長鏈非編碼RNA FIRRE的研究進(jìn)展

趙曉霞 李曉梅

濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 256600

通信作者：李曉梅，Email：lilylxm@163.com

長鏈非編碼RNA（long non-coding RNAs，lncRNAs）是一類轉(zhuǎn)錄本長度超過200 個核苷酸的RNA 分子，是RNA 聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物，起初被認(rèn)為是基因組轉(zhuǎn)錄的“噪音”，不具有生物學(xué)功能［1］。近年研究表明，lncRNAs參與了X染色體沉默，基因組印記以及染色質(zhì)修飾，轉(zhuǎn)錄激活、干擾以及核內(nèi)運輸?shù)榷喾N重要的過程，它們雖極少具有蛋白編碼潛能，但能夠和DNA、RNA及蛋白質(zhì)結(jié)合，并與染色質(zhì)修飾復(fù)合物相關(guān)，在生理和病理條件下指導(dǎo)表觀遺傳調(diào)控［2］，lncRNAs也因其調(diào)控作用引起人們廣泛關(guān)注。最新研究表明lncRNA-FIRRE 可參與多種疾病的病理生理、預(yù)后等過程，為人們認(rèn)識疾病拓寬了新的思路及尋找了新方向，因此，本文結(jié)合國內(nèi)外研究的最新進(jìn)展，就FIRRE基因在各個系統(tǒng)疾病的診斷及治療方面的應(yīng)用前景做一綜述。

1 FIRRE基因

功能基因間重復(fù)RNA 元件（FIRRE）是首先在人和老鼠的X 染色體上發(fā)現(xiàn)的，具有性別特異性作用的連鎖基因［3］，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，它產(chǎn)生一個逃避X 染色體失活（X-chromosome inactivation，XCI）的不活躍lncRNA［4］。在雌性哺乳動物中，使一條X 染色體上的大多數(shù)基因沉默，但FIRRE 基因逃避XCI，仍能在兩條X 染色體上表達(dá)，該基因在多種哺乳動物中是共價保守的，在許多胚胎組織，包括腦、肺、肝臟和心臟中可檢測到FIRRE RNA［5］。FIRRE 基因定位于其轉(zhuǎn)錄位點周圍的一個5 mb 結(jié)構(gòu)域，其外顯子是一個獨特的156 bp 重復(fù)RNA 結(jié)構(gòu)域（RRD），該結(jié)構(gòu)域既要與核內(nèi)不均一核糖核蛋白U（hnRNP U）相互作用，又需要定位FIRRE 基因在細(xì)胞核中的轉(zhuǎn)錄物［3，6］，因此，其作為核糖核保留信號是必要的和充分的；另一個重復(fù)序列R0 作為FIRRE 內(nèi)含子序列中的DNA 增強因子［7］，可招募CCCTC 結(jié)合因子（CTCF）和與CTCF 結(jié)合的黏連蛋白復(fù)合物核心元件（RAD21），CTCF 通過與基因組結(jié)合參與拓?fù)湎嚓P(guān)結(jié)構(gòu)域（TADs）的形成［8］，并將不活躍的X 染色體系在核仁的外圍［9-10］。關(guān)于FIRRE 基因的功能，目前認(rèn)為：（1）原癌基因MYC 是一種潛在的FIRRE 基因上游轉(zhuǎn)錄激活因子，其能與FIRRE基因的啟動子結(jié)合，促進(jìn)腫瘤的形成［11］；（2）在人類胚胎干細(xì)胞分化過程中，F(xiàn)IRRE 基因在神經(jīng)發(fā)生中起重要作用［9］，能造成腦小膠質(zhì)細(xì)胞損傷［12］；（3）FIRRE基因在核因子κB（NF-κB）介導(dǎo)的炎性反應(yīng)通路中對炎癥基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控有重要作用［13］。

2 lncRNA-FIRRE在疾病中的作用及機制

研究表明，F(xiàn)IRRE 基因編碼的lncRNA-FIRRE 不僅在多種腫瘤的形成過程中發(fā)揮作用，而且還可能在疾病的預(yù)后中起到調(diào)節(jié)作用，可作為預(yù)后生物標(biāo)志物［11］，同時在腦血管疾病及免疫反應(yīng)中也存在差異性表達(dá)。

2.1 lncRNA-FIRRE 與血液系統(tǒng)疾病lncRNA-FIRRE 在血液系統(tǒng)的研究中，主要調(diào)節(jié)造血系統(tǒng)中的常染色體基因，包括常見淋巴祖細(xì)胞中的常染色體基因［14］，除對各類血細(xì)胞中的表達(dá)水平以及對血細(xì)胞發(fā)育過程的影響的研究外，目前對血液系統(tǒng)疾病的研究主要集中在彌漫性大B 細(xì)胞淋巴瘤（diffuse large B-cell lymphoma，DLBCL）這一疾病。

