長(zhǎng)鏈非編碼RNA在心室重構(gòu)中作用的研究進(jìn)展▲

訾 杰 田孝祥 成小麗 王立中 李遠(yuǎn)征

(1 中國(guó)醫(yī)科大學(xué)航空總醫(yī)院心血管內(nèi)二科，北京市 100000 ，電子郵箱：zijie956@163.com；2 中國(guó)人民解放軍北部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院心血管病研究所，遼寧省沈陽(yáng)市 110045；3 中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院心內(nèi)一科，遼寧省沈陽(yáng)市 110045；4 首都醫(yī)科大學(xué)附屬康復(fù)醫(yī)院心臟康復(fù)中心，北京市 100043)

【提要】 慢性心力衰竭為多種心血管疾病或病變(如心肌梗死、心肌肥厚等)進(jìn)行性加重的最終階段，是導(dǎo)致患者死亡的主要原因。心室重構(gòu)是發(fā)生慢性心力衰竭的主要病理基礎(chǔ)，其可使心肌細(xì)胞的生物學(xué)行為受到影響，進(jìn)一步導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)異常、功能障礙等。長(zhǎng)鏈非編碼RNA(LncRNA)廣泛存在于多種組織及細(xì)胞，參與腫瘤、心臟發(fā)育及心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展等。研究表明，多種LncRNA與心肌重構(gòu)的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切。因此，LncRNA可能是一種強(qiáng)有力的治療靶標(biāo)，通過(guò)調(diào)控LncRNA的表達(dá)，有可能在一定程度上預(yù)防相關(guān)心血管疾病患者發(fā)生心室重構(gòu)或延緩心室重構(gòu)的進(jìn)展。本文簡(jiǎn)要概述近年來(lái)有關(guān)LncRNA在心室重構(gòu)中作用的研究進(jìn)展。

慢性心力衰竭是指持續(xù)存在的心力衰竭狀態(tài)，是由于心臟收縮功能和/或舒張功能發(fā)生障礙，不能將靜脈回心血充分排出心臟，導(dǎo)致靜脈系統(tǒng)血液淤積，動(dòng)脈血液灌注不足，最終引起心肌結(jié)構(gòu)和心功能不全的一種臨床綜合征，是心血管疾病或病變(如心肌梗死、心肌肥厚等)發(fā)展的終末階段，主要臨床表現(xiàn)為呼吸困難、乏力、液體潴留等[1-2]。隨著對(duì)慢性心力衰竭發(fā)病機(jī)制的不斷探索研究，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)心室重構(gòu)是慢性心力衰竭發(fā)生和發(fā)展的主要病理基礎(chǔ)，是影響患者發(fā)病率及死亡率的決定因素[3-4]。心室出現(xiàn)心肌損傷或負(fù)荷增加，引起相關(guān)基因調(diào)控的分子、細(xì)胞和心肌間質(zhì)的變化，促進(jìn)病變修復(fù)和心室整體代償，從而引起心室重構(gòu)。心室重構(gòu)主要使心肌細(xì)胞的生物學(xué)行為受到影響，進(jìn)一步使細(xì)胞出現(xiàn)結(jié)構(gòu)異常變化、功能障礙等，表現(xiàn)為心肌損傷后大小、形態(tài)、室壁厚度、組織結(jié)構(gòu)等一系列改變，其發(fā)生和發(fā)展是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程[5-6]。

隨著人類基因組密碼的逐漸解譯，基因?qū)W與病因?qū)W交叉研究的逐漸深入，對(duì)疾病相關(guān)基因的分析及探討已成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)[7-8]。長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long noncoding RNA，LncRNA)廣泛存在于多種組織及細(xì)胞，參與腫瘤、心臟發(fā)育及心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展等。學(xué)者們對(duì)于LncRNA在細(xì)胞生物學(xué)中的功能模式展開(kāi)了一系列研究[7-11]，通過(guò)微陣列數(shù)據(jù)生物信息學(xué)分析研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA1的表達(dá)與編碼相關(guān)蛋白的基因(包括與血管生成、纖維化、肥大、炎癥和細(xì)胞外基質(zhì)重塑有關(guān)的基因)以及在心肌梗死后左心室重塑中發(fā)揮重要作用的信號(hào)通路密切相關(guān)。因此，本文就近年來(lái)有關(guān)LncRNA在心室重構(gòu)中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 LncRNA生物學(xué)特性

