外泌體lncRNA在慢性阻塞性肺疾病中的研究進展

羅 湘 王志霞 張志強 楊 洋 王利江 李運霞

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)是一種常見的、可以預防和治療的疾病，其特征是持續存在的呼吸系統癥狀和氣流受限，通常與顯著暴露于有害顆粒或氣體引起的氣道和(或)肺泡異常有關。COPD是一種慢性炎癥性阻塞性肺疾病，是全世界致殘和死亡的常見原因，超過3億人患有慢性阻塞性肺疾病[1]。

外泌體是由多種細胞分泌含有特殊蛋白質及核酸的細胞外囊泡，其中包括支氣管上皮細胞、巨噬細胞、中性粒細胞、間充質干細胞、脂肪干細胞等[2]。外泌體(exosomes)是由多囊內體(MVE)與細胞膜融合后分泌到細胞外微環境中的一種直徑為30～100nm的納米囊泡[3]。這些囊泡包含親代細胞的許多成分，包括細胞表面蛋白質、遺傳物質(DNA、mRNA、非編碼RNA，包括miRNA和lncRNA)、脂質和代謝物等[4]。外泌體廣泛分布于各種體液中，具有不同于其他細胞的磷脂雙分子層結構，正是這種特殊磷脂雙分子層保護外泌體中的內容物不易被酶降解，從而穩定地存在于細胞外環境中[5]。外泌體通過攜載蛋白質、核酸、脂類等信號分子調控受體細胞的表型和功能，是細胞間通訊的重要媒介，參與多種疾病發生、發展的過程，特別在疾病診斷和納米載藥領域具有重要的應用前景，越來越成為疾病研究領域的熱點。

一、外泌體lncRNA的生物學特性

非編碼RNA(ncRNAs)包括ceRNAs、microRNA(miRNA)和長非編碼RNA(lncRNAs)等。在這些缺乏蛋白質編碼能力的RNA序列中，lncRNAs是長度超過200nt的表達RNA，參與基因調控過程，特別在轉錄、轉錄后翻譯、表觀遺傳水平調控基因的表達方面起至關重要的作用[6]。有研究結果證實，外泌體lncRNA可以穩定的存在于多種體液中，例如血漿、唾液、支氣管肺泡灌洗液和其他體液中，同時該外泌體不易受內源性RNA酶干擾[7]。隨著人們對外泌體lncRNA的認識越來越深入，了解到這種非編碼RNA具有各種不同的調節功能，而且與人類疾病的發生密切相關[8]。近年來隨著lncRNA測序研究的深入，越來越多的研究結果證實lncRNAs表達異常在COPD疾病進展中發揮重要作用。例如，Zheng等[9]研究表明lncRNA COPDA1促進HBSMC(人支氣管平滑肌細胞)的增殖，并可能參與促進COPD中的氣道重塑。Liu等[10]通過研究闡明lncRNA MALAT1可能促進炎性細胞因子(如TNF-α和IL-6)的釋放并放大炎癥，從而導致急性加重期(AECOPD)風險升高；lncRNA MALAT1可能通過調節其下游通路(如p38 MAPK/p65 NF-κB信號通路)導致組織損傷和肺損傷，從而導致COPD的加重。

二、外泌體lncRNA在COPD發病機制中的作用

表達有差異的幾種lncRNAs和蛋白質編碼基因進行基因組位點相關分析，結果提示COPD肺組織中差異表達的lncRNAs大多數是基因間lncRNAs[例如TUG1(牛磺酸上調基因1)lncRNAs]，通過轉化生長因子β(TGF-β)處理敲除lncRNA TUG1可抑制BEAS-2B(人肺上皮細胞)和HFL1(人肺成纖維細胞)中α-SMA(α-平滑肌肌動蛋白)和纖維連接蛋白的表達水平，表明體外沉默lncRNA TUG1的結果有力地支持了這種lncRNA在COPD發病機制中起作用的觀點[11]。在一項對22例對照組患者和12例COPD患者的肺組織lncRNAs的研究中發現，與對照組比較，COPD患者肺組織中衰老相關lncRNAs(SAL-RNAs)高表達，特別是SAL-RNA2和SAL-RNA3，以及p53和p21水平表達顯著增加；然而SAL-RNA1水平和SIRT1/FoxO3a通路均顯著下調。這表明lncRNAs在Ⅱ型氣道上皮細胞衰老過程中的錯誤調控可能參與COPD的發病機制[12]。同時有研究闡明在COPD患者肺組織活檢標本中lncRNA MALAT1表達上調，MALAT1在mTOR通路中起調節作用，與間充質蛋白表達有關，表明MALAT1可能作為探討COPD發病機制的靶點，為進一步研究外泌體lncRNA在COPD中的作用奠定了基礎[13]。

