病過(guò)程。

3 IPF中異常表達(dá)的lncRNA

3.1 lncRNA AJ005396和S69206 2013年，Cao等[15]在博來(lái)霉素誘導(dǎo)的肺纖維化大鼠模型中發(fā)現(xiàn)568個(gè)差異表達(dá)的lncRNA，其中210個(gè)上調(diào)，358個(gè)下調(diào)。利用原位雜交的方法發(fā)現(xiàn)在肺纖維化大鼠的肺間質(zhì)細(xì)胞的胞質(zhì)中l(wèi)ncRNA AJ005396和S69206表達(dá)增加。UCSC數(shù)據(jù)庫(kù)顯示，AJ005396和S69206序列分別與COL11A1和RMCP-1重疊。在肺纖維化大鼠中，lnc RNA AJ005396和S69206上調(diào)，但是COL11A1和RMCP-1的表達(dá)沒(méi)有顯著差異。該實(shí)驗(yàn)首次發(fā)現(xiàn)了lncRNA在肺纖維化大鼠模型中的差異表達(dá)，但lncRNA具體的作用機(jī)制尚不清楚。

3.2 lncRNA MRAK088388和MRAK081523 競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)的概念于2011年被提出[16]，該假說(shuō)揭示了一種RNA間相互作用的新機(jī)制。已知miRNA可以通過(guò)結(jié)合m RNA導(dǎo)致基因沉默，而ceRNA可以通過(guò)應(yīng)答元件競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miRNA，從而阻止miRNA與靶基因的結(jié)合，逆轉(zhuǎn)miRNA導(dǎo)致的基因沉默。2014年，Song 等[17]發(fā)現(xiàn) MRAK088388 和MRAK081523能夠分別通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-29b-3p和let-7i-5p調(diào)控N4bp2和Plxna4的表達(dá)。此外，通過(guò)原位雜交發(fā)現(xiàn)MRAK088388和MRAK081523位于肺間質(zhì)細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中。該研究初步提出了lncRNA作為ceRNA競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miRNA調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，從而導(dǎo)致肺纖維化的發(fā)生。

3.3 lncRNA uc.77和2700086A05Rik EMT是指上皮細(xì)胞通過(guò)特定程序轉(zhuǎn)化為具有間質(zhì)表型細(xì)胞的過(guò)程，主要表現(xiàn)為上皮細(xì)胞標(biāo)志的失去和間質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志的獲得，同時(shí)細(xì)胞形態(tài)變?yōu)榧忓N形，失去與基底膜的連接，從而獲得遷移能力。已有的體內(nèi)和體外研究證明，EMT是IPF肺組織中肌成纖維細(xì)胞的重要來(lái)源，并且在IPF肺組織標(biāo)本中證實(shí)氣道上皮細(xì)胞和肺泡上皮細(xì)胞均能夠發(fā)生EMT[18]，EMT在肺纖維化的形成和發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。2015年，Sun等[19]發(fā)現(xiàn)lncRNA uc.77和2700086A05Rik分別通過(guò)調(diào)節(jié)靶基因ZEB2和HOXA3來(lái)參與EMT，從而參與肺纖維化的發(fā)展。該研究結(jié)果揭示了lncRNA在肺纖維化過(guò)程中調(diào)控EMT的重要作用。

3.4 lncRNA n341773和CD99P1 Huang等[20]發(fā)現(xiàn)34種lncRNA與miRNA有潛在的結(jié)合位點(diǎn)，其中有23種在人肺組織中表達(dá)。在23種lncRNA中，發(fā)現(xiàn)9種lncRNA在IPF中表達(dá)失調(diào)：n370929、CD99P1、NR_003085、n338680、n341773和n364035表達(dá)下調(diào)，n342143、n373263和NR_045756表達(dá)上調(diào)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA n341773增加肺成纖維細(xì)胞的膠原表達(dá)，CD99P1抑制肺成纖維細(xì)胞增殖和肌成纖維細(xì)胞分化。這一發(fā)現(xiàn)可能為IPF的治療提供新的方向。