Lewandowski 等［5］在 以FIRRE 基因為模型研究體內(nèi)DNA 和RNA 介導(dǎo)的效應(yīng)時，通過對常見失調(diào)基因的基因本體（gene ontology，GO）進(jìn)行分析表明，F(xiàn)IRRE 位點的缺失影響了參與血紅蛋白調(diào)節(jié)和一般血液發(fā)育過程的基因，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)FIRRE 基因在許多類型血細(xì)胞中都有表達(dá)，而且可造成造血過程中細(xì)胞類型的特異性缺陷，從而影響在造血過程中產(chǎn)生的特定血細(xì)胞的比例和數(shù)量，同時該基因在造血干細(xì)胞（HSCs）中表達(dá)最高［15］，隨著造血分化而降低［16］。

Shi 等［11］研究lncRNA 在DLBCL 中的作用機制時，利用qRT-PCR （Quantitative real-time-PCR） 證實，lncRNA-FIRRE 在DLBCL 組織和細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)。隨后，為明確其具體機制進(jìn)行了一系列研究，在分析FIRRE 基因的上游機制時發(fā)現(xiàn)，原癌基因MYC 參與了DLBCL 細(xì)胞中FIRRE 基因的轉(zhuǎn)錄激活，通過亞細(xì)胞分離和蛋白質(zhì)印跡法（western blot）分析表明，F(xiàn)IRRE 基因通過促進(jìn)β-連環(huán)蛋白的核移位激活Wnt/β-連環(huán)蛋白信號通路，并通過調(diào)節(jié)β-連環(huán)蛋白的核移位促進(jìn)DLBCL 細(xì)胞的生長，最后根據(jù)Kaplan Meier分析發(fā)現(xiàn)高水平FIRRE 與總的生存率低相關(guān)，通過基因敲除技術(shù)敲除FIRRE 基因后DLBCL 細(xì)胞的生長受到抑制，這表明FIRRE 基因在DLBCL 患者的預(yù)后中有重要的調(diào)節(jié)作用，既往研究表明lncRNAs 可能是一類理想的生物標(biāo)記物，在癌癥預(yù)測、早期檢測、診斷等方面具有潛在的應(yīng)用價值［2］，F(xiàn)IRRE 基因的發(fā)現(xiàn)可作為生物標(biāo)志物為DLBCL 的臨床治療提供新的靶點。

2.2 lncRNA-FIRRE 與消化系統(tǒng)疾病 結(jié)直腸癌（colorectal cancer，CRC）是目前世界上排名第三的惡性腫瘤，是癌癥死亡的第二位原因［17］，近年來人們在CRC的分子機制和治療方面取得了很大進(jìn)展，但CRC 患者的總體生存率并沒有顯著改變。因此，迫切需要尋找相應(yīng)的生物標(biāo)志物做到惡性腫瘤的早發(fā)現(xiàn)、診斷和治療來提高患者的生存率，lncRNAs 的發(fā)現(xiàn)及研究為惡性腫瘤的診斷和治療提供了新的靶點。

Li 等［18］利用下一代測序法（NGS 法）研究lncRNAs 和mRNAs 在結(jié)直腸癌患者中的表達(dá)譜的差異時，利用脂質(zhì)體轉(zhuǎn)染法將合成的小干擾RNA（siRNA）和非特異性對照siRNA 分別轉(zhuǎn)染人結(jié)腸癌細(xì)胞（SW480 細(xì)胞），qRT-PCR 檢測轉(zhuǎn)染siRNA 后SW480 細(xì)胞的mRNA 表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)FIRRE 基因的敲除組細(xì)胞增殖、集落形成以及遷移和侵襲能力下降，說明lncRNA-FIRRE 可能作為CRC 的診斷標(biāo)志物，為結(jié)直腸癌的診斷、治療提供新的策略，但該研究僅在體外評估了lncRNA的功能，有待進(jìn)一步的動物實驗驗證。

2.3 lncRNA-FIRRE 與神經(jīng)系統(tǒng)疾病 研究表明LncRNAs 在缺血性腦卒中中存在調(diào)節(jié)障礙，但其的潛在機制尚未闡明。因此，Zang 等［12］為探討lncRNAs 介導(dǎo)的缺血性腦卒中的調(diào)節(jié)機制，其構(gòu)建了腦小膠質(zhì)細(xì)胞體外模擬腦缺血再灌注（oxygen and glucose deprivation/reoxygenation，OGD/R）損傷模型，通過微陣列分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)IRRE 基因與OGD/R 損傷有關(guān)，并在分子生物學(xué)的基礎(chǔ)上，證明了FIRRE基因可以激活NF-κB 信號通路，而活化的NF-κB 促進(jìn)OGD/R 誘導(dǎo)的腦小膠質(zhì)細(xì)胞中FIRRE 基因表達(dá)。因此，F(xiàn)IRRE 基因和NF-κB 形成一個正反饋環(huán)，促進(jìn)NLRP 3（nucleotide-binding oligomerization domain，leucine rich repeat and pyrin domain containing，3）炎癥小體的轉(zhuǎn)錄，從而導(dǎo)致腦小膠質(zhì)細(xì)胞OGD/R 損傷，為缺血性腦卒中的特異性治療提供新的靶點。

