非編碼RNA與白內(nèi)障發(fā)病關系的研究進展△

韓笑言 盧奕 楊晉

白內(nèi)障是我國乃至全世界致盲率第一的眼部疾病，嚴重威脅著我國人民的生活質(zhì)量，但其分子發(fā)病機制仍未明確,因此目前尚無有效的治療藥物能完全阻止或延緩其發(fā)生，手術治療仍是當前治療白內(nèi)障最有效的方法。人類全基因組測序完成后,科學家發(fā)現(xiàn)除了具有編碼功能的RNA外,還存在大量非編碼RNA(non-coding RNA,ncRNA)，其在基因表達調(diào)控中具有重要作用。已有研究證明ncRNA與人類疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關，其中對于ncRNA與白內(nèi)障疾病關系的研究也越來越多。本文就不同的ncRNA在白內(nèi)障中的研究進展進行綜述，總結目前與白內(nèi)障發(fā)病機制可能有關的ncRNA，為治療和預防白內(nèi)障提供新的思路。

1 ncRNA概述

在人類基因組中，編碼蛋白質(zhì)的序列只占人類基因組的1.5%，絕大多數(shù)為不編碼蛋白質(zhì)的DNA，這些DNA的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物即為ncRNA。1965 年，Holley 等[1]發(fā)現(xiàn)了丙氨酸t(yī)RNA,這是第1個被發(fā)現(xiàn)并報道的ncRNA，此后越來越多的ncRNA被發(fā)現(xiàn)。目前，ncRNA按大小可以分為短鏈非編碼 RNA 和長鏈非編碼 RNA(long non-coding RNA，lncRNA)。 短鏈非編碼RNA又可分為微小 RNA(microRNA,miRNA)、小干擾 RNA(small interfering RNA,siRNA) 和一類能與 piwi 蛋白質(zhì)相互作用的新型非編碼小 RNA (piwi interacting RNA,piRNA)。按照功能可分為具有調(diào)節(jié)功能的ncRNA和管家ncRNA。其中具有調(diào)節(jié)功能的ncRNA又包括miRNA、siRNA、 piRNA、lncRNA和circRNA；管家ncRNA又由tRNA、 rRNA和snRNA組成。目前已有研究證明miRNA 、lncRNA和circRNA與白內(nèi)障的發(fā)生發(fā)展有關。

2 miRNA與白內(nèi)障

miRNA是一類長度約22 nt的內(nèi)源性單鏈ncRNA，通過與目的mRNA的3’端非編碼區(qū)結合，對翻譯過程進行阻滯或者直接引起mRNA降解，從而對轉(zhuǎn)錄后水平及轉(zhuǎn)錄水平進行調(diào)控，參與多種生物學過程，其在進化過程中也保持高度保守[2-4]。近年研究證明miRNA在白內(nèi)障的發(fā)生發(fā)展中有重要作用。