3.5 lncRNA CHRF 據(jù)報(bào)道，lncRNA CHRF通過(guò)ceRNA機(jī)制競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-489，從而解除miR-489對(duì)心肌肥厚中靶基因的抑制[21]。2016年，Wu等[22]通過(guò)miRNA芯片篩檢發(fā)現(xiàn)miR-489在二氧化硅誘導(dǎo)的肺纖維化肺組織中明顯降低，通過(guò)對(duì)miR-489的深入研究，發(fā)現(xiàn)在整體動(dòng)物水平上調(diào)miR-489可減輕矽塵誘導(dǎo)的肺纖維化；在細(xì)胞水平通過(guò)構(gòu)建矽塵誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞模型和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)誘導(dǎo)的成纖維細(xì)胞模型，發(fā)現(xiàn)miR-489主要通過(guò)調(diào)控炎癥通路重要分子MyD88和TGF-β通路重要分子Smad3來(lái)減輕矽塵誘導(dǎo)的肺纖維化，lncRNA CHRF可吸附miR-489，解除其對(duì)靶基因MyD88和Smad3的抑制作用，進(jìn)而激活炎癥和纖維化信號(hào)通路，表明lncRNA CHRF/miR-489/MyD88 Smad3信號(hào)軸在二氧化硅誘導(dǎo)的肺纖維化中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

3.6 lncRNA H19 據(jù)報(bào)道，lncRNA H19與多種疾病密切相關(guān)。Xie等[23]發(fā)現(xiàn)lncRNA H19上調(diào)促進(jìn)腎纖維化。Zhu等[24]發(fā)現(xiàn)lncRNA H19/miR-675軸通過(guò)靶向TGFBI抑制前列腺癌轉(zhuǎn)移。miR-141和lncRNA H19之間相互作用，在胃癌中調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移[25]。2016年，Tang等[26]證實(shí)lncRNA H19通過(guò)與miR-29b相互作用調(diào)控肺纖維化，兩者呈負(fù)相關(guān)，并且lncRNA H19與肺纖維化基因COL1A1和Acta2的表達(dá)呈正相關(guān)。2018年，Lu等[27]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在博來(lái)霉素誘導(dǎo)的小鼠模型和TGF-β誘導(dǎo)的活化成纖維細(xì)胞中l(wèi)ncRNA H19的表達(dá)上調(diào)，并且敲除lncRNA H19減輕了肺纖維化，這與Tang等[26]的研究結(jié)果一致。此外，Lu等[27]還發(fā)現(xiàn)lncRNA H19作為ceRNA通過(guò)與miR-196a結(jié)合調(diào)節(jié)COL1A1的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)肺纖維化進(jìn)展。

3.7 lnc-PCF TGF-β1能夠誘導(dǎo)許多細(xì)胞的形態(tài)學(xué)和細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化，包括EMT，是肺纖維化的形成中關(guān)鍵的致纖維化細(xì)胞因子之一。2017年，Liu等[28]發(fā)現(xiàn)lnc-PCF可以通過(guò)調(diào)節(jié)TGF-β1激活的上皮細(xì)胞的增殖來(lái)促進(jìn)纖維化，進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證實(shí)，lnc-PCF促進(jìn)活化上皮細(xì)胞的增殖依賴于miR-344a-5p，miR-344a-5p通過(guò)其靶基因map3k11發(fā)揮調(diào)控功能。這些結(jié)果表明，lnc-PCF可以通過(guò)直接靶向miR-344a-5p來(lái)調(diào)控map3k11，從而加速肺纖維化，這可能是IPF潛在的治療靶點(diǎn)。

3.8 lncRNA PCAT29 lncRNA PCAT29與前列腺癌相關(guān)。Malik等[29]發(fā)現(xiàn)敲除lncRNA PCAT29能夠促進(jìn)前列腺癌細(xì)胞的增殖和遷移。Liu等[30]證實(shí)過(guò)表達(dá)lncRNA PCAT29可改善肺纖維化，并且lncRNA PCAT29通過(guò)TGF-β1介導(dǎo)的RASAL1/ERK1/2信號(hào)通路抑制肺成纖維細(xì)胞分化，TGF-β1介導(dǎo)的信號(hào)通路受miR-221的調(diào)節(jié)。

3.9 lncRNA-ATB 2018年，Liu等[31]通過(guò)構(gòu)建矽塵誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化模型，發(fā)現(xiàn)miR-200c的表達(dá)水平明顯降低，而在小鼠體內(nèi)高表達(dá)miR-200c后對(duì)矽塵誘導(dǎo)的肺纖維化有一定阻滯作用。通過(guò)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞可以通過(guò)分泌TGF-β1促進(jìn)肺上皮細(xì)胞lncRNA-ATB表達(dá)升高，通過(guò)結(jié)合吸附的方式降低游離miR-200c水平，釋放miR-200c的靶基因ZEB1，促進(jìn)肺纖維化過(guò)程中肺泡上皮細(xì)胞EMT的發(fā)生、發(fā)展，從而闡明了lncRNA-ATB參與肺泡上皮細(xì)胞EMT的分子機(jī)制。

