LncRNAs在心肌肥厚中的研究進(jìn)展

張伊茗，張 雪，顏天華

中國藥科大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床藥學(xué)學(xué)院生理教研室，南京 210009

心肌肥厚是心臟在壓力、容量等變化下為了維持原有灌注功能而形成的一種狀態(tài)[1]，病理性心肌肥大伴隨著一系列不良心血管事件發(fā)生，包括心律失常、心力衰竭等[2]。

心室肥大與胎兒基因的再激活有關(guān)，包括心鈉肽（atrial natriuretic peptide，ANP）、腦鈉肽 （brain natriuretic peptide，BNP）和 β-肌球蛋白重鏈（β-myosin heavy chain，β-MHC），以及成人心臟中肌漿網(wǎng)Ca2+-ATP酶 （sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase，SERCA2a）和 α-肌球蛋白重鏈（α-myosin heavy chain，α-MHC）基因的抑制[3]。研究顯示，染色質(zhì)重塑和組蛋白修飾在心肌發(fā)育和心臟疾病的發(fā)生過程中發(fā)揮重要作用；而LncRNAs可能參與該過程，并且在心臟病理性肥大中發(fā)揮著重要作用[4，5]。

1 LncRNAs的特點(diǎn)性質(zhì)

哺乳動物的基因中三分之二轉(zhuǎn)錄為RNA，但編碼蛋白質(zhì)的基因比例僅為1.5%[6]。各種不翻譯成蛋白質(zhì)的RNA轉(zhuǎn)錄物稱為非編碼RNA（ncRNAs），其中大部分為含有超過 200個(gè)核苷酸的RNA轉(zhuǎn)錄物，稱為長鏈非編碼RNA（long noncoding RNAs，LncRNAs）。LncRNAs 和 微 小 RNA （microRNAs，miRNAs）是 ncRNAs的兩種重要類型。許多 miRNAs被證實(shí)在心肌肥厚過程中起關(guān)鍵作用，如miR-1、miR-133和miR-214等。LncRNAs可以折疊成熱力學(xué)穩(wěn)定的二級結(jié)構(gòu)，如雙螺旋、發(fā)夾環(huán)、凸起和假結(jié)，這使它們能夠和DNA、RNA、蛋白質(zhì)等生物大分子發(fā)生更為復(fù)雜的相互作用[7]。LncRNAs可以作為信號符號、蛋白質(zhì)誘餌、指導(dǎo)物和支架模塊，因此它參與了細(xì)胞內(nèi)大部分反應(yīng)和諸多信號通路的調(diào)控[6，8，9]。

2 LncRNAs的作用機(jī)制

2.1 LncRNAs影響基因特殊位點(diǎn)的修飾

LncRNAs廣泛參與染色質(zhì)重塑 （chromatin remodeling）過程，包括核小體轉(zhuǎn)位、重組及穩(wěn)定性降低等改變。例如，LncRNAs HOTAIR （HOX transcript antisense RNA，HOTAIR） 及 LncRNA Xist（X-inactive specific transcriptional gene，Xist）能夠分別募集多梳抑制復(fù)合物2（Polycomb repressive complex，PRC2）到 HOXD 基因簇、X 染色體，從而使組蛋白H3的賴氨酸27殘基三甲基化（H3K27me3），以致誘導(dǎo)異染色質(zhì)形成，抑制基因表達(dá)[9]。

2.2 LncRNAs影響基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控

LncRNAs直接與DNA結(jié)合形成三螺旋結(jié)構(gòu)抑制基因表達(dá)。除此之外，LncRNAs可以調(diào)節(jié)RNA聚合酶Ⅱ的活性，包括通過與RNA聚合酶Ⅱ或者起始復(fù)合物的相互作用影響DNA的轉(zhuǎn)錄[10，11]。LncRNAs也充當(dāng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子活性的輔因子，例如，在小鼠中，LncRNA Evf2由超保守的遠(yuǎn)端增強(qiáng)子轉(zhuǎn)錄，并募集轉(zhuǎn)錄因子D1X2與該增強(qiáng)子的結(jié)合和作用，以誘導(dǎo)相鄰蛋白質(zhì)編碼基因的表達(dá)[12]。

2.3 LncRNAs影響基因的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控

關(guān)于LncRNAs如何參與基因轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控，目前存在一種競爭性內(nèi)源 RNA（competing endogenous RNAs，ceRNA）的假說[13]，即多種RNA可與同種miRNA上的miRNA反應(yīng)元件（microRNA response element，MRE）結(jié)合。若 LncRNAs 和mRNAs存在相同的MRE時(shí)，LncRNAs可以競爭性的結(jié)合miRNAs，間接調(diào)控mRNAs的表達(dá)水平。大多數(shù)哺乳動物基因表達(dá)反義轉(zhuǎn)錄本，這可能構(gòu)成一類特別適合調(diào)節(jié)mRNAs動態(tài)的 ncRNAs[14]。