基因組計(jì)劃研究顯示，人類基因組由30億個(gè)堿基對(duì)組成，編碼蛋白質(zhì)的基因僅有1.5%左右，其余約98.5%的基因組為非蛋白質(zhì)編碼序列[12]。LncRNA是一種反義RNA分子，位于細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，長(zhǎng)度大于200個(gè)核苷酸，無(wú)蛋白質(zhì)編碼功能，能夠調(diào)控基因表達(dá)。LncRNA的“無(wú)蛋白編碼功能”特點(diǎn)，是指其在轉(zhuǎn)錄上缺乏有意義的開(kāi)放閱讀框或保守密碼子，不具有編碼蛋白的潛能[13-14]。根據(jù)LncRNA在基因組中與蛋白質(zhì)編碼基因的相對(duì)位置不同將其分為5類，分別是正義、反義、雙向、基因內(nèi)、基因間LncRNA[15]。但目前LncRNA來(lái)源尚未明確。有學(xué)者認(rèn)為，LncRNA的來(lái)源途徑可能包括以下幾種[16]：(1)早期進(jìn)化過(guò)程中編碼蛋白質(zhì)的基因結(jié)構(gòu)發(fā)生中斷致使開(kāi)放閱讀框發(fā)生突變而成；(2)染色質(zhì)重組使兩個(gè)未轉(zhuǎn)錄基因片段并排重組，進(jìn)而產(chǎn)生含有多個(gè)外顯子的LncRNA；(3)非編碼基因復(fù)制過(guò)程中的反移位產(chǎn)物；(4)局部相鄰重復(fù)復(fù)制子內(nèi)部某序列的串聯(lián)復(fù)制而產(chǎn)生；(5)基因組中插入一個(gè)轉(zhuǎn)錄元件而形成新的LncRNA。LncRNA具有特定的二級(jí)結(jié)構(gòu)及高度保守的局部序列，并且表達(dá)具有組織時(shí)空特異性[17]，這些特點(diǎn)均反映了LncRNA具有多種生物學(xué)功能。研究表明，LncRNA能參與X染色體沉默、染色質(zhì)修飾及重塑、基因轉(zhuǎn)錄激活、細(xì)胞分化、維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整、細(xì)胞核內(nèi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)等重要生命學(xué)過(guò)程[18]。LncRNA對(duì)某些心血管疾病具有保護(hù)作用，可以維持心臟內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)并促進(jìn)心肌細(xì)胞再生，調(diào)節(jié)心律不齊及心肌梗死，參與心肌肥厚的形成等，因此有望成為治療心力衰竭的生物學(xué)靶標(biāo)[19]。

2 LncRNA對(duì)心室重構(gòu)的影響

心室重構(gòu)是慢性心力衰竭的主要病理基礎(chǔ)，而心肌梗死、心肌肥厚等是慢性心力衰竭的常見(jiàn)病因，因此本文主要分析LncRNA在心肌梗死、心肌肥厚所致心室重構(gòu)中的作用。

2.1 LncRNA與心肌梗死后心室重構(gòu) 心室重構(gòu)是急性心肌梗死的繼發(fā)改變，其進(jìn)一步使左心室大小、形態(tài)、組織結(jié)構(gòu)、功能狀態(tài)等發(fā)生進(jìn)行性變化，是遠(yuǎn)期發(fā)生心力衰竭及心臟性猝死的重要危險(xiǎn)因素之一，貫穿于心肌梗死后心室重構(gòu)過(guò)程的始末[20]。心肌梗死后心室重構(gòu)主要表現(xiàn)為梗死區(qū)室壁心肌變薄、擴(kuò)展，產(chǎn)生“膨出”，非梗死區(qū)室壁心肌反應(yīng)性肥厚、拉長(zhǎng)，導(dǎo)致左心室呈進(jìn)行性擴(kuò)張、幾何形態(tài)變化，并伴有心臟收縮功能進(jìn)行性降低。心肌梗死后心室重構(gòu)的基礎(chǔ)為細(xì)胞重構(gòu)(如心肌細(xì)胞喪失、心肌細(xì)胞適應(yīng)不良性肥大、細(xì)胞外基質(zhì)纖維化等)，可分為早期的梗死膨展和晚期的心室整體擴(kuò)張[21]。

