非編碼RNA在肺動脈高壓疾病發(fā)病機制中的研究進展

李非，馬翠，張立新，宋印利

(哈爾濱醫(yī)科大學大慶校區(qū)a.基礎(chǔ)醫(yī)學院，b.中心實驗室，黑龍江 大慶 163319)

肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension，PAH)是一種由多種因素引起的，以肺周圍小動脈血管嚴重重構(gòu)為特征，繼而導致血管阻力增加，最終誘發(fā)心力衰竭，甚至死亡的慢性進行性疾病[1]。根據(jù)病理改變及血流動力學特征可將PAH大致歸為五大類，即動脈性PAH、左心疾病所致PAH、缺氧/肺疾病所致 PAH、慢性血栓性PAH(chronic thrombotic PAH，CTEPH)及機制不明的PAH[1]。目前認為PAH的病理基礎(chǔ)是肺血管收縮和肺血管壁細胞增殖[1]。非編碼RNA是一類不編碼蛋白質(zhì)的RNA的總稱,包括小核仁RNA、長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)、環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)等，其廣泛參與生物體的分化、凋亡及細胞重編程等過程,并與心血管疾病、腫瘤、代謝性疾病等息息相關(guān)。非編碼RNA在PAH中有重要作用，可能在復雜的PAH病理機制中扮演重要角色，有可能成為有效的診療靶點?，F(xiàn)就微RNA(microRNA，miRNA)、lncRNA以及circRNA與PAH病理機制的關(guān)系進行綜述。

1 lncRNA概述

1.1miRNA miRNA是一類由19～25個核苷酸組成的小型非編碼RNA，在轉(zhuǎn)錄后通過靶向信使RNA(message RNA，mRNA)調(diào)控基因的表達，成熟的miRNA在細胞核內(nèi)經(jīng)過轉(zhuǎn)錄和處理，通過與mRNA的非翻譯區(qū)相互作用，下調(diào)特定靶mRNA的表達，最終通過降解靶mRNA或抑制其翻譯調(diào)控轉(zhuǎn)錄后基因的表達。據(jù)估計，大約有1 400種不同的miRNA被人類基因組編碼，大約1/3的人類基因可以被miRNA調(diào)控[2-3]。研究表明，miRNA與PAH密切相關(guān)，miRNA可與一系列調(diào)控細胞應答的級聯(lián)反應相聯(lián)系，包括缺氧、轉(zhuǎn)化生長因子-β和炎癥通路，還參與遺傳易感性(骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體Ⅱ突變)、調(diào)控血管張力不平衡以及肺動脈內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞的增殖和凋亡抵抗[4-5]；miRNA參與調(diào)節(jié)肺動脈平滑肌細胞(pulmonary arterial smooth muscle cell，PASMC)和內(nèi)皮細胞的表型以及在缺氧環(huán)境下對肺重構(gòu)的影響。此外，miRNA的血液水平與PAH的嚴重程度和預后相關(guān)[6]。

1.2lncRNA lncRNA是一種長度超過200個核苷酸的RNA，不具有蛋白質(zhì)編碼功能，曾被認為沒有任何功能，但越來越多的研究表明lncRNA在包括細胞分化在內(nèi)的多種生物學過程中發(fā)揮重要作用，同時也在人類疾病中發(fā)揮重要作用，包括心臟肥大、高血壓、動脈粥樣硬化以及各種惡性腫瘤等[7-8]。近年來研究認為，lncRNA是PAH的關(guān)鍵調(diào)控因子，lncRNAs通過調(diào)控人類PASMCs增殖和凋亡以及影響多種分子通路介導PAH的發(fā)生發(fā)展[9]，可能為PAH的治療提供了潛在的基因治療理論和藥物研究前景。

1.3circRNA circRNA是一類新型的非編碼RNA，具有共價閉環(huán)結(jié)構(gòu)，無5′端帽或3′端聚α尾[10]。最初，circRNA被認為是RNA正常剪接過程的無功能副產(chǎn)品。但近年來的研究表明，circRNA是廣泛分布于各種細胞類型的穩(wěn)定實體，并以特殊形式表達[11-12]。circRNA作為非編碼RNA的一個新成員，有可能成為PAH診斷和治療新的重要靶點，可通過多種信號通路調(diào)節(jié)PAH，還可作為miRNA的海綿發(fā)揮作用，使用circRNA-miRNA-mRNA網(wǎng)絡分析可以預測circRNA在PAH中的功能。

