非编码RNA在溃疡性结肠炎中作用的研究进展*

时间：2024-07-28

王婷婷　任伟霞　高芳芳　叶　磊　韩　影　张　旗　张育军

北京大学人民医院中心实验室(100044)

溃疡性结肠炎(ulcerative colitis, UC)是一种累及结直肠的慢性非特异性炎症性疾病[1]。近年随着人们饮食结构和生活方式的改变，我国UC发病率逐年增高[2]。UC的临床表现主要包括腹痛、腹泻、便血、发热、关节疼痛等[1]，可持续性存在，并反复发作，给患者造成巨大的身体痛苦和精神负担。已有研究证实基因、环境、肠道微生物和自身免疫因素共同参与UC发病[1,3]。目前已筛选出200余个与UC发病相关的易感基因位点，主要与固有免疫、T细胞激活以及肠黏膜屏障功能有关[4]。非编码RNA(non-coding RNA, ncRNA)是一类不能编码蛋白质的功能性RNA分子，主要发挥调控作用，可包括小干扰RNA(small interfering RNA, siRNA)、微RNA(microRNA, miRNA)、长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)、环状RNA(circular RNA, circRNA)等。近年针对ncRNA与UC关系的研究逐渐增多，本文就ncRNA在UC中作用的研究进展作一综述。

一、ncRNA的生物学特性

ncRNA是基因组DNA经转录后未翻译成蛋白质的RNA分子。人类基因组计划和ENCODE计划发现，在组成人类基因组的30亿个碱基对中，约75%的基因组序列能被转录成RNA，其中74%的基因转录产物是ncRNA[5]。广义的ncRNA种类众多，包括转运RNA (tRNA)、核糖体RNA(rRNA)、siRNA、miRNA、lncRNA、circRNA等，其中miRNA、lncRNA和circRNA在基因表达调控中发挥重要作用。

1. miRNA：miRNA是长度约为21 nt的小分子RNA，多由非编码基因转录而来，亦可来源于编码基因的内含子或非编码区。miRNA广泛存在于多种生物体内，人类基因组中已明确的miRNA有2 000余种[6]。miRNA具有重要的生物学功能，在胚胎发育以及组织分化过程中起有重要作用。通过敲除参与miRNA生成的基因(如Dicer酶复合物基因等)，可引起胚胎致死以及组织分化障碍[7]。MiRNA可参与多种疾病的发生、发展，包括肿瘤、代谢性疾病、病毒感染、自身免疫性疾病等。Esquela-Kerscher等[8]的研究表明肿瘤组织中存在多种miRNA(如miR-21、miR-17-92家族)表达异常。Zhang等[9]利用miRNA-mRNA表达谱发现非酒精性脂肪性肝病小鼠T细胞中可见170种miRNA表达下调，且这些miRNA大多与MAPK通路相关。由于miRNA具有多样性和高度稳定性，可作为分子标记物，广泛用于疾病诊断、治疗以及预后评估。此外，miRNA类似物或抑制剂用于疾病治疗时，可减少药物治疗带来的不良反应，目前针对治疗丙型肝炎病毒感染的miR-122抑制剂的研究已进入临床Ⅱ期试验阶段。

2. lncRNA：lncRNA是长度超过200 nt的RNA分子，其分布广泛，可由编码基因或非编码基因转录而来。Cabili等[10]通过对24种人类组织进行转录组测序，确定了超过8 000 种与邻近基因共表达的lncRNA。细胞核内的lncRNA主要发挥调节基因和基因组表达的作用[11]，其途径包括以下几个方面：①lncRNA可与转录因子等基因表达调控蛋白结合成为诱饵蛋白，抑制转录过程，如DNA损伤后，lncRNA PANDA可与转录因子NF-YA结合，从而抑制基因转录以及细胞凋亡[12]；②lncRNA可与DNA结合并诱导其发生甲基化，抑制转录作用，如lncRNA复合体NoRC/TIP5与rRNA基因上的转录因子位点TTF-1结合后，可被DNA甲基化酶DNMT3b识别，进而诱导rRNA基因甲基化，抑制转录[13]；③lncRNA可通过茎环结构促进组蛋白修饰，并招募转录因子，调控基因转录，如lincRNA-p21、HOTAIR、XIST、AIR等可与RNA结合蛋白或染色质重塑蛋白结合，并将其招募至特定的基因位点，引起染色质重塑，调控转录过程[14]；④部分lncRNA具有编码功能，Matsumoto等[15]发现lncRNA SPAR可编码多肽SPAR，抑制v-ATP酶复合物形成以及哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1(mTORC1)激活，调节肌细胞再生。

