長鏈非編碼RNA與心血管疾病

1 概述

長鏈非編碼RNA(lncRNA)泛指長度>200 nt，沒有蛋白編碼能力的轉(zhuǎn)錄本。雖然這一概念不夠準確，但是可以較好地區(qū)分lncRNA與mRNA的特點，仍被廣泛應用。lncRNA與mRNA的相同點與不同點見表1。

表1 lncRNA與mRNA的比較

lncRNA的分類比較復雜，St Laurent等[3]總結(jié)了基于轉(zhuǎn)錄本長度、與編碼基因的位置關系、重復序列、功能等10種分類方法，其中基于位置和功能的分類方法被廣泛應用。由于lncRNA是數(shù)量龐大、異質(zhì)性大的分子群體，目前的分類方法各有利弊，為了能夠精確地描述和區(qū)分某個lncRNA的特性，往往需要幾種方法聯(lián)合使用。常用lncRNA分類見表2。

表2 lncRNA分類

lncRNA可在轉(zhuǎn)錄前水平、轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮作用，這主要取決于其在細胞內(nèi)的分布[1]。Marchese等[4]將核內(nèi)的lncRNA分為順式調(diào)控lncRNA和反式調(diào)控lncRNA，順式調(diào)控lncRNA發(fā)揮的功能主要與關聯(lián)的基因位點有關，如作為增強子調(diào)控蛋白的元件參與調(diào)控增強子活性；或通過與編碼基因競爭RNA聚合酶Ⅱ影響基因表達。反式調(diào)控lncRNA的作用方式多樣，包括與染色質(zhì)復合體作用、與DNA/RNA結(jié)合的蛋白質(zhì)相互作用以及直接與DNA/RNA形成R環(huán)和三重螺旋等。胞質(zhì)lncRNA也可通過多種方式發(fā)揮功能，它們可以充當微小RNA(miRNA)或蛋白質(zhì)的誘餌分子，調(diào)控基因表達；也可以直接影響胞質(zhì)內(nèi)mRNA的翻譯或干擾蛋白質(zhì)的翻譯后調(diào)控，導致胞質(zhì)異常的信號轉(zhuǎn)導。此外，還有研究證實有一小部分目前被歸類為lncRNA的轉(zhuǎn)錄本可能會編碼小分子蛋白質(zhì)或有功能的微量多肽[1]。這也使胞質(zhì)lncRNA的功能與作用機制更加復雜。

2 lncRNA與心臟發(fā)育

心臟發(fā)育是一個復雜的過程，涉及細胞增殖、分化和形態(tài)發(fā)生等多個階段。許多l(xiāng)ncRNA在心臟發(fā)育和先天性心臟病的發(fā)病方面有重要作用。Legnini等[5]發(fā)現(xiàn)linc-MD1可以通過海綿機制吸附miR-133，同時也是miR-133的前體，miR-133可以抑制HuR蛋白的翻譯，而HuR蛋白則通過與Drosha蛋白競爭結(jié)合linc-MD1，提高linc-MD1的穩(wěn)定性，防止其降解為miR-133。linc-MD1、miR-133、HuR之間形成了正反饋調(diào)節(jié)循環(huán)，在心肌分化的早期促進心肌分化，在分化的精細調(diào)控中發(fā)揮重要作用。此外，長鏈非編碼RNA Braveheat (Bvht)在中胚層向心臟方向發(fā)育的過程中發(fā)揮著重要作用[6]。在小鼠心臟組織中特異性表達的Fendrr則可以通過對DNA的表觀修飾影響側(cè)中胚層的分化[7]。

3 lncRNA與冠狀動脈粥樣硬化

冠狀動脈粥樣硬化的主要病理過程為脂質(zhì)斑塊的形成，血管內(nèi)皮細胞、巨噬細胞及平滑肌細胞均參與其中。

最早在非小細胞肺癌中發(fā)現(xiàn)的MALAT1主要在內(nèi)皮細胞中表達，它可以通過招募SR家族成員，與PRC2復合體聯(lián)合進行表觀修飾，從而在內(nèi)皮細胞的增殖、新生血管形成等病理過程中發(fā)揮作用[8]。一項臨床對照研究也發(fā)現(xiàn)，MALAT1在冠狀動脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)患者外周血中的表達明顯高于非冠心病患者，提示MALAT1可作為冠心病患者的監(jiān)測指標或新藥開發(fā)靶點[9]。