2 非編碼RNA與PAH

2.1miRNA與PAH

2.1.1miRNA與PAH標志物 在人類和動物的PAH模型中存在大量失調(diào)的miRNA，這些miRNA可能是PAH的生物標志物。研究表明，miR-34a在PAH的發(fā)病機制中起重要作用，在人類PASMC中，miR-34a水平的下降可導致細胞增殖，并增加血小板源性生長因子受體α的表達，導致PAH發(fā)展；miR-30c直接以血小板源性生長因子受體-β的3′非翻譯區(qū)mRNA為靶目標，其表達水平的降低增加血小板源性生長因子受體-β的表達，并激活血小板源性生長因子信號，促進PAH的發(fā)展[13]。miR-34a、miR-30c可作為PAH新的治療靶點和診斷標志物。缺氧對miRNA有重要的調(diào)節(jié)作用，缺氧是一種與PASMC增殖相關(guān)的強效刺激，缺氧性PAH的特點為細胞凋亡率/增殖率降低，外膜增厚。缺氧時miR-92b-3p下調(diào)可靶向USP28，繼而抑制PASMC的增殖，提示miR-92b-3p作為PASMC的潛在增殖調(diào)節(jié)因子，可能成為PAH新的治療靶點和診斷標志物[13]；此外，miR-21、miR-27a、miR-17-92集群、miR-124、miR-138、miR-143/145集群、miR-150、miR-190、miR-204、miR-206、miR-210、miR-328和miR-424/503集群等在PAH中亦有一定作用[14]。以上miRNA可能是PAH的標志物，檢測血液循環(huán)中相關(guān)miRNA的表達對PAH的診療有一定的預警意義。

2.1.2miRNA調(diào)控PASMC的代謝 PAH以PASMC過度增殖和抗凋亡為特征性改變。缺氧條件下，PAH大鼠模型PASMC中miR-140-5p的表達降低，腫瘤壞死因子-α表達升高，熒光素酶實驗顯示，miR-140-5p直接以腫瘤壞死因子-α為靶目標調(diào)節(jié)PASMC的增殖、遷移和表型轉(zhuǎn)化；過表達miR-140-5p能夠抑制PASMC的增殖、遷移和表型轉(zhuǎn)化[15]。miR-593-5p通過靶向Polo樣激酶1促進缺氧誘導的PAH發(fā)生，逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應進一步證明，PAH大鼠肺組織中miR-593-5p的表達明顯下調(diào)，Polo樣激酶1明顯上調(diào)，并且miR-593-5p在PASMC中的表達隨著缺氧誘導時間的延長而逐漸降低，其表達能顯著抑制PASMC的增殖和遷移[16]。另有研究證實，miR-760在缺氧PASMC中的表達降低，Toll樣受體4表達升高，miR-760直接以Toll樣受體4為靶目標介導PASMC的增殖和凋亡[17]。此外，Rno-miR-328、Rno-miR-290、Rno-miR-146-MM2在缺氧條件下的PASMC中的表達也是降低的[18]。

有些miRNA在缺氧誘導的PASMC中表達增高，如miR-143/145在缺氧誘導的PAH中表達升高，并以ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體A1為作用靶點，抑制缺氧誘導的PASMC的增殖和遷移[19]。亦有研究證實，miR-17-5p可通過調(diào)控多個基因靶點，在缺氧誘導的PASMC的增殖過程中發(fā)揮重要作用，在PASMC中過表達miR-17-5p可降低人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因和p21的表達，繼而導致PASMC增殖[2]。在缺氧誘導的PASMC中miR-23a上調(diào)，骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體Ⅱ水平下降，miR-23a直接以骨形態(tài)發(fā)生蛋白受體Ⅱ為靶點，miR-23a水平降低可抑制PASMC增殖和遷移[20]。同時，miR-21、miR-103/107、miR-26b-5p、miR-27b-3p和miR-656在細胞培養(yǎng)和大鼠模型中共同作用，控制PASMC增殖，進而影響PAH的發(fā)生[21]。大量miRNA參與PASMC的代謝，繼而在不同程度上影響著PAH的進展。

