长链非编码RNA 在急性肺损伤中的作用及分子调控机制研究进展

罗飞，张红

遵义医科大学附属医院麻醉科，贵州遵义 563000

急性肺损伤（acute lung injury，ALI）是肺泡上皮细胞及毛细血管内皮细胞损伤，造成弥漫性肺间质及肺泡水肿导致的急性低氧性呼吸功能不全，是一种危重的临床综合征[1］，严重者可发展为急性呼吸窘 迫 综 合 征（acute respiratory distress syndrome，ARDS）。ALI 的直接危险因素包括肺部严重感染、溺水、肺挫伤和肺栓塞等；间接因素包括败血症、大量输血、外伤、胰腺炎、脂肪栓塞和体外循环等[2］。目前ALI 的发病机制尚未阐明，积极探索ALI 发生发展中的具体作用机制具有重要临床意义。长链非编码RNA（lncRNA）是一种RNA 聚合酶Ⅱ转录生成的类似信使RNA（ mRNA ）的新型转录物，其长度通常大于200 个核苷酸且不具备编码蛋白质的能力，可通过充当竞争性内源 RNA（ceRNA） ，在细胞增殖、细胞凋亡及氧化应激等细胞过程中发挥重要作用[3］。最新研究[4］发现，脂多糖（LPS）诱导的ALI 模型小鼠肺组织lncRNA 表达上调者78 个、表达下调者21 个，说明lncRNA 可能在ALI 的发生发展中发挥重要作用。现就lncRNA 在ALI 发生发展中的作用及分子调控机制研究进展综述如下，旨在为后续ALI治疗药物的研发提供参考。

1 LncRNA在ALI发生发展中的作用

LncRNA 通过与调节蛋白、miRNA 或其他细胞因子相互作用来发挥其生物学功能。既往研究[4］发现，与健康对照者相比，ALI 中存在着较多差异表达lncRNA。 其中lncRNA 核富集丰富转录物 1（NEAT1）、lncRNA HOX 转 录 反 义 基 因 间RNA（HOX antisense intergenic RNA，HOTAIR）、lncRNA牛 磺 酸 上 调1（Taurine up-regulated 1，TUG1）、lncRNA 小核仁RNA 宿主基因（SNHG）、lncRNA 癌症易感性候选物（CASC）、lncRNA X 失活特异性转录本 （XIST）及lncRNA 转移相关肺腺癌转录物 1（MALAT1）等lncRNA，可作为竞争性内源 RNA（ceRNA），与微小RNA（miRNA）结合，调控下游相关蛋白的表达，参与ALI的发生发展。

1.1 LncRNA NEAT1 在ALI 发生发展中的作用lncRNA NEAT1 与炎症性疾病的发生发展有关。研究[5］发现，脓毒症患者外周血单个核细胞（PBMCs）中NEAT1 表达上调，高表达的 NEAT1 与脓毒症患者的病情严重程度和不良预后呈正相关，在高表达的 NEAT1脓毒症诊断的灵敏度及特异度均较高，但NEAT1 在脓毒症ALI发生发展中的具体作用机制仍不明确。研究[6］发现，LPS处理后小鼠肺组织或巨噬细胞（MH-S）细胞中均存在lncRNA NEAT1，敲低NEAT1 可促进肺组织miR-182-5p 表达、降低MH-S细胞中的Wnt1诱导的信号通路蛋白1（WISP1）含量，恢复细胞活力，抑制细胞凋亡和炎症。另有研究[7］发现，在LPS 处理后的人肺支气管上皮BEAS-2B 细胞中 NEAT1 和Rho 关联含卷曲螺旋结合蛋白激酶1（Rock1）蛋白 表达水平增加、miR-26a-5p 表达降低。沉默NEAT1 基因可以通过靶向 miR-26a-5p 抑制ROCK1 表达，逆转LPS 导致的BEAS-2B 细胞的焦亡；同时，miR-26a-5p 抑制剂可抵消NEAT1 对细胞死亡和细胞焦亡的抑制作用，而ROCK1 上调同样降低了 miR-26a-5p 过表达对细胞死亡和细胞焦亡产生的抑制作用；说明过表达NEAT1 可以通过miR-26a-5p/ROCK1 轴来增强 LPS 诱导的细胞死亡和细胞焦亡，从而加重ALI。

