腦缺血與長鏈非編碼RNA的研究進(jìn)展

袁影 尤艷利 靳蘭潔 周爽

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腦缺血與長鏈非編碼RNA的研究進(jìn)展

袁影 尤艷利 靳蘭潔 周爽

長鏈非編碼RNA(lncRNA)缺少完整的開放閱讀框，無蛋白質(zhì)編碼功能, 其轉(zhuǎn)錄本長度超過200nt[1]，在總非編碼RNA(ncRNA)中占有很大的比例。lncRNA的失調(diào)與人類疾病密切相關(guān)，目前的lncRNA研究覆蓋了神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心腦血管疾病、腫瘤等疾病的生理和病理過程。腦缺血危害極大，病死率較高，多數(shù)幸存的患者會留下終身殘疾。隨著現(xiàn)代生活水平的上升,腦缺血發(fā)病率也呈遞增趨勢。研究表明，lncRNA在動脈粥樣硬化、腦卒中等血管相關(guān)疾病中發(fā)揮了重要作用[2]。本研究針對lncRNA在腦缺血中的最新研究進(jìn)展綜述如下。

1 lncRNA概述

lncRNA存在于生物的細(xì)胞核或胞漿內(nèi)，不編碼蛋白或者只編碼很短多肽的基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。目前，關(guān)于lncRNA來源尚未形成統(tǒng)一的說法，公認(rèn)的來源途徑主要有蛋白編碼基因突變、染色質(zhì)重組、非編碼基因的反轉(zhuǎn)錄作用、非編碼RNA內(nèi)部片段的重復(fù)以及轉(zhuǎn)座因子的插入[3]。根據(jù)lncRNA在基因組上的位置將lncRNA分為反義長鏈非編碼RNA(Antisense lncRNA)、內(nèi)含子非編碼RNA(Intronic transcript)、lincRNA(Large intergenic noncoding RNA)、啟動子相關(guān)lncRNA(Promoter-associated lncRNA)、非翻譯區(qū)lncRNA(UTR associated lncRNA)[1]。

RNA是一種輸出與輸入信號，起到調(diào)控路徑和信號內(nèi)部轉(zhuǎn)換的媒介作用。4個核心核苷酸和多種化學(xué)修飾的核苷酸調(diào)節(jié)并穩(wěn)定著RNA的結(jié)構(gòu)。lncRNA通常較長，通過剪接形成polyA尾巴與啟動子結(jié)構(gòu)，折疊后形成熱力學(xué)穩(wěn)定的二級或更高級結(jié)構(gòu)而行使其功能。lncRNA較編碼RNA更易受物種進(jìn)化的影響，序列上保守性較低，只有10%左右的lncRNA能在除人類外其他生物的基因組中發(fā)現(xiàn)[4]，但在其分子內(nèi)部又有相對保守的短序列，與表達(dá)具有重要的生理生化功能密切相關(guān)。因此，lncRNA有著特定的二級空間結(jié)構(gòu)、序列保守性低但內(nèi)部短序列相對保守、發(fā)育特異性、分化中動態(tài)表達(dá)以及有多種剪切形式等特點(diǎn)[5]。RNA不僅僅只承擔(dān)遺傳信息中間載體的輔助性角色，而是更多地承擔(dān)了各種調(diào)控功能。同樣地，lncRNA在遺傳和轉(zhuǎn)錄層面也有著復(fù)雜的生物學(xué)功能。 近些年研究得出lncRNA在分子水平上的功能主要包括以下幾方面:(1)募集染色質(zhì)修飾蛋白調(diào)控基因表達(dá)。有研究發(fā)現(xiàn)，由X染色體轉(zhuǎn)錄出的X染色體失活特異轉(zhuǎn)錄本能夠募集多梳抑制復(fù)合體2，從而抑制X染色體上的基因轉(zhuǎn)錄，使哺乳類雌性動物其中1條X染色體的遺傳性狀失活，達(dá)到維持雌雄兩性生物基因表型一致的目的[6]。另外，X染色體以外的染色體修飾相關(guān)lncRNA也被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，如Kcnq1反義轉(zhuǎn)錄本、Igf2 反義轉(zhuǎn)錄本[7]；(2)經(jīng)堿基互補(bǔ)與DNA或某些RNA結(jié)合，通過修飾啟動子結(jié)構(gòu)、改變剪切位點(diǎn)以及掩蓋結(jié)合位點(diǎn)等方式在轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮調(diào)節(jié)功能[1]。例如，一種Alu序列l(wèi)ncRNA通過與RNA聚合酶Ⅱ相結(jié)合，調(diào)控轉(zhuǎn)錄過程，達(dá)到基因抑制的目的[8]；(3)直接影響蛋白質(zhì)的功能。主要方式有改變胞質(zhì)定位、與特定蛋白結(jié)合以及形成核酸蛋白質(zhì)復(fù)合體[9]。如lncRNA-P21被發(fā)現(xiàn)可通過抑制RNA穩(wěn)定蛋白Hu抗原R的活性，從而影響junB原癌基因與鈣黏著相關(guān)蛋白的翻譯[10]。

