lncRNA與缺血性腦白質(zhì)病的研究進(jìn)展

楊 露 徐曼曼 韓露露 黃世敬

缺血性腦白質(zhì)病是指由慢性腦缺血或低灌注造成的以腦白質(zhì)區(qū)中樞神經(jīng)脫髓鞘損害為主要特征的一類腦白質(zhì)病變總稱，多發(fā)于老年人。臨床主要表現(xiàn)為認(rèn)知障礙、情緒障礙、感覺運(yùn)動(dòng)障礙、尿失禁等癥狀，嚴(yán)重可導(dǎo)致腦卒中、癡呆甚至死亡。其中缺血性腦卒中發(fā)生率是正常人群的1.65～3.47倍，癡呆發(fā)生率是正常人群的1.40～2.43倍，病死率是正常人群的1.69～2.36倍[1]。缺血性腦白質(zhì)病是血管-神經(jīng)的一種慢性退行性病變，除了與年齡、腦血管發(fā)病危險(xiǎn)因素等有關(guān)外，還受到腦缺血相關(guān)基因的表達(dá)調(diào)控。Li等[2]對(duì)慢性腦缺血白質(zhì)損傷模型進(jìn)行基因全轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)358個(gè)差異表達(dá)的長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)，并且隨腦缺血時(shí)間動(dòng)態(tài)改變。由此提示lncRNA參與缺血性腦白質(zhì)病的相關(guān)調(diào)控。

一、lncRNA概述

lncRNA是一類位于細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)中長(zhǎng)度超過200nt無蛋白質(zhì)編碼作用的ncRNA。根據(jù)lncRNA在基因組中相對(duì)應(yīng)編碼基因的位置可分為5種類型，即正義lncRNA、內(nèi)含子lncRNA、反義lncRNA、基因間lncRNA和雙向lncRNA；或根據(jù)lncRNA功能分為4種類型，即信號(hào)型、誘餌型、引導(dǎo)型和支架型。隨著對(duì)基因組學(xué)測(cè)序技術(shù)的深入研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA是基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)因子,其主要是通過與多種細(xì)胞生物分子如其他RNA(miRNA、mRNA)、DNA和蛋白質(zhì)相互作用形成lncRNA互作體在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和翻譯及翻譯后修飾等層面參與多種生物學(xué)過程的基因調(diào)控，從而發(fā)揮在疾病中的調(diào)控作用。人類基因組中有70%～80%的基因組被轉(zhuǎn)錄，但只有2%以下的基因組編碼蛋白質(zhì)序列，剩余ncRNA的80%由lncRNA組成,而其中約有40%已識(shí)別的lncRNA在人類大腦中特異性表達(dá)，涉及4000～20000個(gè)lncRNA基因，這個(gè)數(shù)字表明lncRNA在人腦組織中高度豐富且穩(wěn)定表達(dá)[3]。

二、lncRNA與缺血性腦白質(zhì)病

急性和慢性腦缺血都會(huì)導(dǎo)致腦白質(zhì)損傷，但隨著慢性腦缺血的進(jìn)展，慢性腦缺血白質(zhì)的進(jìn)行性損害更為嚴(yán)重，且在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)是不可逆的。目前缺血性腦白質(zhì)病的致病機(jī)制尚未完全闡明，國(guó)內(nèi)外研究一致認(rèn)為由慢性腦缺血或腦低灌注所導(dǎo)致的免疫炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激損傷、內(nèi)皮障礙和血-腦脊液屏障破壞、細(xì)胞自噬和凋亡等參與缺血性腦白質(zhì)病的病理機(jī)制。

