LncRNA及miRNA對NLRP3炎癥小體信號的調控機制及其在相關疾病中的意義

陸佳偉 劉效谷 張文波

江蘇大學附屬人民醫院普外科（江蘇鎮江212002）

NLRP3炎癥小體是一組存在于細胞質的蛋白復合物，能夠識別多種內、外源性危險信號，導致caspase?1調控的炎癥因子活化及細胞凋亡，從而參與多種疾病的發生及發展［1］。非編碼RNA（non?coding RNA，ncRNA）是指轉錄組中不翻譯為蛋白質的RNA分子，這些序列在轉錄組中占據主導并曾一度被認為是“轉錄噪聲”而未受重視。然而近年的研究表明，非編碼RNA如微小RNA（microRNA，miRNA）和長鏈非編碼RNA（long non?coding RNA，lncRNA）等，在基因印記、染色質重塑、細胞周期調控等過程中均發揮著重要作用［2-3］。近年來，不斷有文獻報道非編碼RNA對NLRP3炎癥小體相關信號轉導亦發揮重要的調控作用，因此本文就相關領域的新進展展開綜述，以期為治療NLRP3炎癥小體相關疾病提供新思路。

1 NLRP3 炎癥小體與疾病的關系

NLRP3炎癥小體屬于Nod樣受體蛋白（NLR）家族，在刺激信號作用下，一些NLRs能夠通過效應結構域暴露及CARD?CARD或PYD?PYD同型相互作用，形成由NLR、ASC和pro?caspase?1組成的大分子復合物，即炎癥小體［4］。炎癥體活化的結果是使pro?caspase?1首先被剪切，形成成熟型caspase?1，而后將無活性的IL?1和IL?18前體裂解為具有活性的IL?1β和IL?18并介導其分泌從而引起相關炎癥反應［5］。近年來，NLRP3被發現與許多疾病的形成及進展有關，例如在阿爾茲海默病或帕金森病，神經炎癥的產生與兩種疾病的進展緊密相關，激活的NLRP3炎癥小體在其中扮演了重要角色［6-7］。動脈粥樣硬化是一種典型的炎癥相關疾病，膽固醇結晶的形成是導致其炎癥產生的早期原因，可誘發巨噬細胞中NLRP3炎癥小體的激活從而加快炎癥的進展［8］。除了一些炎癥性疾病，NLRP3炎癥小體在部分癌癥，如肝細胞癌、胃癌中，也可促進或抑制癌癥形成和進展［9-10］。

2 非編碼RNA 的分類與作用機制

在真核生物基因組中，能夠編碼蛋白質的RNA序列不到2%，剩余大多數基因組中的RNA序列不能編碼蛋白質，被稱為非編碼RNA［11］。非編碼RNA是一組不能編碼蛋白質但能發揮一定生物學功能的RNA分子，主要在染色質重塑、轉錄、轉錄后和信號轉導等方面調控細胞進程［12］。非編碼RNA主要分為環形RNA（circle RNA，circRNA）、miRNA和lncRNA，其中miRNA和lncRNA是兩個研究最廣泛的非編碼RNA，與多種疾病的發病機制緊密相關。

2.1 miRNAmiRNA是細胞內長度約為22nt的核苷酸，包含許多能作用于信使RNA（message RNA，mRNA）抑制蛋白質表達的分子。miRNA對mRNA的調控作用主要通過引導RISC（RNA?induced si?lencing complex）來實現，這樣的轉錄后水平的抑制作用主要有兩種的方式：一種是mRNA裂解，另一種是翻譯的抑制，而這兩種抑制方式的選擇則是由被抑制的目標所決定的［13］。

2.2 LncRNALncRNA是指長度大于200nt的核苷酸鏈。根據其功能不同，lncRNA可分成不同種類，如核糖體RNA、與染色質相互作用RNA、miR?NA海綿、順式作用RNA等［14］。一方面，lncRNA可以在表觀遺傳（劑量補償效應、染色質修飾、基因組印記）水平對基因表達進行調控；另一方面，ln?cRNA可在轉錄水平進行調控，如干擾mRNA或其他非編碼RNA的轉錄、與蛋白質結合形成復合物或通過順式作用元件進行調控基因表達；此外，ln?cRNA還可以在轉錄后水平進行調控，通過參與mRNA降解、競爭性結合miRNA或調控mRNA的翻譯等方面發揮作用［15］。