3. circRNA：circRNA最初被误认为是RNA的错误剪接产物，并未引起关注。随着RNA测序技术的发展，circRNA逐渐被人们所认识。circRNA是线性RNA通过5’末端与3’末端反向剪接形成的环状分子，结构更稳定，不易被RNA酶所降解[16]。circRNA在生命过程中发挥重要作用：①circRNA可作为竞争性内源RNA(ceRNA)，发挥miRNA海绵的作用[17]；②circRNA可调控转录、翻译过程，如Fmn基因反向剪接形成的circRNA对小鼠肢体发育具有重要作用，而一些由独立外显子形成的circRNA可与mRNA的翻译起始位点结合，调控蛋白质翻译[18]；③部分circRNA可编码蛋白质，如circ-ZNF609能以5’帽状结构非依赖性方式翻译蛋白质，进而参与成肌细胞增殖过程[19]。

二、ncRNA在UC中的作用

1. miRNA在UC中的作用：miRNA具有负向调控基因表达的作用，参与多种疾病发生、发展。Van der Goten等[20]通过分析miRNA-mRNA表达谱，发现急性期UC患者结肠黏膜组织中有51个miRNA和1 543个基因表达明显改变，而非急性期患者结肠黏膜组织中未见miRNA表达改变，表明miRNA水平与UC活动度有关；此外，hsa-miR-200c-3p可负向调节白细胞介素(IL)-8和钙黏附蛋白11(CDH11)表达。Dalal等[21]发现急性期与非急性期UC患者的miRNA表达谱具有明显差异；3种miRNA(miR-192、miR-275和miR-422b)表达在急性期明显下调，其中miR-192表达在非急性期无明显改变，而miR-275和miR-422b表达在非急性期明显上调；8种miRNA在急性期表达上调，其中4种在非急性期亦表达上调，表明miRNA表达改变与UC活动度有关。Wu等[22]利用基因芯片发现急性期UC结肠黏膜组织中miR-192表达与趋化因子CXCL2水平呈负相关；miR-192可通过调节趋化因子产生以及纤维蛋白表达，在UC患者肠黏膜炎症反应和纤维化过程中发挥关键作用。研究[23]发现miR-206可与炎症抑制因子腺苷A3受体(A3AR)的3’ UTR结合，下调A3AR表达，从而促进NF-κB信号通路活化，上调IL-8/IL-1β水平，诱导UC的发生。上述研究说明miRNA可通过促进炎症反应和趋化作用，诱导UC发生，可作为疾病诊断和预后评估的分子标记物；此外，部分miRNA具有抗炎作用，可作为疾病治疗的靶点。

Chen等[24]发现肿瘤坏死因子(TNF)-α可上调miR-346水平，抑制肠上皮细胞维生素D受体(VDR)表达，促进肠上皮细胞凋亡，进而诱发UC。He等[25]发现miR-301A可下调B细胞异位基因1(BTG1)水平，抑制肠上皮黏膜屏障功能，进而促进炎症发生，并诱发癌变。Velázquez等[26]发现miR-155表达下调可诱导氧化偶氮甲烷(AOM)/葡聚糖硫酸钠(DSS)模型小鼠发生结肠癌。上述研究说明miRNA可通过调节肠上皮细胞增殖过程和修复功能，促进UC发生，进而诱发结肠癌。

目前关于miRNA小分子治疗药物的研究已进入临床试验阶段。随着研究的进一步深入，miRNA小分子治疗药物有望以更精准的方式治疗UC，并可有效避免常规化学药物的不良反应。

