長鏈非編碼RNA在重要組織器官缺血再灌注損傷中的研究進(jìn)展

王怡 梁就慶 孫慧林 楊丹 張良清 胡喆

[摘要] 近年來，越來越多的研究表明，長鏈非編碼RNA（lncRNA）能夠通過多種作用機(jī)制參與各種細(xì)胞生命活動和許多疾病的發(fā)生與發(fā)展。然而，lncRNA在缺血再灌注損傷（IRI）這一病理過程中的調(diào)控作用仍未闡明。深入了解這些lncRNA在IRI中的作用有利于全面認(rèn)識IRI后的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，對于尋找IRI新的生物標(biāo)志物和治療靶點、保護(hù)重要組織器官、改善患者的臨床預(yù)后有著重要意義。本文就目前已知的lncRNA在心、腦、肝、腎、肺等重要器官的IRI中的作用進(jìn)行綜述，并總結(jié)部分還未深入研究的lncRNA，為未來更深層次的機(jī)制研究提供方向。

[關(guān)鍵詞] 長鏈非編碼RNA；缺血再灌注損傷；心肌梗死；腦中風(fēng)；急性腎損傷；肝缺血再灌注損傷；肺缺血再灌注損傷

[中圖分類號] R730.23 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1673-7210（2018）06（b）-0021-04

[Abstract] In recent years， more and more studies have suggested that long non-coding RNAs （lncRNAs） can participate in the vital movement of all kinds of cells and the emergence and development of many diseases. However， the regulating effects of lncRNA in the pathological process of ischemia-reperfusion injury （IRI） have not been clarified. To further understand the role of these lncRNAs in IRI will help to know about the molecular regulatory network after IRI， which has great significance for seeking new biomarkers and therapeutic targets of IRI， protecting important tissue and organs， and improving the clinical prognosis of patients. This paper reviews the currently known effects of lncRNA in the IRI of important organs of heart， brain， liver， kidney and lung， and summarizes some lncRNAs those have not been researched deeply， so as to provide direction for future deeper mechanism research.

[Key words] Long non-coding RNAs； Ischemia reperfusion injury； Myocardial infarction； Stroke； Acute kidney injury； Hepatic ischemia reperfusion injury； Lung ischemia reperfusion injury

缺血再灌注（IR）是一種常見的病理過程，它參與了非常廣泛的疾病過程，例如心肌梗死、急性缺血性腦卒中、急性腎損傷、創(chuàng)傷、循環(huán)衰竭等[1]。特別是像心肌梗死、腦卒中這類缺血缺氧性的心腦血管疾病，已成為我國發(fā)病率和死亡率最高的疾病。及時恢復(fù)缺血組織的血流供應(yīng)是解救患者病情的最佳醫(yī)治策略，但是隨著血供的恢復(fù)，又給缺血的組織器官帶來新的傷害，即缺血再灌注損傷（IRI）[1]。除此之外隨著醫(yī)療技術(shù)的提高，心臟、肝臟、腎臟等重要器官移植手術(shù)、斷肢再植等手術(shù)的需求日益增多，組織器官再植后如何減輕IRI也是如今移植手術(shù)面臨的難題之一。

長鏈非編碼RNA（lncRNA）是近年來的研究熱點，已經(jīng)有許多研究證明lncRNA參與了許多重要器官比如心、腦、肝、腎及血管內(nèi)皮組織IRI的病理過程。一些lncRNAs已經(jīng)被證明是心臟IRI的生物標(biāo)志物，未來在臨床上或許能夠成為預(yù)防心肌IRI的潛在治療目標(biāo)[2]。全面探尋lncRNA的生物功能與分子機(jī)制，對我們研究怎樣保護(hù)組織器官的IRI有著十分重要的意義。本文就lncRNA在重要器官包括心臟、腦、肝臟、腎臟、肺和血管內(nèi)皮中IRI的研究進(jìn)展作一綜述。

