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法医学 · 杨卫红专区 · 论文精读 05/07 · 摘要精译(药物基因组学 · 表观调控分支)

一条反义 RNA 怎么管住一片药酶:HNF1α-AS1 与肝脏 P450 的表达调控

Wang Y, Yan L, … Yang W(第 8/12 作者)等 · Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics 2019;368(3):353–362 | 英文原题 The HNF1α-Regulated LncRNA HNF1α-AS1 Is Involved in the Regulation of Cytochrome P450 Expression in Human Liver Tissues and Huh7 Cells
下划线 = 中文容易“变味”或丢信息的词句:红线带编号 = 10 条注释卡(悬停看、点击跳转)。本页只译公开摘要:期刊订阅制,正文未开放获取

作者:Wang Y、Yan L、Liu J、Chen S、Liu G、Nie Y、Wang P、Yang W、Chen L、Zhong X、Han S、Zhang L
出处:The Journal of Pharmacology and Experimental Therapeutics 2019;368(3):353–362(订阅制,正文未开放)
DOI:10.1124/jpet.118.252940 PMID:30602592
单位:摘要未列,以原文署名页为准

译自英文原题:The HNF1α-Regulated LncRNA HNF1α-AS1 Is Involved in the Regulation of Cytochrome P450 Expression in Human Liver Tissues and Huh7 Cells

01 摘要(全译)

细胞色素 P450 酶(cytochrome P450s,P450s)的表达受表观遗传因素调控,例如 DNA 甲基化、组蛋白修饰,以及通过不同机制起作用的各种非编码 RNA。在这些因素中,长链非编码 RNA(long noncoding RNAs,lncRNAs)已被证明在基因表达调控中发挥重要作用;然而,关于 lncRNA 对 P450 表达的调控作用,所知甚少。

本研究的目的是:利用人肝组织与肝癌 Huh7 细胞,探索 lncRNA 在 P450 表达调控中的作用。

通过对人肝组织进行 lncRNA 芯片分析(lncRNA microarray analysis)与定量聚合酶链反应(quantitative polymerase chain reaction),我们发现 lncRNA 肝细胞核因子 1α 反义链 1(hepatocyte nuclear factor 1 alpha antisense 1,HNF1α-AS1)——即 HNF1α 的反义 RNA——与 CYP2C8、2C9、2C19、2D6、2E1、3A4 的 mRNA 表达,以及孕烷 X 受体(pregnane X receptor,PXR)与组成型雄烷受体(constitutive androstane receptor,CAR)的表达呈正相关。

在转染小干扰 RNA 或过表达质粒的 Huh7 细胞中所做的功能获得与功能缺失研究显示:HNF1α 不仅调控 HNF1α-AS1 与 P450 的表达,也调控 CAR、PXR 与芳香烃受体(aryl hydrocarbon receptor,AhR)的表达。反过来,HNF1α-AS1 调控 PXR 与大多数 P450 的表达,而不影响 HNF1α、AhR 与 CAR 的表达。

此外,利福平(rifampicin)诱导的 P450 表达,同样受 HNF1α 与 HNF1α-AS1 影响。

综上,本研究结果提示:HNF1α-AS1 在基础水平与药物诱导水平上都参与了 HNF1α 介导的肝脏 P450 调控。

02 这条线怎么走:从位点到网络

上一篇(04,2015 年 CYP3A4*1G)讲的是一个位点改变一个基因的转录活性:突变落在内含子 10 的增强子里,报告基因的读数随等位基因而变。那是一个顺式(cis)、局部的故事——位点在自己的基因旁边起作用。

这一篇把尺度往上抬了一层。不再是一个位点,而是一条非编码 RNA,牵动六个 P450 基因加上三个核受体(PXR、CAR、AhR)。问题的形状从“这个 SNP 让 CYP3A4 多表达还是少表达”变成“是什么在组织这一整片药酶的表达”。

为什么要关心这一层?因为在法医毒理和临床药理里,同一个剂量在不同人身上可以是治疗、也可以是死亡。位点解释的是单个酶的活性差异(比如 CYP3A4*1G 让酶少一点);网络解释的是整套代谢能力的差异——诱导剂来了,一片酶能不能一起被拉起来。2019 年这篇给的是后者的一个候选机制:HNF1α 在上游,HNF1α-AS1 在中间,PXR 与 P450 在下游。