血管平滑肌細胞(VSMC)的表型轉(zhuǎn)化也是冠心病發(fā)生發(fā)展的重要機制。成年型的VSMC具有維持血管彈性的作用，但是在一些因素的刺激下可以去分化成為分泌表型；分泌型VSMC異常增殖、遷移、凋亡以及大量合成細胞外基質(zhì)是粥樣硬化過程中泡沫細胞形成的主要原因。NEAT1在平滑肌細胞表型轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用。Ahmed等[10]的研究證明NEAT1可以與WDR5蛋白結(jié)合，WDR5的缺失會導致組蛋白的抑制修飾H3K27me3被強化，而活化修飾H3K4me3和H3K9ac被抑制，最終導致分化基因表達下降，促進平滑肌細胞的增殖和遷移。

在臨床實踐中，經(jīng)皮冠狀動脈介入術(shù)(PCI)后支架內(nèi)再狹窄的發(fā)生率可達3%～20%，而參與這一過程的主要是平滑肌細胞。Wu等[11]發(fā)現(xiàn)linc-p21是p53信號通路中的重要調(diào)控分子，可以抑制平滑肌細胞增殖，促進其凋亡，并且在冠心病患者的血管組織和外周血中均顯著下調(diào)。

4 lncRNA與心肌肥厚

既往的大量研究已經(jīng)證明，lncRNA如Chaer、Chast、Mhrt、CHRF、ROR、H19、MIAT等在心肌肥厚的發(fā)生和進展中扮演著重要的角色。

Wang等[12]發(fā)現(xiàn)Chaer具有促心肌肥大的作用，它可以在心肌肥厚相關基因(Anf、Myh7、Acta1)的啟動子區(qū)直接結(jié)合PRC2復合體，抑制H3K27的甲基化，進而活化這些基因的表達，加快心肌肥厚的進程。CHRF在胞漿高表達，最早由Wang等[13]提出它可以吸附miR-489，抑制miR-489與炎性介質(zhì)MYD88結(jié)合，從而激活核因子κB(NF-κB)信號通路，促進心肌肥厚過程中的炎性反應，加重心力衰竭。此外還有心肌肥厚相關的H19，作為前體分子產(chǎn)生miR-675，在苯腎上腺素誘導的心肌肥厚模型中減輕心肌細胞的肥大程度[14]。

5 lncRNA與生物標記物

lncRNA可以進入循環(huán)血、尿液等體液中，是無創(chuàng)的、易于獲取的生物標志物，有望成為心臟損傷及多種心血管疾病危險分層、診斷及預后評價的指標。2014年，Kumarswamy等[15]首次在心血管疾病中研究了lncRNA作為生物標記物的可能性。他們分離了788例心肌梗死患者的血液樣本RNA，進行二代測序，挑選出候選lncRNA，分析了lncRNA與心肌梗死后左室重構(gòu)、心力衰竭以及患者生存期之間的關系。最終發(fā)現(xiàn)線粒體LncRNA uc022BQS.1(LIPCAR)可作為獨立危險因素，預測心肌梗死患者的3年生存期。2018年，Li等[16]的研究證明外周血LIPCAR水平可以作為ST段抬高型心肌梗死的診斷指標，并與傳統(tǒng)的心肌梗死標志物有較好的相關性。Yan等[17]研究證明外周血UCA1水平在急性心肌梗死早期下降，而在心肌梗死后3 d升高。Gu等[18]則發(fā)現(xiàn)孕婦外周血lncRNA ENST00000436681、ENST00000422826、AA584040、AA709223、BX478947等的水平對產(chǎn)前診斷預測胎兒先天性心臟病有較高的敏感性和特異性。

此外，Shan等[19]發(fā)現(xiàn)miR-223可以由造血細胞分泌入血，入血后的miR-223進入血管內(nèi)皮及平滑肌細胞，作用于靶基因IGF-1R并抑制其表達，進而抑制PI3K-Akt通路的開放。在這項研究中，短鏈非編碼RNA miR-223以類似于激素的作用方式發(fā)揮作用，由此推測，血中的lncRNA或許也存在這種作用方式。lncRNA是一類數(shù)量龐大，分類、功能都十分復雜的非編碼轉(zhuǎn)錄本。近年來發(fā)現(xiàn)的與心血管疾病相關的代表性lncRNA見表3。

表3 與心血管疾病相關的代表性lncRNA

從分子水平的研究轉(zhuǎn)化到臨床應用是漫長的過程，與lncRNA相關的轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究可能成為心血管疾病研究的熱點和難點。