韓虎魁等[22]研究發(fā)現(xiàn)，心肌梗死后早期(1～3個(gè)月)重度左室重構(gòu)患者血清LncRNA MIR155HG緩慢升高，隨后開(kāi)始持續(xù)升高；心肌梗死后1年，與無(wú)左室重構(gòu)患者比較，出現(xiàn)重度左室重構(gòu)患者的血清LncRNA MIR155HG的表達(dá)水平明顯增高。Zangrando等[23]對(duì)成年雄性小鼠進(jìn)行冠狀動(dòng)脈結(jié)扎或假手術(shù)建立心肌梗死模型組及假手術(shù)組小鼠模型，通過(guò)微陣列分析發(fā)現(xiàn)小鼠心肌梗死與20個(gè)LncRNA的表達(dá)上調(diào)和10個(gè)LncRNA的表達(dá)下調(diào)有關(guān)，其中LncRNA MIRT1和LncRNA MIRT2在心肌梗死模型組中顯著上調(diào)，且二者表達(dá)水平與已知參與左心室重塑的多個(gè)基因(如半乳凝集素3)的表達(dá)水平、心室重塑、心臟射血分?jǐn)?shù)均相關(guān)。宋士更等[24]通過(guò)分析心肌梗死患者血清LncRNA GAS5水平發(fā)現(xiàn)，血清LncRNA GAS5水平降低與患者左室重構(gòu)的發(fā)生有關(guān)，且可作為診斷心肌梗死患者左室重構(gòu)的血清指標(biāo)。由此可見(jiàn)，LncRNA與心肌梗死后心室重構(gòu)有著密切的關(guān)系。

心肌纖維化是心臟間質(zhì)重構(gòu)的表現(xiàn)之一，其特征是心臟間質(zhì)成纖維細(xì)胞過(guò)度增殖、膠原過(guò)度沉積及分布異常，其中心肌膠原蛋白含量可以反映心肌纖維化程度[25]。心肌纖維化不僅可使室壁僵硬、降低心臟順應(yīng)性，導(dǎo)致舒張功能障礙；同時(shí)，可降低心肌收縮成分在心肌中的比例，導(dǎo)致收縮功能障礙[26-27]。Micheletti等[28]通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，采用多種分析方法，從心肌纖維化的角度進(jìn)一步探討LncRNA在心肌梗死后心室重構(gòu)中的可能作用機(jī)制，結(jié)果顯示，作為心肌成纖維細(xì)胞富集的LncRNA，LncRNA Wisper是心肌成纖維細(xì)胞增殖、遷移和存活的特異性調(diào)節(jié)劑；抑制LncRNA Wisper的表達(dá)可顯著降低大鼠心肌梗死誘發(fā)的心肌外基質(zhì)纖維化和心臟功能障礙；此外，此研究還發(fā)現(xiàn)LncRNA Wisper可調(diào)節(jié)心臟成纖維細(xì)胞基因表達(dá)程序，而這些程序?qū)τ诩?xì)胞識(shí)別、細(xì)胞外基質(zhì)沉積、細(xì)胞增殖和存活至關(guān)重要，且Wisper與TIA1相關(guān)蛋白結(jié)合后能夠調(diào)控賴氨酸羥化酶2的表達(dá)，而這與膠原蛋白的交聯(lián)和基質(zhì)的穩(wěn)定有關(guān)。上述結(jié)果提示，LncRNA Wisper可能通過(guò)促進(jìn)心肌梗死后纖維化的進(jìn)展從而導(dǎo)致心肌重構(gòu)，而抑制其表達(dá)或許可改善心肌梗死后心肌重構(gòu)，該LncRNA可能是心肌梗死心室重構(gòu)的一種強(qiáng)有力的治療靶點(diǎn)。