3 正向調(diào)節(jié)心肌肥厚的LncRNAs

3.1 LncRNA Chaer

LncRNA Chaer（cardiac-hypertrophy-associated epigenetic regulator，Chaer）是一種心臟肥大相關(guān)的表觀遺傳調(diào)節(jié)因子，其表達(dá)主要局限于心臟[15]。在壓力刺激誘導(dǎo)下，LncRNA Chaer和PRC2與催化亞基EZH2結(jié)合，阻礙了心肌肥厚相關(guān)基因啟動子區(qū)域上的H3K27me3，而對其他組蛋白沒有影響[16]。與此同時(shí)，上述壓力刺激下發(fā)生的LncRNA Chaer和PRC2間相互作用與雷帕霉素受體蛋白（mechanistic target of rapamycin，mTOR）的激活有關(guān)[17]。

3.2 LncRNA Chast

心臟肥大相關(guān)轉(zhuǎn)錄物 （cardiac hypertrophy-associated transcript，Chast）是一種促肥大的 LncRNA，它抑制基因自噬調(diào)節(jié)因子含Pleckstrin同源結(jié)構(gòu)域M蛋白家族成員1（Pleckstrin homology domain-containing family M member 1，Plekhm1）的表達(dá)，從而阻礙心肌細(xì)胞自噬，誘發(fā)心肌肥厚。Chast的表達(dá)部分由活化T細(xì)胞核因子（nuclear factor of activated T-cells，NFAT）誘導(dǎo)[18]。此外，Chast與 Wnt信號通路相關(guān)，而Wnt信號通路的激活能夠驅(qū)動心肌肥厚[19]。

3.3 LncRNA Bvht

LncRNA Braveheart（Bvht）對心血管譜系規(guī)范至關(guān)重要；通過富含G的基序，Bvht與細(xì)胞核酸結(jié)合蛋白 （cellular nucleic acid-binding protein，CNBP）相互作用，促進(jìn)小鼠胚胎干細(xì)胞的心臟分化[20]。Bvht在促進(jìn)心臟發(fā)育的心臟基因表達(dá)程序和之后的組織重塑中起著關(guān)鍵作用[21]。中胚層后部1（Mesoderm posterior 1，MESP1）基因在心臟發(fā)育以及在上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）過程中發(fā)揮作用，Bvht可能作為MESP1的上游調(diào)節(jié)因子參與心肌肥厚的調(diào)控。Bvht與PRC2的SUZ12亞基相互作用，導(dǎo)致MESP1啟動子位置的SUZ12水平下調(diào)，阻礙 H3K27me3，激活MESP1基因表達(dá)，促進(jìn)心肌肥厚的進(jìn)展[22]。

3.4 LncRNA CHRF

心臟肥大相關(guān)因子 （cardiac hypertrophy-related factor，CHRF）與其他LncRNA不同，它是作為miRNA的內(nèi)源性“海綿體”促進(jìn)心肌肥厚。在橫向主動脈收縮小鼠模型和心衰患者心臟樣本中，CHRF顯著增加。Wang K等[23]在細(xì)胞和動物模型中發(fā)現(xiàn)miR-489通過抑制髓樣分化因子88（myeloid differentiation factor 88，Myd88）基因的表達(dá)，抑制核因子 κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）通路激活，對抗心肌肥厚；此外，在血管緊張素Ⅱ （Ang-Ⅱ）誘導(dǎo)的心肌肥厚模型中，CHRF水平呈時(shí)間依賴性升高，并驗(yàn)證了CHRF降低miR-489的表達(dá)水平及活性。這些研究數(shù)據(jù)表明，CHRF結(jié)合miR-489促進(jìn)Myd88表達(dá)，進(jìn)而激活NF-κB誘導(dǎo)心肌肥厚。

3.5 LncRNA MIAT

心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄本 （myocardial infarction associated transcript，MIAT）在心肌肥厚過程中顯著增加。Zhu XH等[24]在小鼠模型和H9c2細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)MIAT siRNA抑制AngⅡ誘導(dǎo)的H9c2細(xì)胞中ANP、BNP和β-MHC的上調(diào)，其機(jī)制可能是通過抑制miR-150促進(jìn)心肌肥厚的進(jìn)展。