1 lncRNA的概述

1.1 lncRNA的定義

在分子生物學(xué)的早期，RNA被分為兩類，一類約2%的RNA為可以編碼蛋白的mRNA，其余均為沒有編碼蛋白功能的非編碼核糖核酸（non-coding RNAs，ncRNA）。lncRNA是指長度大于200個核苷酸的非編碼核糖核酸，不過已有研究發(fā)現(xiàn)一些lncRNA可以編碼小的多肽[3]。

1.2 lncRNA作用機(jī)制

lncRNA可以與DNA、RNA、蛋白質(zhì)、ncRNA互相作用，參與廣泛的生物過程以及幾乎所有水平的基因調(diào)控，例如染色質(zhì)重塑、組蛋白修飾、DNA甲基化、mRNA的拼接和翻譯，也可作為轉(zhuǎn)錄因子或者轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子等[4]。其相互作用的模式可以總結(jié)為兩種：一種是基于序列雜交的相互作用，lncRNA可以直接和mRNA的基因組綁定，調(diào)控mRNA的轉(zhuǎn)錄水平。lncRNA還可以扮演內(nèi)源競爭RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）的功能，通過和microRNA相互競爭，調(diào)控其他RNAs的水平。第二種是基于二級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)的相互作用，lncRNA可以形成二級和三級結(jié)構(gòu)，能夠和蛋白質(zhì)產(chǎn)生更復(fù)雜的相互作用。

2 器官缺血再灌注損傷

組織器官IRI廣泛存在于各種疾病和手術(shù)中，大多器官IRI應(yīng)答的基本特征包括激活的內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和肥大細(xì)胞釋放ROS、細(xì)胞因子和趨化因子，招募和激活中性粒細(xì)胞的內(nèi)皮黏附以及血液當(dāng)中的其他反應(yīng)原件，造成血管內(nèi)皮功能障礙和實質(zhì)損傷[1]。然而不同的器官對IRI有著不同的敏感程度和嚴(yán)重程度，這些差異的生物學(xué)基礎(chǔ)尚不完全清楚，還需要更多的研究去探索。

3 lncRNA與組織器官缺血再灌注損傷

3.1 lncRNA與心臟缺血再灌注損傷

缺血性心臟病是世界范圍內(nèi)發(fā)病率最高的疾病。除此之外，各種各樣的外科手術(shù)，例如血管形成術(shù)、冠狀動脈搭橋術(shù)和心臟移植術(shù)后心臟血供的恢復(fù)都會不可避免地帶來心肌細(xì)胞損傷和血管損傷等傷害。

心肌細(xì)胞凋亡是心肌IRI的重要環(huán)節(jié)。抑制心肌IRI凋亡通路的激活，是預(yù)防和治療心肌IRI的重要治療策略。Wang等[5]在小鼠心肌細(xì)胞模型中新發(fā)現(xiàn)了lncRNA-MDRL可以通過下調(diào)miRNA361-miRNA484，控制線粒體分裂和凋亡，對心肌IRI產(chǎn)生保護(hù)作用。Liu等[6]研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠心臟IRI模型中l(wèi)ncRNA-UCA1的水平下降，UCA1又可抑制腫瘤抑制因子p27蛋白水平。在心肌細(xì)胞實驗中敲低UCA1的水平，可以促進(jìn)心肌細(xì)胞的存活，增加心肌細(xì)胞的凋亡。Yu等[7]發(fā)現(xiàn)lncRNA-MALAT1可以通過海綿吸附作用調(diào)控miR-133，從而促進(jìn)Nod樣受體蛋白3炎性小體的表達(dá)，加重IRI。Zhao等[8]研究發(fā)現(xiàn)，阿片類藥物芬太尼可以下調(diào)MALAT1的水平，而MALAT1又通過調(diào)控miR-145/Bnip3通路，抑制心肌細(xì)胞凋亡，對心肌細(xì)胞的IRI起到保護(hù)作用。Li等[9]發(fā)現(xiàn)，lncRNA-KCNQ1OT1可以通過調(diào)控脂聯(lián)素1介導(dǎo)的炎性反應(yīng)和凋亡通路、MAPK/NF-κB通路減輕IRI。

