2011年，Salmena等[1]在《Cell》杂志上提出竞争性内源RNA(ceRNAs)假说：ceRNAs包括信使RNA (mRNA)、假基因(pseudogene)、长链非编码RNA (lncRNA)、环状RNA (circRNA)等，通过微小RNA (miRNA)反应元件(microRNA response elements, MREs)竞争相同的miRNA，解除或减少miRNA对靶基因的影响作用。ceRNA广泛参与一系列的生理病理过程，其中包括细胞的分化、增殖、凋亡以及肿瘤细胞的生长和侵袭。越来越多的证据表明ceRNA与炎症性疾病的发生密切相关。本文主要对ceRNA在炎症性疾病中的研究进展作一综述。
一、ceRNA调控网络的主要成员及其作用机制ceRNA假说揭示一种全新的基因表达调控机制，涉及多种RNA分子。其中miRNA是ceRNA假说中的核心RNA分子。miRNA是一类非编码单链RNA分子，长度约22 nt，通过与其靶基因mRNA 3′-UTR互补配对，在转录后水平上降解或抑制靶基因的表达，继而调节生物学行为。
miRNA作用的靶基因mRNA是一类能够编码蛋白质的RNA，mRNA的3′-UTR多数含有与miRNA种子序列结合的高度保守区域，因此能被miRNA所调控。同时mRNA也可以通过这些结合区域反式调节其它mRNA，发挥ceRNA调控作用[2]。lncRNA和假基因都不能编码蛋白质，前者是长度大于200 nt的非编码RNA，后者为与编码基因序列高度同源的非编码基因。尽管lncRNA和假基因不编码功能蛋白，但含有与编码基因转录物一样的MREs，均可作为ceRNA与mRNA竞争结合相同的miRNA，调节靶基因[3-4]。circRNA是一类广泛存在于真核生物中的新型非编码RNA分子，由外显子构成，以共价键形成封闭环。近年来一些研究发现circRNA也含有MREs，能够发挥miRNA海绵的功能[5]。
近年来关于miRNA对mRNA的调控机制有普遍共识，即miRNA通过碱基互补配对识别靶mRNA的3′-UTR，引导RNA诱导的沉默复合体(RISC)降解靶基因或在转录后水平上抑制靶基因的翻译。一个miRNA可以调控多个靶基因，一个靶mRNA的3′UTR含有多个miRNAs的结合位点。具有相同MREs的mRNA、假基因、lncRNA、circRNA，可以与miRNA竞争性结合，影响miRNA及其靶基因的表达水平。mRNA、假基因、lncRNA、circRNA等通过竞争相互作用形成复杂的ceRNA调控网络。
二、ceRNA与炎症性疾病的关系 1. ceRNA与消化系统炎症的关系miR-122是成人肝脏中含量最多的特异miRNA，对肝细胞功能有重要的影响作用[6]。Li等[7]研究发现，在HBV转染细胞的实验中，4个HBV mRNAs (pre-c/c，pre-s，s 3′-UTR和X mRNAs)均含有miR-122的结合位点，可通过竞争性结合miR-122，抑制miR-122对垂体瘤转化基因1结合因子(PBF)的靶向作用，提高PBF的表达水平，通过活化垂体瘤转化基因1 (PTTG1)，促进HBV转染细胞的生长并合成病毒颗粒，同时可能导致HBV相关性肝细胞癌的发生。这表明HBV的基因组RNA可作为ceRNA来调控肝炎的进展。其他病毒如人巨细胞病毒(HCMV)、单纯疱疹病毒(HSV)、HIV、EB病毒等也可以作为ceRNA调节NOTCH、MARK、Wnt等信号通路，实现病毒感染宿主过程[8]。
非酒精性脂肪性肝病的发病机制尚不清楚。Jin等[9]在研究中发现，与对照组相比，非酒精性脂肪性肝炎中有69个高表达和63个低表达的circRNA，2 760个高表达和2 465个低表达的mRNA。其中部分circRNA和miRNA构建4条circRNA-miRNA-mRNA通路，分别是circRNA_ 002581-miR-122-Slc1a5、circRNA_ 002581-miR-122- Plp2、circRNA_ 002581-miR-122-Cpeb1和circRNA_ 007585-miR-326-UCP2。因此，对上述circRNAs与mRNAs竞争关系的研究可能为阐明非酒精性脂肪性肝炎的发病机制提供一个新的突破口。
病毒性肝炎和非酒精性肝炎均可能发展为肝纤维化，这过程与肝细胞的损害有关，肝细胞凋亡增加会促进炎症细胞聚集，引起肝纤维化和炎症发生。其中炎症因子TGF-β1已证实在肝纤维化中明显增加[10]。Tu等[11]发现，lncRNA p21可作为ceRNA与miR-30相互作用，通过靶向作用于Kruppel样转录因子11 (KLF11)，减弱对TGFβ1的抑制作用，进一步推进TGF-β1在肝纤维化中的促炎作用。免疫介导的细胞反复损伤和修复可能致肝纤维化进一步发展为肝硬化。
Gao等[12]在肝硬化研究中筛选出4个重要的miRNAs (has-miR-556-3p，has-miR-3150a-5p，has-miR-487a，has-miR-600)，并通过软件发现这5个miRNAs的表达不仅与7个lncRNAs存在高度的相关性，同时和8个与免疫应答相关的组织因子有着高度的相关性，它们分别形成lncRNA-miRNA-mRNA和TF-miRNA-mRNA调节网络，因此lncRNA可能通过ceRNA网络间接调节肝硬化中的免疫应答，这将为肝硬化的治疗和预防肝硬化进展为肝癌提供新的指导理论。