1.2 LncRNA HOTAIR 在ALI 发生发展中的作用及作用机制 HOTAIR 是一种剪接的多腺苷酸化lncRNA，由哺乳动物HOXC（同源框转录因子C）基因座反义链转录产生，是首个被发现的具有反式调控作用的lncRNA[8］，其主要通过调节细胞周期来调控人类肿瘤的发生发展。研究[9］发现，在盲肠结扎穿孔（CLP ）诱导的败血症小鼠模型中，高表达的lncRNA HOTAIR 可以充当 miR-211 海绵来抑制单核细胞增殖，同时促进单核细胞凋亡和炎症反应导致小鼠脓毒症的形成。在LPS 诱导ALI 模型中，HOTAIR在人非小细胞肺癌细胞系A549和BEAS-2B细胞中高表达，HOTAIR 可能通过抑制miR-17-5p 表达介导了自噬效应蛋白1（ Beclin-1）、微管相关蛋白轻链 3 （LC3）、自噬相关蛋白5（ATG5）和ATG7、ATG16 等自噬蛋白的表达，抑制HOTAIR 可在进入S 期之前将细胞阻滞在G0/G1期，减轻LPS 诱导的细胞自噬、细胞凋亡，缓解LPS导致的肺损伤[10］。

1.3 LncRNA TUG1 在ALI 发生发展中的作用 作为内源性竞争性RNA，lncRNA通过海绵吸附作用抑制miRNA 表达，间接调 控miRNA 下游mRNA 的表达。TUG1 是一种位于染色体 22q12 的内源性竞争性lncRNA，其在ALI中表达下调，促进TUG1 的表达通过抑制 miR-34b-5p 和促进 GRB2 关联结合蛋白1（GAB1）表达改善脓毒症引起的肺损伤，同时抑制促炎细胞因子的分泌和细胞凋亡，lncRNA TUG1 也可通过靶向抑制 miR-33b-5p 发挥同样作用[11］。此外，人们发现激活lncRNA TUG1 基因可通过抑制miR-494/丙酮酸脱氢酶激酶同工酶4（PDK4）表达改善小鼠的肺组织形态，降低肺损伤评分，同时减弱肺毛细血管内皮细胞的损伤，增强了肺的抗炎和抗凋亡功能[12］。

1.4 LncRNA SNHG 在ALI 发生发展中的作用SNHG 是存在于细胞核和细胞质中的snoRNA 的宿主基因，迄今为止共发现22 个SNHG 家族成员[13］。其中SNHG14、SHNG16 及SNHG5 等亚型与炎症的发生发展密切相关。在LPS处理的肺泡Ⅱ型上皮细胞中，lncRNA SNHG14 基因表达上调，过表达的lncRNA-SNHG14 可作为竞争性内源RNA，抑制miR-223-3p 表达以介导miR-223-3p 靶标叉头转录因子Foxo3a 的表达，诱导细胞过度自噬，从而加重细胞损伤[14］；在LPS 诱导建立的小鼠体内和体外A549 细胞ARDS 模型中，SNHG5 的上调或miR-205的下调通过调节含铜代谢域（COMMD1）来改善LPS诱导的A549 细胞的活力，减轻ARDS 小鼠的肺损伤[15］；低表达SNHG16 通过miR-146a-5p 与趋化因子CCL5 竞争性结合，进一步介导c-Jun N-末端激酶（JNK）通路和核因子（NF）-κB 通路改善WI-38 细胞中LPS 诱导的炎症损伤[16］，多种亚型的SNHG 基因在肺损伤中发挥重要作用，为ALI 的诊断和治疗提供了新的思路。

1.5 LncRNA CASC在ALI发生发展中的作用 CASC是一类与肿瘤密切相关的长链非编码RNA，其在肿瘤组织中差异表达，主要亚型包括1、2、9、11 等，其中2、9 亚型发现与肺部炎症关系密切。在LPS 刺激的 人肺泡上皮细胞（HPAEpiC 细胞）中CASC2 和PDK4 表达被抑制，CASC2 的过表达通过海绵吸附miR-152-3p 靶向促进PDK4 分泌从而减轻LPS 导致的HPAEpiC 细胞细胞活力下降、细胞凋亡、炎症和氧化损伤，改善了LPS 诱导的HPAEpiC 损伤[17］。除此之外，人们发现lncRNA CASC9 也可通过调节PDK4的表达来改善肺损伤，在体外用LPS处理的人小气道上皮细胞 （HSAEC）建立的肺损伤模型中，发现lncRNA CASC9 的上调通过抑制miR-195-5p 表达促进PDK4分泌来改善肺损伤[18］。

