長鏈非編碼RNA與心血管疾病發(fā)展關系的研究進展

付準 綜述 楊毅寧,2 審校

(1.新疆醫(yī)科大學研究生學院，新疆 烏魯木齊 830054；2.新疆醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院冠心病一科，新疆 烏魯木齊 830054)

1 長鏈非編碼RNA的特性及分類

現(xiàn)階段，長鏈非編碼RNA(lncRNA)主要是指苷酸長度超過200 nt并且不會參與蛋白編碼過程的RNA[1]。按照鄰近基因位置及其方向的差異性，可將lncRNA分成基因間、基因內、雙向、正義、反義共5種類型[2]。到目前為止，研究人員對于大部分lncRNA功能機制尚處于初步階段，不過當前的許多研究工作表明lncRNA在某些生物代謝活動中發(fā)揮重要作用。lncRNA在生物表觀遺傳修飾能與DNA轉錄之后的基因表達上有調節(jié)作用[3-4]，相關機制類型也較多。如lncRNA在轉錄調控中，參與細胞凋亡、增殖等各類生物活動都存在顯著的調節(jié)作用[5-6]。lncRNA在表達蛋白編碼基因方面也存在一定的作用，可以對靶基因表達過程進行有效的正面與負面調節(jié)；如調節(jié)性非編碼反義RNA：potassium voltage-gated channel,subfamiiy Q,member 1 overlap channel,spingtranscript 1(Kcnq1ot1)，可以在順式印記基因簇內完成表觀基因的沉默[7]。近期研究工作顯示，lncRNA對于心肌細胞分化階段可通過順式作用實現(xiàn)鄰近基因表達過程的調節(jié)功能[8]。此外，lncRNA還可利用反式作用機理實現(xiàn)基因表達的有效調控，其中AK143260就可有效激活心血管核心基因的網絡[9]。lncRNA本身也能作為一種支架結構實現(xiàn)對各類蛋白質的匯集，從而構建得到核蛋白復合成分。Tsai等[10]在研究中發(fā)現(xiàn)一種HOTAIR類型的lncRNA可以形成多梳蛋白抑制復合物2，同時也可作為COREST/LSD1/REST復合物的重要支架。lncRNA一方面可對染色質進行調控，另一方面還可作為基因轉錄與相關蛋白質調控的分子引導物。比如，lncRNA-PANDA通過跟NF-YA轉錄基因間發(fā)生共同作用從而對凋亡基因生物表達起到明顯抑制效果[11]。同時，lncRNA還可發(fā)揮miRNA內源誘餌作用并表現(xiàn)出較高的生物活性，如人體肌細胞內的特異lncRNA(linc-MD1)可和其他兩個特異miRNAs發(fā)生互相作用，形成互相競爭的內源性RNA，最終形成肌肉分化的效果[12]。