近年关于ceRNA与消化系统肿瘤的研究报道较多，而很多肿瘤的发生与长期的慢性炎症刺激有关。Wang等[13]在胆管细胞癌实验中发现，lncRNA H19、HULC在氧化应激的条件下，可作为ceRNA竞争结合let-7a/7b、miR-372、miR-373，上调炎症趋化因子IL-6、CXCR4的表达，激活炎症通路，促进慢性炎症的发生，加快胆管细胞癌的发展进程。在慢性胰腺炎患者中，lncRNA STX12可发挥内源性miRNA海绵作用抑制miR-148a的功能，减少后者对Smad5的抑制作用。一旦Smad5的表达水平上调，可通过BMP4通路参与胰腺星状细胞转化为肌纤维母细胞过程，促进慢性胰腺炎纤维化及其癌变进程[14]。因此，研究ceRNA与慢性炎症关系，或许可从基因信息方面有效阻止慢性炎症疾病发展为肿瘤。
近几年研究显示，慢性肝炎、急性胰腺炎、IBD和急性肠炎等炎症性疾病会影响肠道黏膜屏障功能。有研究显示，水通道蛋白3 (AQP3)在维持肠道黏膜屏障的正常功能中起到重要的作用[15]。Su等[16]在肠道屏障功能紊乱的患者和小鼠模型中发现，lncRNA H19的表达水平降低，从而导致miR-874对AQP3的抑制作用加强，引起AQP3 mRNA及蛋白表达水平降低，最终促进肠道黏膜屏障功能障碍，加剧消化系统炎症性疾病的发生。
2. ceRNA与循环系统炎症的关系慢性炎症贯穿于动脉粥样硬化发生、发展的各个环节。动脉粥样硬化是一种炎症性疾病的观点已被广泛认可。Shan等[17]报道，当血管内皮细胞(EC)中的lncRNA-RNCR3表达下降，会影响血管内皮细胞在动脉损伤时的增生和再生，间接影响血管平滑肌细胞(VSMC)的增生和迁移，促进动脉粥样硬化的发生。而在整个动脉粥样硬化形成过程中，lncRNA-RNCR3的表达水平明显上升，并作为ceRNA竞争性结合miR-185-5p，从而上调靶基因Kruppel样转录因子2 (KLF2)的表达，而高度表达的KLF2会减少促炎调节因子活化，对抗动脉粥样硬化形成。因此，RNCR3/miR-185-5p/KLF2的调节网络可以为动脉粥样硬化治疗提供新的思路。
也有研究显示，lncRNA TGFB2-OT1可以作为ceRNA在血管内皮细胞中扮演促炎的作用。在炎症环境中，血管内皮细胞的炎性诱导因子LPS和oxLDL会刺激lncRNA TGFB2-OT1的表达，而lncRNA TGFB2-OT1通过MREs竞争结合miR4455，增强靶基因选择性自噬街头蛋白(SQSTM1)的合成，产生炎性小体，并通过激活半胱天冬酶1 (CASP1)上调IL1B的表达，促进血管内皮细胞自噬和炎症反应的发生[18]。
3. ceRNA与自身免疫系统炎症的关系SLE的发病机制与淋巴细胞分泌的细胞因子(如IL-1, IL-6, IFN)和单核细胞密切相关。circRNA在SLE差异表达的实验研究发现，与正常对照组比较，SLE中有700多种circRNA显著差异性表达。其中表达上调的一系列circRNA (包括hsa-circ-0069323、hsa-circ-0006055、hsa-circ-0007948、hsa-circ-0071434、hsa-circ-0008898)均能与其它RNA竞争结合miR-101，活化MARK信号途径，从而调节与SLE发生有关的TNF-α，IL-1，IL-6，IFN；此外，同样在SLE中表达升高的hsa-circ-0005314、hsa-circ-0007587、hsa-circ-0061891均可以与miR-146a结合，从而过度激活I型INF，促进SLE的发生[19]。说明SLE的发生、发展和遗传基础可能与ceRNA网络的调控有关。
骨关节炎是一种退行性疾病，主要病理改变为骨质疏松、骨质增生、软骨破坏、骨头与关节的炎症。有研究显示，lncRNA GAS5的表达水平在骨关节炎软骨细胞中明显上升。Song等[20]认为在骨关节炎患者中，关节软骨细胞凋亡和基质金属蛋白酶(MMP)积累是软骨退化的主要原因，而高表达的GAS5可以通过减轻miR-21对MMP-13的靶向抑制作用，促进MMP-13的表达，加剧骨关节的退化。此外，骨关节炎患者中MMP-13的上调还能通过与circRNA-CER竞争结合miR-136实现，促使软骨细胞外基质降解[21]。
4. ceRNA与其他炎症的关系有研究报道，叉头状转录因子O1 (FoxO1)可经Wnt-β通路调节成骨分化，FoxO1的缺失会导致骨细胞数目、骨形成速率和骨密度的下降，包括对牙槽骨和牙骨质的影响[22]。牙周炎是由于牙龈的炎症未能得到控制，扩散至牙槽骨、牙骨质和牙周膜发展而成的。FoxO1的表达水平会受miR-182的调控。在牙周炎中，NF-κB通路在炎症环境中会影响lncRNA-POIR和miR-182网络的平衡，使lncRNA-POIR的表达受抑制，与miR-182的结合下降，因而导致miR-182的靶基因FoxO1的表达受抑制，影响骨的形成，促进牙周炎的进一步发生[23]。
流行性乙型脑炎是中枢系统感染乙脑病毒(JEV)的急性传染性疾病。乙脑病毒为单链RNA，在宿主细胞(小胶质细胞和神经细胞)内直接起mRNA作用。其中的活化白细胞黏附分子(ALCAM)可作为ceRNA，竞争性结合宿主miRNA (包括miR-3148和miR-4470)，使两者表达水平升高，靶向作用非特异性免疫，促使白细胞过多通过血脑屏障，导致血脑屏障紊乱，引发一系列临床表现[24]。这可以为流行性乙型脑炎的发病机理提供一个新的理论依据。