3 非編碼RNA對NLRP3炎癥小體的調控作用

近年來，越來越多的研究表明非編碼RNA在多種NLRP3炎癥小體參與的疾病中發揮重要調控作用，這些研究多集中在帕金森、動脈粥樣硬化、急性肺損傷及癌癥等疾病上。

3.1 帕金森病（parkinson disease）帕金森病是一種典型的老年慢性疾病，主要表現為運動障礙包括進行性運動遲緩、肌強直、靜止性震顫和姿勢步態異常等［16］。深入研究其機制發現，非編碼RNA通過對NLRP3炎癥小體的調控影響神經系統炎癥的產生，從而影響帕金森病的發生發展。lncRNA、小核糖體管家基因RNA1（small nucleolar RNA host gene 1，SNHG1）在帕金森患者的腦組織樣本中發現表達增高，通過分析其潛在的機制發現SNHG1可以作為mir?7的競爭性內源RNA（ceRNA），上調NLRP3，從而引發神經炎癥［17］。研究發現在帕金森lncRNA Cox2可以通過與轉錄因子NF?κB p65結合，并促進其向細胞核轉位及轉錄，進而激活NL?RP3炎癥小體相關通路［18］。

除了lncRNA，一些miRNA也被發現參與了帕金森病的進展，并在其中發揮重要的作用。例如，研究人員發現將miR?7 mimics注入小鼠模型中可顯著減輕多巴胺能神經元變性以及小膠質細胞的激活，進一步研究發現，轉染miR?7 mimics的小鼠中NLRP3炎癥小體表達水平被顯著抑制，從而減輕了神經炎癥［19］。在帕金森病病小鼠模型中，miR?30e已經被發現與神經炎癥、神經損傷及運動障礙緊密相關，研究其機制發現上調的miR?30e不僅可以抑制包括TNF?α，iNOS和COX?2等促炎癥細胞因子釋放，而且可以直接作用于NLRP3小體并抑制其表達，進而導致IL?1β和IL?18釋放減少［20］。此外，在一項體外研究中，研究人員發現miR?135b能夠通過抑制Foxo1引起的NLRP3炎癥小體的激活和細胞焦亡，在帕金森病中發揮保護作用［21］。

3.2 動脈粥樣硬化（atherosclerosis）動脈粥樣硬化是一種因斑塊堆積導致動脈狹窄的慢性進行性疾病，以血管炎癥和粥樣斑塊的持續成長為特點，隨著疾病的進展最終會導致血流阻斷［22］。在動脈粥樣斑塊形成過程中，NLRP3炎癥小體的激活在疾病進展過程中發揮了重要作用［23］。研究其內在機制發現，非編碼RNA通過對NLRP3炎癥小體的調控，參與了動脈粥樣硬化的發生發展。例如，向經過氧化低密度脂蛋白（ox?LDL）處理的人動脈內皮細胞（HAECs）中添加miR?30c?5p后，發現轉錄因子叉頭盒O3（forkhead box O3，FOXO3）表達被抑制，由此抑制其下游基因NLRP3的表達。miR?9通過作用于Janus激酶1（JAK1）和金屬蛋白激酶13（MMP?13）抑制NLRP3炎癥小體表達而緩解動脈粥樣硬化的癥狀。此外，lncRNA MALAT1可與miR?22競爭性結合，影響NLRP3小體的表達，從而促進高糖誘導的內皮細胞的焦亡，為動脈粥樣硬化提供了新的治療靶點［24］。并且還有研究表明miR?22能夠通過抑制NLRP3炎癥小體通路的激活從而減少促炎癥細胞因子的含量來保護內皮細胞。

3.3 急性肺損傷（acute lung injury）急性肺損傷是一種嚴重的呼吸道危急重癥，病死率較高，其病理特點表現為肺部炎癥和肺組織結構破壞，雖然其具體發病機制不明確但炎癥反應失控是其重要的發病機制之一。近年來，逐漸有文獻發現非編碼RNA與NLRP3炎癥小體的相互作用在急性肺損傷的發病機制中扮演了重要角色。例如，在脂多糖（LPS）引起的急性肺損傷模型中，miR?16在肺組織中低表達，通過其激動劑使其高表達發現肺組織損傷較前減輕，miR?16可通過調控TLR4/NF?kB通路抑制NLRP3炎癥小體的激活從而減輕肺炎癥反應［25］。類似地，miR?223可以通過調控RHOB蛋白表達影響TLR4/NF?kB通路激活從而改善肺部損傷［26］。

