长链非编码RNA在免疫炎症反应中的研究进展

长链非编码RNA在免疫炎症反应中的研究进展

魏婷婷，杨敏，唐晴琴，仲人前

(第二军医大学长征医院实验诊断科，上海 200003)

摘要：长链非编码RNA(lncRNA)作为基因组中调节基因研究的新领域，可以参与细胞生物活动的各个环节，包括染色质重塑、mRNA可变性剪接、mRNA降解和蛋白质的翻译，具有非常复杂的生物学功能。如今，已发现多种lncRNA在肿瘤、心血管疾病及神经退行性疾病等方面发挥重要作用，但是lncRNA在免疫系统中的研究还很有限。最近的研究发现lncRNA可以通过与蛋白复合物或转录因子相互作用调节免疫细胞的分化，并且参与免疫炎症反应中炎症因子的表达，控制炎症反应。目前，在一些免疫疾病中也发现有lncRNA的表达差异，但具体的作用机制还有待进一步研究。因此，文章就最近几年lncRNA在免疫细胞分化及免疫炎症调控领域的研究作一简述。

关键词：长链非编码RNA；转录调控；免疫细胞；免疫炎症反应

中图分类号：

文章编号：1673-8640(2015)10-1044-04Q503

文献标志码：A

DOI：10.3969/j.issn.1673-8640.2015.10.019

Abstract:As a new field of regulatory genes in genome research, long non-coding RNA(lncRNA)plays an important role in each stage of cell biological activity, including mediating chromatin remodeling, mRNA alternative splicing, mRNA degradation and protein translation, with complex biological functions. Up to now, a variety of lncRNA have been found in cancers, cardiovascular diseases and neurodegenerative diseases, however, the research of lncRNA in immune system is still limited. Recent studies have found that lncRNA can interact with protein compounds or transcription factors, then regulate the differentiation of immune cells, and regulate the expression of inflammatory cytokines in order to control the inflammatory response. At present, in some immune diseases, several lncRNA expresses with differences, but the exact mechanisms remain to be seen. Therefore, this review mainly outlines the significant functions of lncRNA in the regulation of immune cell differentiation and immune inflammatory regulation in brief.

基金项目：国家自然科学基金资助项目(81072479)；卫生部卫生公益性行业科研专项(201202004)

作者简介：魏婷婷，女，1991年生，主要从事自身免疫性疾病发病机制的研究。

通讯作者：仲人前，联系电话：021-81886092。

收稿日期：(2015-08-02)

The research progress on long non-coding RNA in immune inflammatory reactionWEITingting,YANGMin,TANGQingqin,ZHONGRenqian.(DepartmentofLaboratoryDiagnostics,ChangzhengHospital,theSecondMilitaryMedicalUniversity,Shanghai200003,China)

Key words: Long non-coding RNA; Transcription regulation;Immune cell; Immune inflammtory response

随着RNA芯片、RNA测序等技术的发展，长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA ),作为基因组中调节基因研究的新领域，逐渐受到研究者们的关注。近年来的研究表明，lncRNA在细胞生物学活动调节方面具有非常复杂的调控作用，它的表达异常对人类很多疾病如肿瘤、心血管疾病以及免疫系统疾病的发生、发展及预后有极其重要的影响。

一、 lncRNA简介

lncRNA是一类长度超过200 nt，具有组织特异性，但稳定性较差的非编码RNA[1]。根据在基因组中相对于编码基因的位置和方向可分为5类：正义RNA、反义RNA、双向RNA、基因间RNA和基因内RNA。目前研究最多的是基因间非编码RNA，又称为lincRNA,如Xist、H19、HOTAIR 和MALAT1，平均长度约为1 kb。lincRNA具有较高的物种保守性，位于编码基因的附近，并可以正向或负向调控靶基因的转录，从而发挥不同的生物学功能[2]。