2 lncRNA與心臟發(fā)育

哺乳類動物的心臟發(fā)育過程與多種干細胞以及心臟細胞存在密切關聯(lián)，同時也與平滑肌細胞和內皮細胞的分化作用具有重要關系?，F(xiàn)階段，許多研究結果顯示，許多l(xiāng)ncRNA對于小鼠中胚層的心臟細胞起到了關鍵影響，包括小鼠心臟中胚層lncRNA Fendrr以及部分lncRNA BVHT。其中，BVHT可對心血管的基因網絡起到激活作用，進入原腸胚形成期，中胚層后蛋白促進干細胞定向分化成功能性多樣的心血管祖細胞；還可和多梳抑制復合物2(PRC2)的SUZ12結構發(fā)生互相作用，其本身也可通過形成分子支架的結構和染色質修飾成分發(fā)生作用從而實現(xiàn)對心臟發(fā)育的調節(jié)功能[13]。Fendrr可和蛋白修飾復合物TrxG/MLL與PRC2發(fā)生結合，在心臟胚層以及腹側細胞的增殖、分化過程中發(fā)揮作用。通過實驗表明，將小鼠胚胎Fendrr進行下調后，其對應的靶基因表達受到抑制，引起心臟與腹側體壁發(fā)生致死畸變的結果[10]。之后，Matkovich等[14]通過應用RNA綜合定量測序的手段分析了321個與心臟細胞相關的特異lncRNA，同時還發(fā)現(xiàn)了149個與心臟胚胎表達相關的特異lncRNA，同時，lncRNA對核因子κB與環(huán)磷酸腺苷反應蛋白基因進行共同調節(jié)，實現(xiàn)對心臟胚胎發(fā)育過程的有效調控。此外，也有研究顯示，胚胎心臟增強子誘導形成的lncRNA對于引導胚胎干細胞實現(xiàn)定向分化過程發(fā)揮了關鍵作用[15]。通過研究體外胚胎腫瘤細胞分化，在心肌細胞的過程中發(fā)現(xiàn)14個 lncRNA發(fā)生了表達下調，28個lncRNA發(fā)生了表達上調[16]。早期非小細胞肺癌轉移標志物的研究中發(fā)現(xiàn)不同來源的內皮細胞均表達lncRNA肺腺癌轉錄子1(MALAT1)。實驗結果[17]顯示MALAT1在缺氧的條件下其表達作用明顯增強，同時還可有效調控內皮細胞進行增殖與遷移表型的高效轉換；通過構建小鼠后肢缺血狀態(tài)下的C57BL/6測試模型表明，采用GAPMERs藥理學控制或基因切除方式使MALAT1降低后，都將導致血管生長過程受到抑制。體外研究結果也進一步發(fā)現(xiàn)，lncRNA p21能對小鼠單核巨噬細胞與血管平滑肌細胞的生長與增殖起到明顯抑制作用，并可誘導細胞的凋亡[18]。

3 lncRNA與心肌梗死

在2006年針對心肌梗死患者全基因組的一項研究中，Ishii等[19]發(fā)現(xiàn)，心肌梗死患者易感心肌梗死相關轉錄本(MIAT)，其為單核苷酸位點編碼，又名RNCR2或Gomafu，其外顯子單核苷酸多態(tài)性發(fā)生位點變異，從而增強MIAT的表達功能，由此使心肌梗死發(fā)病風險加大。盡管心臟病理狀態(tài)下MIAT分子機制不清。相關研究表明，當心臟處在病理水平時，MIAT調控通道可能為Wnt信號。以ST段抬高型心肌梗死患者為研究對象的相關研究中發(fā)現(xiàn)，MIAT在急性ST段抬高型心肌梗死患者外周血中表達顯著下降，表明外周血中l(wèi)ncRNAs表達水平在心肌梗死患者發(fā)生變化。Michalik等[20]比較了急性心肌梗死患者與健康組中l(wèi)ncRNAs表達譜的變化，發(fā)現(xiàn)健康組中缺氧誘導因子Ⅰ反義轉錄物、電壓門控鉀離子通路KQT樣亞家族個體Ⅰ反義轉錄物Ⅰ和MALAT1較心肌梗死組表達低，同時日漸增多的研究證實，lncRNAs同心肌梗死有著直接相關性，提出此基因的突變和心肌梗死心肌受損生物標志物、左心室功能不全以及危險因素指標有著關聯(lián)，提示在心肌梗死中，lncRNAs可作為新的生物診斷標志物。Kumarswamy等[21]對存在急性心肌梗死癥狀的左室重構患者進行研究時發(fā)現(xiàn)，線粒體源預測心臟重構lncRNA(LIPCAR，又稱uco22bqs.1)在急性心肌梗死患者中早期表達下調，后期表達則顯著上升。