1.lncRNA與免疫炎性反應(yīng):小膠質(zhì)細(xì)胞和星形膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)的免疫活性細(xì)胞，在慢性腦缺血過程中被激活，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞和反應(yīng)性增生的星形膠質(zhì)細(xì)胞，一方面對(duì)神經(jīng)元具有營(yíng)養(yǎng)支持作用；另一方面，持續(xù)活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞會(huì)合成、釋放多種炎性細(xì)胞因子,誘導(dǎo)少突膠質(zhì)細(xì)胞凋亡和髓鞘丟失，進(jìn)而造成缺血性腦白質(zhì)損傷，并阻礙白質(zhì)修復(fù)。近年來研究表明lncRNA是炎性反應(yīng)的潛在關(guān)鍵調(diào)控因子，通過調(diào)控炎性基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)參與炎性疾病的發(fā)生、發(fā)展。Zhong等[4]研究發(fā)現(xiàn)在大腦中動(dòng)脈阻斷/再灌注處理的大鼠和氧糖剝奪/復(fù)氧(OGD/R)誘導(dǎo)的PC12細(xì)胞中高表達(dá)的lncRNA SNHG14，通過負(fù)調(diào)控miR-136-5p上調(diào)Rho相關(guān)卷曲螺旋形成蛋白激酶1(ROCK1)的表達(dá)，誘導(dǎo)炎性反應(yīng)和神經(jīng)元損傷，而抑制或敲除lncRNA SNHG14可明顯降低腫瘤壞死因子α(TNF-α)、白細(xì)胞介素6(IL-6)和IL-1β的表達(dá)水平，減少促凋亡半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3的表達(dá)以及神經(jīng)細(xì)胞死亡數(shù)量，并改善神經(jīng)功能。此外，腦缺血后過表達(dá)的lncRNA SNHG14還通過負(fù)調(diào)控miR-145-5p上調(diào)胞質(zhì)磷脂酶A2IVA蛋白的表達(dá)促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞活化，釋放促炎性細(xì)胞因子TNF-α和NO，誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡，加重缺血性腦損傷。核因子(NF)-κB通路是經(jīng)典的炎癥信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，Zhang等[5]研究證實(shí)上調(diào)腦缺血小膠質(zhì)細(xì)胞中l(wèi)ncRNA-1810034E14Rik的表達(dá)，可通過抑制NF-κB通路激活，減少小膠質(zhì)細(xì)胞活化以及促炎性細(xì)胞因子TNF-α和IL-1β的釋放，增加抗炎性細(xì)胞因子IL-4和IL-10的表達(dá),減輕缺血性腦損傷。

2.lncRNA與氧化應(yīng)激損傷：氧化應(yīng)激不僅對(duì)構(gòu)成腦白質(zhì)的少突膠質(zhì)細(xì)胞及軸突等產(chǎn)生損害，還會(huì)抑制腦白質(zhì)損傷后少突膠質(zhì)前體細(xì)胞介導(dǎo)的少突膠質(zhì)細(xì)胞更新再生，阻礙腦白質(zhì)的內(nèi)源性修復(fù)，進(jìn)一步加重白質(zhì)脫髓鞘病變。lncRNA ROR在缺氧/復(fù)氧的PC12細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，而干擾其表達(dá)會(huì)促進(jìn)miR-135a-5p過表達(dá)抑制ROCK1/2激活，降低活性氧(ROS)的產(chǎn)生和丙二醛(MDA)的含量，提高乳酸脫氫酶和超氧化物歧化酶(SOD)水平以及細(xì)胞活力，減少細(xì)胞凋亡[6]。表明抑制lncRNA ROR的過表達(dá)通過正調(diào)控miR-135a-5p調(diào)節(jié)ROCK1/2表達(dá)抑制氧化應(yīng)激減輕腦缺氧缺血損傷。研究證實(shí)，抑制lncRNA BDNF-AS的表達(dá)可明顯提高淀粉樣β肽25-35誘導(dǎo)的PC12細(xì)胞活力，增加SOD和過氧化氫酶的活性，降低ROS和MDA的活性，抑制氧化應(yīng)激損傷減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡[7]。Zhang等[8]研究顯示，上調(diào)腦缺血中l(wèi)ncRNA ZFAS1的表達(dá)可通過負(fù)調(diào)控miR-582-3p上調(diào)內(nèi)皮型一氧化氮合成酶(eNOS/NOS3)表達(dá)來抑制氧化應(yīng)激，保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞免受腦缺血再灌注損傷。而另一項(xiàng)研究表明抑制神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞NOS3的活性可以維持線粒體結(jié)構(gòu)和功能的完整性，減少少突膠質(zhì)細(xì)胞凋亡，促進(jìn)軸突功能恢復(fù)，從而保護(hù)缺血性腦白質(zhì)損傷[9]。以上表明對(duì)于lncRNA ZFAS1調(diào)節(jié)NOS3表達(dá)在缺血性腦白質(zhì)損傷的具體作用機(jī)制仍需進(jìn)一步研究證實(shí)。