2012年Wu等[5]對透明晶狀體和年齡相關性白內(nèi)障(age-related cataract，ARC)晶狀體進行微陣列分析，首次在人晶狀體中發(fā)現(xiàn)了206個miRNA，其中有32個miRNA在兩組間表達差異達2倍以上。與透明晶狀體相比，miRNA-34a在ARC組表達增高最明顯，而miRNA-933的表達下降最多。在此基礎上，F(xiàn)an等[6]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-34a可通過靶向抑制Notch2的表達來調(diào)控人晶狀體上皮細胞(human lens epithelial cells,HLECs)中的線粒體功能和HLECs的凋亡，從而影響ARC的發(fā)生。此后有研究對miRNA-34a與白內(nèi)障級別、白內(nèi)障程度的進展進行研究，結果表明miRNA-34a的表達水平與晶狀體混濁嚴重程度之間存在正相關，且會影響年齡相關的核性白內(nèi)障的進展。這些結果均進一步證實了miRNA-34a可能參與ARC的發(fā)生發(fā)展，同時也為治療ARC提供新靶點[7-8]。秦宇等[9]通過反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應研究ARC的HLECs與透明晶體的HLECs中miRNA let-7a的表達，發(fā)現(xiàn)let-7a在ARC的HLECs中呈低表達，并且其可能通過靶向調(diào)控caspase家族(caspase-3、caspase-8、caspase-9 )在ARC發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。同時有研究表明miRNA let-7另一個成員miRNA let-7b可以通過靶向Lgr4調(diào)節(jié)HLECs的凋亡[10]。進一步研究發(fā)現(xiàn)let-7b表達量與ARC患者的年齡、與高齡患者的白內(nèi)障程度呈正相關[11]，因此得知miRNA let-7b可能是ARC發(fā)病的危險因素，其成為白內(nèi)障非手術治療的又一新靶點。除上述miRNA外，越來越多的miRNA被發(fā)現(xiàn)與ARC的發(fā)生發(fā)展密切相關，如miRNA-125b靶向p53可以調(diào)節(jié)HLECs凋亡，同時p53的3’非編碼區(qū)上rs78378222的等位基因可以促進miR-125b/p53 mRNA的相互作用，進一步加強對HLECs凋亡的作用，從而影響ARC的發(fā)生[12-13]。miRNA-24也可以通過靶向p53增強HLECs死亡和凋亡[14]。再者，miR-204可能通過靶向調(diào)控Bcl-2家族成員Bcl-2的表達在ARC發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用[15]，以及miRNA-133b可以通過作用于BCL2L2來影響HLECs的活力和凋亡[16]。

此外對糖尿病性白內(nèi)障(diabetic cataract,DC)與miRNA關系的研究也逐漸增多，Sun等[17]對DC早期形成過程中miRNA-29a 的表達進行研究，發(fā)現(xiàn)在DC形成過程中，miRNA-29a和 miRNA-29c 的表達與大鼠晶狀體上皮細胞凋亡有關。Zhang等[18]用免疫組織化學技術和Western blot技術對DC的晶狀體與透明晶狀體組織進行分析發(fā)現(xiàn)，DC的晶狀體上皮細胞存在上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，后應用微陣列技術發(fā)現(xiàn)與透明晶狀體相比，DC中有73種miRNA上調(diào)超過2倍，而199種miRNA下調(diào)超過2倍，選擇其中下調(diào)倍數(shù)最多的miRNA-30a進行研究，結果表明miRNA-30a可以靶向于SNAI1來調(diào)節(jié)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，進而在DC的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。同時Zhang等[19]進一步研究DC中miRNA-30a與自噬的關系，結果顯示miR-30a可以靶向BECN1來抑制自噬從而影響DC的進展。2017年Zeng等[20]研究表明，miRNA-211在DC小鼠的晶狀體上皮細胞中高表達，并可以通過靶向SIRT1基因調(diào)節(jié)晶狀體上皮細胞凋亡和增殖。

3 lncRNA與白內(nèi)障

lncRNA 是指位于細胞核內(nèi)或胞漿內(nèi)且分子量大于200 nt、 參與或很少參與蛋白質(zhì)編碼功能的RNA。根據(jù)lncRNA的結構通常分為5類: 即正義lncRNA、反義lncRNA、雙向lncRNA、基因內(nèi)lncRNA及基因間lncRNA。根據(jù)lncRNA功能可以分為4類:信號分子、誘餌分子、支架分子及引導分子。一般認為lncRNA可通過不同的機制調(diào)節(jié)多種生物學功能，如lncRNA參與X染色體的失活、參與細胞核亞結構的形成、調(diào)控mRNA的降解及調(diào)控染色質(zhì)重塑等[21-25]。lncRNA與多種疾病的發(fā)生密切相關，如lncRNA H19的下調(diào)可以減少乳腺癌和肺癌的發(fā)生[26-27]。lncRNA在白內(nèi)障發(fā)病機制中的作用也逐漸被揭示。

