長鏈非編碼RNA 在心血管疾病及病理過程中的研究進展

趙春燕 張樹龍 江雪

長鏈非編碼RNA(Long non-coding RNA,lncRNA)是長度大于200個核苷酸、非編碼RNA 中的的一種,由RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄,多腺苷酸化和剪接形成。lncRNA 一度被認為是基因轉(zhuǎn)錄的“噪音音”、不具備生物學(xué)功能[1]。但最近的多項研究發(fā)現(xiàn)它參與體內(nèi)多種細胞生物過程基因的調(diào)控,包括括表觀遺傳,轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)[2]。人類基因組絕大多數(shù)被轉(zhuǎn)錄為非蛋白質(zhì)編碼RNA,包括99 640 個lncRNAs[3]。在人類很多疾病中可見其失調(diào),如心血管疾病、視網(wǎng)膜病變、腫瘤、神經(jīng)系系統(tǒng)退行性疾病等[4－7]。筆者圍繞lncRNA 在心血管疾病及病理過程的調(diào)控進行闡述,為心血管疾病防治的研究提供新的靶點。

1 LncRNA對心肌肥厚的調(diào)控

Shao等[8]在建立的小鼠心臟肥大模型及細胞實驗中,發(fā)現(xiàn)末端分化誘導(dǎo)的非編碼RNA(LncRNA TINCR,編碼3.7kb的lncRNA)的過表達通過表觀遺傳沉默鈣調(diào)蛋白Ⅱ(CaMKII)來減輕心肌肥大,相反,抑制LncRNA TINCR 后,Ca MKII的表達增加導(dǎo)致心肌細胞肥大。另外,結(jié)合以往研究表明CaMKII明顯促進心肌細胞肥厚和心肌纖維化[6],據(jù)此,可為后負荷引起的心臟肥大提供一種新的治療策略。

同時,Liu等[9]研究發(fā)現(xiàn)LncRNA H19在心肌細胞中的表達比成纖維細胞更豐富,H19及其編碼的miR-675(miRNA)的表達隨年齡增長逐漸下調(diào)。體內(nèi)、外實驗均發(fā)現(xiàn)H19和miR-675抑制心肌細胞肥大,抑制H19或miR-675引起Ca MKIIδ的表達上調(diào)導(dǎo)致心肌細胞肥大,因此,H19-miR-675軸可能通過抑制Ca MKIIδ作為心肌細胞肥大的負調(diào)節(jié)因子。

研究顯示重鏈相關(guān)RNA 轉(zhuǎn)錄物(lncRNA Mhrt)可以保護心臟降低病理性心臟肥大及纖維化[10];lncRNA Plscr4的過表達通過下調(diào)miR-214的表達,進而抑制心肌肥大,可作為心臟肥大治療的靶點[11]。Zhang等[12]研究發(fā)現(xiàn)在心肌肥厚模型中l(wèi)ncRNA MEG3(在成纖維細胞中比肌細胞中的表達更豐富)和組蛋白脫乙酰酶9(HDAC9)高表達,同時miR-361-5p下調(diào);抑制MEG3的表達后,心肌肥厚發(fā)生逆轉(zhuǎn)(心肌肥厚標(biāo)志物心房利鈉因子(ANF),腦鈉肽(BNP)表達降低),而抑制miR-361-5p和過表達HDAC9可以促進心肌肥厚。研究發(fā)現(xiàn)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子(STAT3)是MEG3的上游轉(zhuǎn)錄因子,并正調(diào)控MEG3,MEG3 可以通過下調(diào)miR-361-5p的表達來正向調(diào)節(jié)HDAC9。結(jié)果表明STAT3上調(diào)lncRNA MEG3并通過miR-361-5p/HDAC9 軸正向調(diào)節(jié)心臟肥厚;相反,抑制MEG3 可以改善心肌肥厚。Li等[13]發(fā)現(xiàn)心肌肥厚模型中的心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄物(lncRNA MIAT)和轉(zhuǎn)錄共激活因子(P300)表達水平增加,miR-150表達水平降低,P300是MIAT/miR-150-5p的下游靶標(biāo),提示MIAT 可通過抑制miR-150-5p表達而增加P300表達促進心肌肥大,即MIAT/miR-150-5p軸將P300作為心肌細胞肥大的正調(diào)節(jié)劑。