除了凋亡機(jī)制以外，自噬也是目前研究的熱點之一，自噬在心肌IRI中起著重要的調(diào)控作用。自噬相關(guān)基因ATG7（autophagy-related gen，ATG）不僅是自噬的重要標(biāo)志，也是促進(jìn)自噬的重要因子。Wang等[10]研究發(fā)現(xiàn)，在心肌細(xì)胞模型和小鼠心肌IR模型中，敲低lncRNA-APF可以通過調(diào)控miR188-3p-ATG7，來調(diào)控心肌細(xì)胞的自噬和死亡，保護(hù)心梗后IRI。

既往研究表明，壞死也在心臟IRI中起著重要的作用，甚至比凋亡更為顯著[11]。Wang等[11]在小鼠心肌IR模型中驗證發(fā)現(xiàn)，過表達(dá)H19通過調(diào)控miR-103/107抑制FADD的表達(dá)，減輕IRI造成的心肌細(xì)胞壞死。Wang等[12]研究發(fā)現(xiàn)lncRNA-NRF可通過對miR-873的海綿吸附作用，直接與miR-873相結(jié)合，并且抑制miR-873水平，從而抑制RIP1/RIP3的翻譯，減少RIP1/RIP3通路介導(dǎo)的心肌細(xì)胞壞死。

缺血再灌注后處理（ischemic postconditioning，IPostC）是指在再灌注處理時給予一個或者幾個周期短暫的缺血-再灌注處理的一個過程，能夠降低心肌梗死面積，減輕IRI。Wu等[13]研究了在C57BCL小鼠心臟IPostC后lncRNA的表達(dá)譜變化，發(fā)現(xiàn)上調(diào)的lncRNA有AK144818、ENSMUST00000156637、ENSMU- ST00000118342、ENSMUST00000118149、Uc008ane.1、 ENSMUST00000164933、ENSMUST00000162347、E-NSMUST00000135945、ENSMUST00000176338、ENSMUST00000120587。下調(diào)的lncRNA有NSMUST000-00125121、ENSMUST00000155271和Uc008thl.1。這些差異表達(dá)的lncRNA有可能成為IRI的新的生物標(biāo)志物以及未來治療心血管疾病的潛在治療靶點。

3.2 lncRNA與腦缺血再灌注損傷

大腦是對缺血反應(yīng)最敏感的器官，在不到20 min的腦局部缺血都會造成腦組織的不可逆性的損傷。IR引起的腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷是血腦屏障損傷的初始階段，會導(dǎo)致缺血性腦中風(fēng)患者預(yù)后較差。有研究證明自噬機(jī)制對于腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞的缺血損傷有保護(hù)作用[14]。Li等[15]研究發(fā)現(xiàn)Malat1在小鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞IR模型中的水平顯著增高，通過抑制miR-26b的水平下調(diào)ULK2的表達(dá)，促進(jìn)腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞自噬和細(xì)胞存活。Xin等[16]在腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞IR模型中發(fā)現(xiàn)過表達(dá)Malat1時增加了PI3K的活性和AKT的磷酸化，減少了Caspase-3的活性，抑制了腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞凋亡。Zhang等[17]在腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞IR模型和小鼠腦IR模型中都檢測到IR后MALAT1的水平明顯增加。實驗發(fā)現(xiàn)MALAT1可以通過抑制促凋亡因子BIM、促炎因子MCP-1、IL-6和內(nèi)皮細(xì)胞選擇素的水平，抑制凋亡，對腦中風(fēng)的IRI產(chǎn)生保護(hù)作用。

廣泛的研究表明，IRI除了造成腦微血管內(nèi)皮損傷以外，腦組織的局部缺血還會觸發(fā)一系列的神經(jīng)事件，例如缺氧、氧化應(yīng)激、興奮性氨基酸神經(jīng)毒性、炎性反應(yīng)和水腫形成，導(dǎo)致缺血部位的神經(jīng)元細(xì)胞死亡[18]。Wu等[18]檢測了小鼠腦IRI模型中全基因組lncRNA的表達(dá)譜變化，新發(fā)現(xiàn)了lncRNA-N1LR可能通過抑制p53蛋白第15絲氨酸的磷酸化，從而抑制凋亡，對神經(jīng)細(xì)胞產(chǎn)生保護(hù)作用。Li等[19]也對小鼠海馬神經(jīng)元IRI后lncRNA進(jìn)行了高通量篩選，發(fā)現(xiàn)lncRNA-Tnxa-ps1通過抑制細(xì)胞凋亡來促進(jìn)神經(jīng)元的存活。