Fu等[28]通過對胚胎期和出生后的晶狀體中l(wèi)ncRNA表達情況研究，發(fā)現(xiàn)lncRNA ALB在胚胎期晶狀體發(fā)育過程中的25周、26周和28周高表達，同時lncRNA ALB可以調(diào)節(jié)LC3BⅠ向LC3BⅡ轉(zhuǎn)化，調(diào)節(jié)細胞自噬功能而影響人類晶狀體發(fā)育。Shen等[29]對白內(nèi)障患者晶狀體和透明晶狀體進行研究，發(fā)現(xiàn)lncRNA MIAT是白內(nèi)障的特異性生物標志，并且lncRNA MIAT通過miRNA-150-5p/Akt 參與調(diào)節(jié)HLECs的功能，對細胞活力、細胞增殖、細胞凋亡均有影響。Li 等[30]研究發(fā)現(xiàn)，在ARC的HLECs中l(wèi)ncRNA TUG1通過miRNA-421/Caspase-3可以促進細胞的凋亡。Liu等[31]在ARC的HLECs中對 lncRNA H19進行研究，發(fā)現(xiàn)lncRNA H19 可以通過 H19/miRNA-675/CRYAA 網(wǎng)絡來調(diào)節(jié) HLECs 的功能。Gong 等[32]對DC的HLECs進行研究，發(fā)現(xiàn)糖尿病患者中l(wèi)ncRNA MALAT1 通過激活 p38MAPK 信號通路促進 HLECs的凋亡和氧化應激，在DC中的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。以上研究為白內(nèi)障的發(fā)病機制提供了新的見解，同時也為白內(nèi)障的藥物治療提供新的靶點。

4 環(huán)狀RNA和白內(nèi)障

環(huán)狀 RNA(circular RNA，circRNA)是一類通過共價鍵形成的閉合環(huán)狀ncRNA。circRNA 不具備 5’→ 3’極性及3’多聚腺苷酸末端，表現(xiàn)出與線性 RNA 不同的特性。circRNA 不易被核酸外切酶 RNase R降解。大部分circRNA 由外顯子編碼(exonic circular RNA，ecircRNA)，主要存在于細胞質(zhì)中;還有一部分 circRNA 由內(nèi)含子編碼(circular intronic RNA，ciRNA)或外顯子與內(nèi)含子共同編碼 (circularexon-introncircRNAs，EIciRNAs)，位于細胞核內(nèi)[33]。其主要的生物功能有可以充當ceRNA或miRNA海綿、調(diào)控基因表達。circRNA與人類疾病也關系密切，由于circRNA參與miRNA的調(diào)控，circRNA可以通過miRNA參與多種疾病的發(fā)生發(fā)展，如心血管疾病[34-35]、腫瘤[36-37]、糖尿病[38]等。但目前與白內(nèi)障相關的circRNA研究較少，仍在起步階段。Liu等[39]在ARC組和對照組中通過測序發(fā)現(xiàn)circRNA的差異性表達，并進一步研究circHIPK3的作用，發(fā)現(xiàn)circRNA HIPK3在ARC中低表達，并且可以通過 circHIPK3/miRNA-193a/CRYAA網(wǎng)絡來調(diào)節(jié) HLECs 的功能。

5 結論

目前關于白內(nèi)障的發(fā)病機制尤其在基因?qū)用娴谋磉_調(diào)控機制尚不清楚，還未有安全有效的預防和治療白內(nèi)障的方法。隨著高通量測序和生物信息學的發(fā)展，對ncRNA的研究逐漸增多，為明確白內(nèi)障的發(fā)病機制和防治提供了新思路。本文主要總結了3種與白內(nèi)障有關的ncRNA的研究現(xiàn)狀，但是由于miRNA對基因調(diào)控的復雜性，加大了對靶基因預測的難度，也增加了預測的不準確性。同時與miRNA相比，lncRNA和circRNA與白內(nèi)障關系的研究較少。因此仍需要眼科醫(yī)生進一步探究ncRNA在白內(nèi)障發(fā)生發(fā)展中的作用，進而為防治白內(nèi)障提供新方法。