正文
囊性纤维化（CF）是一种由囊性纤维化跨膜调节因子（CFTR）基因突变引起的遗传性疾病。引入针对某些 CFTR 蛋白缺陷的高效力调节剂疗法（HEMT）是 CF 患者治疗的重大突破。该疗法对至少携带一个 CFTR delF508 突变等位基因的人群有效；然而，携带其他突变的患者不符合该疗法的条件。此外，部分 delF508 携带者对 HEMT 疗法不耐受；因此，仍有一大群患者没有任何治疗选择。因此，致力于阐明影响 CFTR 基因表达的分子机制的研究可能有助于识别新的 CFTR 调节因子并填补这一治疗空白。
在Molecular Therapy Nucleic Acids近期的一期中，Varilh 等人旨在通过识别一种针对 CF 的新潜在治疗靶点——一种增强 CFTR mRNA 转录和蛋白表达的长链非编码 RNA（lncRNA），即 CF006，来填补这一空白。他们的发现表明，这种 lncRNA 可能直接结合到 CFTR 启动子，或通过影响转录因子的局部结合来间接影响其表达。这种 lncRNA 也受到 miR-145 的负调控，miR-145 是一种在 CF 中显示上调的小型非编码 RNA。这些发现为理解调节CFTR表达机制的复杂性提供了更深入的认识。
先前的研究表明，该基因的活动通过复杂的转录机制在时间和组织特异性方面受到严格调控。有趣的是，提供基本转录活性的启动子区域相当弱，并且缺乏组织特异性控制元件。尽管序列富含 CpG，但启动子区域不包含 TATA 盒，具有多个转录起始位点（TSS），以及许多转录因子结合位点，如特异性蛋白 1（Sp1）。因此，组织和时间特异性的基因活性主要由启动子外部的cis调节元件（CRE）提供，例如远处的内含子增强子和组织在拓扑关联结构域（TADs）中的染色质结构。这些 TAD 受 CRE 和绝缘体控制，如 CCCTC 结合因子（CTCF）和黏连蛋白复合物，以及调节细胞类型特异性表达的 TAD 内环化。
先前的研究表明，除了 CTCF 结合外，还存在其他调节组织特异性拓扑结构域组织的机制，并提出了非编码 RNA 的参与，包括能够阻断基因环化的 lncRNAs 以及靶向 CFTR 基因 3'UTR 从而调节其表达的 miRNAs（如 Carbone 等人最近综述所述）。
由于 lncRNAs 表现出不同的基因组位置，它们可能重叠基因、作为内含子序列或启动子的一部分，或者在功能活性上也有所不同。它们与 DNA、RNA 或蛋白质相互作用的能力使 lncRNAs 成为显示组织特异性表达的基因的强力调节因子。先前的全基因组 lncRNA 研究证实了这一点，这些研究报告了 CF 支气管上皮中几种 lncRNAs 的失调。先前的研究还专注于研究 CFTR 位点之外的区域，这种方法允许识别 BGas lncRNA，它从 CFTR 的内含子 11 反义方向转录，负调控 CFTR 转录。
Varilh 等人最近的一篇论文也使用了后一种方法，他们彻底调查了扩展的 CFTR 位点，以识别 CF 体外模型中具有增强子或抑制功能的潜在非编码 RNA。通过使用计算机模拟分析和支气管 CF 细胞，作者首先识别了十一个与 CFTR 亚 TAD 重叠的非编码转录本，其中包括两个新的同义重叠转录本，CF003 和 CF006。这些转录本在肺组织中表达，并且与 p.Phe508del 突变的 CF 来源的支气管上皮细胞相比，在非 CF 细胞中显示显著降低的表达。由于这两种 lncRNAs 代表了强有力的候选者，作者还分析了它们的亚细胞定位，发现它们在核区室中富集。在进一步实验中，他们表明 CF003 和 CF006 过表达增加了肺中 CFTR 邻近基因 WNT2 的表达。将 CF006 结合到 CFTR 启动子刺激了支气管细胞中 WNT2 的表达（WNT2 是肺发育的关键调节因子），以及改变了参与肺发育的转录因子（TFs）的募集，如 FOXA2。
在进一步使用 CF003 和 CF006 突变 TTS 基序的实验中，作者表明只有 CF006 lncRNA 直接结合到 CFTR 启动子；因此，该 lncRNA 用于后续分析，确认了其直接结合到 CFTR 启动子并影响 TFs 的局部结合，要么刺激要么抑制它们。在 CF 和 NCF 细胞中，无论是在 16HBE-dF 细胞系（CF 模型）还是原代 hAEC-CF 细胞中，CF006 过表达都增加了 CFTR 转录本和蛋白水平，而用 gapCF006 沉默其表达则降低了两种细胞模型中的 CFTR 表达，从而证实 CF006 不仅增强 CF 细胞中的 CFTR 基因表达，也增强 NCF 细胞中的表达。
尽管直接结合到 CFTR 启动子，作者发现这种 lncRNA 可能通过结合 miR-145 的结合基序来间接影响 CFTR 表达，miR-145 是一种在 CF 中发现强烈上调的微小 RNA（miRNA）。,他们报告说，miR-145 通过结合到 CFTR 的 3'UTR 直接调节 CFTR 表达，同时也影响 CF 来源的支气管上皮细胞中 lncRNA CF006 的转录本水平。
总之，所有这些数据证实了CFTR表达的复杂协同调节，不仅包括转录因子结合和染色质组织，还包括调节支气管细胞中基因活性的 lncRNAs 和 miRNAs。Varilh 等人的研究证明，CF006 过表达显著增加了 CF 支气管细胞中的 CFTR 水平，从而识别出了一种能够增强 CFTR 表达的新治疗靶点。该研究还报告了 miR-145 的重要性，其对 CFTR 表达具有双重作用：通过结合其 3'UTR 以及靶向 CF006。miR-145 过表达降低了 CF006 和 CFTR 的水平，而抑制其表达则增加了两种转录本的表达，并增强了 CF 上皮中的 CFTR 通道活性。
总之，最近的研究强调了阐明 CFTR 顺式调节元件（CREs）、增强子和沉默子的重要性，以更好地理解CFTR表达背后的复杂控制机制。该研究还表明 CF006 可能是一个参与CFTR表达复杂调节的新候选者，并创造了改善治疗方法的新的机会，特别是在无法从当前可用的 HEMT 疗法中受益的 CF 患者中。然而，在这些乐观的愿景成为现实之前，还需要进一步的研究，包括其他 CFTR 突变，以确认这些新的非编码元素是否会以相同的方式影响 CFTR 表达。miRNAs 和 lncRNAs 在调节 CFTR 中确定的相互作用还表明，靶向 miR-145 可以恢复 CF006 水平并改善 CFTR 功能。考虑到最近在纳米医学和基于 RNA 的治疗方面取得的进展，如果能够实现高效且靶向的递送，这些发现可能会应用于开发针对 CF 患者的新疗法。
这些发现对于基因编辑治疗策略也很重要，这些策略需要对三维蛋白质结构和调节 CFTR 表达的 CREs 有深刻的了解。了解CFTR位点调节机制背后的复杂性将改善未来基于基因编辑的治疗的设计及其效力。