1.外泌體lncRNA參與慢性氣道炎癥的調控:COPD的炎癥表現主要為氣道、肺實質和肺血管炎性改變，其中中性粒細胞、嗜酸性粒細胞、巨噬細胞、T淋巴細胞等炎性細胞參與了COPD的發病過程。香煙煙霧提取物(CSE)可能通過直接損傷內皮細胞引發肺血管損傷，然后促進細胞凋亡增強、上皮屏障功能形成減少和高水平氧化應激激活，最終導致肺組織持續的炎性反應[14]。當前研究表明，用CSE刺激人支氣管上皮細胞后，外泌體lncRNA-1水平升高，因此，推測外泌體lncRNA-1可能通過促進氣道炎癥，從而參與COPD的發生[15]。

COPD發病的核心機制是慢性炎癥，研究發現lncRNA通過調控基因的表達，從而促進、微調和抑制炎癥發生、發展，多種lncRNA參與COPD炎癥發生機制[16]。其中MIR155宿主基因是一種內源性lncRNA,相關研究提示MIR155HG參與了COPD的發生、發展，lncRNA MIR155HG通過促進M1巨噬細胞的極化和抑制M2巨噬細胞的極化而起到促炎癥調節作用[17]。一項研究結果提示，與非COPD吸煙者比較，COPD患者中有120個lncRNAs高表達，43個lncRNAs表達降低，提示吸煙改變了lncRNAs的表達，這些lncRNAs可能與吸煙引起COPD關鍵致病過程的改變有關[18]。Ge等[19]檢測了136例COPD急性加重期(AECOPD)患者、138例穩定期COPD患者和140例健康對照者外周血細胞中lncRNA-ANRIL的表達以及血漿中相關的炎性細胞因子；他們觀察到AECOPD患者的ANRIL表達低于穩定期COPD患者和健康人；此外，ANRIL在AECOPD和穩定期COPD患者中的表達與促炎細胞因子呈負相關，在AECOPD患者中與GOLD分級呈負相關，而在穩定期COPD患者中則與GOLD分級無關。

2.外泌體lncRNA參與肺氣腫的生成:有害物質和有害氣體的吸入能夠導致蛋白酶產生增多或活性增強，抗蛋白酶產生減少或滅活加快；與此同時氧化應激、吸煙等危險因素也可以降低抗蛋白酶的活性。CSE可引發巨噬細胞、成纖維細胞、血管內皮細胞和肺泡上皮細胞系的凋亡，被認為是COPD的最佳定義風險因素，并可導致肺組織不可逆病理變化，包括氣道重塑和肺氣腫[20]。人支氣管上皮細胞在香煙煙霧提取物刺激下產生的外泌體中含有半胱氨酸富集蛋白 61(cysteine-rich protein 61,CYR61/CCN1) 的陽性胞體從29%升高至 45%,分泌的纖維蛋白質溶解酶在細胞外基質中將全長型CCN1(flCCN1)轉化為裂解的CCN1(cCCN1)，cCCN1促進CSE后基質金屬蛋白酶(MMP)-1的產生(matrix metalloproteinase 1, MMP 1)，而MMP 1是導致肺氣腫發生密切相關的蛋白酶，其升高引起肺泡細胞凋亡增加，肺泡間隔破壞，促進肺氣腫發生[21]。支氣管上皮細胞在香煙煙霧刺激下分泌出含有更多 CCN1 的外泌體，可能通過MMP1導致肺氣腫的產生[2]。