2 lncRNA與腦缺血

腦缺血是一組由多種原因?qū)е履X局部或多部位供血不足，進(jìn)而引起相應(yīng)神經(jīng)系統(tǒng)癥狀的疾病。缺血性腦卒中是此類中最常見的疾病。缺血核心區(qū)和半影區(qū)神經(jīng)細(xì)胞的壞死和凋亡情況及缺血損傷后血管再生、神經(jīng)修復(fù)情況將嚴(yán)重影響到腦卒中患者的預(yù)后。隨著對lncRNA的了解深入，其與腦缺血的研究逐漸增多。有研究發(fā)現(xiàn),局部腦缺血后誘導(dǎo)大腦中一系列l(wèi)ncRNA表達(dá)模式的改變，腦缺血與lncRNA有顯著關(guān)聯(lián)[11]。

2.1 lncRNA與細(xì)胞損傷和凋亡

腦缺血后的再灌注損傷指缺血區(qū)受損腦細(xì)胞恢復(fù)血流后損傷繼續(xù)加重，腦缺血在致殘因素中占首位，腦缺血后的再灌注損傷危害較大，因此有效控制再灌注損傷對腦缺血患者大有裨益。Thai等[12]研究發(fā)現(xiàn)一種名為SCAL1的lncRNA敲除后受損細(xì)胞內(nèi)毒素增多，細(xì)胞生存率明顯降低，表明SCAL1對細(xì)胞生存有重要作用。NF-κB通路是一種與缺血再灌注損傷密切相關(guān)的細(xì)胞分子通路，損傷發(fā)生時NF-κB通路激活可加劇血腦屏障完整性的缺失，某些lncRNA、 uc007prv.1和ENS-MUST00000170410可以負(fù)反饋調(diào)節(jié)NF-κB通路。血腦屏障遭到破壞后許多炎癥因子通過通透性增大的血管使細(xì)胞損傷進(jìn)一步加重，血管內(nèi)皮細(xì)胞中特定lncRNA表達(dá)增多，調(diào)節(jié)細(xì)胞損傷作用[15]。EDA(extradomainA) 是一個選擇性剪接外顯子編碼III型重復(fù)額外域，與組織損傷反應(yīng)密切相關(guān)。有研究顯示某些lncRNA與EDA產(chǎn)生有關(guān)[14]。