二、lncRNA的作用机制

1. lncRNA与表观遗传学修饰20世纪90年代，随着H19和Xist的表观遗传学修饰作用的发现，有关lncRNA的基因特异性调节功能的研究正式起步[3-4]。lncRNA可以与多种染色质修饰复合物结合，调节染色质的甲基化水平或组蛋白修饰等，在基因组DNA序列不发生改变的情况下改变染色质构象，调控靶基因的表达。例如：X染色体的失活作用主要由lncRNA Xist控制，它可以与多梳蛋白抑制复合物(polycomb repressive complex 2,PRC2)相互作用诱导该染色体沉默。而另1条染色体上lncRNA Tsix表达激活，通过移走PRC2，阻止失活的发生[5]。而系统性红斑狼疮、原发性胆汁性肝硬化等自身免疫疾病好发于女性，是否与X染色体上的lncRNA表达异常导致X染色体异常激活还有待证实[6]。

2. lncRNA与mRNA转录调节lncRNA可以通过诱饵、共调节或RNA聚合酶抑制剂等方式调节mRNA转录。例如lncRNA PANDA通过诱导转录因子NF-YA远离它的促凋亡的靶基因使细胞周期停滞，参与细胞生长周期的调控；lncRNA SRA作为许多核内甾体类受体的共活化物，进而募集许多转录因子和表观调节分子，介导靶基因的转录[7]；lncRNA Alu和鼠的B2能与RNA聚合酶结合阻止转录起始前复合物的形成，抑制热休克基因的转录[8]。

3. lncRNA与转录后调节lncRNA可参与 mRNA剪接、降解和翻译，比如lncRNA MALAT1通过影响含丝氨酸、精氨酸丰富的蛋白的分布，参与mRNA前体的剪接；细胞质中1/2-sbsRNAs与靶mRNA的3′非翻译区(3′ untranslated region, 3′UTR)不完全配对形成互补的双链，招募蛋白Staufen1促进mRNA的降解；相反，β-分泌酶1(beta-site APP cleaving enzyme 1， BACE1) mRNA与lncRNA BACE1-AS的可延长的碱基配对能保护BACE1 mRNA不被RNA酶水解，从而稳定mRNA。lncRNA BC1能与真核生物翻译启始因子eIF4A、多聚腺苷酸结合蛋白(poly A, binding protein, PABP)相互作用，抑制翻译进行[9]。

三、lncRNA与免疫细胞的分化

1. lncRNA与T细胞分化2009年，PANG等[10]发现在CD8+T细胞中存在上百种lncRNA,很多具有阶段和组织特异性，并随着淋巴细胞的分化而动态变化。其中一些lncRNA的表达基因与microRNA和小干扰RNA(small interfering RNA, siRNA)重合，提示lncRNA可能通过加工成更小的分子发挥作用。研究还发现许多lncRNA具有进化保守型、复杂的二级结构或可调节的启动子，提示它们具有某种功能，并且可能在获得性免疫中起关键性调控作用[10]。另一项研究对42种T细胞亚群进行RNA测序，发现很多细胞发育阶段特异性表达的lncRNA，其中大部分被多聚腺苷酸化，并在T细胞分化中受到动态调节，在不同T细胞亚群中表达有明显差异。再者，它们的基因位于具有调节免疫功能的编码基因附近，暗示着这些lncRNA可能与mRNA共表达调节T细胞的生长与分化。T细胞的关键转录因子T-bet、GATA-3、STAT信号转导蛋白和转录激活物(signal transducer and activator of transcription，STAT)4和STAT6能调节Th1细胞和Th2细胞中很多lncRNA的细胞特异性表达。因此,这些研究为将来lncRNA在T细胞生长分化及免疫反应方面的作用奠定了基础[11]。

2. lncRNA与树突状细胞分化lncRNA与树突状细胞(dendritic cell， DC)分化的关系近期也得到了阐述。研究发现lnc-DC可以在细胞质中与转录因子STAT3直接接合，参与其翻译后修饰，调控DC的分化。lnc-DC在人的单核细胞源的DC中特定表达，是DC的特异性标志，对DC的分化及功能起到了重要作用。当抑制lnc-DC的表达时，与DC功能相关的基因表达下降，DC的抗原递呈功能降低，与T细胞活化密切相关的重要分子(CD40、CD80、CD86和HLA-DR)表达下调。进一步的功能实验证实lnc-DC通过与细胞质中的STAT3的C端直接结合，阻止STAT3与SHP1结合而被去磷酸化，促进STAT3的磷酸化，进而激活酪氨酸激酶JAK/转录因子STAT信号通路，调控DC的分化。该研究发现了lncRNA新的作用机制，即通过翻译后调节参与免疫细胞的分化，为lncRNA在免疫系统的调节研究提供了新方向[12]。