越来越多的研究证实，2型糖尿病是一种炎症性疾病。Latreille等[25]发现糖尿病与β细胞中miR-7的表达有关，miR-7的高表达会出现胰岛素分泌减少和β细胞破坏。也有研究发现，circRNA-Cdr1as包含71个保守的miR-7结合位点，circRNA-Cdr1as在胰岛细胞中表达，可通过抑制miR-7的活性，并上调miR-7的靶基因肌球蛋白Ⅶa和Rab蛋白相互作用蛋白(MyRIP)，从而增加胰岛素的分泌，保持血糖平衡[26]。因此，miR-7与Cdr1as的关系研究对了解胰岛的病理生理过程和进行糖尿病的治疗有重要作用。
三、结语ceRNA假说揭示了一种全新的RNA间相互作用的调控模式，ceRNA参与多种疾病进程，包括炎症性疾病。然而，目前有关ceRNA与疾病的关系研究主要集中于肿瘤方面，国内外关于ceRNA与炎症性疾病的研究报道尚少，有待进一步的深入。迄今为止，ceRNA网络的数据库复杂又庞大，这为科学家们研究相应的基因调控公式提供重要的平台，也为今后通过运用这些公式来预测ceRNA分子可能调控的miRNA提供可能性。因此，进一步深入探索ceRNA与炎症性疾病之间的关系，可能为炎症性疾病的预测和诊治开辟新的途径。
| [1] |
Salmena L, Poliseno L, Tay Y, Kats L, Pandolfi PP. A ceRNA hypothesis:the Rosetta Stone of a hidden RNA language?[J]. Cell, 2011, 146(3): 353-358. DOI:10.1016/j.cell.2011.07.014 |
| [2] |
Xu J, Li Y, Lu J, Pan T, Ding N, Wang Z, Shao T, Zhang J, Wang L, Li X. The mRNA related ceRNA-ceRNA landscape and significance across 20 major cancer types[J]. Nucleic Acids Res, 2015, 43(17): 8169-8182. DOI:10.1093/nar/gkv853 |
| [3] |
Pilyugin M, Irminger-Finger I. Long non-coding RNA and microRNAs might act in regulating the expression of BARD1 mRNAs[J]. Int J Biochem Cell Biol, 2014, 54: 356-367. DOI:10.1016/j.biocel.2014.06.018 |
| [4] |
Esposito F, De Martino M, Petti MG, Forzati F, Tornincasa M, Federico A, Arra C, Pierantoni GM, Fusco A. HMGA1 pseudogenes as candidate proto-oncogenic competitive endogenous RNAs[J]. Oncotarget, 2014, 5(18): 8341-8354. |
| [5] |
Memczak S, Jens M, Elefsinioti A, Torti F, Krueger J, Rybak A, Maier L, Mackowiak SD, Gregersen LH, Munschauer M, Loewer A, Ziebold U, Landthaler M, Kocks C, le Noble F, Rajewsky N. Circular RNAs are a large class of animal RNAs with regulatory potency[J]. Nature, 2013, 495(7441): 333-338. DOI:10.1038/nature11928 |
| [6] |
Wang S, Qiu L, Yan X, Jin W, Wang Y, Chen L, Wu E, Ye X, Gao GF, Wang F, Chen Y, Duan Z, Meng S. Loss of microRNA 122 expression in patients with hepatitis B enhances hepatitis B virus replication through cyclin G(1) -modulated P53 activity[J]. Hepatology, 2012, 55(3): 730-741. DOI:10.1002/hep.24809 |
| [7] |
Li C, Wang Y, Wang S, Wu B, Hao J, Fan H, Ju Y, Ding Y, Chen L, Chu X, Liu W, Ye X, Meng S. Hepatitis B virus mRNA-mediated miR-122 inhibition upregulates PTTG1-binding protein, which promotes hepatocellular carcinoma tumor growth and cell invasion[J]. J Virol, 2013, 87(4): 2193-2205. DOI:10.1128/JVI.02831-12 |
