長鏈非編碼RNA的調(diào)控機(jī)制及其在心血管相關(guān)疾病發(fā)生中作用的研究進(jìn)展

董星明，周善潔，王曉倩，王凱歌，張錦

1蘭州大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，蘭州730000；2蘭州大學(xué)第一醫(yī)院

隨著高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展完善，非編碼蛋白質(zhì)基因?qū)ι顒?dòng)的調(diào)控作用逐漸引起重視。研究發(fā)現(xiàn)，基因組中超過90%的DNA序列可以轉(zhuǎn)錄，但轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中只有不到2%可以翻譯為蛋白質(zhì)[1]。長鏈非編碼RNA(LncRNA) 是一類轉(zhuǎn)錄本長度超過200個(gè)核苷酸的非編碼RNA分子，缺少開放閱讀框，不具備編碼蛋白質(zhì)功能，主要由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生。關(guān)于LncRNA尚無統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)，St Laurent等[2]總結(jié)了基于轉(zhuǎn)錄本長度、與編碼基因的位置關(guān)系、功能等10種分類方法。目前，通常根據(jù)與編碼基因的位置關(guān)系分為正義LncRNA、反義LncRNA、雙向LncRNA、內(nèi)含子LncRNA、基因間LncRNA五類。LncRNA一度被認(rèn)為是基因組轉(zhuǎn)錄的“噪音”，不具有生物學(xué)功能，但越來越多的證據(jù)表明,LncRNA參與劑量補(bǔ)償效應(yīng)、表觀遺傳、細(xì)胞周期調(diào)控和細(xì)胞分化等基本生命過程，其表達(dá)異常對(duì)包括腫瘤在內(nèi)的多種疾病的發(fā)生發(fā)展具有重要的調(diào)控作用。因此，LncRNA可能成為疾病診斷的新型生物標(biāo)志物和潛在的治療靶點(diǎn)。近年來發(fā)現(xiàn),LncRNA與動(dòng)脈粥樣硬化(AS)、心肌梗死(MI)、心力衰竭(HF)、高血壓、心肌病等心血管相關(guān)疾病的發(fā)生密切相關(guān)，并可通過調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝、參與免疫和炎癥反應(yīng)、調(diào)控細(xì)胞增殖和凋亡等影響心血管相關(guān)疾病的發(fā)展和轉(zhuǎn)歸。本文就LncRNA的調(diào)控機(jī)制及其在心血管相關(guān)疾病發(fā)生中的作用作一綜述。

1 LncRNA的調(diào)控機(jī)制

1.1 對(duì)表觀遺傳的調(diào)節(jié) 表觀遺傳是指DNA序列不發(fā)生變化而基因表達(dá)發(fā)生了可遺傳改變，包括染色體修飾、基因組印記、染色體失活等。目前研究表明，LncRNA參與DNA甲基化或組蛋白修飾是其在表觀遺傳中發(fā)揮作用的機(jī)制之一[3, 4]。雌性哺乳動(dòng)物體內(nèi)存在兩條X染色體，LncRNA Xist可以定位于其中1條X染色體，通過與RNA結(jié)合蛋白相互作用，導(dǎo)致整條染色體的空間結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使之成為非活性X染色體，抑制X染色體表達(dá)，從而介導(dǎo)X染色體表達(dá)沉默[5]。LncRNA Mhrt可以直接與組蛋白修飾劑相互作用，對(duì)染色質(zhì)修飾進(jìn)行調(diào)節(jié)，其表達(dá)上調(diào)可以阻止病理性心肌肥大[6]。而LncRNA Upperhand可以以等位基因特異性和順式調(diào)控的方式，調(diào)節(jié)與心臟發(fā)育相關(guān)的hand2基因表達(dá)[7]。