再往后(06,2023 年 CRISPR)她回到了“位点”这一层,但用的是基因组编辑——同一个位点,从质粒上的片段变成了细胞基因组里的真实基因座。所以这条线不是“越做越大”,而是同一组问题在两个尺度上各钉一次钉子:
① 位点 → 表达(2015,报告基因);
② 调控网络 → 表达(2019,lncRNA);
③ 位点 → 表达,但这次在内源基因座上(2023,CRISPR)。

顺带说清楚一件事:她的本行是法医病理学。药物基因组学在这里不是“转行”,而是把法医毒理里那句老问题——“为什么是他、为什么是这个浓度”——拆到基因层面去回答。01、02 页(DNA 个体识别)管“这个人是谁”,03、04、05、06 页管“他为什么这样反应”,07 页(美沙酮中毒病例)把两边合到尸体上。

03 方法与证据:它是怎么做的

这篇的设计可以拆成四步,每一步解决的问题不同:

① 发现(人肝组织,芯片):用 lncRNA 芯片在人肝组织里找“与 P450 表达同步变化”的 lncRNA。这一步的产物是一张候选名单,不是结论——芯片的信号强弱受探针、杂交效率、样本质量影响,所以必须用 qPCR 复核。

② 相关(人肝组织,qPCR):在组织样本里测 HNF1α-AS1 与 CYP2C8/2C9/2C19/2D6/2E1/3A4、PXR、CAR 的表达量,看是否同向变化。得到的是相关性:两个量一起高、一起低。

③ 因果(Huh7 细胞,siRNA 与过表达):这是全篇最关键的转折。在细胞里人为把 HNF1α-AS1 敲低(siRNA)或抬高(过表达质粒),再看下游 P450 与核受体的变化。敲低有效果 = 必要性证据;过表达有效果 = 充分性证据。两者都有,才敢说“调控”。

④ 诱导条件(利福平):利福平是经典的 PXR 激动剂,能把 CYP3A4 等酶诱导起来。在诱导条件下重复 ③,看这套调控在“酶被拉高”的时候是否仍然成立。这决定了结论是只描述基础状态,还是也覆盖用药状态。

第四步之后还有一句容易被跳过的话:HNF1α-AS1 调控 PXR 与大多数 P450,却不改变 HNF1α、AhR、CAR 的表达。这是阴性结果,但信息量很大——它排除了“AS1 通过改变 HNF1α 的量来间接起作用”这条最简单的解释路径。作者因此才把 AS1 放在 HNF1α 的下游或平行位置,而不是它的上游调节者。

证据强度小结(本页的判断,标出来免得被原文语气带走):人肝组织的相关性 → 中等;细胞系里的敲低/过表达 → 中等偏强,但只在一个细胞系、瞬时转染;利福平诱导 → 观察性。摘要没有给效应量(fold change)与统计值,这是只读摘要的代价。

04 结论的边界

样本层面。摘要没有给肝组织的例数、年龄、用药史、肝病状态。人肝的 P450 表达会被吸烟、饮酒、抗结核/抗癫痫药、炎症、脂肪肝显著改变——不把这些变量控住,“HNF1α-AS1 与 P450 正相关”也可能只是被同一个因素带着一起动。这是所有“人组织相关性”研究的通病,不是这篇独有的问题。

模型层面。Huh7 是肝癌细胞系,本身的 P450 表达谱与正常人肝细胞差别很大;siRNA 与过表达质粒是瞬时转染,表达量悬在非生理水平。所以 ③ 证明的是“这个 lncRNA 有能力影响 P450”,不是“生理条件下它就是主要调节者”。要回答后者,需要敲除/敲入模型或按基因型分层的临床样本。

证据层面。诱导实验只用了利福平一个诱导剂,没有剂量-反应,也没有看时程。因此“基础与药物诱导水平都受影响”是观察,不是定量结论。摘要没有给效应量(fold change)与统计值——这是本页只译摘要的直接代价,具体数字必须回原文查。

法医层面。这篇不能直接拿来解释某一个死亡案例的血药浓度。它能提供的上限是:“个体间代谢能力差异的可能机制之一”。把表达量/基因型与实测浓度对上,还得靠毒理数据与病例背景,见 07 页。

05 你可以拿去用的

一、做药物代谢或中毒的课题,别只盯着一个 CYP 基因。先画一张“上游调控层”的图:核受体(PXR/CAR/AhR)→ 转录因子(如 HNF1α)→ 非编码 RNA → 靶基因。你的候选分子落在哪一层,决定你该做敲低、做报告基因、还是做临床关联。

