长链非编码RNAs在急性呼吸窘迫综合征中的作用

易有料健康 2021-03-02 11:40:23

引用文本:龙启成,廖品琥. 长链非编码RNAs在急性呼吸窘迫综合征中的作用[J]. 中国急救医学, 2021, 41(2): 171-175.

急性呼吸窘迫综合征(acute respiratory distress syndrome, ARDS) 是极其严重的急性低氧性呼吸衰竭,以双肺浸润及顽固性低氧血症为主要特征其治疗难度大、预后不佳,住院病死率可高达40%。21世纪以来出现的全球重大传染病的暴发,如严重急性呼吸综合征( severe acute respiratorysyndromes, SARS)、中东呼吸综合征( middleeast respiratory syndrome, MERS) 及最近席卷全球的新型冠状病毒肺炎(coronavirus disease 2019,COVID-19),对人类造成致命威胁,多与其并发ARDS密切相关。ARDS组织学特征主要表现为弥漫性肺泡损伤,即肺泡上皮屏障功能障碍、血管内皮功能障碍及肺水肿,其直接后果为严重低氧血症、肺顺应性下降、肺内分流和死腔增加。目前,ARDS确切发病机制未明。已有证据表明,炎症及免疫反应失衡、氧化应激和内皮功能障碍在ARDS发生发展过程中发挥着重要作用。尽管多种细胞因子已证实可作为ARDS的生物标志物,但在具体临床实践中有效应用甚少。长链非编码RNAs(long noncoding RNAs, IncRNAs) 是一类普遍存在于真核细胞内的RNAs,可通过控制细胞核结构和转录以及调节细胞质中mRNA稳定性、转录和翻译后修饰,发挥基因表达网络中的重要调控因子作用,与免疫应答、炎症损伤、病毒复制、肿瘤发生及转移等病理过程密切相关。迄今,lncRNAs在肿瘤方面报道较多,而在ARDS方面研究相对较少,本文对其在免疫炎症反应、血管内皮损伤及组织修复等ARDS病理过程中作用及机制进行综述。

一、LncRNAs概述

LncRNAs是一类长度超过200nt的转录本,缺乏蛋白质编码功能,定位于细胞核或细胞质。LncRNAs比小分子RNAs的序列更长,其空间结构和参与表达的调控机制也更为复杂多样LncRNAs对靶基因的调控机制包括但不限于:①介导染色体间相互作用;②激活或抑制临近基因的转录;③形成核结构或R环;④作为染色质修饰复合物的支架;⑤作为转录因子的诱饵;⑥作为miRNA的海绵,通过竞争性内源RNA(competitive endogenous RNA, ceRNA) 机制调节;⑦调节转录后mRNAs的衰变;⑧调节RNA结合蛋白或DNA结合蛋白的细胞定位。LneRNAs可从表观遗传、转录及转录后水平、翻译及翻译后水平调控基因表达,参与染色质修饰及基因组印记、转录激活与抑制、核内运输等多种生物学过程,与人类疾病的发生、发展和防治密切相关。

二、LncRNAs在ARDS临床研究中的新发现

随着高通量测序和基因芯片技术的飞速发展,基因诊断的临床应用越来越广泛,尤其是在肿瘤精准诊疗方面,而lncRNAs检测在ARDS的临床应用中仍处于起步阶段(见表1) 。Wan等通过检测ARDS患者及健康志愿者血浆Inc-IL7R表达,发现ARDS患者血浆中Inc-IL7R表达明显下降,其可作为诊断ARDS的生物标志物并预测ARDS的病情严重程度和28d病死率。近年来,在肿瘤领域研究较多的肺腺癌转录本1(lncRNA MALAT1) 在ARDS患者中表达上调已得到证实。Chen等发现,MALAT1在新生儿呼吸窘迫综合征(NRDS) 的外周血单核细胞中高表达,可作为NRDS重要预后预测因子。体外细胞实验进一步研究发现,细菌脂多糖(lipopolysaccharide, LPS) 暴露的A549细胞MALAT1的表达明显增加。同时证实,MALATl通过干扰核转录因子-kB(NF-kB)激活,干扰其与细胞核内CD80启动子的结合效率,从而下调CD80的转录表达,揭示MALAT 1在CD 80转录水平上一种新的调控功能。史柳嫣等分离和培养急性肺损伤(ALI) 和健康非吸烟者肺泡灌洗液来源的肺泡巨噬细胞,发现ALI患者肺泡巨噬细胞和小鼠肺组织中IncRNA PACER表达均明显升高,进一步动物及体外实验表明PACER与促炎反应有关。最近研究表明,lncRNA THRIL在脓毒症相关ARDS患者血浆中明显升高,并可预测脓毒症并发ARDS风险、评估病情及预后。令人遗憾的是,迄今尚未发现IncRNAs在ARDS靶向治疗应用方面的研究报道。