3.10 lncRNA PFAL 隨著對(duì)lncRNA研究的深入，2018年Li等[32]發(fā)現(xiàn)lncRNA PFAL在博來(lái)霉素誘導(dǎo)的肺纖維化模型中及TGF-β1誘導(dǎo)的纖維化肺成纖維細(xì)胞中表達(dá)升高，進(jìn)一步研究表明lncRNA PFAL可通過(guò)調(diào)節(jié)miR-18a導(dǎo)致肺成纖維細(xì)胞中的細(xì)胞外基質(zhì)沉積和纖維化發(fā)生。另外，在動(dòng)物水平和細(xì)胞水平敲除lncRNA PFAL均可減輕肺纖維化。

3.11 lncRNA CDKN2B-AS1 先前已有研究證實(shí)IPF患者的肺癌發(fā)病率高于健康人，IPF被認(rèn)為是肺癌的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[33]。Du等[34]發(fā)現(xiàn)lncRNA CDKN2B-AS1可能通過(guò)調(diào)控它的鄰近基因m RNA CDKN2A影響p53信號(hào)通路，導(dǎo)致肺纖維化合并肺癌的風(fēng)險(xiǎn)增高；另外，通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步證實(shí)了lncRNA CDKN2B-AS1通過(guò)調(diào)控CDKN2A發(fā)揮作用。

3.12 lncRNA PFRL IPF患者病死率高，預(yù)后差，診斷后中位生存期為2～4年。2018年，Jiang等[35]發(fā)現(xiàn)miR-26a可以減輕博來(lái)霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化，而lncRNA PFRL是生物信息學(xué)分析預(yù)測(cè)的唯一與miR-26a有潛在結(jié)合位點(diǎn)的lncRNA。因此，Jiang等利用博來(lái)霉素和TGF-β1分別在體內(nèi)和體外水平構(gòu)建肺纖維化模型，發(fā)現(xiàn)肺纖維化模型中l(wèi)ncRNA PFRL表達(dá)升高，進(jìn)一步研究表明lncRNA PFRL可通過(guò)miR-26a誘發(fā)肺成纖維細(xì)胞膠原合成，促進(jìn)肺成纖維細(xì)胞增殖、遷移和分化。同時(shí)，敲除lncRNA PFRL可以減輕TGF-β1誘導(dǎo)的肺成纖維細(xì)胞的纖維化以及博來(lái)霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化。lncRNA PFRL在IPF中表達(dá)升高以及其對(duì)miR-26a的調(diào)控作用可能作為肺纖維化疾病防治的新靶點(diǎn)。

3.13 lncRNA PFAR 2018年9月，Zhao等[36]首次發(fā)現(xiàn)lncRNA PFAR作為miR-138的ceRNA，通過(guò)調(diào)節(jié)YAP1-Twist軸促進(jìn)肺成纖維細(xì)胞活化和細(xì)胞外基質(zhì)沉積，更重要的是，沉默lncRNA PFAR抑制了博來(lái)霉素誘導(dǎo)的小鼠肺纖維化。這些結(jié)果表明lncRNA PFAR可能是預(yù)防和治療肺纖維化的新策略。

IPF的發(fā)病機(jī)制不明，預(yù)后不良，病死率高，缺乏有效的治療措施，目前已受到越來(lái)越多的關(guān)注。近年來(lái)，隨著功能基因組學(xué)的飛速發(fā)展，人們已經(jīng)逐漸認(rèn)識(shí)到lncRNA在IPF的發(fā)病機(jī)制中有著重要的作用，并可能成為潛在的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，肺纖維化組織和正常的肺組織中存在數(shù)百種差異表達(dá)的lncRNA，lncRNA作為ceRNA競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miRNA，調(diào)控靶基因的表達(dá)，從而參與EMT，促進(jìn)肺纖維化的發(fā)生、發(fā)展，受到了廣泛的關(guān)注，但具體的分子機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。由此可見(jiàn)，失調(diào)的lncRNA可能是包括肺纖維化在內(nèi)多種疾病的重要生物學(xué)標(biāo)志，進(jìn)一步深入研究lncRNA在IPF中的作用機(jī)制并對(duì)其特定靶點(diǎn)實(shí)施干預(yù)，可能為IPF的治療提供新的思路。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突