1.2 對(duì)轉(zhuǎn)錄的調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄是以DNA的一條鏈為模板，按照堿基互補(bǔ)配對(duì)原則，合成RNA的過程。LncRNA能夠通過多種機(jī)制在轉(zhuǎn)錄水平上實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控[8]。Xiong等[9]發(fā)現(xiàn)，lncRNA HOXB13-AS1在神經(jīng)膠質(zhì)瘤組織中表達(dá)上調(diào)，并且與HOXB13基因表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其機(jī)制與調(diào)節(jié)HOXB13啟動(dòng)子甲基化有關(guān)。LncRNA PYCARD-AS1是PYCARD基因沉默所必需的，在細(xì)胞核中LncRNA PYCARD-AS1可以定位于PYCARD基因的啟動(dòng)子上，并與染色質(zhì)抑制蛋白DNMT1/G9a復(fù)合物相互作用，促進(jìn)其結(jié)合到PYCARD基因的啟動(dòng)子上，從而影響目的基因表達(dá)[10]。

1.3 對(duì)轉(zhuǎn)錄后的調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄后是指在RNA水平上對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控，主要體現(xiàn)在對(duì)mRNA前體剪接和加工、mRNA由細(xì)胞核轉(zhuǎn)至細(xì)胞質(zhì)的過程及定位等多個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)控。富含絲氨酸/精氨酸蛋白(SR蛋白)屬于保守蛋白家族，由RNA識(shí)別序列和RS結(jié)構(gòu)域兩個(gè)部分組成，主要參與RNA剪接[11]。Cooper等[12]研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA NEAT1可以與SR蛋白家族之一的SRp40相互作用，通過控制磷酸化和去磷酸化調(diào)節(jié)SRp40活性，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)脂肪細(xì)胞分化過程中mRNA的可變剪接。

2 LncRNA在心血管相關(guān)疾病發(fā)生中的作用

2.1 LncRNA在AS發(fā)生中的作用 AS是由高脂血癥、高血壓、炎癥損傷等多種因素引起的慢性血管炎癥疾病，主要表現(xiàn)為內(nèi)皮損傷、內(nèi)膜纖維化、脂肪斑塊形成、血管平滑肌增殖和凋亡等病理過程。內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙是動(dòng)脈粥樣硬化的開端，先于血管造影或超聲發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊。Cho等[13]研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA ANRIL在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化處表達(dá)下調(diào)，通過沉默和過表達(dá)ANRIL后發(fā)現(xiàn)，ANRIL可影響單核細(xì)胞對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的黏附、跨內(nèi)皮單核細(xì)胞遷移及內(nèi)皮細(xì)胞遷移等過程，而這些恰巧是AS初始化的關(guān)鍵細(xì)胞過程，說明ANRIL可能參與了AS的發(fā)生。Li等[14]研究發(fā)現(xiàn)，氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)處理后的內(nèi)皮細(xì)胞(ECs)中LncRNA MALAT1表達(dá)上調(diào)，用短發(fā)夾RNA(shRNA)沉默MALAT1表達(dá)后，白細(xì)胞介素6(IL-6)和白細(xì)胞介素8(IL-8)等炎癥因子釋放進(jìn)一步增加，導(dǎo)致炎癥反應(yīng)對(duì)ECs的損傷加重以及ECs增殖過程受阻、細(xì)胞凋亡數(shù)目增加。

血管平滑肌細(xì)胞(VSMCs)是血管壁的重要組成部分，其增殖和凋亡在AS血管腔狹窄中具有重要作用。Cui等[15]研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA 430945在AS血管壁中表達(dá)上調(diào)，細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)過表達(dá)lncRNA 430945可促進(jìn)VSMCs增殖和遷移。由此可見，LncRNA參與維持ECs和VSMCs的正常功能，其表達(dá)異常能夠?qū)S的進(jìn)程產(chǎn)生影響，但LncRNA的基因調(diào)控表達(dá)網(wǎng)絡(luò)相對(duì)復(fù)雜，需要更多的實(shí)驗(yàn)去探索。

通過無創(chuàng)方法診斷冠心病(CAD)是目前探索的熱點(diǎn)。Hu等[16]通過對(duì)230例接受診斷性冠狀動(dòng)脈造影的患者隨訪發(fā)現(xiàn)，CAD患者血漿中LncRNA ANRIL表達(dá)上調(diào)，其血漿表達(dá)水平的改變對(duì)CAD具有良好的診斷價(jià)值；與對(duì)照組相比，ANRIL表達(dá)上調(diào)的患者血管狹窄及炎癥反應(yīng)程度更重，總體生存率更低。此外，還有研究基于臨床危險(xiǎn)因素和單細(xì)胞水平的分子標(biāo)記物(LncRNA SENCR和細(xì)胞表面標(biāo)記物)來構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分模型，以達(dá)到對(duì)早發(fā)CAD的早期診斷[17]。

