長鏈非編碼核糖核酸與冠心病的研究進(jìn)展
——從發(fā)病機(jī)制到診斷與治療

楊環(huán)莞，劉昱圻，陳韻岱

(解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心心血管內(nèi)科，北京 100853)

心血管疾病是全球范圍造成死亡的最主要原因，包括冠心病、高血壓、心律失常、瓣膜性心臟病等。動脈粥樣硬化是冠心病的主要病理基礎(chǔ)，在動脈粥樣硬化基礎(chǔ)上，易損斑塊破裂和侵蝕繼發(fā)血栓形成是引起急性心血管事件的主要原因。除了傳統(tǒng)的膽固醇學(xué)說，最近發(fā)表的CANTOS研究[1]進(jìn)一步為動脈粥樣硬化的炎癥假說提供了有力的試驗證據(jù)，提示了全身及局部炎癥、免疫活化在斑塊易損性中的作用。然而盡管經(jīng)皮冠狀動脈介入(percutaneous coronary intervention,PCI)聯(lián)合藥物治療不斷進(jìn)展，急性冠狀動脈綜合征的死亡率仍居高不下，其中缺血再灌注損傷及梗死后心臟重構(gòu)或發(fā)揮重要作用。

長鏈非編碼核糖核酸(long non-coding RNA,lncRNA)是轉(zhuǎn)錄本長度超過200 nt的核糖核酸(RNA)，幾乎無蛋白質(zhì)編碼功能。其大多位于細(xì)胞的胞核或胞漿中，在轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達(dá)[2]。根據(jù)其在基因組中的位置，分為正義、反義、雙向、基因內(nèi)及基因間lncRNA[3]。最近的研究表明，lncRNA在動脈粥樣硬化、急性心肌梗死、微血管功能障礙、心臟重構(gòu)及心力衰竭等發(fā)生、發(fā)展過程中起著重要的調(diào)節(jié)作用[4-6]。本文將對lncRNA的生物學(xué)功能，在心血管疾病發(fā)生、發(fā)展及診斷和治療中的作用進(jìn)行概述。

圖1 lncRNA的生物學(xué)作用模式

1 lncRNA的生物學(xué)作用模式

1.1 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)

定位在胞核中的lncRNA主要在轉(zhuǎn)錄水平對基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控。lncRNA可作為分子誘餌來誘導(dǎo)特定蛋白(如轉(zhuǎn)錄因子)，并與之結(jié)合，該作用能使其序列下游的轉(zhuǎn)錄反應(yīng)受到阻礙[7]；引導(dǎo)型lncRNA通過與DNA或者蛋白質(zhì)結(jié)合，可將特定的復(fù)合體引導(dǎo)到特定的染色體位置上，可通過順式或反式作用調(diào)控基因的表達(dá)[7]；增強(qiáng)子lncRNA轉(zhuǎn)錄自增強(qiáng)子區(qū)域，可通過順式作用促進(jìn)增強(qiáng)子原件與啟動子區(qū)域結(jié)合，從而促進(jìn)下游的蛋白質(zhì)編碼基因的表達(dá)[8]；lncRNA還可以作為蛋白質(zhì)復(fù)合物的骨架把表觀修飾的酶聯(lián)合在一起[7]，從而調(diào)控DNA甲基化、組蛋白修飾或染色質(zhì)重構(gòu)，使基因沉默或激活。通過與剪切因子相互作用，影響mRNA前體的剪切，lncRNA可調(diào)控靶基因產(chǎn)生不同的轉(zhuǎn)錄本，進(jìn)而被翻譯成不同的蛋白質(zhì)構(gòu)體。此外，lncRNA還可擔(dān)任信號分子的角色，在受到特定刺激后，能表現(xiàn)出時間特異性及組織特異性，使其具有作為生物標(biāo)志物的潛力[7]。

1.2 轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)

定位在胞漿中的lncRNA主要在轉(zhuǎn)錄后水平影響基因的表達(dá)。lncRNA可通過影響蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)以及磷酸化或去磷酸化影響細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，進(jìn)而影響功能蛋白的表達(dá)[9,10]。lncRNA還可通過與信使核糖核酸(messenger RNA, mRNA)結(jié)合影響mRNA的穩(wěn)定性，并以競爭性內(nèi)源性核糖核酸(competing endogenous RNA, ceRNA)的形式，通過競爭性結(jié)合同種微小核糖核酸(microRNA, miRNA) 來調(diào)控各自的表達(dá)水平，從而影響細(xì)胞的功能[11]。詳見圖1[12]。