3.3 lncRNA與肝缺血再灌注損傷

肝臟的IRI是出血性休克、肝臟手術(shù)和肝移植的主要并發(fā)癥，每年影響世界數(shù)百萬的患者。Chen等[20]用基因芯片的方法首次揭示了在小鼠肝臟IRI模型中l(wèi)ncRNA和mRNA的表達(dá)譜變化。芯片一共分析了20 073個lncRNA，肝臟IR后，其中有71個上調(diào)、27個下調(diào)的lncRNA。作者研究團(tuán)隊隨后又對lncRNA中上調(diào)倍數(shù)最大的lncRNA-AK139328進(jìn)行了更深層的研究。實驗發(fā)現(xiàn)敲低AK139328后，降低了肝臟中的巨噬細(xì)胞水平和Caspase-3的活化水平，同時還降低了NF-κB的活性，從而降低了炎性因子的表達(dá)，對肝IRI產(chǎn)生保護(hù)作用。沉默AK139328的表達(dá)或許可以作為肝臟手術(shù)或者移植手術(shù)時減輕肝IRI的新的治療靶點。隨后Chen等[21]又對小鼠肝臟IR后小鼠血漿內(nèi)lncRNA的表達(dá)譜進(jìn)行了分析，在此次基因芯片分析中，一共檢測了10 206個lncRNA，其中有64個上調(diào)、244個下調(diào)的lncRNA。血漿中差異變化的lncRNA和前次肝臟差異變化的lncRNA相比，結(jié)果不盡相同，甚至在肝臟中變化最大的AK139328在血漿中也沒有能檢測到。根據(jù)這些發(fā)現(xiàn)推測小鼠肝臟IR后，在血漿中差異表達(dá)的lncRNA大多數(shù)可能來自其他組織，并不局限于肝臟本身，提示臨床上對肝臟IRI的診斷和治療時，其他組織和血細(xì)胞也應(yīng)該被重視。此外，通過對這些血漿中差異表達(dá)的lncRNA的分析，能夠?qū)υu估肝臟IRI的嚴(yán)重程度有所幫助。

3.4 lncRNA與腎缺血再灌注損傷

急性腎損傷（AKI）是一種主要的腎臟疾病，發(fā)病率和死亡率都在上升[22]。臨床上，AKI發(fā)生的原因是腎或其他器官手術(shù)引起的缺血再灌注損傷、敗血癥、腎毒性等。迫切需要研究新的治療策略來改善AKI的預(yù)后。

在腎臟IRI中，缺血組織的炎性反應(yīng)造成了急性腎損傷的不良預(yù)后。研究表明趨化因子RANTES可以招募循環(huán)中的白細(xì)胞，能夠增加炎性反應(yīng)。Yu等[23]發(fā)現(xiàn)，在小鼠腎IRI模型中，RANTES在小鼠腎小管細(xì)胞中的表達(dá)水平顯著提高。實驗發(fā)現(xiàn)HIF-1α可以通過調(diào)控lncRNA-PRINS的水平，從而調(diào)控RANTES的水平，對急性腎損傷保護(hù)起到調(diào)控作用。

交感神經(jīng)的傳入和傳出系統(tǒng)在調(diào)節(jié)腎功能中起著至關(guān)重要的生理作用，腎交感神經(jīng)系統(tǒng)的激活與AKI的缺血性損傷密切相關(guān)。Larkin等[24]報道，刺激T9脊髓使腎血流量減少，導(dǎo)致了急性腎功能衰竭。在腎IRI誘導(dǎo)的急性腎衰時，腎交感神經(jīng)系統(tǒng)興奮性增強(qiáng)。因此，阻斷腎交感神經(jīng)系統(tǒng)的激活或許能夠減輕缺血后的腎損傷。Liu等[25]首次用高通量測序的方法檢測了大鼠IR誘導(dǎo)的急性腎損傷模型中下胸段（T8～T12）脊髓的mRNA和lncRNA的表達(dá)譜。高通量測序一共檢測到了3894個lncRNA，與正常組相比，IR組有35個上調(diào)、17個下調(diào)的lncRNA。這表明下胸段脊髓確實參與了對腎臟IRI的神經(jīng)調(diào)控，雖然其中大多數(shù)lncRNA的功能尚不清楚，但是對lncRNA參與調(diào)控AKI提出了新的見解。