越來越多研究表明，lncRNAs 作為癌基因或抑癌基因參與神經(jīng)母細(xì)胞瘤（neuroblastoma，NB）的形成。NB 組織樣本會經(jīng)歷自發(fā)消退，但由于缺乏NB 組織樣本，lncRNAs 與NB 的自發(fā)消退之間的關(guān)系很少被研究，Meng 等［19］在鑒定與神經(jīng)母細(xì)胞瘤自發(fā)消退預(yù)后相關(guān)的lncRNAs 時，通過對死亡的4 期樣本和生存的4 s 期樣本進(jìn)行差異表達(dá)分析，在每一個隊列中進(jìn)行單變量cox比例風(fēng)險回歸生存分析，以確定那些與總生存率（OS）顯著相關(guān)的lncRNA，對此lncRNA進(jìn)行多變量cox 生存分析，發(fā)現(xiàn)lncRNA-FIRRE 是NB 患者生存的獨立預(yù)后因素，并發(fā)現(xiàn)lncRNA-FIRRE 的表達(dá)與NTRK1（neurotrophic receptor tyrosine kinase 1）的表達(dá)有統(tǒng)計學(xué)相關(guān)性，而NTRK1 是NB 自發(fā)消退的一個重要因子［20-21］，此研究表明lncRNA-FIRRE 不僅與NB 患者的預(yù)后密切相關(guān)，還可能參與NB 自發(fā)消退的過程，但其具體機制有待進(jìn)一步相關(guān)研究。

2.4 lncRNA-FIRRE與免疫系統(tǒng) Lu等［13］在研究FIRRE基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控過程中發(fā)現(xiàn)FIRRE基因的轉(zhuǎn)錄受巨噬細(xì)胞和腸上皮細(xì)胞中NF-κB信號通路的控制。FIRRE基因在轉(zhuǎn)錄后對脂多糖（lipopolysaccharide，LPS）誘導(dǎo)下的巨噬細(xì)胞或腸上皮細(xì)胞中多種炎癥基因的表達(dá)起到了積極的調(diào)節(jié)作用。具體地說，F(xiàn)IRRE與hnRNP U相互作用，而hnRNP U是一種RNA結(jié)合蛋白，是最重要的RNA穩(wěn)定蛋白之一，兩者相互作用增強了炎癥基因mRNA的穩(wěn)定性，特異性地促進(jìn)炎癥基因的表達(dá)。其證明了lncRNA-FIRRE是一條依賴于NF-κB炎癥信號通路的lncRNA，并發(fā)現(xiàn)其在天然免疫系統(tǒng)炎癥基因轉(zhuǎn)錄后調(diào)控中的新作用。Zang等［12］在研究lncRNAs介導(dǎo)的缺血性腦卒中的調(diào)節(jié)機制時，發(fā)現(xiàn)FIRRE/NF-κB正反饋環(huán)的存在，能促進(jìn)炎癥小體的轉(zhuǎn)錄，同樣證明了FIRRE基因?qū)μ烊幻庖呦到y(tǒng)中炎癥基因的轉(zhuǎn)錄具有調(diào)節(jié)作用。

3 展望

lncRNAs 近來已成為調(diào)節(jié)基因表達(dá)的參與者之一，許多科學(xué)研究已揭示了其在多種疾病中的作用。目前關(guān)于lncRNA-FIRRE 的研究多集中在腫瘤方面，其可參與多種腫瘤及炎癥性疾病的疾病進(jìn)程，在多種腫瘤細(xì)胞中出現(xiàn)高表達(dá)并能夠促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展，已有研究表明腫瘤組織中FIRRE 基因的表達(dá)水平與多種疾病的預(yù)后相關(guān)，表明其在臨床預(yù)后方面具有潛在研究價值。此外，lncRNA-FIRRE可參與由NF-κB 信號通路介導(dǎo)的炎性疾病的發(fā)生發(fā)展，對炎性疾病具有重要的調(diào)節(jié)作用，有望為炎性疾病的治療提供新的靶點。但lncRNA-FIRRE 能否作為潛在的診斷和治療靶點而應(yīng)用于臨床仍是一項挑戰(zhàn)，還需更多進(jìn)一步的相關(guān)研究。