| [8] |
Ghosal S, Das S, Sen R, Chakrabarti J. HumanViCe:host ceRNA network in virus infected cells in human[J]. Front Genet, 2014, 5: 249. |
| [9] |
Jin X, Feng CY, Xiang Z, Chen YP, Li YM. CircRNA expression pattern and circRNA-miRNA-mRNA network in the pathogenesis of nonalcoholic steatohepatitis[J]. Oncotarget, 2016, 7(41): 66455-66467. |
| [10] |
Gressner AM, Weiskirchen R, Breitkopf K, Dooley S. Roles of TGF-beta in hepatic fibrosis[J]. Front Biosci, 2002, 7: d793-d807.. DOI:10.2741/A812 |
| [11] |
Tu X, Zhang Y, Zheng X, Deng J, Li H, Kang Z, Cao Z, Huang Z, Ding Z, Dong L, Chen J, Zang Y, Zhang J. TGF-β-induced hepatocyte lincRNA-p21 contributes to liver fibrosis in mice[J]. Sci Rep, 2017, 7(1): 2957. DOI:10.1038/s41598-017-03175-0 |
| [12] |
Gao B, Zhang X, Huang Y, Yang Z, Zhang Y, Zhang W, Gao ZH, Xue D. Coding and non-coding gene regulatory networks underlie the immune response in liver cirrhosis[J]. PLoS One, 2017, 12(3): e0174142. DOI:10.1371/journal.pone.0174142 |
| [13] |
Wang WT, Ye H, Wei PP, Han BW, He B, Chen ZH, Chen YQ. LncRNAs H19 and HULC, activated by oxidative stress, promote cell migration and invasion in cholangiocarcinoma through a ceRNA manner[J]. J Hematol Oncol, 2016, 9(1): 117. DOI:10.1186/s13045-016-0348-0 |
| [14] |
Wang H, Jiang Y, Lu M, Sun B, Qiao X, Xue D, Zhang W. STX12 lncRNA/miR-148a/SMAD5 participate in the regulation of pancreatic stellate cell activation through a mechanism involving competing endogenous RNA[J]. Pancreatology, 2017, 17(2): 237-246. DOI:10.1016/j.pan.2017.01.010 |
| [15] |
Zhang W, Xu Y, Chen Z, Xu Z, Xu H. Knockdown of aquaporin 3 is involved in intestinal barrier integrity impairment[J]. FEBS Lett, 2011, 585(19): 3113-3119. DOI:10.1016/j.febslet.2011.08.045 |
| [16] |
Su Z, Zhi X, Zhang Q, Yang L, Xu H, Xu Z. LncRNA H19 functions as a competing endogenous RNA to regulate AQP3 expression by sponging miR-874 in the intestinal barrier[J]. FEBS Lett, 2016, 590(9): 1354-1364. DOI:10.1002/1873-3468.12171 |
| [17] |
Shan K, Jiang Q, Wang XQ, Wang YN, Yang H, Yao MD, Liu C, Li XM, Yao J, Liu B, Zhang YY, J Y, Yan B. Role of long non-coding RNA-RNCR3 in atherosclerosis-related vascular dysfunction[J]. Cell Death Dis, 2016, 7(6): e2248. DOI:10.1038/cddis.2016.145 |