2 lncRNA與冠心病

2.1 lncRNA與動脈粥樣硬化和急性心肌梗死

動脈粥樣硬化是一種復(fù)雜的病理生理過程，其最終導(dǎo)致斑塊形成及動脈壁的炎癥，既與遺傳相關(guān)，也有環(huán)境因素參與。lncRNAs在內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙、平滑肌細(xì)胞增殖、表型轉(zhuǎn)化及膽固醇代謝中發(fā)揮重要作用。其中l(wèi)ncRNA H19被發(fā)現(xiàn)與中國人群的冠心病和缺血性卒中相關(guān)[13]。最初在人類及嚙齒類動物粥樣硬化斑塊的平滑肌細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)H19重復(fù)表達(dá)[14]，其以分子海綿的形式與miRNA let-7a相互作用進(jìn)而上調(diào)細(xì)胞周期蛋白D(cyclin D)的表達(dá)，從而促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞的增殖[15]。而最近的研究也表明，lncRNA H19通過抑制STAT3信號通路影響內(nèi)皮細(xì)胞的衰老[16]。此外，Cremer等[17]在小鼠模型與人群中檢驗了lncRNA MALAT1對動脈粥樣硬化的作用。實驗發(fā)現(xiàn)，ApoE(-/-)MALAT1(-/-)的動脈粥樣硬化小鼠模型與對照組相比斑塊體積更大，且斑塊中CD45+炎癥細(xì)胞浸潤較多；同時發(fā)現(xiàn)將MALAT1小鼠的骨髓移植給對照組小鼠后，對照組小鼠的斑塊體積增大。體外實驗表明，MALAT1小鼠中分離的骨髓細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附性增加，且表達(dá)更多的炎癥因子。進(jìn)一步在人群中檢驗MALAT1對動脈粥樣硬化的作用，發(fā)現(xiàn)動脈狹窄較重的人群較狹窄較輕的人群MALAT1表達(dá)下調(diào)，且有癥狀人群較無癥狀人群的MALAT1表達(dá)亦下調(diào)，隨訪研究表明MALAT1越低其預(yù)后越差。

一項大規(guī)模病例對照研究發(fā)現(xiàn)lncRNA MIAT與急性心肌梗死相關(guān)[18]。該研究發(fā)現(xiàn)MIAT基因位點(diǎn)的6個單核苷酸多態(tài)性與急性心肌梗死風(fēng)險增加有關(guān)。進(jìn)一步的體外實驗證實，第5號外顯子的單核苷酸多態(tài)性顯著增加MIAT轉(zhuǎn)錄[18]。功能實驗證實，lncRNA MIAT以ceRNA的形式與 miR-150-5p相互作用，參與內(nèi)皮生長因子表達(dá)的調(diào)控及病理性血管生成[19]。

2.2 lncRNA與心臟重構(gòu)

急性心肌梗死后心臟重構(gòu)的發(fā)生是導(dǎo)致心肌梗死后心力衰竭發(fā)生的主要機(jī)制，影響患者的長期預(yù)后，其中纖維化過程起著重要作用。Piccoli等[20]通過體內(nèi)及體外實驗證實，lncRNA Meg3可通過調(diào)節(jié)基質(zhì)金屬蛋白酶-2(matrix metalloproteinase-2, MMP-2)促進(jìn)心肌纖維化，影響心臟舒張功能。Kumarswamy等[4]發(fā)現(xiàn)，與心肌梗死后無心臟重構(gòu)的人群相比，急性心肌梗死后心臟重構(gòu)人群的血液樣本中線粒體lncRNA LIPCAR表達(dá)在早期明顯下調(diào)，而在心肌梗死后1、3、12個月后表達(dá)上調(diào)。另一獨(dú)立隊列研究進(jìn)行3年隨訪后發(fā)現(xiàn)，在矯正年齡、性別、缺血病因及糖尿病后， LIPCAR水平升高與心血管死亡率增加顯著相關(guān)(OR=1.42, 95%CI: 1.02～2.01;P=0.04)。Micheletti等[21]發(fā)現(xiàn)，心臟成纖維細(xì)胞顯著表達(dá)lncRNA Wisper在心肌損傷后心臟纖維化過程中發(fā)揮重要作用。在心肌梗死小鼠模型及患者中均發(fā)現(xiàn)，Wisper表達(dá)量與心臟纖維化程度呈顯著相關(guān)。體外細(xì)胞實驗發(fā)現(xiàn)，Wisper可影響成纖維細(xì)胞的增殖、遷移及存活，并且可通過影響T細(xì)胞細(xì)胞內(nèi)抗原1(T-cell intracellular antigen 1, TIA1)表達(dá)影響成纖維細(xì)胞前體的表型，進(jìn)而影響細(xì)胞外膠原的沉積與交聯(lián)，促進(jìn)心肌細(xì)胞外基質(zhì)的沉積及心臟重構(gòu)。