3.lncRNA與內(nèi)皮障礙和血-腦脊液屏障破壞：在腦缺血期間，血管內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能障礙會(huì)導(dǎo)致血-腦脊液屏障破壞, 血液及大分子物質(zhì)緩慢滲漏到腦實(shí)質(zhì)，引起腦水腫、神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞損傷, 最終損害腦白質(zhì)纖維。血-腦脊液屏障是由腦的連續(xù)毛細(xì)血管內(nèi)皮及其細(xì)胞間的緊密連接、完整的基膜、星形膠質(zhì)細(xì)胞腳板以及周細(xì)胞等構(gòu)成的屏障結(jié)構(gòu),能夠維持腦組織的微環(huán)境穩(wěn)態(tài)。Gao等[10]采用慢病毒FAL1轉(zhuǎn)染人原代腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)建lncRNA FAL1過表達(dá)，其高表達(dá)減少了OGD/R誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，抑制氧化應(yīng)激損傷和炎性反應(yīng)發(fā)生，更重要的是促進(jìn)了eNOS的表達(dá)和NO的產(chǎn)生，這表明lncRNA FAL1高表達(dá)通過調(diào)節(jié)血管內(nèi)皮功能障礙減輕腦血管內(nèi)皮損傷。Li等[11]采用小鼠星形膠質(zhì)細(xì)胞和腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞(BMEC)共培養(yǎng)建立血-腦脊液屏障模型，lncRNA LOC102640519在OGD/R處理的模型中表達(dá)上調(diào)，而敲除LOC102640519基因可通過正調(diào)控同源盒基因HOXC13的表達(dá)，上調(diào)緊密連接蛋白(ZO-1、occludin和claudin-5)的表達(dá)，減輕血-腦脊液屏障完整性破壞。主要在星形膠質(zhì)細(xì)胞末端表達(dá)的水通道蛋白4是血-腦脊液屏障的重要調(diào)節(jié)因子，有研究發(fā)現(xiàn)，抑制lncRNA MALAT1和lncRNA TUG1表達(dá)可分別通過競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合miR-145正向調(diào)節(jié)水通道蛋白4的表達(dá)，減少OGD/R誘導(dǎo)的乳酸脫氫酶泄漏和星形膠質(zhì)細(xì)胞凋亡，提示lncRNA MALAT1和lncRNA TUG1表達(dá)可能通過調(diào)節(jié)血-腦脊液屏障通透性參與腦缺血再灌注損傷[12，13]。

4.lncRNA與細(xì)胞自噬和凋亡：適度的細(xì)胞自噬可以清理受損的細(xì)胞器、蛋白質(zhì)折疊錯(cuò)誤或聚集，保護(hù)細(xì)胞免受損害從而促進(jìn)細(xì)胞存活；而應(yīng)激狀態(tài)下的過度自噬則會(huì)誘導(dǎo)包括細(xì)胞凋亡在內(nèi)的細(xì)胞死亡。長(zhǎng)期慢性腦缺血會(huì)導(dǎo)致自噬在腦白質(zhì)中被過度激活，破壞白質(zhì)完整性；而自噬抑制劑渥曼青霉素可通過抑制自噬減輕慢性腦缺血所致的白質(zhì)損傷并改善認(rèn)知障礙[14]。Zhou等[15]研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA RMRP在OGD/R誘導(dǎo)的SH-SY5Y細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，而敲除RMRP基因可以顯著降低微管相關(guān)蛋白1輕鏈3-Ⅱ/Ⅰ(LC3Ⅱ/Ⅰ)比值，提高細(xì)胞自噬受體蛋白p62表達(dá)水平，誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞的增殖和遷移，抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期阻滯,這表明抑制lncRNA RMRP的表達(dá)通過抑制細(xì)胞自噬和凋亡改善缺血性神經(jīng)元損傷。Beclin1是一種能強(qiáng)烈誘導(dǎo)自噬的關(guān)鍵自噬相關(guān)蛋白，lncRNA MALAT1的下調(diào)可通過上調(diào)miR-30a的表達(dá)抑制腦缺血誘導(dǎo)LC3Ⅰ向LC3Ⅱ和Beclin1的轉(zhuǎn)化以及自噬體形成，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞存活，表明抑制lncRNA MALAT1的表達(dá)通過負(fù)調(diào)控miR-30a抑制細(xì)胞自噬減輕神經(jīng)元細(xì)胞死亡[16]。然而另有研究表明，lncRNA MALAT1是一種有效的自噬誘導(dǎo)劑，其過表達(dá)通過與miR-200C-3p競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合上調(diào)自噬介質(zhì)沉默信息調(diào)節(jié)因子1的表達(dá)激活細(xì)胞自噬促進(jìn)細(xì)胞存活，進(jìn)而減輕缺血性腦損傷[17]。以上說明lncRNA通過調(diào)控腦缺血后的細(xì)胞自噬和凋亡，參與神經(jīng)細(xì)胞損傷和神經(jīng)細(xì)胞保護(hù)兩種不同作用機(jī)制發(fā)揮對(duì)缺血性腦損傷的作用,而這可能與自噬發(fā)生的時(shí)間以及程度有關(guān)。