1.6 LncRNA XIST 在ALI 发生发展中的作用 lncRNA X 失活特异性转录本 （XIST）是一种新的参与调节ALI 过程的基因，在LPS 处理的小鼠肺上皮细胞（MLE-12）细胞和小鼠中，XIST、丝裂原活化蛋白激酶14（MAPK14）表达上调，同时miR-132-3p 表达被抑制，XIST 充当miR-132-3p 分子海绵来间接调控MAPK14的表达，抑制XIST表达可以激活miR-132-3p表达、减少MAPK14分泌，减少下游Bcl-2、IL-1β、IL-6和肿瘤坏死因子α（TNF-α）的释放来减轻细胞损伤[19］。研究[20］发现，经LPS 诱导的小鼠ALI 肺组织中miR-448-5p显著低表达，而XIST和高迁移率族的蛋白2（HMGB2）高表达，其通路可能是XIST 竞争性抑 制miR-448-5p 并 减少miR-448-5-p 与HMGB2 的结合，从而上调HMGB2 表达，最终导致小鼠ALI。研究XIST 及其下游靶标可能有助于开发治疗肺炎急性期的新疗法。

1.7 LncRNA MALAT1在ALI发生发展中的作用MALAT1 是一种长度超过8 000 nt 的非蛋白编码RNA （lncRNA）。作为一种重要的多功能基因表达调节因子，MALAT1不仅参与肿瘤的进展，还与免疫反应相关[21］。LPS 诱导的MLE-12 细胞和ALI 小鼠肺组织中，MALAT1、转录因子PAX6 和锌指E-盒结合同源盒2（ZEB2）表达升高，miR-129-5p表达降低，下调MALAT1 可减少ALI 小鼠的肺水肿、炎性细胞因子水平、肺损伤和细胞凋亡。miR-129-5p 抑制或PAX6-oe 逆转了低表达MALAT1 对ALI 的保护作用；MALAT1 通 过miR-129-5p/PAX6/ZEB2 轴加 重败血症诱导的ALI[22］。此外，MALAT1 还可以作为一种潜在的生物学标志物来预测ARDS 的预后，其表达水平与ARDS疾病的严重程度正相关[23］。

1.8 其他LncRNA 在ALI 发生发展中的作用 如lncRNA OIP5-AS1 在ALI/ARDS 患者和经LPS 处理的人肺微血管内皮细胞（HPMEC）血清中上调，而miR-223 下调。OIP5-AS1 的敲低和miR-223 过表达可诱导细胞增殖并抑制 LPS 处理的 HPMEC 的细胞凋亡、细胞焦亡、炎症反应和氧化应激，减轻体内LPS诱导的ALI/ARDS[24］；然而另一篇研究[25］得到了完全相反的结论，他们发现OIP5-AS1和沉默调节蛋白1 （Sirtuin1，SIRT1）在CLP或LPS引发的脓毒症模型中下调，而 miR-128-3p表达上调。OIP5-AS1过表达抑制NF-κB、诱导型一氧化氮合酶（iNOS）、IL-1β、TNF-α 和IL-6 在细胞中的表达，而miR-128-3p 过表达导致相反的现象。从机制上讲是OIP5-AS1 过表达可通过miR-128-3p/Sirtuin-1 轴改善大鼠模型中脓毒症诱导的肺损伤，OIP5-AS1 的研究有助于对急性肺损伤治疗产生新的认识。另外lncRNA PFI 的表达水平也与ALI严重程度密切相关，PFI过表达可通过调节miR-328-3p 和环腺苷酸反应原件结合蛋白Creb1 的表达来减轻博来霉素诱导的Ⅱ型肺泡上皮细胞损伤[26］。

2 LncRNA在ALI发生发展中的分子调控机制

lncRNA 的表达异常与ALI 的发生发展密切相关，其介导的蛋白表达涉及多种机制。lncRNA 可能在表观遗传水平、转录和/或转录后水平，调控ALI的发生发展。