2.2 LncRNA在MI發(fā)生中的作用 冠狀動(dòng)脈粥樣硬化引起管腔狹窄或者閉塞可導(dǎo)致心肌缺血，嚴(yán)重時(shí)引起MI。Li等[18]采用基因芯片分析MI細(xì)胞與正常細(xì)胞中LncRNA是否存在表達(dá)差異，結(jié)果發(fā)現(xiàn)共有323個(gè)LncRNA表達(dá)異常，其中表達(dá)上調(diào)168個(gè)、表達(dá)下調(diào)155個(gè)；通過分析表達(dá)失調(diào)的LncRNA功能，預(yù)測(cè)這些LncRNA可能會(huì)促進(jìn)MI的發(fā)生發(fā)展。Li等[19]研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA AZIN2-sv在心肌細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)，AZIN2-sv能夠誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡、減少心肌細(xì)胞增殖，從而抑制血管生成；進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，沉默大鼠AZIN2-sv表達(dá)可促進(jìn)MI后心肌毛細(xì)血管的生成，有助于提高大鼠左心室射血分?jǐn)?shù)(LVEF)和左心室縮短分?jǐn)?shù)(LVFS)，從而有效改善MI大鼠的預(yù)后。該研究分析了AZIN2-sv的作用機(jī)制，結(jié)果顯示AZIN2-sv可降低踝蛋白(Tln1)和整合素β1(ITGB1)蛋白表達(dá)，從而抑制血管生成；此外，AZIN2-sv還存在與miR-214結(jié)合的位點(diǎn)，可以通過miR-214/PTEN/AKT信號(hào)途徑調(diào)節(jié)血管生成。以上研究表明，LncRNA參與了MI的發(fā)生、發(fā)展，并可影響患者預(yù)后，靶向LncRNA的治療在臨床應(yīng)用中具有很大的潛能。

肌鈣蛋白(cTn)等傳統(tǒng)診斷標(biāo)志物容易受多種因素的影響，有必要尋找新的特異性心肌標(biāo)志物。研究表明，LncRNA能夠穩(wěn)定存在于血漿中，而外周血具有方便獲取、容易檢測(cè)等特點(diǎn)，因此循環(huán)血液中的LncRNA可能成為急性心肌梗死(AMI)診斷的生物標(biāo)志物。Li等[20]對(duì)急性ST段抬高型心肌梗死(STEMI)患者進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與健康志愿者相比，STEMI患者血漿LncRNA LIPCAR表達(dá)在STEMI癥狀發(fā)作4 h內(nèi)明顯升高，12～24 h達(dá)到峰值，到第7天時(shí)逐漸恢復(fù)到基線水平；根據(jù)LIPCAR升高程度進(jìn)行亞組分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)LIPCAR表達(dá)與冠狀動(dòng)脈病變?cè)u(píng)分(Gensini評(píng)分)之間呈正相關(guān)關(guān)系，說明LIPCAR升高的程度可以作為反映冠狀動(dòng)脈病變嚴(yán)重程度的指標(biāo)之一。Gao等[21]研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA HOTAIR在早期AMI患者血漿中表達(dá)下調(diào)，且血漿HOTAIR表達(dá)與肌鈣蛋白T(cTnT)水平呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，心肌細(xì)胞中LncRNA HOTAIR的基因序列上有miR-1結(jié)合位點(diǎn)，兩者存在負(fù)性調(diào)控關(guān)系；過表達(dá)HOTAIR可以抑制miR-1表達(dá)上調(diào)和相關(guān)凋亡蛋白表達(dá)，說明HOTAIR可以抑制心肌細(xì)胞凋亡，具有心肌保護(hù)作用。以上研究為MI的早期診斷提供了新的生物標(biāo)志物，也為治療MI提供了新的靶點(diǎn)。