3 lncRNA在冠心病診斷與治療中的作用

lncRNA在循環(huán)中多以外泌體的形式存在，其易被獲得且在不同的貯存條件、理化條件及體液中穩(wěn)定存在，可作為新型生物標(biāo)志物。然而，僅有少量研究關(guān)注循環(huán)lncRNA在冠心病診斷中的作用。最近的一項研究表明，lncRNA UCA1可作為急性心肌梗死的新型標(biāo)志物。與健康對照相比，在急性心肌梗死后12 h，血漿UCA1的水平明顯下降，72 h后上升[22]。Zhang等[23]發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，lncRNA MYHEART在急性心肌梗死人群中表達(dá)上升，且其表達(dá)量與心肌損傷標(biāo)志物肌鈣蛋白T呈顯著正相關(guān)。此外，有研究發(fā)現(xiàn)lncRNA CoroMarker和lncPPARδ 在冠心病人群中特征性表達(dá)上調(diào)且驗證隊列顯示具有較好的診斷效能，受試者工作特征曲線下面積分別為0.920和0.727[24,25]。另外，聯(lián)合不同的lncRNA或lncRNA與傳統(tǒng)標(biāo)志物提高疾病診斷效能也是未來發(fā)展的一個方向。

近年來基于lncRNA的藥物治療不斷進(jìn)展。動物實驗表明，通過轉(zhuǎn)基因(如lncRNA MHRT)或藥物抑制(如lncRNA CHAST)，人為干預(yù)lncRNA可有效阻止或逆轉(zhuǎn)疾病的進(jìn)程[26,27]。反義寡核苷酸藥物、病毒載體、納米材料及顯微注射等方法的發(fā)展也使靶向lncRNA的治療成為可能。然而，其依然存在以下問題：(1)許多l(xiāng)ncRNA在物種間并不具有高度保守性，因此對基于動物水平的機(jī)制研究很難順推于人類；(2)由于目前的研究多在嚙齒類動物中完成，在臨床轉(zhuǎn)化中面臨的問題，如基于載體的靶向治療在大型哺乳動物中是否有效？特定lncRNA在動物和人體中的作用機(jī)制是否一致？靶向的準(zhǔn)確性、脫靶率、安全性及潛在的副作用如何？

4 結(jié)論與展望

lncRNA的發(fā)現(xiàn)使人們對心血管疾病調(diào)控機(jī)制有了全新的理解，架起了基礎(chǔ)研究與臨床轉(zhuǎn)化之間的橋梁。目前的研究已證明，lncRNA在動脈粥樣硬化、急性心肌梗死、心臟重構(gòu)等病理過程中發(fā)揮重要作用，部分lncRNA更是在疾病診斷中表現(xiàn)出了良好的靈敏度與特異度，有望成為新型生物標(biāo)志物，實現(xiàn)疾病的早期診斷。納米材料及顯微注射等技術(shù)的發(fā)展也使未來靶向lncRNA治療冠心病成為可能。而優(yōu)化分離純化方法、標(biāo)準(zhǔn)化流程、提高不同檢測平臺間的一致性和準(zhǔn)確性及消除技術(shù)和分析方法的偏倚，是得到可靠性和可重復(fù)性高的檢測結(jié)果的必要前提。在治療方面，也需要開展更多的基礎(chǔ)研究和大型臨床試驗以進(jìn)一步驗證其安全性和有效性。