2.1.3miRNA調(diào)控肺動脈內(nèi)皮細胞功能 內(nèi)皮細胞是分布在血管內(nèi)腔的單層細胞，在血管穩(wěn)態(tài)中起重要作用。miRNA參與能量代謝異常和內(nèi)皮功能障礙引起的PAH。研究證實，miRNA通過介導基因表達影響細胞的增殖、凋亡和線粒體代謝，繼而參與心血管的發(fā)育和病理代謝以及PAH的病理生理過程[22]。內(nèi)皮細胞功能障礙被認為是PAH病理過程的一個關(guān)鍵啟動靶點，表現(xiàn)為內(nèi)皮細胞增殖增強、細胞凋亡易感性增加、通透性增高，并促進叢狀病變形成[23]。正常內(nèi)皮細胞的大部分能量供給來自糖酵解，穩(wěn)態(tài)的細胞代謝是維系內(nèi)皮細胞表型和功能的決定因素。研究表明，PAH患者內(nèi)皮細胞中miR-124表達的減少導致剪接因子聚嘧啶束結(jié)合蛋白及其靶蛋白丙酮酸激酶M2失調(diào)，而后者是糖酵解的主要調(diào)控因子，最終可導致細胞異常增殖；miR-124可在一定程度上恢復內(nèi)皮細胞的增殖和糖酵解，從而糾正糖酵解和乳酸產(chǎn)生失調(diào)，并能部分恢復線粒體功能[1]。此外，在PAH的內(nèi)皮細胞中，miR-495的過表達抑制了PASMC的增殖和遷移，與PAH的病理進展相關(guān)[24]。另有研究認為，miR-1可能是內(nèi)皮細胞的靶點，其表達在缺氧誘導的PAH中上調(diào)，并最終導致大鼠肺動脈內(nèi)皮功能障礙[25]。

2.2lncRNA與PAH

2.2.1lncRNA介導PASMC的異常代謝 研究發(fā)現(xiàn)，362個lncRNA在PAH中存在不同程度的表達[26]，而特發(fā)性PAH中有2 511個lncRNA異常表達[27]，如lnc-GAS5介導的血管平滑肌細胞的功能在高血壓血管重構(gòu)中起重要作用；lncRNA-p21能抑制細胞增殖，并在體外誘導人血管平滑肌細胞凋亡；lnc-CASC2抑制低氧性PAH患者的PASMC增殖和表型轉(zhuǎn)換[28]。以上研究表明，lncRNA在血管重構(gòu)中發(fā)揮了作用。也有研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA TCONS-00034812在肺動脈細胞和缺氧PASMC中的表達是降低的，lncRNA通過調(diào)節(jié)細胞周期和Notch信號通路抑制PASMC的增殖[9]。此外，胞外信號調(diào)節(jié)激酶、c-Jun氨基端激酶和p38促分裂原活化的蛋白激酶都可能與lncRNA存在聯(lián)系，共同調(diào)節(jié)PASMC的增殖與凋亡，進而調(diào)控PAH的進展[29]。

2.2.2lncRNA通過影響炎癥因子調(diào)控PAH PAH患者的肺部浸潤特征為炎癥細胞和促炎細胞因子的增加，如白細胞介素-1α、白細胞介素-1β、血管內(nèi)皮生長因子等[30]。lncRNA H19是最早發(fā)現(xiàn)的lncRNA之一，是一種癌胚或腫瘤抑制基因，與炎癥有關(guān)，并參與缺氧、新陳代謝以及氧化應激等過程。研究表明，lncRNA H19和血管緊張素Ⅱ1型受體的過表達促進PASMC增殖，lncRNA H19通過吸附miRlet-7b上調(diào)血管緊張素Ⅱ1型受體的表達，而血管緊張素Ⅱ1型受體是let-7b的靶點，敲除lncRNA H19在PAH中起保護作用[31]。lncRNA(CASC2)是一種腫瘤抑制因子[32]，其失調(diào)參與PASMC的增殖和表型轉(zhuǎn)換，通過增加收縮蛋白(如心肌蛋白、原肌球蛋白和α-平滑肌肌動蛋白)的表達，限制PAH表型的轉(zhuǎn)化[28]?？梢姡琹ncRNA在抑制血管增殖和表型轉(zhuǎn)換方面具有重要作用，同時也可能對炎癥、缺氧以及其他因素引起的PAH有調(diào)控作用。