另外,有研究[14]表明,在心肌肥大的模型中,lncRNAROR負調(diào)節(jié)miR-133的表達發(fā)揮促心肌肥大作用;在體內(nèi)、外的心肌肥厚模型中,lncRNA UCA1 表達上調(diào),同時伴隨miR-184表達下調(diào),研究證實UCA1通過與miR-184競爭性結(jié)合來促進心臟肥大[15];lncRNA CHRF 競爭結(jié)合并下調(diào)miR-489的表達進而激活肥大反應(yīng)[16]。

2 LncRNA對動脈粥樣硬化及糖尿病心肌病的調(diào)控

研究顯示,在動脈粥樣硬化疾病的進展中發(fā)現(xiàn)654 個lncRNAs失調(diào)[17]。長非編碼核糖核酸-心臟凋亡相關(guān)的lncRNA(lncRNA-CARL)可抑制動脈粥樣硬化的發(fā)展,以及調(diào)節(jié)細胞增殖和凋亡[18]。有報道高脂飲食動物模型中l(wèi)ncRNA MIAT 表達增高,MIAT 在晚期動脈粥樣硬化病變的巨噬細胞中上調(diào),敲除后降低動脈粥樣硬化斑塊的進展和不穩(wěn)定性,研究表明MIAT 通過競爭結(jié)合miR-149-5p正向調(diào)節(jié)抗吞噬分子CD47 的表達,表明巨噬細胞中MIAT/miR-149-5p/CD47通路確定為動脈粥樣硬化病變的調(diào)節(jié)途徑,MIAT 確定為動脈粥樣硬化治療新的靶點[19]。另外,有報道表明MIAT 在頸動脈斑塊中高表達,表明MIAT 可能在動脈粥樣硬化疾病中具有潛在作用[20]。

同時,在糖尿病心肌病(DCM)模型中發(fā)現(xiàn)MIAT 表達上調(diào),研究顯示miR-22-3p的下調(diào)通過增加死亡相關(guān)蛋白激酶2(DAPK2)的表達促進心肌細胞凋亡,MIAT 可以逆轉(zhuǎn)miR-22-3p對DAPK2的抑制作用。另外,敲除MIAT 通過下調(diào)DAPK2的表達而抑制心肌細胞凋亡,繼而改善左室功能。提示MIAT 競爭性結(jié)合miR-22-3p 進而上調(diào)DAPK2表達,促進DCM 中的心肌細胞凋亡參與DCM 的發(fā)病機制[21]。

3 LncRNA對心肌梗死和缺血/再灌注的調(diào)控

lncRNA 基因芯片分析急性缺血缺氧心肌中l(wèi)ncRNA 的差異表達,共鑒定出323個lncRNAs,其中包括168個上調(diào),其中155個下調(diào)[22]。在2支或3支血管病變的ST 段抬高型心肌梗死(MI)患者,血液中MI相關(guān)lncRNA(LIPCAR)的表達水平與心肌酶相似,而在閉塞血管再通后LIPCAR降低,表明血漿LIPCAR 的動態(tài)變化反映了心肌缺血和冠狀動脈病變的情況。另外,LIPCAR 在ROC 曲線中顯示出對急性MI診斷的最佳靈敏度和特異度,而且LIPCAR 和Gensini評分(冠狀動脈病變評分)之間呈正相關(guān),表明lncRNA LIPCAR 升高的程度反映了冠狀動脈狹窄的嚴重程度[23]。目前,關(guān)于LIPCAR 在心血管疾病方面的研究比較少,LIPCAR 是否可成為ST 段抬高型MI患者不良心血管事件的獨立預(yù)測因子還有待進一步研究。