三、LncRNAs参与ALI/ARDS的机制

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LncRNAs与免疫炎症反应

各种炎症介质的产生和释放可引起严重的病理性肺损伤。体内外实验研究表明,IncRNAs及其靶基因参与了ARDS病理过程的免疫炎症反应。IncRNAs参与ARDS免疫炎症反应主要通过调控肺泡巨噬细胞(alveolar macrophages, AMs) 及肺泡上皮细胞(alveolar epithelial cells, AECs) 来实现(见表2) 。

AMs在天然免疫及适应性免疫系统发挥着重要的作用。根据对环境刺激的反应,AMs分为经典活化型(M1)和替代活化型(M2)两种极化状态。在ALI/ARDS急性期,常驻AMs表型由M2转向M 1,并释放各种促炎介质。在增殖期,活化和募集的M1转回M2表型,以减少细胞凋亡并参与纤维化过程。Cui等发现,MALAT1表达在AMs两种极化状态下均受到明显调控,即在M1中上调,而在M2中下调,并参与肺部炎症损伤和肺纤维化的过程。MALAT1下调可以减弱LPS诱导的M1巨噬细胞活化,增强白细胞介素-4(IL-4)激活的M2分化以及AMs促纤维化表型;同时体内实验也发现,敲除MALAT1小鼠,LPS诱导的全身和肺部炎症及损伤均减少,而加重博莱霉素诱导的肺纤维化;进一步研究发现,MALAT1的下调导致Clecl6a沉默,抑制了MALAT1对M1活化的调节作用。

Dai等研究发现,MALAT1可与miR-146a结合发挥竞争性内源RNA(ceRNA) 作用,抑制小鼠AMs和AECs中miR-146a表达,产生促炎作用;敲减MALAT1则上调miR-146a表达, 降低LPS诱导AMs和AECs的炎症反应,发挥肺保护作用。类似地,IncRNAS NHG 14通过ceRNA负调控miR-34c-3p,导致LPS诱导的AMs和小鼠模型中Wnt诱导分泌蛋白1(WISP1) 增加。SNHG14沉默后,miR-34c-3p与WISP 1结合增加,通过miR-34c-3p介导对WISP 1抑制而减轻LPS诱导炎症反应,从而减轻肺损伤。郑胜才等建立LPS诱导THP-1源巨噬细胞模型,发现IncRNA-浆细胞瘤转化迁移基因1(PVT1) 表达在LPS不同刺激浓度下均表达上调,且其表达量与白细胞介素-1β(IL-1β)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α) 水平正相关,提示PVT1在脓毒症ALI炎症反应中可能起重要作用。

AECs的凋亡或死亡增加不仅导致物理屏障损害,而且严重削弱肺上皮触发的免疫应答和AECs与免疫调节细胞的交互作用。在A549细胞中,IncRNAs对miRNA发挥ceRNA作用调控下游靶基、调节炎症反应及细胞增殖与凋亡为近年来的研究热点。MALAT1作为分子海绵, 可分别负调控miR-149和miR175p后各自影响靶基因MyD88和FOXA1的表达,促进上皮细胞凋亡及炎症反应。LncRNA SNHG16和CASC2可分别作为ceRNA,负调控miR-370-3p和miR-144-3p,依次影响靶基因胰岛素样生长因子2(IGF2) 和水通道蛋白1(AQP1) 表达, 增加上皮细胞凋亡及炎症反应。亦有研究表明,IncRNA GAS5在LPS诱导小鼠肺上皮细胞MLE-12和A549细胞中分别海绵吸附miR-200c-3p和miR-429,进而分别调控血管紧张素转化酶2(ACE2) 和双特异性磷酸酶-1(DUSP1) 表达,抑制细胞炎症反应和凋亡,起到保护肺作用。

LncRNA NEAT1也可以直接调控HMGB1-RAGE信号通路促进肺泡上皮细胞损伤和炎症反应。此外,IncRNAs还可以调节AECs的免疫反应。CD80在LPS刺激A549细胞中表达上调,MALAT1可以干扰NF-kB激活,干扰其与CD80启动子的结合效率,从而降低CD80转录水平。Juan等的研究结果也支持了这一结论。