4 lncRNAs與心室肥厚

心肌肥厚的主要病理變化是心肌細胞體積肥大。在過去的幾年內，相關研究發(fā)現(xiàn)，lncRNAs通過對miRNAs表達施以干預，可實現(xiàn)對心肌凋亡與心肌肥厚進行調控。通過心肌細胞低氧培養(yǎng)，Wang等[22]鑒定出四類下調表達的lncRNAs，將其分別命名為AK018416、AK029547、AK017121和AK041176。其中，AK017121可抑制凋亡和線粒體分裂，故而，AK017121又名心臟凋亡相關lncRNA。對于心肌重構而言，心肌細胞凋亡為促進其行為的其中一項關鍵因子。有研究發(fā)現(xiàn)，心臟凋亡相關lncRNA CARL對miR-539結合線粒體內膜蛋白抗增殖蛋白存在阻礙作用，由此對低氧狀態(tài)時線粒體裂解與凋亡加以保護。通過小鼠心肌肥厚模型發(fā)現(xiàn)，lncRNA AK048451在小鼠心肌肥厚模型中表達增強，同時被命名為心肌肥厚相關因子(CHRF)[23]。CHRF在心肌細胞中可導致心肌肥厚和心肌凋亡。CHRF作為內源性海綿體，利用競爭性機制實現(xiàn)對miR-489與下游靶基因髓樣分化因子88之間的結合作用形成抑制效果，以此激活核因子κB信號傳輸通道，完成心肌肥厚的調節(jié)過程。通過心力衰竭小鼠模型，Han等[24]發(fā)現(xiàn)：Myheart(又名Mhrt)即MYH7反義轉錄本，對心臟具有保護功能。借助轉基因技術，對染色質重塑蛋白酶(Brgl)進行高水平表達，能使Mhrt恢復到正常水平，由此抑制心力衰竭。相關研究[25]發(fā)現(xiàn)，Brgl可經由同組蛋白去乙酰化酶以及多腺苷二磷酸核糖聚合酶相結合，在心臟發(fā)育和心臟疾病中發(fā)揮重大作用；但現(xiàn)今針對Mhrt阻斷Brgl機制的關鍵點尚不明確。

5 lncRNAs與心臟重構

近年來，已有研究者發(fā)現(xiàn)肌球蛋白重鏈相關RNA轉錄本Mhrt，Mhrt的表達抑制在心肌肥厚中發(fā)揮重要作用，恢復Mhrt表達可阻止心肌肥厚及心力衰竭的發(fā)展[26]。此外發(fā)現(xiàn)lncRNA-LIPCAR在心肌梗死后左室重構血漿早期表達下調，晚期表達上調[27],Wang等[23]通過構建小鼠心肌肥厚模型并在研究中發(fā)現(xiàn)對心肌肥厚具有重要影響的CHRF,CHRF通過ceRNAs機制結合miR-489，實現(xiàn)miR-489靶基因骨髓分化蛋白88的上調表達作用，從而實現(xiàn)對心肌肥厚的有效調控。此外，相關研究表明lncRNAs的差異表達對細胞外基質合成和心肌纖維化有影響[28]。目前l(fā)ncRNAs在心臟基因領域的研究正處于初始階段，不斷深入分析lncRNAs對于心臟的發(fā)育及其病變過程的作用，將會對心血管疾病的治療過程起到顯著的促進作用。

6 結局與展望

概而述之，在真核生物轉錄本中，lncRNA作為構成單元之一起著關鍵作用，對人類機體的重要性也很明顯，其除了能憑借對細胞分化、增殖、損傷、凋亡以及自噬等活動的調控，還能憑借不同分子機制，對若干類心血管疾病施加影響。在過去的幾年內，lncRNA的生物學作用研究雖然有重大突破，甚至一些研究成果已在臨床領域得到成功轉化，但在認知與研究lncRNA上尚處在起步階段，需深入挖掘其結構、作用、同疾病相關性。就lncRNA對心血管疾病的影響、自身結構功能的研究趨勢，可做出以下推測：(1)lncRNA在每種疾病或某類細胞生物學方面的作用力怎樣開展具針對性的研究，諸如，明確lncRNA的哪一部分在調控中發(fā)揮關鍵功能，以及明確lncRNA對相關細胞周期所發(fā)揮的特有作用，尤其需針對現(xiàn)有的由表觀調控因子、轉錄因子、miRNA以及信號蛋白構成的調控網絡內lncRNA的具體參與途徑加以明確。(2)怎樣對lncRNA的靶基因、調控靶基因途徑做出準確預測。(3)能否憑借對特定lncRNA的表達強度的檢測來對每類心血管疾病加以診斷或預測。(4)能夠經由特定途徑(諸如導入微泡內)將相關lncRNA靶向引導至目標細胞內，由此發(fā)揮心血管疾病的治療效能。相信隨著lncRNA在心血管疾病分子生物學機制研究的深入，lncRNAs可為心血管疾病提供新的診斷依據(jù)和防治手段。

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