四、lncRNA与免疫炎症反应

在免疫系统中，lncRNA在免疫细胞的分化过程中通过表达含量的变化调控免疫细胞的功能，从而影响其它的免疫反应。同时lncRNA还可以通过直接作用于炎症因子的表达，控制炎症反应。

1. lncRNA参与炎症基因的表观遗传修饰lncRNA可以以RNA的形式从多个层面调控免疫基因的表达。2012年COLLIER等[13]在研究中发现，lincRNA Tmevpg1的基因位于编码干扰素-γ(interferon-gamma，IFN-γ)的基因(interferon gamma gene，IFNG)的附近，并且Tmevpg1在Th1细胞中的表达明显高于Th2细胞。进一步的转染实验证实，Tmevpg1的转录与IFNG相似，都依赖于Th1细胞分化特异性转录因子STAT4 和 T-bet。Tmevpg1具有Th1细胞特异性，并能在Th1细胞分化时与T-bet共表达，通过顺势作用促进IFNG的转录[13]。另一项关于Tmevpg1的研究指出，Tmevpg1(又名NeST)的转录基因位于IFNG的反义链，且两个基因转录方向相反。Tmevpg1可以与H3K4甲基化转移酶复合物的成分WDR5结合，调节IFNG 位点的组蛋白甲基化，促进IFNG的表达，控制机体对病原微生物的易感性。Tmevpg1在宿主对抗病原体的炎症反应中起到重要作用，揭示了lncRNA在免疫调节和感染性疾病易感性方面的新功能[14]。lnc-IL7R 因其基因位置与IL-7R基因的3′UTR重合而命名。在脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)刺激后，实验组细胞的 lnc-IL7R表达明显升高。虽然lnc-IL7R与IL-7R的基因位置相近，但lnc-IL7R并非调节IL7R的表达，而是对远端靶基因进行表观遗传学调节。H3K27me3是染色体表达沉默的标志，当细胞被LPS刺激时，促炎因子如E-选择素、血管黏附分子1(vascular cell adhesion molecule 1, VCAM-1)、白细胞介素6(interleukin 6, IL-6)的基因启动区的H3K27me3会减少而激活转录，促进炎症的发生。然而，lnc-IL7R上调可以维持H3K27me3的水平，通过负反馈调节避免炎症基因的过度表达，减轻炎症反应。lnc-IL7R的发现为免疫反应调节机制的研究添加了新的平台，为lncRNA是否参与到其它免疫疾病的发病机制中提供新的思考[15]。

2. lncRNA与hnRNP结合调控炎症因子转录THP1细胞受炎症刺激后，lincRNA1992(又名THRIL)表达明显降低，THRIL被干扰后，TNF-α和IL-6的表达明显下降。进一步功能验证发现，THRIL可以与核不均一核糖核蛋白L(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein L，hnRNPL)结合形成1个有功能的THRIL-hnRNPL复合物，然后与肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-alpha, TNF-α)的启动子区域结合发挥作用，维持基础水平和外界刺激时的TNF-α的表达。当炎症刺激时，分泌的高浓度的TNF-α通过负反馈调节，使得THRIL 表达降低，进而下调TNF-α的表达，控制炎症反应的过度损伤。THRIL与很多免疫调节基因的表达有关，特别是固有免疫基因；再者，THRIL对TNF-α的调节作用提示它很有可能参与自身免疫疾病的发生，如类风湿性关节炎、炎症性肠病，进一步提示lncRNA在人类的免疫反应和炎症疾病中起重要作用[16]。CARPENTER 等[17]在实验中发现了小鼠lincRNA-Cox2在经炎症刺激后表达明显上调，它的表达基因位于编码前列腺素内过氧化物合酶2(prostaglandin-endoperoxide synthase, Ptgs/Cox2)的基因附近，但进一步研究显示lincRNA-Cox2 并非作用于临近基因Ptgs2的表达，而是通过与hnRNPA/B 和 A2/B1的相互作用介导不同的炎症基因的转录抑制或激活，比如抑制细胞因子Ccl5的表达。然而，lincRNA-Cox2的过表达不能诱发基础状态下IL-6的表达，只能增加Toll样受体(Toll-like receptor, TLR)刺激诱导IL-6的表达，并且lincRNA-Cox2调节IL-6的表达不依赖于上述机制，具体的调节机制还有待证实[17]。上述研究表明TLR诱导的lncRNA可以与不同的调节复合物相互作用调控固有免疫的基因表达，为以后免疫疾病新的药物靶点的发现增添了希望。