3.5 lncRNA與肺缺血再灌注損傷

IR引起的肺損傷被認(rèn)為是導(dǎo)致原發(fā)性移植物失敗的主要原因之一。它的特點是在肺移植72 h內(nèi)發(fā)生的非特殊的肺泡損傷、肺水腫和低氧血癥。盡管在肺移植方面進(jìn)行了改進(jìn)，但在肺移植后，IRLI仍然是早期發(fā)病率和死亡率的重要原因。研究人員花了數(shù)年時間來研究肺缺血性損傷的發(fā)病機(jī)制，但具體的細(xì)胞和分子機(jī)制仍不清楚。直至今日，lncRNA調(diào)控肺IRI的研究還是一片空白，亟待更多的研究去探索和發(fā)現(xiàn)這兩者之間的關(guān)系。

4 小結(jié)

綜上所述，lncRNA廣泛參與了心、腦、肝、腎等重要器官缺血再灌注過程中凋亡、自噬、壞死、炎性反應(yīng)等各種調(diào)控通路，發(fā)揮著重要作用。lncRNA作為生物學(xué)標(biāo)志物和治療靶點已經(jīng)在腫瘤學(xué)領(lǐng)域中廣泛地研究和應(yīng)用，但lncRNA在IR中的研究仍處于起步階段，很多l(xiāng)ncRNA的具體工作機(jī)制尚不明了。尤其是lncRNA在肺組織IRI中的作用更是一片空白，亟待更多的學(xué)者去深入探索。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，高通量測序為lncRNA的研究提供了非常便捷的途徑，有越來越多的研究使用基因芯片這一技術(shù)來發(fā)現(xiàn)在IRI中差異表達(dá)的已知和未知的lncRNA，并進(jìn)一步探究它們的功能作用，這一技術(shù)的普及也是未來研究lncRNA的必然趨勢。深入了解這些lncRNA的功能與機(jī)制，有望能夠闡明其在IRI中復(fù)雜的調(diào)控機(jī)制，對我們改善IRI治療策略、發(fā)現(xiàn)新的治療靶點來保護(hù)組織器官的IRI有著重要的意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1] Eltzschig HK，Eckle T. Ischemia and reperfusion-from mechanism to translation [J]. Nature Medicine，2011，17（11）：1391-1401.

[2] Ong SB，Katwadi K，Kwek XY，et al. Non-coding RNAs as therapeutic targets for preventing myocardial ischemia-reperfusion injury [J]. Expert Opin Ther Targets，2018，22（3）：247-261.

[3] Slavoff SA，Mitchell AJ，Schwaid AG，et al. Peptidomic discovery of short open reading frame-encoded peptides in human cells [J]. Nat Chem Biol，2013，9（1）：59-64.

[4] Yoon JH，Abdelmohsen K，Gorospe M. Functional interactions among micro RNAs and long noncoding RNAs [J]. Semin Cell Dev Biol，2014，34（4）：9-14.

[5] Wang K，Sun T，Li N，et al. MDRL lncRNA regulates the processing of miR-484 primary transcript by targeting miR-361 [J]. PLos Genet，2014，10（7）：e1004467.

[6] Liu Y，Zhou D，Li G，et al. Long non coding RNA-UCA1 contributes to cardiomyocyte apoptosis by suppression of p27 expression [J]. Cell Physiol Biochem，2015，35（5）：1986-1998.

[7] Yu SY，Dong B，Tang L，et al. LncRNA MALAT1 sponges miR-133 to promote NLRP3 inflammasome expression in ischemia-reperfusion injured heart [J]. Int J Cardiol，2018， 254：50.