2.1 LncRNA 在表观遗传水平调控ALI 的发生发展 lncRNA 可以通过招募染色质修饰因子来激活或失活不同的基因座，主要形式包括DNA 甲基化、组蛋白修饰等[27］。DNA 甲基化是胞嘧啶（5-甲基胞嘧啶，5mC）第五个碳的甲基修饰，通常由DNA 甲基转移酶 （DNMT）来实现甲基化，DNMT 包含三个成员：DNMT1、DNMT3A 和DNMT3B[28］；其中DNMT3A和 DNMT3B 对于起始DNA 甲基化至关重要，而 DNMT1多用于DNA复制过程中甲基化的维持；lncRNA可以募集DNMT1至基因启动子区域，使启动子区域去甲基化或高甲基化，进而促进和（或）抑制基因表达。组蛋白与DNA 一起构成染色质的基本结构。组蛋白的乙酰化、甲基化、磷酸化和泛素化等翻译后修饰是已知的表观遗传机制，可通过调节染色质压实度来调节染色质结构和基因表达；lncRNA 可以作为分子向导或分子支架来招募多梳蛋白复合体2（PRC2）参与到组蛋白甲基化进程，最终参与ALI 的发生发展[29］。

2.2 LncRNA 在转录水平调控ALI的发生发展 多数基因的转录涉及近端启动子与更远的增强子元件的相互作用。增强子通常位于距离转录起始位点（TSS）很远的地方，并结合具有调节差异基因表达功能的组织特异性转录因子[30］。LncRNA 可以通过组装转录激活因子和抑制因子来调节RNA 聚合酶II 的转录起始，从而充当转录调节因子；lncRNAs 还可能通过募集染色质修饰酶参与染色质结构的调节，从而导致大量基因的表达或抑制。例如H19 通过募集染色质修饰剂参与了蛋白的调节，lncRNA H19 的上调抑制了TNF-α、IL-6、IL-17、caspase-3、caspase-9 和凋亡蛋白（Bax），同时通过抑制肺细胞凋亡和炎症减轻脓毒症引起的ALI[31］。

2.3 LncRNA在转录后水平调控ALI的发生发展 在转录后水平，lncRNA 可能与多种RNA 结合蛋白（RBP）相互作用，导致mRNA 稳定性、剪接、蛋白质稳定性和亚细胞定位发生变化[32］。lncRNA 通过与剪接因子的相互作用来调节基因剪接，其中高等真核生物可利用pre-mRNA 的可变剪接来实现更高的转录组和蛋白质组复杂性[33］。某些早期基因，例如c-Jun 和c-Myc 的半衰期非常短。在c-Myc 存在的情况下，mRNA 转换是转录后调节的主要机制是mRNA，部分是通过3'-非翻译区（3'-UTR） 中的AU富集元件（ARE）和ARE 结合因子，Linc-RoR 与hnRNP I 和/或AUF1 的相互作用会影响c-Myc 稳定性，Linc-RoR 参与了特定基因如c-Myc 的mRNA 稳定性的选择性调节[34］。

综上所述，lncRNA NEAT1 可通过抑制肺组织miR-26a-5p 表达，提高肺组织WISP1 表达，抑制Rock1 表达，促进支气管上皮细胞的死亡和焦亡，促进ALI 的发生发展；lncRNA HOTAIR 可通过抑制miR-17-5p 表达，抑制Beclin-1、LC3 及ATG5 等自噬蛋白表达，阻滞细胞周期在G0/G1期，缓解LPS 导致的肺损伤；lncRNA TUG1 可通过抑制miR-34b-5p、miR-33b-5p 及miR-494 表达，抑制肺上皮细胞的凋亡，减轻肺组织损伤；lncRNA SNHG 可抑制miR-223-3p、miR-34c-3p 表达，抑制肺组织的炎症反应；lncRNA CASC 可通过miR-152-3p 靶向抑制表达丙酮酸脱氢酶激酶同工酶4表达，减轻细胞活力下降、细胞凋亡、炎症和氧化损伤程度；lncRNA XIST 可通过miR-93/IRAK4/NF-κB、miR-93/IL-6R/STAT3 信号通路，促进肺部的炎症反应；lncRNA MALAT1 可通 过 miR-129-5p/PAX6/ZEB2 轴 、miR-17-5p/FOXA1轴，促进肺组织的细胞凋亡，促进ALI的发生发展。lncRNA 有可能成为ALI 发诊断和治疗标志物。lncRNAs 可抑lncRNAs 可以与微小RNA、信使RNA 或蛋白质结合，在表观遗传水平、转录和转录后水平参与ALI的发生发展。