3.外泌體lncRNA參與調控上皮間質轉化(EMT)：在COPD中，EMT是氣道疾病的一個組成部分。HOX轉錄物反義基因間RNA(HOTAIR)是一種lncRNA，與氧化應激和炎癥相關[22]。之前有研究結果表明，在長期暴露于CSE的人支氣管上皮(HBE)細胞后，HOTAIR介導EMT的形成[23]。Xia等[24]通過實驗研究發現，暴露于CSE后的小鼠，肺組織中lncRNA HOTAIR升高，上皮標志物E-鈣黏蛋白水平降低，相反，N-鈣黏蛋白、波形蛋白和α-平滑肌肌動蛋白高表達，它們可致上皮間質形成，提示通過IL-6/STAT3/HOTAIR軸促進EMT和肺功能障礙。

三、外泌體lncRNA的臨床意義

外泌體lncRNA參與許多疾病的表達，近年來，外泌體lncRNA在COPD中的異常表達相關研究越來越多，這種表達與香煙煙霧刺激等多種因素有關，對COPD患者進行lncRNA相關檢測具有十分重要的意義。

1.外泌體lncRNA是一種新型的COPD診斷標志物：既往COPD診斷主要結合患者相關癥狀、體征及肺功能檢查等，對于不能配合檢查及病情較重無法完成肺功能檢查患者，診斷上存在一定難度，這就需要一種新的診斷標志物以方便檢測所有疑似COPD患者，從而提高診斷準確率，進而能夠進行針對性治療。王紅軍等[25]通過對急性加重期COPD患者56例，穩定期COPD患者48例，健康體檢者46例進行相關研究發現，穩定期和急性加重期COPD患者血清lncRNA MIR155HG水平高于健康體檢者，且急性加重期患者表達水平相對更高，穩定期和急性加重期COPD患者血清lncRNA MIR155HG水平與 FEV1、FVC等肺功能指標水平均呈負相關，表明臨床中可通過檢測其水平變化作為COPD診斷參考指標。綜上，外泌體lncRNA有望成為一種新型的COPD診斷標志物。

2.外泌體lncRNA作為未來治療的潛在靶點:一項研究lncRNA-MEG3(長非編碼RNA母系表達基因3)shRNA對CSE誘導的HPMECs具有保護作用，提示lncRNA-MEG3可能是治療COPD一種新的治療途徑[26]。實驗結果表明lncRNA SNHG5可以通過分泌miR-132和介導PTEN表達來調節COPD的進展，這一發現為尋找COPD治療靶點提供了新思路[27]。還有一項研究發現LINC00987(lncRNA長基因間非編碼00987)在調節COPD發病機制中的一個新機制，即LINC00987可以通過海綿狀let-7b-5p上調SIRT1表達，從而阻止脂多糖(LPS)誘導的細胞凋亡、氧化應激、炎癥和自噬，提示LINC00987可能是COPD治療的一個潛在靶點，可用于制備治療COPD的寡核苷酸藥物，進一步提高臨床療效[28]。另有研究結果表明lncRNA NNT-AS1基因敲除在體外可抑制COPD炎癥和氣道重塑,此外，初步發現NNT-AS1的調節作用是通過靶向miR-582-5p/FBXO11軸實現,這些發現可能為發展NNT-AS1作為COPD新的治療靶點提供一些依據[29]。通過研究發現lncRNA-LUCAT1可能是鑒別COPD的一個有價值的指標，此外，lncRNA LUCAT1/miR-181-5p/Wnt/β-連環蛋白軸在COPD發展中起著關鍵作用，為臨床治療開辟了新視野[30]。

四、展 望

綜上所述，外泌體lncRNA參與COPD發展過程，對COPD診斷及治療具有重要意義，有望成為COPD診斷和治療新靶點。目前對外泌體lncRNA的研究越來越多，特別是外泌體lncRNA在COPD中的異常表達是目前研究熱點，但是還未找到統一的表達因子用于COPD特異性診斷，這就需要未來的研究者更加努力投入到COPD外泌體lncRNA研究中來，相信會有重大突破。