Liu等[24]的研究顯示,心肌素在心肌缺血/再灌注(I/R)損傷期間激活心肌細胞中的自噬依賴性細胞死亡,心臟自噬抑制因子(lncRNA CAIF)與p53結(jié)合阻斷p53介導(dǎo)的心肌素轉(zhuǎn)錄,導(dǎo)致心肌素表達降低,減弱心肌I/R 損傷。同時,Wang等[25]在研究中發(fā)現(xiàn)壞死相關(guān)因子(lncRNA NRF)結(jié)合并抑制miR-873表達,受體相互作用的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1(RIPK1)和受體相互作用的絲氨酸/蘇氨酸-蛋白激酶3(RIPK3)參與H2O2誘導(dǎo)的心肌細胞壞死,miR-873能夠抑制RIPK1/RIPK3的表達,繼而減少I/R 損傷后的MI面積,即NRF競爭性結(jié)合并抑制miR-873的表達,進而上調(diào)RIPK1/RIPK3的表達來促進心肌細胞損傷、壞死,敲除NRF可減少I/R 損傷后的壞死和心肌梗死。p53轉(zhuǎn)錄激活NRF,p53-NRF-miR-873-RIPK1/RIPK3途徑為I/R中l(wèi)ncRNA 生物學(xué)提供了新的見解。此外,下調(diào)lncRNA MBNL1-AS1(lncRNA 肌肉樣1-反義RNA 1,在小鼠骨骼肌細胞中過表達)的表達可能通過激活cGMP-PKG 信號通路上調(diào)鉀鈣激活通道亞家族M alpha 1(KCNMA1)的表達來促進骨骼肌細胞的增殖和抑制細胞凋亡,減少I/R 損傷[26]。

4 LncRNA對心力衰竭(簡稱心衰)的調(diào)控

研究顯示,lncRNA(CDKN2B-AS1/ANRIL,H19,HOTAIR,LOC285194/TUSC7,RMRP,和SRA1等)在心力衰竭((簡稱心衰))終末期和非終末期發(fā)揮一致調(diào)節(jié)作用。CDKN2B-AS1,HOTAIR 和LOC285194在外周血單核細胞(PBMC)和心臟組織中顯示出相似的失調(diào),表明lncRNA 具有作為心衰生物標(biāo)志物的潛力,HOTAIR 可能參與心衰的心室重塑[27]。心衰RVs(心衰RV 文庫)鑒定了2085 個總lncRNA 基因,其中48 個差異表達的lncRNAs中,35 個表達下調(diào),13個表達上調(diào)[28]。

心衰患者發(fā)生心律失常的易感性增加,Long等[29]研究表明充血性心衰(CHF)大鼠心室lncRNA Kcna2表達減少,Kcna2反義RNA(Kcna2 AS)增加,過表達lncRNA Kcna2可增加CHF誘導(dǎo)的延遲整流鉀電流(IKs),動作電位(AP)縮短,并減少室性心律失常的發(fā)生。Kcna2 AS 通過下調(diào)Kcna2導(dǎo)致IKs減少、AP延長和室性心律失常的發(fā)生;抑制Kcna2 AS降低了CHF誘導(dǎo)的IKs下調(diào)和APs的延長。表明過表達Kcna2 或敲除Kcna2 AS 抑制的心律失常,提示Kcna2 AS可能是預(yù)防和治療心衰患者室性心律失常的新靶點。

控制心臟傳導(dǎo)能力的lncRNA CCRR 是一種抗心律失常的lncRNA,在心衰中下調(diào)時導(dǎo)致心臟傳導(dǎo)減慢、室性心律失常增加和合胞體破壞,通過破壞縫隙連接產(chǎn)生細胞間解偶聯(lián)。過表達CCRR 通過阻斷連接蛋白43(Cx43)的反向運輸來改善心臟傳導(dǎo),認為CCRR 可能是心臟病理狀態(tài)下心律失常的前瞻性治療方法[30]。

5 LncRNA對心肌纖維化、心肌細胞再生與修復(fù)的調(diào)控

近年來對心肌纖維化的多項研究表明,轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)系統(tǒng)以及炎癥反應(yīng)、LncRNA 等多種機制共同參與心肌纖維化的發(fā)生與發(fā)展[31－32]。抑制miR-223可降低MI后心室肌纖維化指標(biāo)(膠原蛋白Ⅰ、膠原蛋白Ⅲ和α平滑肌肌動蛋白(α-SMA))的表達水平,提示抑制miR-223可改善MI后的心臟功能[33]。