2.3 LncRNA在HF發(fā)生中的作用 HF是各種心臟疾病的終末階段，具有較高的發(fā)病率和病死率。B型腦鈉肽(BNP)已經(jīng)被證實(shí)與HF的發(fā)生密切相關(guān)，是目前HF診斷的主要生物學(xué)標(biāo)志物，而LncRNA的出現(xiàn)為探索HF的發(fā)病機(jī)制和診治開辟了新途徑。Kumarswamy等[22]首次將血漿LncRNA用于心血管疾病的診斷，結(jié)果顯示慢性心力衰竭(CHF)患者循環(huán)血液中LncRNA LIPCAR表達(dá)明顯升高，隨訪發(fā)現(xiàn)LIPCAR表達(dá)升高與患者心血管不良事件的發(fā)生有關(guān)；表明LIPCAR可能是心功能不全的新型生物標(biāo)志物，也是CHF預(yù)后不良的重要指標(biāo)。

HF患者心肌肥大是對(duì)心臟負(fù)荷增大的一種適應(yīng)性改變，早期可以維持心臟的正常功能，但持續(xù)負(fù)荷過大可導(dǎo)致心室重塑，患者猝死風(fēng)險(xiǎn)升高。Zhou等[23]研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA UCA1可以與miR-184結(jié)合，而miR-184能夠直接靶向HOXA9 mRNA；進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，LncRNA UCA1可通過與miR-184競爭性結(jié)合來促進(jìn)HOXA9 mRNA表達(dá)，從而促進(jìn)心肌肥大的疾病進(jìn)程。轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1) 可以調(diào)控細(xì)胞增殖、分化及細(xì)胞外基質(zhì)合成，與HF患者心肌纖維化、心室重構(gòu)密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，CHF患者血漿TGF-β1水平升高、LncRNA GASL1表達(dá)降低，兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，GASL1過表達(dá)可抑制TGF-β1mRNA和蛋白表達(dá)，從而改善CHF患者的預(yù)后[24]。

重組人腦利鈉肽(rhBNP)可以減輕心臟負(fù)荷，從而緩解HF患者的臨床癥狀。Zhang等[25]觀察了低氧誘導(dǎo)的H9c2心肌細(xì)胞中LncRNA EGOT表達(dá)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)低氧可加重心肌細(xì)胞損傷，并下調(diào)EGOT表達(dá)；對(duì)患者給予rhBNP后可改善心肌細(xì)胞損傷，并上調(diào)EGOT表達(dá)；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，EGOT可通過激活心肌細(xì)胞中的PI3K/AKT/mTOR途徑而減輕低氧誘導(dǎo)的細(xì)胞損傷。以上研究均有助于我們更好地理解HF的分子機(jī)制，為將來HF的治療提供新的策略。

2.4 LncRNA在高血壓發(fā)生中的作用 高血壓是由多種因素共同作用而導(dǎo)致的復(fù)雜心血管病，除環(huán)境因素外，遺傳因素在高血壓發(fā)病過程中也具有重要作用。隨著基因測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，LncRNA在高血壓發(fā)病機(jī)制中的作用也越來越明確。Wang等[26]研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA GAS5參與了血壓調(diào)節(jié)，在自發(fā)性高血壓大鼠中GAS5沉默會(huì)導(dǎo)致其收縮壓、舒張壓和平均動(dòng)脈壓升高，動(dòng)脈管壁厚度及管腔直徑也發(fā)生了改變，提示GAS5可影響高血壓發(fā)病過程中的動(dòng)脈管壁重塑。Jin等[27]對(duì)高血壓患者外周血液LncRNA差異表達(dá)譜進(jìn)行檢測(cè)，確定了LncRNA AK098656與高血壓發(fā)病相關(guān)，其在高血壓患者外周血液中表達(dá)上調(diào)，且主要表達(dá)于人主動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞(HASMCs)，在ECs中表達(dá)較少。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，AK098656轉(zhuǎn)基因大鼠可自發(fā)發(fā)展為高血壓，其中動(dòng)脈α-平滑肌肌動(dòng)蛋白、肌球蛋白重鏈11和纖連蛋白1表達(dá)均降低，而膠原蛋白沉積增加，這些變化可能是導(dǎo)致動(dòng)脈阻力升高的原因，且與原發(fā)性高血壓患者的早期病理過程相似，說明LncRNA表達(dá)異常可能是導(dǎo)致高血壓發(fā)生的原因之一。