三、lncRNA與缺血性腦白質(zhì)病的治療

1.lncRNA對(duì)血管再生的作用：腦缺血發(fā)生后的代償性血管生成可以改善區(qū)的腦血流供應(yīng)，減輕缺血性腦白質(zhì)損傷，促進(jìn)腦白質(zhì)修復(fù)和認(rèn)知功能恢復(fù)，因此促進(jìn)腦缺血后的血管再生和改善腦血流量對(duì)缺血性腦白質(zhì)病的治療具有重要意義。研究表明lncRNA SNHG1在OGD/R處理的BMEC中表達(dá)上調(diào)，其通過負(fù)調(diào)控miR-199a的表達(dá)上調(diào)缺氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF-1α)和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)mRNA及蛋白的表達(dá)水平，促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移以及毛細(xì)血管樣結(jié)構(gòu)的形成，提示lncRNA SNHG1與腦缺血后的血管重塑有關(guān)[18]。VEGF是血管生成的主要誘導(dǎo)因子，HIF-1α通過與VEGF啟動(dòng)子的缺氧反應(yīng)元件結(jié)合而成為VEGF轉(zhuǎn)錄激活的主要調(diào)控因子，兩者共同作用可促進(jìn)新生血管的形成。另外，lncRNA SNHG12的上調(diào)也可通過負(fù)調(diào)控miR-199a增加VEGFA和成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子的表達(dá)，以及腦血管密度和毛細(xì)血管樣管形成，進(jìn)而促進(jìn)血管生成減輕OGD/R誘導(dǎo)的腦血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷[19]。Deng等[20]研究發(fā)現(xiàn)，抑制OGD/R誘導(dǎo)的BMEC損傷中l(wèi)ncRNA MIAT的高表達(dá),通過競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-204-5p下調(diào)高遷移率族蛋白B1的表達(dá)，顯著促進(jìn)VEGF和血管生成素-1的表達(dá)，并增加腦微血管密度和血管管腔形成數(shù)量。綜合以上，lncRNA參與調(diào)控腦缺血后的血管生成。

2.lncRNA對(duì)髓鞘修復(fù)的作用：慢性腦缺血誘導(dǎo)產(chǎn)生的少突膠質(zhì)細(xì)胞減少或凋亡、髓鞘脫失、軸突變性以及白質(zhì)疏松等病理改變是導(dǎo)致腦白質(zhì)病變的主要原因。腦白質(zhì)主要由成熟少突膠質(zhì)細(xì)胞形成的髓鞘包裹軸突組成，少突膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)唯一的成髓鞘細(xì)胞。研究報(bào)道lncRNA通過調(diào)控少突膠質(zhì)細(xì)胞譜系發(fā)育階段和相關(guān)轉(zhuǎn)錄機(jī)制以及少突膠質(zhì)細(xì)胞命運(yùn)決定等方面參與髓鞘形成進(jìn)而修復(fù)腦白質(zhì)損傷。性別決定區(qū)Y相關(guān)的HMG盒8(SRY-related HMG-box8,SOX8)基因是調(diào)控少突膠質(zhì)細(xì)胞成熟的重要轉(zhuǎn)錄因子，其互補(bǔ)編碼鏈lncRNA SOXOT通過與SOX8共享啟動(dòng)子序列調(diào)節(jié)少突膠質(zhì)細(xì)胞的成熟以及髓鞘基因的表達(dá)參與髓鞘再生[21]。He等[22]研究發(fā)現(xiàn)，lncOL1是一種少突膠質(zhì)細(xì)胞限制性lncRNA，其過表達(dá)會(huì)促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞分化和髓鞘形成相關(guān)基因(髓鞘蛋白脂蛋白、髓鞘相關(guān)糖蛋白、髓鞘堿性蛋白、髓鞘基因調(diào)控因子)的表達(dá)以及溶血酯酶誘導(dǎo)白質(zhì)損傷脫髓鞘后的再髓鞘化過程，而lncOL1基因缺失則會(huì)導(dǎo)致少突膠質(zhì)細(xì)胞分化和髓鞘形成的障礙，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),lncOL1是通過與多梳抑制復(fù)合物2的核心成分多梳蛋白Suz12相互作用，使Suz12在其靶基因位點(diǎn)沉積進(jìn)而促進(jìn)少突膠質(zhì)細(xì)胞的分化。以上表明lncOL1通過與Suz12結(jié)合形成復(fù)合體調(diào)節(jié)少突膠質(zhì)細(xì)胞的分化、髓鞘形成以及再髓鞘化修復(fù)。lncOL1基因位于蛋白質(zhì)編碼Pcdh17基因內(nèi)含子2中，而lncRNA Pcdh17it位于Pcdh17基因內(nèi)含子1中，lncRNA Pcdh17it在未成熟的少突膠質(zhì)細(xì)胞中特異表達(dá)，其通過調(diào)控Pcdh17基因的表達(dá)調(diào)節(jié)F-肌動(dòng)蛋白組裝參與髓鞘形成[23]。