4 負(fù)向調(diào)節(jié)心肌肥厚的LncRNAs

4.1 LncRNA Mhrt

肌球蛋白重鏈相關(guān)轉(zhuǎn)錄物 （myosin heavy chain associated RNA transcripts，Mhrts） 是心肌細(xì)胞核中的 ncRNAs，在心臟中特異性表達(dá)。多項(xiàng)研究證明，Mhrts是一種心肌保護(hù)因子。Brahma 相關(guān)基因 1（brahma-related gene1，Brg1）是一種染色質(zhì)重塑因子，由應(yīng)激激活，觸發(fā)異?；虮磉_(dá)和心肌病。心臟處于病理應(yīng)激條件下，Brg1激活，形成Brg1-Hdac-Parp復(fù)合物，其通過a1～a4啟動子抑制Mhrt的表達(dá)。Brg1抑制肌球蛋白重鏈6（myosin heavy chain 6，Myh6）并激活肌球蛋白重鏈 7（myosin heavy chain 7，Myh7），導(dǎo)致 Myh6/7 表達(dá)的轉(zhuǎn)換，這是心肌病的病理特征之一[25]。在肥厚性、缺血性或特發(fā)性心肌病組織中，Mhrt分別減少 82.8%、72.8%和 65.9%[26]。Mhrt調(diào)節(jié)心臟肥大和病理性重塑通過與組蛋白乙?；蜃覤rg1的直接相互作用；Mhrt可以與Brg1的解旋酶結(jié)構(gòu)域結(jié)合，阻止Brg1識別靶基因，防止染色質(zhì)重塑[27]。Han P等[26]研究發(fā)現(xiàn)，在橫向主動脈縮窄 （TAC）模型中，Mhrt水平下調(diào)46%～68%，但是在TAC開始1～2周后誘導(dǎo)Mhrt779（具有779個(gè)核苷酸，最為豐富的Mhrt），8周內(nèi)心肌肥厚減少23%，同時(shí)射血分?jǐn)?shù)增加33%。

4.2 LncRNA H19

H19是一種非蛋白質(zhì)編碼印跡和母系表達(dá)的LncRNA，分布于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核中，主要在成人的骨骼肌和心臟中表達(dá)[28]。近年研究發(fā)現(xiàn)，H19對心肌肥厚、心力衰竭等心臟疾病具有調(diào)節(jié)作用[29]。Liu L等[30]用腎上腺素處理心肌細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，使用腺病毒過表達(dá)H19，心肌細(xì)胞的肥大被抑制；經(jīng)siRNAH19處理后，心肌細(xì)胞增大。H19可能充當(dāng)miR-675的前體在心肌肥厚的過程中發(fā)揮作用。鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ型 δ鏈 （calcium/calmodulin-dependent protein kinase typeⅡ delta chain，CaMKⅡδ）是一種主要存在于心臟中的多功能絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可以磷酸化離子通道、轉(zhuǎn)錄因子、信號分子和其他對心臟電活動和結(jié)構(gòu)至關(guān)重要的膜蛋白[31，32]。CaMKⅡδ可作為心臟肥大的誘導(dǎo)因子[33]。研究證明，CaMKⅡδ是心肌細(xì)胞中miR-675的直接靶標(biāo)，miR-675下調(diào)CaMKⅡδmRNA和蛋白質(zhì)水平[30]。因此，H19可能通過miR-675調(diào)節(jié)CaMKⅡδ抑制心肌細(xì)胞肥大。

4.3 LncRNA Fendrr

Bernhard Herrmann所領(lǐng)團(tuán)隊(duì)將出現(xiàn)在心臟和腹側(cè)體壁祖細(xì)胞中的一種LncRNA命名為FOXF1相鄰的非編碼發(fā)育調(diào)節(jié) RNA（FOXF1 adjacent non-coding developmental regulatory RNA，F(xiàn)endrr）。研究發(fā)現(xiàn)，小鼠體內(nèi) Fendrr下調(diào)，會導(dǎo)致心臟和腹側(cè)體壁產(chǎn)生畸形。Fendrr在體內(nèi)可與PRC2和TrxG家族的混合譜系白血病組蛋白修飾復(fù)合物 （mixed lineage leukemia，MLL）結(jié)合，增加 H3K27me3，抑制肥大基因表達(dá)[34]。

4.4 LncRNA Plscr4

磷脂爬行酶 4（phospholipid scramblase 4，Plscr4）是磷脂爬行酶基因家族的一員，編碼一組Ca2+依賴的多棕櫚?；蛐湍さ鞍?。Lv L等[35]發(fā)現(xiàn)，LncRNA Plscr4過表達(dá)減弱了AngⅡ和TAC誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大；相反，抑制Plscr4誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，Plscr4過表達(dá)可下調(diào)miR-214，促進(jìn)線粒體融合蛋白-2（mitofusin-2，Mfn2）表達(dá)，減弱心肌肥厚。

5 展 望

綜上所述，LncRNAs通過多個(gè)環(huán)節(jié)參與心肌肥厚的調(diào)控，有望成為臨床干預(yù)和治療的新靶點(diǎn)；但是還有諸多問題需要思考和改善。例如，Chaer抑制劑的潛在臨床應(yīng)用仍然具有挑戰(zhàn)性。通過化學(xué)修飾的siRNA實(shí)現(xiàn)了該轉(zhuǎn)錄物的沉默，但是這種影響似乎只持續(xù)了很短的一段時(shí)間。并且LncRNAs的介入治療也需要充分考慮病理應(yīng)激發(fā)作的關(guān)鍵時(shí)間窗口。同時(shí)LncRNAs、miRNAs調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)綜復(fù)雜，更精準(zhǔn)的作用機(jī)制及通路尚待進(jìn)一步探究。