长链非编码RNA-GAS5与支气管哮喘的关系

吴 迪，张 倩，钱 艳，孙 赟，施宇佳，顾 斌

0 引言

GAS5(Growth arrest specific 5)是单链非编码RNA，其基因是一个小的核仁RNA宿主基因，是以上游的寡嘧啶序列为特征的5′TOP(5′末端寡-嘧啶类)基因的成员，被称作GAS5 的原因是其产生的低端剪接的长链非编码RNA(Long non-coding RNA,lncRNA)会在生长抑制的细胞中累积[1]，并且血清饥饿和使用蛋白翻译抑制剂都可以导致GAS5降解减少，从而导致其在细胞中累积[2-3]。人GAS5基因包含12个外显子，其内含子中有10个C/D box(核糖核苷酸颗粒的组分，指导28S，18SrRNA的核糖中C2位的O甲基化和假尿苷酰化)核仁小RNA基因，由于外显子7a和7b转录的不同，其产生2种异构体GAS5a和GAS5b和多种包含一个或多个核仁小RNA的表达序列标签。GAS5有以下特点：①其部分转录物的二级RNA结构与糖皮质激素反应元件(Glucocorticoid response element,GRE)相似，这意味着它可以结合糖皮质激素受体(Glucocorticoid receptor,GR)的DNA结合结构域。这个作用阻止糖皮质激素受体被激活，从而阻止激素对其靶基因的调控。②这种转录物可以调节其他受体，如雄激素、黄体酮和盐皮质激素受体，可以结合到GRE相似的区域[4]。③这种转录物还有多种功能，包括细胞生长停滞和细胞凋亡[5]，为潜在的肿瘤抑制剂，这与其在多种不同组织癌症中的下调有关[6-8]。④GAS5可以通过发挥海绵效应竞争性结合miRNA，从而影响miRNA的作用，进而调节靶基因的表达[9-10]。⑤GAS5同时存在于细胞质和细胞核内，但主要位于细胞质内，在地塞米松的作用下，一部分GAS5会向核内转运[4]。

1 GAS5与糖皮质激素抵抗

气道炎症是支气管哮喘的重要发病机制之一。多种炎症介质、炎症细胞和细胞因子共同参与、相互作用，引起气道炎症、气道高反应性和气道重构[11]。在支气管哮喘的治疗中，糖皮质激素因其强大的抗炎作用在支气管哮喘的长期治疗中具有重要地位。糖皮质激素正常发挥作用时，GR被激活并转运至核内，GR的DNA结合结构域结合糖皮质激素效应基因，促进抗炎基因的转录并抑制炎症基因的转录[12]，影响细胞因子如白细胞介素-4(IL-4)、IL-5、IL-13，巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)，炎症介质如白三烯(LT)、前列腺素(PG)、一氧化氮合酶(NO synthase,NOS)等的合成而发挥抗炎作用[13]。GAS5作为少数具有调控功能的长链非编码RNA之一，能通过GRE相似区与GR的DNA结合结构域结合，阻止GR结合到GRE，从而抑制GR诱导的内源性糖皮质激素基因的转录活性[4]，并且GR与GAS5 RNA的结合在地塞米松浓度低至10-10M的浓度下即可被观察到，仅为生理循环中激素浓度的1/10。虽然机制有待研究，但是GAS5作为一个新的糖皮质激素受体活动参与者，在包括肺部的许多组织中都有表达,可干涉气道慢性炎症的糖皮质激素治疗，参与糖皮质激素敏感性的调控。研究发现，促炎症介质、地塞米松以及糖皮质激素耐受性相关因子如肿瘤坏死因子-α、IL-1α、转化生长因子-β1会提高气道结构细胞(上皮细胞和平滑肌细胞)中GAS5的水平导致GR活性水平下降[14]。促炎症介质能够直接在转录水平诱导GAS5的表达。不同炎症介质对GAS5表达水平的影响并不是累加的，提示促炎症介质可能是通过同一途径调节GAS5的水平。另外，GAS5-targeting siRNA使上皮细胞中的GAS5转录水平降到一半就能够使地塞米松诱导的GRE活性翻倍，显示了GAS5与GRE活性相反的数量关系，即GAS5敲低为原来的1/2时，GRE活性升高为原来的2倍，但此种敲低导致的GRE活性增强会被转化生长因子-β1打断，推测GAS5升高可能导致糖皮质激素的耐受性增强，使GAS5成为哮喘治疗的靶点[14]。