二、把 lncRNA 课题的四步模板抄下来。发现(芯片/测序)→ 组织相关性(qPCR)→ 敲低(必要性)→ 过表达(充分性)。本文是教科书式执行;再加一个“诱导条件”或“动物模型”,投稿时会明显更强。

三、学会写阴性结果。“HNF1α-AS1 不影响 HNF1α、AhR、CAR”这句话,比再多一个阳性结果更能定位机制。组会报告时,如果只有阳性结果,审稿人/导师一定会问“那排除了什么”。

四、法医毒理的写作顺序。基因型解释必须配浓度解释:这个浓度在该基因型人群里处于什么区间、合并用药把暴露抬高了多少、死后血样有没有受 PMR(死后再分布)影响。单说“他是慢代谢型”不构成死因推断。

▲ 本页翻译难点(对照学习用)

〔注1〕
原文
cytochrome P450s (P450s)
直译
细胞色素 P450 酶
失味点
中文常写成“P450 蛋白”或“CYP450 酶系”。但 P450 是一个超家族(CYP1、CYP2、CYP3…),单个成员必须写成 CYP3A4 这样的字母加数字。只写“P450”而不带亚型,等于说“茶”却不说哪种茶。
学习提示
总称可以用 P450s;一旦落到具体酶,必须给亚型。审稿人第一眼就看这里写没写清。
〔注2〕
原文
epigenetic factors
直译
表观遗传因素
失味点
“epigenetic”指不改变 DNA 序列、却能影响表达并可能传给子代细胞的变化。中文里常与“遗传”混用,而这两个词差着一整个机制层次:一个是序列,一个是序列的用法。
学习提示
三类经典机制:DNA 甲基化、组蛋白修饰、非编码 RNA。本文落在第三类,所以下文谈的是 RNA,不是甲基。
〔注3〕
原文
long noncoding RNAs (lncRNAs)
直译
长链非编码 RNA
失味点
“long”是操作定义(长度 > 200 个核苷酸),不是“重要”也不是“很长”。中文译成“长链非编码 RNA”容易让人以为它比 miRNA 高级,其实只是长度分界不同。
学习提示
lncRNA 的功能常分成 cis(影响邻近基因)与 trans(影响远处的基因)。HNF1α-AS1 是 HNF1α 的反义链转录本,天然属于 cis 候选——这正是作者先怀疑它的理由。
〔注4〕
原文
hepatocyte nuclear factor 1 alpha antisense 1 (HNF1α-AS1)
直译
肝细胞核因子 1α 反义链 1
失味点
“antisense”说的是基因组位置关系——它的转录方向与 HNF1α 相反、落在反义链上;不是说它“反对 HNF1α”。另外,反义转录本与正义基因共享序列,qPCR 引物与 siRNA 极易互相误伤。
学习提示
做反义 lncRNA 的敲低,第一步要证明 siRNA 不误伤正义链 mRNA。本文用 siRNA 加过表达双向自证,这是标准做法。
〔注5〕
原文
positively correlated
直译
正相关
失味点
相关只表示“一起变”,不表示“谁引起谁”。中文写作里“呈正相关”常被顺手读成“促进”,一字之差,因果就凭空多出来了。
学习提示
见到 correlation,先找作者有没有做干预实验。本文做了(敲低/过表达),所以相关才有资格升级成“调控”。
〔注6〕
原文
pregnane X receptor (PXR); constitutive androstane receptor (CAR); aryl hydrocarbon receptor (AhR)
直译
孕烷 X 受体;组成型雄烷受体;芳香烃受体
失味点
三个都是核受体(转录因子)。名字里的“孕烷/雄烷/芳香烃”指的是各自被哪类外源物激活,译丢了这个线索,就丢了一句潜台词:PXR 对利福平/孕烷类,CAR 对苯巴比妥类,AhR 对二噁英/多环芳烃。
学习提示
这三个是外源物代谢的“总开关”家族。做药代或毒理,先确定是哪个受体在介导你看到的酶变化,再谈下游。
〔注7〕
原文
gain- and loss-of-function studies in Huh7 cells transfected with small interfering RNAs or overexpression plasmids
直译
在转染小干扰 RNA 或过表达质粒的 Huh7 细胞中进行的功能获得与功能缺失研究
失味点
“功能获得/缺失”听起来像“实验成功/失败”,实际指两个方向的操作:过表达(gain)与敲低(loss)。原文同时用了 siRNA 与过表达质粒,才配得上这个并列说法。
学习提示
“某基因有调控作用”的最低证据:敲低→效应减弱,过表达→效应增强。只有敲低只能写“必要”,只有过表达只能写“充分”。两向都要有,才敢写“调控”。
〔注8〕
原文
at both basal and drug-induced levels
直译
在基础水平与药物诱导水平上
失味点
basal 指“不加诱导剂时的稳态”,不是统计学上的“基线值”;drug-induced 指外源物把酶诱导起来后的状态。这两种状态下,同一套调控机制未必同样强。
学习提示
报告 P450 相关数据,永远写清“测的时候有没有用诱导剂、用了多久”。少了这一句,数字没法跨研究比较。
〔注9〕
原文
rifampicin-induced expression of P450s
直译
利福平诱导的 P450 表达
失味点
利福平是抗结核药,同时是强 PXR 激动剂;它“诱导”的是转录上调。中文里常见“利福平抑制 CYP3A4”的说法,方向正好相反。
学习提示
临床上利福平把 CYP3A4 拉高,会让同服的环孢素、口服避孕药浓度下降——这正是 03 页那例辛伐他汀肌病的背景条件之一。
〔注10〕
原文
HNF1α-AS1 regulated the expression of PXR and most P450s without affecting the expression of HNF1α, AhR, and CAR
直译
HNF1α-AS1 调控 PXR 与大多数 P450 的表达,而不影响 HNF1α、AhR 与 CAR 的表达
失味点
这是全文信息量最大的阴性结果,却最容易被读者跳过。它说明 AS1 的作用不经过“改变 HNF1α 的量”,也说明 AS1 与 AhR/CAR 不在同一条正向通路上。
学习提示
读论文时把“没有变化”的句子专门标出来。阴性结果是排除法的工具,常常比阳性结果更能把机制钉在某个位置。