| [18] |
Huang S, Lu W, Ge D, Meng N, Li Y, Su L, Zhang S, Zhang Y, Zhao B, Miao J. A new microRNA signal pathway regulated by long noncoding RNA TGFB2-OT1 in autophagy and inflammation of vascular endothelial cells[J]. Autophagy, 2015, 11(12): 2172-2183. DOI:10.1080/15548627.2015.1106663 |
| [19] |
喻祥琪. 环状RNA在系统性红斑狼疮患者中差异表达的研究[J]. 暨南大学, 2016, 65. |
| [20] |
Song J, Ahn C, Chun CH, Jin EJ. A long non-coding RNA, GAS5, plays a critical role in the regulation of miR-21 during osteoarthritis[J]. J Orthop Res, 2014, 32(12): 1628-1635. DOI:10.1002/jor.v32.12 |
| [21] |
Liu Q, Zhang X, Hu X, Dai L, Fu X, Zhang J, Ao Y. Circular RNA related to the chondrocyte ECM regulates MMP13 expression by functioning as a miR-136 'Sponge' in human cartilage degradation[J]. Sci Rep, 2016, 6: 22572. DOI:10.1038/srep22572 |
| [22] |
Rached MT, Kode A, Xu L, Yoshikawa Y, Paik JH, Depinho RA, Kousteni S. FoxO1 is a positive regulator of bone formation by favoring protein synthesis and resistance to oxidative stress in osteoblasts[J]. Cell Metab, 2010, 11(2): 147-160. DOI:10.1016/j.cmet.2010.01.001 |
| [23] |
Wang L, Wu F, Song Y, Li X, Wu Q, Duan Y, Jin Z. Long noncoding RNA related to periodontitis interacts with miR-182 to upregulate osteogenic differentiation in periodontal mesenchymal stem cells of periodontitis patients[J]. Cell Death Dis, 2016, 7(8): e2327. DOI:10.1038/cddis.2016.125 |
| [24] |
Kumari B, Jain P, Das S, Ghosal S, Hazra B, Trivedi AC, Basu A, Chakrabarti J, Vrati S, Banerjee A. Dynamic changes in global microRNAome and transcriptome reveal complex miRNA-mRNA regulated host response to Japanese Encephalitis Virus in microglial cells[J]. Sci Rep, 2016, 6: 20263. DOI:10.1038/srep20263 |
| [25] |
Latreille M, Hausser J, Stützer I, Zhang Q, Hastoy B, Gargani S, Kerr-Conte J, Pattou F, Zavolan M, Esguerra JL, Eliasson L, Rülicke T, Rorsman P, Stoffel M. MicroRNA-7a regulates pancreatic β cell function[J]. J Clin Invest, 2014, 124(6): 2722-2735. DOI:10.1172/JCI73066 |
| [26] |
Xu H, Guo S, Li W, Yu P. The circular RNA Cdr1as, via miR-7 and its targets, regulates insulin transcription and secretion in islet cells[J]. Sci Rep, 2015, 5: 12453. DOI:10.1038/srep12453 |