2 GAS5与气道重构

支气管哮喘的慢性炎症过程导致气道重构，表现为支气管平滑肌数量增多，支气管上皮细胞肥大，杯状细胞化生。气道重构导致不可逆或部分不可逆的气道阻塞和持续的气道高反应性[15]，引起哮喘患者肺功能不可逆的丧失，哮喘症状反复发作及急诊住院，并且不可逆的气道重构是支气管哮喘最难处理的问题之一，目前有效的逆转治疗手段只有支气管热成形术[16]。LncRNA作为miRNA海绵调节基因表达的功能已经被大量研究证实[17]。在支气管平滑肌细胞中，已经有5种lncRNA可作为miRNA海绵(RP11-46A10.4、LNC00883、BCYRN1、LINC00882和PVT1)，其目标miRNA分别是miR-150、miR-371-5p、miR-940、miR-1207-5p和miR-203a[18-21]，通过结合沉默这些miRNA发挥基因调节作用[22-24]。研究显示，GAS5能作为海绵吸附miR-10a，调节脑源性神经营养因子(Brain derived neurotrophic factor,BDNF)的表达。过表达的miR-10a能够将丝裂原诱导的支气管平滑肌细胞增殖减少50%，而抑制miR-10a能增加40%的支气管平滑肌细胞增殖，miR-10a能直接结合BDNF的3′UTR区。与普通对照组相比，支气管哮喘患者支气管平滑肌细胞中GAS5和BDNF水平升高，miR-10a水平下降。在哮喘小鼠中，敲除GAS5能通过提升miR-10a的表达水平显著降低血小板衍生生长因子(Platelet derived growth factor-BB,PDGF-BB)诱导的BDNF表达，抑制支气管平滑肌细胞的增生，敲除GAS5基因的哮喘小鼠气道反应性明显降低[10]。

3 GAS5与重症哮喘

重症哮喘是哮喘的一个亚型，是哮喘致残致死的主要原因。我国流行病学调查显示，14岁以上人群重症哮喘约占哮喘患者的5.99%[25]。但重症哮喘患者频繁急诊或住院，生活质量和身心健康受到极大影响，占用巨额医疗资源[26]。根据2014 ERS/ATS指南及我国专家共识[11,27]，重症哮喘是指在哮喘诊断明确的情况下，按照哮喘全球防治创议(GINA)建议的第4级或第5级治疗才能控制或在上述治疗下仍不能达到控制的哮喘患者。另外，还要排除可能导致相似症状的慢性阻塞性肺疾病、支气管炎、肿瘤、间质性肺疾病、胃食管反流等诸多疾病，与哮喘紧密联系的疾病如阿司匹林加重性呼吸系统疾病和变应性支气管肺曲霉病，影响哮喘严重程度的疾病如睡眠相关呼吸疾病、慢性鼻炎和心脏疾病。重症哮喘患者对常规哮喘治疗药物如吸入型糖皮质激素、长效β受体激动剂、长效抗胆碱药反应较差，特别是糖皮质激素，即便在较大剂量依然无明显改善[28]。重症哮喘患者对糖皮质激素的反应性降低是重症哮喘患者的重要特征[29]。目前尚无GAS5与重症哮喘关系的研究。有研究显示，体外用刀豆凝集素A诱导增殖健康人外周血单个核细胞，在甲基泼尼松龙干预后，激素不敏感组人外周血单个核细胞中GAS5水平较激素敏感组升高[30]，提示GAS5的表达差异可能影响哮喘患者对激素的敏感性，甚至可以用于重症哮喘的早期诊断。

4 结语

GAS5与支气管哮喘的关系密切。GAS5参与支气管哮喘的核心机制是GAS5的部分转录物与GR结合并阻止GR被激活，进而阻止激素对其靶基因的调控，这在支气管哮喘激素不敏感的诊断与治疗中具有极大潜力。更为重要的是，GAS5与GR活性之间的数量关系，使得GAS5重要性更为突出，这对糖皮质激素敏感性量化以及未来哮喘的精准治疗可能具有重要意义。另外，促炎症介质对GAS5水平的非累加作用暗示了同一条未明确的调节途径，且使用转化生长因子-β1干预后，GAS5的敲低不能使GR的活性升高到预想中的程度，这对进一步研究GAS5在糖皮质激素抵抗中的作用奠定了基础，并且为重症哮喘的诊断、治疗提出了新的思路。综上所述，GAS5与支气管哮喘关系密切，其在哮喘(尤其是重症哮喘)中的作用机制值得深入研究。