細(xì)胞凋亡是在一系列基因激活、表達(dá)以及調(diào)控等的作用下的主動過程。腦缺血后損傷、壞死細(xì)胞主要位于缺血中心區(qū)，凋亡細(xì)胞位于周圍區(qū)。腦細(xì)胞凋亡并非壞死，在缺血半影區(qū)或者梗死區(qū)域許多神經(jīng)元可在缺血后一段時間后具有復(fù)原的潛能。抑制細(xì)胞凋亡對腦卒中患者的預(yù)后有較大的幫助，有報道稱足三里電針治療可以抑制細(xì)胞凋亡,幫助改善腦缺血[15]。p53是一種腫瘤抑制基因，其編碼的蛋白質(zhì)是控制細(xì)胞周期啟動的轉(zhuǎn)錄因子，當(dāng)細(xì)胞受損又得不到修復(fù)時P53蛋白便參與啟動過程使受損細(xì)胞在細(xì)胞凋亡中死去。P53在缺血性腦卒中時表達(dá)量迅速增加[16]。最近有研究顯示,lncRNA-RoR通過與hnRNPI結(jié)合,負(fù)向調(diào)節(jié)應(yīng)激誘導(dǎo)下的hnRNPI與p53mRNA結(jié)合導(dǎo)致的p53的表達(dá)，從而證明了lncRNA-RoR間接調(diào)控腦缺血后細(xì)胞凋亡[17]。吳庚澤[18]通過研究發(fā)現(xiàn)，lincRNA-p21可以與MDM2蛋白直接結(jié)合，抑制p53與MDM2的結(jié)合進(jìn)而影響P53的功能。

2.2 lncRNA與血管新生

血管內(nèi)皮細(xì)胞(Vascular endothelial cell,VEC)是襯貼于血管內(nèi)腔面的單層扁平細(xì)胞，其激活、增殖、遷移是血管生成必不可少的中間過程。Michalik等[13]發(fā)現(xiàn)腦缺血后內(nèi)皮細(xì)胞受損，血管內(nèi)皮細(xì)胞高表達(dá)的特定lncRNA如linc00493、Meg3、MALAT1表達(dá)增多，可推測其與內(nèi)皮細(xì)胞的損傷和修復(fù)有關(guān)。同時對小鼠的MALAT1敲除后發(fā)現(xiàn)血管基底內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞周期受到抑制,基底細(xì)胞數(shù)量變少、細(xì)胞遷徙并發(fā)芽堵塞新生血管，由此可推斷MALAT1參與調(diào)節(jié)血管新生。

血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)具有促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖的作用，其在動物和成人正常組織中合成水平很低，但在胚胎和有血管新生的組織中合成水平較高，在血管新生中被認(rèn)為有促進(jìn)毛細(xì)血管融合、大血管生成的作用。VEGF有VEGF-A, -B, -C, -D, 及-E等型，其中 VEGFA具有促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞有絲分裂、增加血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性作用。VEGF受體R-1、R-2、R-3分布于血管內(nèi)皮細(xì)胞表面。陳治等[19]人闡述了VEGFR-1促進(jìn)血管發(fā)生及再生中的作用機(jī)制。Zhou等人[20]通過研究發(fā)現(xiàn)非編碼RNA母本轉(zhuǎn)錄本3(maternally expressed 3，Meg3)能夠顯著影響VEGF-A和VEGFR-1的表達(dá)，由此表明Meg3與血管新生密切相關(guān)。

一氧化氮(NO)是與血管相關(guān)的重要信使分子和細(xì)胞生長調(diào)節(jié)劑，一氧化氮合酶(NOS)是生成NO的限速因子，通常用NOS來定位NO的分布。內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)是存在于內(nèi)皮細(xì)胞的NOS，Qian等[21]闡明了NO和eNOS在內(nèi)皮細(xì)胞中的機(jī)理。Fish 等[22]報道長非編RNA 3'UTR通過影響eNOS的生成起到調(diào)節(jié)血管的作用，研究闡明了其機(jī)制為eNOS 3'UTR 結(jié)合的多蛋白復(fù)合物可使eNOSmRNA的穩(wěn)定下降，進(jìn)一步干擾其調(diào)控血管形成的轉(zhuǎn)錄過程。

2.3 lncRNA與神經(jīng)修復(fù)