此外，一些miRNA通過直接作用于NLRP3炎癥小體發揮調控作用。miR?24在急性肺損傷模型中過表達后肺部損傷減輕，研究其機制發現miR?24可以通過直接作用于NLRP3 mRNA的CDS區域抑制其表達從而減輕肺部炎癥［27］。miR?495啟動子的甲基化會下調miR?495，進而導致NLRP3炎癥小體表達增高從而加重肺損傷［28］。

3.4 癌癥（cancer）據報道，炎癥小體在一些惡性腫瘤中異常表達并被激活，并在腫瘤發展過程中發揮重要作用。研究發現NLRP3炎癥小體在口腔鱗狀細胞癌（OSCC）中異常過度表達，降低其表達顯著降低OSCC細胞增殖，遷移和侵襲。在肺癌的研究中發現NLRP3炎癥小體激活加劇了A549細胞的增殖和遷移。但NLRP3炎癥小體同時也具有抑制癌癥的作用，比如在結腸癌中NLRP3就具有抑制癌癥的作用。

不少研究發現NLRP3炎癥小體在癌癥中的作用受到一些非編碼RNA的調控。例如，在口腔鱗狀細胞癌，miR?22表達下降，可通過直接作用于NLRP3炎癥小體并抑制其表達從而抑制腫瘤的發生、發展［29］。類似地，miR?2233p被發現在乳腺癌中，同樣可以直接抑制NLRP3炎癥小體表達進而抑制乳腺癌進展［30］。除了miRNA，lncRNA XLOC_000647在胰腺癌組織中表達下降，NLRP3作為其鄰近基因受lncRNA XLOC_000647的順式調控，過表達的lncRNA XLOC_000647可以抑制NLRP3炎癥小體表達從而抑制胰腺癌細胞的遷移、侵襲等能力，發揮抑癌作用［31］。

除了對NLRP3炎癥小體的直接調控以外，有不少研究表明lncRNA可作為ceRNA，充當miRNA的分子海綿以抑制NLRP3炎癥小體的表達。例如，在胃癌中lncRNA ADAMTS9?AS2通過與miR?223?3p結合，抑制其表達從而促進了細胞凋亡。LncRNA DANCR在胰腺癌中表達增高，并可以下調miR?135a，進一步研究發現DANCR可通過調控miR?135a/NLRP3通路促進胰腺癌細胞增殖和侵襲［32］。

3.5 其他（others）除上述疾病外，非編碼RNA對NLRP3炎癥小體的調控作用在部分疾病中也有少量研究。如在感染性休克模型中，敲除miR?21可導致外周血鋅指蛋白A20表達增高進而抑制NLRP3炎癥小體表達，從而減少相關細胞的焦亡［33］。在椎間盤退變的患者，lncRNA LINC00969可作為miR?335?3p競爭性內源RNA影響硫氧還蛋白相互作用蛋白（TXNIP）介導的NLRP3炎癥小體的表達［34］。在乳腺炎中，激活的NF?κB通路可上調lncRNA XIST，反過來，lncRNA XIST可形成負反饋環路，調控NF?κB/NLRP3炎癥小體通路介導的炎癥過程［35］。總之，非編碼RNA對NLRP3炎癥小體的調控在不少疾病中都有研究，但相關研究仍較少且不夠深入，通過對相關疾病的深入研究，有望為解決部分疾病提供方案。

4 總結與展望

經過對lncRNA，miRNA和NLRP3炎癥小體的結構和功能及相關疾病的了解，發現在人體內約占98%的非編碼RNA雖然不能編碼蛋白質，但卻具有很強大的調控功能。NLRP3炎癥小體的啟動和激活也受到miRNA和lncRNA的調控，其主要的過程是lncRNA對miRNA進行調控，這一作用被稱為“海綿作用”，而通過這一作用能夠使miRNA失去活性導致其無法發揮其沉默翻譯的功能，導致炎癥小體大量產生。但從目前的研究來看，許多的機制與通路并未完全研究透徹，而且對于不同的疾病，比如不同的癌癥中，它們也分別扮演著促進與抑制的作用，而這一區別也有待進一步研究。除此之外，lncRNA也能直接調節靶基因的啟動子區上的CpG島甲基化來調節基因的轉錄，而這一作用在對于NLRP3炎癥小體的調節作用卻沒有太多的研究。另外，非編碼RNA中的circRNA也作為ceRNA競爭性結合miRNA的能力，但其在NLRP3炎癥小體的調控中的作用還并未有相關的研究證實，所以需要進一步的研究。