[8] Zhao ZH，Hao W，Meng QT，et al. Long non-coding RNA MALAT1 functions as a mediator in cardioprotective effects of fentanyl in myocardial ischemia-reperfusion injury [J]. Cell Biol Int，2017，41（1）：62-70.

[9] Li X，Dai Y，Yan S，et al. Down-regulation of lncRNA KCNQ1OT1 protects against myocardial ischemia/reperfusion injury following acute myocardial infarction [J]. Biochem Biophys Res Commun，2017，491（4）：1026-1033.

[10] Wang K，Liu CY，Zhou LY，et al. APF lncRNA regulates autophagy and myocardial infarction by targeting miR-188-3p [J]. Nat Commun，2015，6：6779.

[11] Wang JX，Zhang XJ，Li Q，et al. MicroRNA-103/107 regulate programmed necrosis and myocardial ischemia/reperfusion injury through targeting FADD [J]. Circ Res，2015，117（4）：352-363.

[12] Wang K，Liu F，Liu CY，et al. The long noncoding RNA NRF regulates programmed necrosis and myocardial injury during ischemia and reperfusion by targeting miR-873 [J]. Cell Death Differ，2016，23（8）：1394-1405.

[13] Wu X，Zhu H，Zhu S，et al. lncRNA expression character associated with ischemic reperfusion injury [J]. Mol Med Rep，2017，16（4）：3745-3752.

[14] Li H，Gao A，F(xiàn)eng D，et al. Evaluation of the protective potential of brain microvascular endothelial cell autophagy on blood-brain barrier integrity during experimental cerebral ischemia-reperfusion injury [J]. Transl Stroke Res，2014，5（5）：618-626.

[15] Li Z，Li J，Tang N. Long noncoding RNA Malat1 is a potent autophagy inducer protecting brain microvascular endothelial cells against oxygen-glucose deprivation/reoxygenation-induced injury by sponging miR-26b and upregulating ULK2 expression [J]. Neuroscience，2017， 354：1-10.

[16] Xin JW，Jiang YG. Long noncoding RNA MALAT1 inhibits apoptosis induced by oxygen-glucose deprivation and reoxygenation in human brain microvascular endothelial cells [J]. Exp Ther Med，2017，13（4）：1225-1234.

[17] Zhang X，Tang X，Liu K，et al. Long noncoding RNA Malat1 regulates cerebrovascular pathologies in ischemic stroke [J]. J Neurosci，2017，37（7）：1797-1806.

[18] Wu Z，Wu P，Zuo X，et al. LncRNA-N1LR enhances neuroprotection against ischemic stroke probably by inhibiting p53 phosphorylation [J]. Mol Neurobiol，2017，54（10）：7670-7685.

[19] Li H，Wu Y，Suo G，et al. Profiling neuron-autonomous lncRNA changes upon ischemia/reperfusion injury [J]. Biochem Biophys Res Commun，2018，495（1）：104-109.

[20] Chen Z，Jia S，Li D，et al. Silencing of long noncoding RNA AK139328 attenuates ischemia/reperfusion injury in mouse livers [J]. PLoS One，2013，8（11）：e80817.

[21] Chen Z，Luo Y，Yang W，et al. Comparison analysis of dysregulated LncRNA profile in mouse plasma and liver after hepatic ischemia/reperfusion injury [J]. PLoS One，2015，10（7）：e133462.

[22] Yang Y，Song M，Liu Y，et al. Renoprotective approaches and strategies in acute kidney injury [J]. Pharmacol Ther，2016，163：58-73.

[23] Yu TM，Palanisamy K，Sun KT，et al. RANTES mediates kidney ischemia reperfusion injury through a possible role of HIF-1alpha and LncRNA prins [J]. Sci Rep，2016，6：18424.

[24] Larkin TM，Dragovich A，Cohen SP. Acute renal failure during a trial of spinal cord stimulation：theories as to a possible connection [J]. Pain Physician，2008，11（5）：681-686.

[25] Liu QQ，Liu H，He ZG，et al. Differential gene and lncRNA expression in the lower thoracic spinal cord following ischemia/reperfusion-induced acute kidney injury in rats [J]. Oncotarget，2017，8（32）：53 465-53 481.