現(xiàn)代研究表明中樞神經(jīng)受到缺血損傷后機(jī)體會觸發(fā)一系列反應(yīng)來促進(jìn)損傷神經(jīng)的恢復(fù)。Huang等[23]人闡述了機(jī)體引起自噬進(jìn)行神經(jīng)保護(hù)的作用過程。Sawada等[24]發(fā)現(xiàn)缺血后部分內(nèi)源性神經(jīng)干細(xì)胞(neural progenitor cell,NPC)遷向缺血區(qū)并漸漸分化為神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞。有研究發(fā)現(xiàn)30多種lncRNA在成熟神經(jīng)元中高表達(dá),其中l(wèi)ncRNA N1參與調(diào)控基因表達(dá)及NPC的分化，lncRNA N2可以間接介導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞的發(fā)生[25]。轉(zhuǎn)錄因子SOX2的表達(dá)能夠促進(jìn)NPC向神經(jīng)細(xì)胞分化，有實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)lncRNA RMST能夠結(jié)合在SOX2靶基因的啟動子區(qū)，影響NPC的分化方向[26]。近年有研究表明lncRNA還可以通過調(diào)節(jié)神經(jīng)再生過程中的靶蛋白進(jìn)而調(diào)控神經(jīng)元的再生和分化[27]。

膠質(zhì)細(xì)胞廣泛分布于中樞和周圍神經(jīng)系統(tǒng)中，具有支持和引導(dǎo)神經(jīng)元的遷移，參與神經(jīng)系統(tǒng)的修復(fù)和再生作用分為星形膠質(zhì)細(xì)胞、少突膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞。少突膠質(zhì)細(xì)胞的主要功能是包繞軸突、形成髓鞘結(jié)構(gòu)以及協(xié)助神經(jīng)電信號傳遞，進(jìn)而維持和保護(hù)神經(jīng)元的正常功能。MERCER等[28]人研究發(fā)現(xiàn)lncRNA SOXOT可與具有調(diào)控少突膠質(zhì)細(xì)胞成熟的轉(zhuǎn)錄因子SOX8共用一個啟動子，進(jìn)而影響到少突膠質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄，表明SOXOT調(diào)控少突膠質(zhì)細(xì)胞成熟。有實(shí)驗(yàn)對損傷后大鼠坐骨神經(jīng)的lncRNA和mRNAs表達(dá)譜分析后發(fā)現(xiàn)105個lncRNA出現(xiàn)差異性表達(dá)，膠質(zhì)細(xì)胞遷移受到影響，表明lncRNA可調(diào)節(jié)膠質(zhì)細(xì)胞的遷移。另外，降低細(xì)胞內(nèi)lncRNA BC089918表達(dá)水平后神經(jīng)細(xì)胞軸突變長，實(shí)驗(yàn)說明lncRNA對神經(jīng)再生有抑制作用[29]。

3 問題與展望

綜上所述，lncRNA與腦缺血密切相關(guān)。lncRNA的結(jié)構(gòu)和功能有高度多樣性，在多種人類疾病中具有重要作用。我們已經(jīng)初步了解lncRNA的調(diào)控機(jī)制以及它們與腦缺血的關(guān)系。lncRNA的調(diào)控機(jī)制復(fù)雜、種類繁多，而目前的研究只是冰山一角，我們尚需對疾病發(fā)生發(fā)展過程中l(wèi)ncRNA所介導(dǎo)的基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)及其作用機(jī)制進(jìn)一步探索，現(xiàn)今在腦缺血領(lǐng)域中尚缺乏突破性的研究成果或發(fā)現(xiàn)與某特定疾病相關(guān)的lncRNA，lncRNA與腦缺血的研究潛力巨大，期望面向研究lncRNA的創(chuàng)新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，以支持該領(lǐng)域的迅速發(fā)展。

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(2016-03-31收稿)

國家自然科學(xué)基金(NO.81574059，NO.81503647)

200433 上海，第二軍醫(yī)大學(xué)長海醫(yī)院中醫(yī)系[袁影 尤艷利 靳蘭潔 周爽(通信作者)]

R743

A

1007-0478(2016)06-0459-03

10.3969/j.issn.1007-0478.2016.06.020