附录 · 英文原文

以下为未经改动的英文摘要(Europe PMC/PubMed 元数据)。本文为订阅制(ASPET),正文未开放获取,故不转载。

Original title: The HNF1α-Regulated LncRNA HNF1α-AS1 Is Involved in the Regulation of Cytochrome P450 Expression in Human Liver Tissues and Huh7 Cells.

Authors: Wang Y, Yan L, Liu J, Chen S, Liu G, Nie Y, Wang P, Yang W, Chen L, Zhong X, Han S, Zhang L

Journal: The Journal of pharmacology and experimental therapeutics 2019;368(3):353-362  |  DOI: 10.1124/jpet.118.252940  |  PMID: 30602592

Abstract

Expression of cytochrome P450s (P450s) is regulated by epigenetic factors, such as DNA methylation, histone modifications, and noncoding RNAs through different mechanisms. Among these factors, long noncoding RNAs (lncRNAs) have been shown to play important roles in the regulation of gene expression; however, little is known about the effects of lncRNAs on the regulation of P450 expression. The aim of this study was to explore the role of lncRNAs in the regulation of P450 expression by using human liver tissues and hepatoma Huh7 cells. Through lncRNA microarray analysis and quantitative polymerase chain reaction in human liver tissues, we found that the lncRNA hepatocyte nuclear factor 1 alpha antisense 1 (HNF1α-AS1), an antisense RNA of HNF1α, is positively correlated with the mRNA expression of CYP2C8, 2C9, 2C19, 2D6, 2E1, and 3A4 as well as pregnane X receptor (PXR) and constitutive androstane receptor (CAR). Gain- and loss-of-function studies in Huh7 cells transfected with small interfering RNAs or overexpression plasmids showed that HNF1α not only regulated the expression of HNF1α-AS1 and P450s, but also regulated the expression of CAR, PXR, and aryl hydrocarbon receptor (AhR). In turn, HNF1α-AS1 regulated the expression of PXR and most P450s without affecting the expression of HNF1α, AhR, and CAR. Moreover, the rifampicin-induced expression of P450s was also affected by HNF1α and HNF1α-AS1. In summary, the results of this study suggested that HNF1α-AS1 is involved in the HNF1α-mediated regulation of P450s in the liver at both basal and drug-induced levels.

Abstract only (freely readable on PMC6367688; the journal is subscription-based and the article is not under an open licence, so the full text is not reproduced here).