2.3circRNA與PAH

2.3.1circRNA在PAH中的作用 采用circRNA芯片檢測缺氧誘導PAH小鼠肺中失調(diào)的circRNA發(fā)現(xiàn)，有23個circRNA顯著上調(diào)，41個circRNA顯著下調(diào)；使用circRNA-miRNA-mRNA網(wǎng)絡分析、基因本體論和京都基因百科全書基因組進一步分析發(fā)現(xiàn)，異常表達的circRNA可能在缺氧誘導的PAH中發(fā)揮重要作用，可能成為PAH治療的潛在靶點[33]。在各種疾病中，circRNA主要作為miRNA海綿發(fā)揮作用。研究發(fā)現(xiàn)，所有在PAH中差異表達的circRNA均含有miRNA反應原件，可以吸收不同的miRNA。Wang等[34]利用生物信息學分析，選取了mmu-circRNA-004592和mmu-circRNA-018351兩個最具潛能的circRNA，RNA-miRNA-mRNA網(wǎng)絡分析顯示，上調(diào)的mmu-circRNA-004592和下調(diào)的mmu-circRNA-018351分別通過抑制或促進miRNA的表達調(diào)控靶基因的表達，進而抑制肺內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞和成纖維細胞的增殖，影響PAH的發(fā)展。hsa-circ-0016070表達異常的慢性阻塞性肺疾病患者存在PAH的患病風險，miR-942在伴有PAH慢性阻塞性肺疾病患者中的表達較單純慢性阻塞性肺疾病患者低，而細胞周期蛋白D1的表達更高，熒光素酶實驗顯示，miR-942模擬劑可抑制細胞周期蛋白D1 3′非翻譯區(qū)的熒光素酶活性，hsa-circ-0016070降低了miR-942的表達，增強了細胞周期蛋白D1的表達，通過miR-942/細胞周期蛋白D1促進PASMC增殖，因此hsa-circ-0016070可作為診斷和治療PAH的生物標志物[35]。以上結(jié)果表明，circRNA可能是PAH分子機制中的關(guān)鍵調(diào)控因子，特異性circRNA或許可以作為PAH診斷和治療的新靶點。

2.3.2circRNA在CTEPH中的作用 CTEPH是一種罕見的急性肺栓塞并發(fā)癥，由肺動脈的持續(xù)阻塞和進行性血管重構(gòu)引起[36]。據(jù)報道，circRNA主要通過影響核糖核酸的生物合成、細胞對壓力和DNA損傷的反應以及基因表達在CTEPH中發(fā)揮作用[37]。上調(diào)的circRNA,如hsa-circ-0078982可能主要通過影響核糖核酸的生物合成過程在CTEPH中發(fā)揮作用；而下調(diào)的circRNA,如hsa-circ-0002062、hsa-circ-0022342可能通過調(diào)節(jié)細胞對壓力的反應、DNA損傷刺激以及基因表達發(fā)揮作用[33]。CTEPH也是肺動脈內(nèi)膜切除術(shù)引起的并發(fā)癥，circRNA對內(nèi)皮細胞和新生血管都具有調(diào)控作用[38-40]。以上研究提示circRNA在CTEPH發(fā)展中的潛在作用。circRNA在外周血和其他體液中具有較高的穩(wěn)定性，與其他RNA分子相比，circRNA或許是一種更好的生物標志物[41]。

3 小 結(jié)

在復雜的PAH病理機制中存在miRNA、lncRNA及circRNA的相互交聯(lián)、相互影響。研究表明，miRNA的功能受lncRNA轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，lncRNA在調(diào)控靶miRNA的過程中起誘導作用，使miRNA減少[42]。部分lncRNA具有高度穩(wěn)定的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，通過匹配一組miRNA結(jié)合位點實現(xiàn)功能[43]。circRNA是一類獨特的RNA，通過特殊的環(huán)剪接形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，部分circRNA作為競爭的內(nèi)源性RNA，在許多真核生物基因表達中通過調(diào)控miRNA的靶向轉(zhuǎn)錄，將miRNA進一步隔離，以達到終止其靶基因表達的作用。與miRNA和lncRNA相比，circRNA是一類更好的生物標志物[44]。目前已經(jīng)對miRNA、lncRNA及circRNA與血管疾病的關(guān)系進行了廣泛研究，但仍有諸多問題限制了大規(guī)模的臨床科研探索，未來，借助生物信息工程學對非編碼RNA在PAH病理機制中作用的深入探究，將為PAH的治療帶來新的希望。