3.lncRNA對(duì)突觸可塑性的調(diào)節(jié)作用:腦白質(zhì)的修復(fù)除了髓鞘再生和軸突重塑之外，還包括對(duì)突觸可塑性的調(diào)節(jié)。突觸可塑性主要包括突觸結(jié)構(gòu)和突觸傳遞效能兩方面，其對(duì)正常白質(zhì)束的發(fā)育和形成至關(guān)重要。Tan等[24]研究發(fā)現(xiàn)，敲除lncRNA Meg3會(huì)抑制N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體依賴的皮質(zhì)神經(jīng)元表面α-氨基-3-羥基-5-甲基-4-異惡唑丙酸(AMPA)受體GluA1亞基的增加,阻斷甘氨酸刺激長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)作用(LTP)的誘導(dǎo)和維持，表明lncRNA Meg3的表達(dá)通過調(diào)節(jié)突觸增強(qiáng)過程中神經(jīng)元表面AMPA受體的最佳數(shù)量調(diào)控突觸可塑性。lncRNA Atlas是突觸蛋白Ⅱ(Syn2)的反義lncRNA，抑制lncRNA Atlas的表達(dá)可通過促進(jìn)CUGBP Elav樣家族成員4與Syn2b的3′-UTR結(jié)合，抑制Syn2b基因的可變聚腺苷酸化并降低其表達(dá)，增加Syn2a的表達(dá)，促進(jìn)突觸后膜上AMPA受體介導(dǎo)的興奮性突觸傳遞，增強(qiáng)突觸強(qiáng)度和突觸可塑性[25]。Raveendra等[26]研究表明，lncRNA GM12371是突觸功能的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子,其正常表達(dá)是維持海馬神經(jīng)元興奮性突觸傳遞的必要條件，而敲除lncRNA GM12371會(huì)導(dǎo)致海馬神經(jīng)元突觸總密度和樹突樹復(fù)雜性降低,棘突密度和蘑菇狀棘突數(shù)量減少，突觸長(zhǎng)時(shí)程抑制和谷氨酸受體信號(hào)通路下調(diào)，以及腺苷酸環(huán)化酶激活劑誘導(dǎo)的突觸通訊增強(qiáng)也受到抑制。由此可見，lncRNA GM12371的表達(dá)參與突觸可塑性的調(diào)節(jié)，對(duì)突觸傳遞依賴性活動(dòng)改變至關(guān)重要。LoNA是一種核仁特異性lncRNA，其缺失會(huì)促進(jìn)核糖體向突觸的轉(zhuǎn)運(yùn)，提高局部突觸后致密蛋白95、鈣調(diào)蛋白依賴性激酶Ⅱα、AMPA受體和NMDA受體水平，增強(qiáng)LTP和突觸可塑性，最終鞏固記憶[27]。

四、展 望

綜上所述，lncRNA對(duì)慢性腦缺血后的免疫炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激損傷、內(nèi)皮障礙和血-腦脊液屏障破壞、細(xì)胞自噬和凋亡等具有調(diào)控作用，同時(shí)亦通過調(diào)控血管再生、髓鞘修復(fù)以及突觸可塑性等方面發(fā)揮治療作用。此外，基于lncRNA的復(fù)雜多態(tài)性，筆者還發(fā)現(xiàn)一種lncRNA可以直接或間接靶向多個(gè)靶標(biāo)形成調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，而一個(gè)靶標(biāo)也可以對(duì)應(yīng)多個(gè)lncRNA,在慢性腦缺血白質(zhì)損傷過程這種作用機(jī)制是同時(shí)發(fā)生，還是存在競(jìng)爭(zhēng)擇優(yōu)，這一點(diǎn)有待于深入研究。目前l(fā)ncRNA的研究還處在初期階段，在已識(shí)別有限的lncRNA圖譜中，無法闡明其具體的體內(nèi)調(diào)控機(jī)制。基因轉(zhuǎn)錄組學(xué)和高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展必然會(huì)篩選出更多與腦白質(zhì)病變相關(guān)的差異表達(dá)lncRNA，通過對(duì)其在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、細(xì)胞實(shí)驗(yàn)以及臨床試驗(yàn)方面的全面深入研究和驗(yàn)證，使lncRNA應(yīng)用于缺血性腦白質(zhì)病的臨床治療成為可能。