3. lncRNA与免疫相关疾病LPS 通过TLR诱发的炎症反应参与了很多自身免疫疾病早期的发生、发展。如类风湿关节炎患者早期，外周血单个核细胞的TLR4对其配体刺激的反应性较高，可能是疾病的一个诱发因素。而最近有关lncRNA在免疫炎症反应的作用研究越来越热，引发了对lncRNA在临床免疫疾病发面的研究热情[18]。lncRNA的异常表达与许多疾病的发生发展有关，尤其是肿瘤,比如HOTAIR的过度表达会增加肿瘤的侵袭和转移能力，造成很多癌症的预后不良[19]。而最近的研究显示lncRNA在免疫疾病中同样有重要意义。例如在细胞应激时，lncRNA生长停滞特异性转录本5(growth arrest-specific transcript 5, Gas5)能被激活，通过与糖皮质激素受体的DNA结合区结合，阻止受体与基因组DNA的糖皮质激素反应元件相互作用，从而影响多种基因的表达，调控细胞凋亡，而Gas5 在小鼠模型中已经被证实与系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus, SLE)的易感性有联系，可能与Gas5对糖皮质激素受体的免疫抑制作用有关[20]。近期在对Graves′病的研究中发现，lncRNA Heg和细胞周期蛋白依赖性激酶(cyclin-dependent kinase, Ckd1) mRNA都可以调节促甲状腺激素受体抗体(thyroid stimulating hormone receptor autoantibody,TRAb)的浓度的变化。在未经治疗的疾病组，外周血单个核细胞中Heg与TRab呈负相关，而在经治疗的疾病组和健康对照组中，两者无明显的相关性，但Heg与CD14呈明显的负相关[21]。转染实验发现转入外源的Heg能够降低CD14 mRNA的表达，却能促进TLR7和IFN-γ基因的表达，因此推测Heg可能是通过激活内吞溶酶体的TLR7，降低细胞表面CD14 的表达，减少细胞因子的分泌，降低对TSH受体抗原的反应性。但经药物治疗后，TRAb降低，Ckd1 mRNA明显减少,而Heg没有变化，推测Ckd1 也可能调节TRAb的变化。Ckd1是重要的细胞周期调节分子，因此，研究者推测TRAb的降低可能是由于Heg和Ckd1的共同调节作用通过不同的机制介导的[22]。

五、总结与展望

lncRNA作为非编码RNA中的新角色，已经成为免疫学关注的热点。近年来，新一代测序技术的建立使我们逐步揭示了lncRNA的重要生物学功能。lncRNA在免疫系统中作用非常重要，可以在胞浆中直接与转录因子结合调节免疫细胞的分化，也可以通过参与组蛋白修饰或与hnRNP结合调节炎症基因的转录。lncRNA作用机制错综复杂，究竟它通过什么样的方式调控免疫疾病的发生还有待研究。但对lncRNA生物学功能及其与免疫反应的深入研究仍需探究，进而为今后免疫疾病的预防、诊断及治疗提供新的思路和应对策略。

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(本文编辑：范基农)