Wang等[34]的研究中發(fā)現(xiàn)LncRNA n379519 在MI大鼠心臟和纖維化CFs 中的表達均上調(diào),敲除lncRNA n379519明顯增加左室射血分數(shù)(LVEF)和短軸縮短分數(shù)(FS),減少梗死面積,同時減少膠原蛋白產(chǎn)生進而減弱心肌纖維化的發(fā)生。lncRNA n379519的敲除減輕膠原沉積作用可被miR-30抑制劑逆轉(zhuǎn),表明敲除lncRNA n379519 通過靶向調(diào)控miR-30抑制心肌間質(zhì)纖維化和改善收縮功能,具有心臟保護作用。

也有研究[35]表明在動物和細胞模型(MI小鼠及用血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)處理的CFs)中發(fā)現(xiàn)促纖維化lncRNA(PFL)顯著上調(diào)和膠原沉積。敲除PFL 可降低纖維化相關(guān)基因m RNA 和蛋白質(zhì)水平的表達并抑制心肌間質(zhì)纖維化,改善了MI小鼠的LVEF 和FS。過表達轉(zhuǎn)錄因子—let-7d減輕了MI小鼠的心臟纖維化。PFL的過表達通過降低let-7d的表達和活性促進小鼠CFs的增殖,成纖維細胞向肌成纖維細胞轉(zhuǎn)變和纖維化的發(fā)生。敲除PFL 導(dǎo)致let-7d的上調(diào)。血小板活化因子受體(Ptafr)的敲除減輕了PFL 對膠原產(chǎn)生和肌成纖維細胞形成的影響。心臟纖維化期間上調(diào)的PFL競爭性地結(jié)合let-7d并釋放靶向Ptafr的抑制作用,這導(dǎo)致Ptafr的上調(diào)并促進纖維發(fā)生,表明抑制PFL 可作為心臟纖維化的新療法。

另外,lncRNA Wisper在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控過程中發(fā)揮作用。Wisper促進心肌纖維化和重塑的發(fā)生[36]。而Crnde是一種心臟特異性lncRNA,過表達時增加DCM 模型中的LVEF和FS,減輕心臟纖維化和增強心臟功能[37]。

Chen等[38]研究表明lncRNA CRRL有較弱的蛋白質(zhì)編碼潛力。敲除CRRL 促進心肌再生,降低梗死后心臟重塑。過表達CRRL降低miR-199-3p對其靶基因Hopx的抑制作用,抑制心肌細胞(CM)增殖。表明CRRL 通過結(jié)合并抑制miR-199a-3p,上調(diào)靶基因Hopx,進一步負調(diào)節(jié)CM 增殖,抑制心肌細胞再生,提示CRRL 是一種新的有效基因靶點,抑制CRRL可以誘導(dǎo)心肌細胞再生。此外,沉默信息調(diào)節(jié)因子1(Sirt1)反義lncRNA 主要參與表觀遺傳水平的mRNA穩(wěn)定性,與Sirt1 mRNA 3＇非翻譯區(qū)(3＇-UTR)結(jié)合,增加Sirt1 mRNA 的穩(wěn)定性,并上調(diào)Sirt1 mRNA 和蛋白表達,促進CM 增殖,降低MI面積,抑制CM 凋亡,減輕MI后的心臟重塑,改善心臟功能,表明其是CM 增殖的正調(diào)節(jié)因子,可作為CM 增殖和心臟再生的新型調(diào)節(jié)因子[39]。

6 展望與前景

近年來lncRNA 的研究發(fā)現(xiàn)其在心血管方面有重要的調(diào)節(jié)作用,但仍缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)及更多有針對性的研究。目前對于lncRNA 在心血管方面的研究還處于初級階段,作用機制復(fù)雜及費用較高成為限制其發(fā)展的重要因素,今后還需要更多的研究來證實其在心血管方面的調(diào)節(jié)作用,lncRNA 將來有望成為心血管疾病的更準(zhǔn)確、快速診治的新的因子。