2.2 LncRNA與心肌肥厚所致心室重構(gòu) 心肌肥厚表現(xiàn)為細(xì)胞肥大，具有適應(yīng)性、代償性特點(diǎn)，能夠應(yīng)對(duì)各種各樣的刺激，包括血流動(dòng)力學(xué)紊亂、神經(jīng)激素激活及缺血或基因編碼心臟結(jié)構(gòu)蛋白固有缺陷等[29]。心肌肥厚導(dǎo)致心室重塑的原因?yàn)樾募?duì)超負(fù)荷的主導(dǎo)反應(yīng)，主要病理學(xué)改變包括心肌增厚及心肌間質(zhì)膠原沉積，其可以使心肌順應(yīng)性下降及心肌僵硬度增加，進(jìn)而使心室舒張功能受到影響，最終導(dǎo)致心功能下降[30]。

有研究顯示，心肌肥厚相關(guān)表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)因子(LncRNA Chaer)作為一種LncRNA，在心肌肥厚的發(fā)展中起關(guān)鍵性作用，可直接與多梳抑制復(fù)合物2的催化亞基相互作用，而這種相互作用是表觀遺傳重編程和誘導(dǎo)肥大相關(guān)基因的先決條件[31]；LncRNA Chaer在心肌肥厚過(guò)程中充當(dāng)非編碼表觀遺傳調(diào)節(jié)劑，其表達(dá)水平的變化與心室重構(gòu)的結(jié)果密切相關(guān)[32]。此外，Uchida[33]研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA Meg3可激活或抑制多個(gè)基因以影響多種信號(hào)通路的分子開(kāi)關(guān)，在心肌肥厚所致心臟重塑過(guò)程中發(fā)揮一定作用。還有研究顯示，LncRNA Mhrt在心肌細(xì)胞核中特異性表達(dá)，其可與染色質(zhì)重塑因子Brg1的解螺旋區(qū)域結(jié)合，之后阻止Brg1介導(dǎo)的染色質(zhì)重塑過(guò)程中相關(guān)基因表達(dá)，以防止染色質(zhì)重塑，從而發(fā)揮抑制心肌肥厚所致心室重構(gòu)的作用[34]。由此可見(jiàn)，LncRNA在心肌肥厚所致心室重構(gòu)的發(fā)生中具有重要的調(diào)控作用，但不同LncRNA的作用有所差異。

3 結(jié)語(yǔ)與展望

既往LncRNA被認(rèn)為是RNA聚合酶Ⅱ的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，無(wú)生物學(xué)功能，而隨著研究的深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)LncRNA具有廣泛的生物學(xué)功能，可以從多個(gè)層面(如以RNA形式存在基因組印跡、染色體劑量補(bǔ)償、染色質(zhì)修飾等)調(diào)控基因表達(dá)水平[35-36]，進(jìn)而參與調(diào)控心肌重構(gòu)過(guò)程。因此，LncRNA具有較廣闊的應(yīng)用前景，其或可為臨床上診斷相關(guān)心血管疾病、改善患者預(yù)后提供可能的生物學(xué)靶標(biāo)，進(jìn)而從基因表達(dá)、轉(zhuǎn)錄、蛋白等方面對(duì)有關(guān)疾病進(jìn)行調(diào)控。然而目前僅有少數(shù)LncRNA被深入研究，且多數(shù)LncRNA相關(guān)作用機(jī)制尚不明確。今后會(huì)發(fā)現(xiàn)更多與心肌重構(gòu)有關(guān)的LncRNA，且其作用機(jī)制也將會(huì)被進(jìn)一步明確，并有望成為治療心肌重構(gòu)的新靶點(diǎn)。