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LncRNAs与血管内皮屏障损害

在ARDS发生、发展过程中,血管内皮细胞在级联细胞因子的作用下发生损伤性改变,破坏细胞连接结构的完整性,导致血管通透性改变,造成屏障功能损害。LncRNAs通过调节血管内皮细胞相关靶基因,参与ARDS病理过程。Li等建立失血性休克相关ALI大鼠模型,发现ALI大鼠血管内皮细胞MALAT1表达降低,Toll样受体4(TLR4) 表达升高,而BML-111刺激明显逆转MALAT1表达。TLR4通过NF-KB和p38MAPK信号通路调节肺微血管内皮细胞的炎症和细胞凋亡;而lncRNA MEG3在LPS处理的人肺血管内皮细胞,其下调可通过miR-4262介导的KLF4沉默加重LPS所致肺损伤,导致细胞活力、迁移能力降低和细胞凋亡增加,可能与磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(AKT) 和Janus激酶2(JAK)/信号转导与转录激活因子(STAT)信号通路的调控相关。最近有研究表明,在小鼠体内和小鼠肺微血管内皮细胞模型,lncRNA牛磺酸上调基因1(TUG1) 通过靶向调控miR-34b-5p/生长因子受体结合蛋白2相关接头蛋白1(GAB1) 减轻脓毒症诱导的ALI,再次证实IncRNAs在肺血管内皮细胞中的作用。

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LncRNAs与细胞、组织修复

成纤维细胞在肺组织修复中发挥关键作用。Liu等探讨IncRNA HAGLROS在肺损伤中的机制,检测急性期肺炎患者血清中HAGLROS表达,然后利用LPS刺激人肺成纤维细胞(WI-38细胞) ,发现HAGLROS表达高于健康对照组。同时,HAGLROS的下调可通过负调控miR-100/NF-KB轴来减轻LPS诱导的WI-38细胞炎症损伤。Li等研究发现,LPS刺激WI-38细胞后,细胞活力和迁移能力降低、细胞凋亡增加而lncRNA MEG3表达下降,下调MEG3则可加重LPS对WI-38细胞损伤。同时,MEG3海绵吸附miR-4262可缓解MEG3下调引起的细胞损伤效应。进一步研究发现,MEG3沉默通过PI3K/AKT和JAK/STAT通路调控miR-4262介导的KLF4下调,加重LPS诱导的WI-38细胞损伤。

LincRNA-p21是一种新发现的细胞增殖、凋亡和DNA损伤的调节因子。研究表明,在LPS诱导ARDS小鼠模型和肺泡成纤维细胞中,lincRNA-p21的表达升高,Thy-1表达降低,细胞增殖水平升高;lincRNA-p 21过表达可促进肺成纤维细胞增殖,Thy-1过表达或lincRNA-p21干扰可抑制肺成纤维细胞增殖,而Thy-1干扰可缓解lincRNA-p21干扰介导的肺成纤细胞增殖抑制。因此,lincRNA-p21可通过抑制Thy-1的表达而促进ARDS肺纤维化。体外缺氧预处理实验发现,lincRNA-p21还可通过促进间充质干细胞迁移和生存能力,以利于肺泡细胞和组织修复。

四、 总结与展望

综上所述,lncRNAs可在AMs、AECs、血管内皮细胞以及成纤维细胞对免疫炎症反应、内皮损伤和组织修复等ARDS病理过程产生作用。在ARDS研究领域,已有研究多以lncRNAs作为分子海绵,结合miRNAs后发挥ceRNA作用调控靶mRNAs的表达,参与ARDS的发生发展;亦有IncRNAs直接与特异性mRNAs结合相后影响下游信号转导通路,而涉及其他调控机制如调节DNA修饰、RNA结合蛋白或DNA结合蛋白的细胞定位等研究鲜有报道。同时,既往研究主要集中于IncRNAs参与免疫炎症反应,尚需在免疫调控、氧化应激、细胞和组织修复等其他病理生理机制方面加大研究力度。此外,ARDS发生发展为动态演变的过程,在不同病程阶段,IncRNAs的调控亦可能具有时效性,而已有文献鲜见相关分析。最后,已有研究多基于细胞或动物模型,缺乏多中心前瞻性大样本的临床验证。进一步对lncRNAs在ARDS中作用的研究将有助于ARDS的预防、病情和预后评估及治疗,为更有效的防治ARDS提供更好的思路。

文章来源 : 易有料健康

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