长链非编码RNA在慢性阻塞性肺疾病发病机制中的研究进展

罗瑜 张剑青 赵芝焕

昆明医科大学第一附属医院呼吸内二科（昆明 650032）

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一种常见的可防可治的疾病，以持续气流受限及呼吸道症状为特征，与暴露于有害环境相关。近日一项全国多中心横断面研究指出［1］，我国COPD患病人数约1亿，40岁以上患病率为13.7%。COPD目前居于全球第四大死亡原因，预计到2020年，其排名将升至第3位［2］。COPD的高发病率及病死率严重威胁人类健康，成为亟待解决的公共卫生问题，但COPD的早期诊断及治疗仍然没有很大的进步。MARTINEZ等［3］人提出了早期COPD定义，但因早期COPD患者症状轻微，进展到晚期之前很少就诊，造成患者生存质量下降及治疗效果欠佳等。因此，寻找一种能在早期诊断COPD的生物学标记物有助于为COPD的防治提供理论依据和指导。近来研究发长链非编码RNA（lncRNA）在COPD肺组织中特异性异常表达［4］，提示lncRNA可能参与影响COPD发生、发展。通过沉默或过表达lncRNA，能够调控蛋白编码基因的表达水平，提示lncRNA可能在慢阻肺的发生、发展中起重要作用。本文就lncRNA与COPD的发病机制的关系研究最新进展进行综述，将lncRNA作为COPD发生发展的生物学标志物及作为潜在COPD临床治疗应用前景进行阐述。

1 LncRNA的生物学功能

研究显示［5］，约3%的基因编码蛋白，大量的基因转录为非编码的RNA（ncRNA）。ncRNA主要包括lncRNA及小RNA（miRNA）。lncRNA是一类核苷酸数＞200 nt的非编码RNA，无编码蛋白的功能。DERRIEN等［6］根据lncRNA编码序列与蛋白质编码基因的相对位置进行了分类，包括正义IncRNA、反义lncRNA、双向lncRNA、内含子lncRNA、基因间lncRNA五种类型。

目前大多数lncRNAs的生物学功能仍然未知，但lncRNAs在基因调控中发挥复杂作用［7］。lncRNA定位于细胞核，在生命的生长发育的各个阶段都发挥着重要的调节作用，与炎症、肿瘤、代谢异常等多种病变密切相关，并且参与着表观遗传学调控、转录调控及转录后调控。lncRNA可以稳定或促进目标mRNA与靶蛋白的结合与翻译，也可促进mRNA衰减或抑制目标信使核糖核酸的翻译［8］，另外lncRNA可以抑制前体mRNA拼接，翻译时诱导RNA结合蛋白或miRNA，调节基因表达、影响细胞分化、增殖及死亡等细胞过程，达到调节生理和病理过程的作用［9］。lncRNA广泛参与肺部生理及病理性疾病的发生、发展，如哮喘、肺癌、肺纤化等，在细胞炎症、免疫等方面具有重要作用。lncRNA可能作为COPD发生、发展的早期生物学标志物；通过探讨对其作用于COPD的发生、发展机制，从而为COPD早期诊治提供理论指导。

2 lncRNA在COPD发生发展中的作用

COPD的发生、发展是一个复杂的过程，其发病机制主要包括慢性炎症、蛋白酶-抗蛋白酶失衡、氧化应激等，但其具体分子机制尚不明确。吸烟是慢阻肺的最重要的环境危险因素，然而重度吸烟者仅10%～20%发病，终生不吸烟者仍有患慢阻肺的风险，并且慢阻肺具有家族聚集性，故此推断慢阻肺具有遗传易感性［10］。微阵列和高通量测序等技术的出现，改变了检测呼吸系统内lncRNA表达水平的能力。早期有研究者在COPD患者的肺组织中观察到lncRNA的表达改变，如LINC00882，LINC00883 和 PVT1［11］；CHEN 等［12］指出，lncRNA HCG4B在COPD中特异性表达，可作为COPD潜在的治疗靶点。这些研究表明lncRNA与COPD的发生发展密切相关。

2.1 lncRNA与COPD炎症机制的关系慢性炎症是COPD发病的核心机制，研究发现［13］lncRNA可通过调控基因的表达，具有促进、优化和抑制炎症发生发展的作用，多种lncRNA参与COPD炎症反应的机制。吸烟是COPD慢性炎症的常见诱因，WANG等［14］通过微阵列分析发现，香烟暴露组与正常对照组小鼠肺组织中共108个lncRNAs和119个mRNA表达异常，qRT-PCR进一步证实了lncRNA的表达水平变化；该研究在进一步通过对动物进行实验验证，说明慢性气道炎症与lncRNA表达水平密切相关。推测通过改变lncRNA表达水平可影响气道炎症的水平。这些实验数据揭示了lncRNA可以作为早期炎症标记物的可能性。

NF-kB信号通路作为经典的炎症通路，与哮喘及COPD发生发展密切相关。已有研究表明［15］在哮喘的发生、发展中，NF-κB可通过与miRNA结合，调节气道炎症水平变化。lncRNA可通过调节相关基因，改变相关蛋白表达水平，引起NF-κB通路种炎症因子水平变化，改善COPD肺部慢性炎症发生、发展。有研究指出，lncRNA BIC及其miRNA终产物miR-155是新型抗炎和抗重塑治疗的潜在靶点［16］。近期一项研究发现［17］，lncRNA-EPS在巨噬细胞中被精确调节以控制免疫应答基因（IRG）的表达，lncRNA-EPS-缺陷小鼠在体内内毒素攻击后，表现出更严重的炎症反应及更高的致死率；通过染色体上位置的标注，发现lncRNA-EPS定位于IRG的调节区，以控制核小体定位并抑制转录。该研究提示将lncRNA-EPS可作为炎症反应的阻遏物，为进一步深入研究其表达模式及功能奠定了基础，也为抗炎治疗提供了新思路和新方法。