血管重塑是高血壓的重要病理特征，可以導(dǎo)致血管阻力增加及順應(yīng)性降低，VSMCs增殖、遷移和表型轉(zhuǎn)換是血管重塑的重要原因。Mantella等[28]通過機(jī)械拉伸誘導(dǎo)的HASMCs來模擬高血壓血管重塑模型，并對(duì)LncRNA表達(dá)進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)篩查的30 586個(gè)LncRNA中有580個(gè)存在差異表達(dá)，說明高血壓血管重塑與LncRNA表達(dá)異常有關(guān)。Shi等[29]研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA TUG1可以促進(jìn)高血壓大鼠VSMCs增殖、遷移并抑制細(xì)胞凋亡，其機(jī)制可能是TUG1充當(dāng)內(nèi)源競爭性RNA(ceRNA)，與miR-145-5p和成纖維細(xì)胞生長因子10(FGF-10)形成反饋環(huán)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)VSMCs的調(diào)控并參與高血壓發(fā)生發(fā)展。以上發(fā)現(xiàn)為LncRNA通過參與血管重塑而在高血壓的發(fā)病中發(fā)揮作用提供了理論證據(jù)和支持。

2.5 LncRNA在心肌病發(fā)生中的作用 心肌病是一組異質(zhì)性心肌疾病，由不同病因引起心肌病變導(dǎo)致心肌機(jī)械和(或)電功能障礙，常表現(xiàn)為心肌肥厚或擴(kuò)張。肥厚型心肌病(HCM)主要由遺傳性因素引起，是青少年心源性猝死的主要原因之一。已有研究表明，lncRNA參與了心肌細(xì)胞紊亂、心肌肥大和心肌間質(zhì)纖維化等過程，而這些均是心肌病的常見病理改變[30]。Liu等[31]通過轉(zhuǎn)錄測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，HCM心肌組織與正常心肌組織中編碼RNA及LncRNA均存在表達(dá)差異，這為基因?qū)用胬斫釮CM的發(fā)病機(jī)制提供了參考。Gomez等[32]對(duì)405例HCM患者和505例健康對(duì)照者進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，LncRNA H19的三個(gè)常見基因分型與HCM發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)之間有顯著相關(guān)性，但僅限于無肌節(jié)致病變異的患者，提示HCM發(fā)病機(jī)制的復(fù)雜性和基因調(diào)控的豐富性。

遺傳也是擴(kuò)張型心肌病(DCM)的重要病因。Li等[33]研究發(fā)現(xiàn)，DCM患者心肌組織LncRNA RP11-544D21.2表達(dá)上調(diào)最明顯，其可能是DCM的特異性LncRNA，并且LncRNA RP11-544D21.2能調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞中與DCM相關(guān)的基因表達(dá)，從而參與DCM的發(fā)生。也有研究發(fā)現(xiàn)，在阿霉素誘導(dǎo)的DCM大鼠模型中，LncRNA H19表達(dá)沉默可以減弱心肌細(xì)胞凋亡并改善左心室功能[34]。提示同一種LncRNA可以參與不同的疾病過程，也可以通過不同的途徑參與疾病的發(fā)生發(fā)展，其作用機(jī)制仍需要進(jìn)一步研究。

綜上所述，LncRNA在心血管相關(guān)疾病中的研究尚處于起步階段，還有許多與心血管相關(guān)LncRNA的結(jié)構(gòu)、功能及作用機(jī)制需要去探索發(fā)現(xiàn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，相信會(huì)有更多的與心血管相關(guān)疾病發(fā)病相關(guān)的LncRNA被發(fā)現(xiàn)。對(duì)LncRNA進(jìn)行深入研究有助于了解心血管相關(guān)疾病發(fā)病的分子機(jī)制，為心血管相關(guān)疾病的診治提供基因靶向方面的依據(jù)。