2. lncRNA在UC中的作用：Wu等[27]利用lncRNA芯片和实时定量PCR法发现活动期UC患者肠黏膜组织中329种lncRNA表达上调，126种表达下调，其中以lncRNA BC012900、AK001903和AK023330表达上调最为明显，而lncRNA BC029135、CDKN2B-AS1和BC062296表达下调最为明显；表达异常的lncRNA多位于细胞核内，其中BC012900可在炎症因子、凋亡诱导因子、Toll样受体(TLR)配体等刺激下表达增加，进而诱导细胞凋亡，抑制细胞增殖。Chen等[28]发现lncRNA H19过表达可导致肠上皮细胞紧密连接蛋白和VDR表达下降，肠上皮通透性增加，且这一效应可被miR-675-5p抑制剂减弱；H19通过间接调控miR-675-5p水平，下调VDR、闭锁小带蛋白-1(ZO-1)等肠上皮屏障功能相关蛋白表达，从而诱导UC发生。该研究证实了lncRNA与miRNA可相互作用，进而影响mRNA表达水平；如lncRNA或miRNA表达异常，可直接或通过相互作用间接导致疾病的发生。

LncRNA在UC发生、发展中起有重要作用，因具有高度的组织特异性和发展阶段特异性，有望成为UC的诊断标记物和分子治疗靶点。此外，lncRNA的功能常与单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)有关，因此针对lncRNA在UC中作用的研究将有助于推进UC相关表观遗传学的发展。

3. circRNA在免疫应答、炎症反应以及结直肠癌中的作用：关于circRNA在UC中的作用尚未见相关报道，但对其在免疫应答、炎症过程中的研究日渐增多。Liu等[29]的研究发现circRNA CER可作为ceRNA，吸附miR-136，上调基质金属蛋白酶13(MMP13)表达，导致软骨细胞外基质变性，进而诱发骨关节炎。此外，Wang等[30]的研究证实免疫衰老过程中的circRNA100783表达与CD8+T细胞表面共刺激分子CD28缺失存在相关性。

UC长期慢性发展可演变为结直肠癌，为UC最严重的并发症。Xie等[31]发现circRNA001569通过下调miR-145水平，促进靶蛋白E2F5、BAG4和FMNL2表达，进而增强肿瘤细胞增殖、侵袭能力；结直肠癌患者circRNA001569表达与肿瘤远处转移和组织分化程度有关，表明其在结直肠癌发生、发展过程中起有重要作用。Zhu等[32]发现来源于BANP基因第5～11个外显子的circ-BANP在结直肠癌组织中呈高表达，并可影响肿瘤细胞增殖。上述研究提示UC患者circRNA可发生异常表达，引起肠上皮细胞不断损伤、增殖、修复，进而诱发癌变。

circRNA的血浆半衰期较长，且具有高度稳定性，有望成为UC和结直肠癌患者的诊断标记物、预后评估指标和早期干预靶点，并为UC与其他非特异性结肠炎的鉴别诊断提供依据。

三、miRNA、lncRNA、circRNA之间的相互作用

真核生物体内存在多种RNA形式，包括编码蛋白的mRNA以及具有调控作用的ncRNA(如miRNA、lncRNA、circRNA)等，这些RNA间可相互作用并进一步调控基因表达，如miRNA海绵作用等。LncRNA和circRNA与miRNA结合后，可逆转miRNA对靶mRNA表达的抑制作用，并通过竞争miRNA结合位点进行相互影响，构成基因表达调控网络[33]。LncRNA H19可通过调控miR-675-5p表达，间接调控肠上皮细胞屏障功能相关蛋白(如VDR、ZO-1等)表达，从而导致UC发生[28]。肿瘤或炎症性疾病患者的circRNA可抑制miRNA功能，调控基因表达，从而影响表型。针对circRNA在UC中的作用尚未见相关报道，但其在炎症性疾病或自身免疫性疾病(如骨关节炎)患者中可通过miRNA海绵作用来调控基因表达、炎症发生以及疾病进展[28]。