2.2 lncRNA与COPD的蛋白酶-抗蛋白酶失衡机制的关系α-1-抗胰蛋白酶缺乏可导致中性粒细胞弹性蛋白酶水平升高，进而降低肺部弹性蛋白，导致COPD患者肺气肿的发生发展［18］。α-1-抗胰蛋白酶缺乏症（A1ATD）是由SERPINA1基因突变引起的遗传性疾病，SERPINA1转录本异构体在组织类型中差异表达［19］。近期一项研究发现［4］，α-1-抗胰蛋白酶蛋白表达水平可在转录后水平上被控制，且定位了α-1-抗胰蛋白酶缺陷的遗传位点位于非编码基因区；通过对非编码区的lncRNA基因位点进行破坏，α-1-抗胰蛋白酶表达水平发生明显变化，说明lncRNA遗传改变可能导致α-1-抗胰蛋白酶缺陷，从而引起COPD发生、发展。这表明lncRNA可能作为蛋白酶-抗蛋白酶失衡患者早期诊断的生物学指标以及治疗潜在靶点。

供体血清衍生的α-1-抗胰蛋白酶静脉内给药是AIATD常用的治疗手段，但这种治疗费用昂贵且疗效未知［20］，并不能从根本上改善疾病的发生发展。LncRNA表现出与α-1-抗胰蛋白酶表达水平有相关性，通过靶向改变lncRNA在转录后水平对α-1-抗胰蛋白酶表达进行调控，有待成为AIATD的新疗法。

2.3 lncRNA与COPD的氧化应激机制COPD患者的氧化应激增加可导致细胞功能障碍，引起炎症反应及蛋白酶-抗蛋白酶失衡。BI等［21］对肺组织lncRNA分析发现，吸烟无COPD组与非吸烟无COPD组相比，有87种lncRNA上调，244种lncRNA下调；吸烟COPD组与吸烟无COPD组相比，发现有120个lncRNA上调和43个lncRNA下调；吸烟可影响lncRNA表达异常，与新陈代谢通路的激活相关，而COPD患者表达异常的lncRNA与转录、新陈代谢及免疫系统激活相关。THAI等［22］发现了一种与烟雾相关的新型lncRNA，被称为lncRNA-1（SCAL1，lnc-ARRDC3-1），用香烟提取物（CS）对人支气管上皮细胞进行刺激后，可测到lncRNA-1升高，敲除支气管上皮细胞中的SCAL1导致CS诱导的细胞毒性的显着增强。我们推测SCAL1可能有气道炎症抑制性调节作用。进一步的研究表明，lncRNA-1可能作用于NRF2的下游，调节基因表达并介导气道上皮细胞的氧化应激保护。lncRNA-1表达水平的升高可能作为气道炎症早期反应的生物学标记物，也可能是控制香烟烟雾暴露引起氧化应激的新型治疗靶点。

2.4 其他鞘氨醇-1-磷酸（S1P）是一种有效的信号传导脂质，在内皮中S1PR1是主要的受体。lncRNA NONHSAT004848（LISPR1）与 S1PR1基因紧密相连，在人脐静脉内皮细胞以及人肺组织中，qRT-PCR和RNA-Seq显示LISPR1的高表达，而在COPD肺组织中S1PR1和LISPR1表现为下调，LISPR1控制内皮细胞S1PR1的表达，从而控制内皮细胞中S1P诱导的信号传导。lncRNA LISPR1充当对S1PR1表达和内皮细胞功能重要的新调节单位，可作为COPD诊断的早期标志物及治疗的潜在靶点。

CHAO等［23］研究发现，lncRNA090007通过介导SIRT1/p53和FoxO3a信号通路，导致SIRT1和FoxO3a的表达水平降低，SAL-RNA2，SAL-RNA3，p53和p21在肺组织中表达上调，引起Ⅱ型肺泡上皮细胞凋亡，加重COPD肺气肿发生。通过对lncRNA进行抑制或过表达，可作为间接调控Ⅱ型肺泡上皮细胞凋亡的手段，为COPD早期诊治提供了新的思路。

3 展望

越来越多研究表明，lncRNA在COPD的诊断和治疗中有着巨大的潜在应用价值。大量研究证实了lncRNA在COPD肺组织中异常表达，且部分lncRNA出现明显的特异性表达，这一特点将有助于寻找COPD相关的早期生物学标志物和药物治疗靶点。LncRNA在COPD中的表达及其生物学功能仍有待深入的研究，调控经典炎症通路中关键位置基因相关的lncRNA，有望成为COPD患者再起诊治的关键。COPD的发生发展是一个多因素、多环节相互作用的结果，上述机制为目前研究的一部分，另外还有很多其他因素在COPD的发病过程中起着重要作用，例如遗传易感性、免疫失衡等。尽管目前lncRNA的分子机制还有待进一步探索，但相信通过不断的深入研究，lncRNA有望成为COPD早期诊断及诊疗的靶点。