長(zhǎng)鏈非編碼RNA與冠心病相關(guān)性研究進(jìn)展

尹 亮, 劉德敏, 谷國(guó)強(qiáng)

(河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院 心內(nèi)科, 河北 石家莊 050000)

隨著基因測(cè)序的飛速發(fā)展，長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)逐漸成為生命科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前l(fā)ncRNA在冠心病(coronary artery disease, CAD)方面的研究相對(duì)較少, 但其被認(rèn)為是CAD危險(xiǎn)因素和細(xì)胞功能的重要調(diào)節(jié)因子, 提示lncRNA很有可能為CAD的診斷及治療提供新思路。動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)、心絞痛(angina pectoris，AP)、心肌梗死(myocardial infarction, MI)、冠狀動(dòng)脈慢性完全閉塞(chronic total occlusion，CTO)是CAD發(fā)展的不同階段。隨著心肌長(zhǎng)期缺血導(dǎo)致心肌收縮力下降、心肌纖維化(myocardial fibrosis, MF)。最終發(fā)展為心力衰竭(heart failure, HF)。本文旨在從lncRNA的生物學(xué)特點(diǎn)以及l(fā)ncRNA在AS、CAD、MI、HF、AP和CTO等疾病的分子機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 lncRNA的特征與功能

lncRNA是一種長(zhǎng)度超過(guò)200核苷酸的非編碼RNA(non-coding RNA, ncRNA)。 lncRNA構(gòu)成了絕大多數(shù)的非蛋白編碼轉(zhuǎn)錄組。迄今為止, 至少有58 000個(gè)lncRNA基因被分類。大多數(shù)的lncRNA都是由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的，因此有一個(gè)5’甲基鳥苷帽的頭端和一個(gè)3’聚合酶A的尾巴結(jié)構(gòu), 但由于缺乏一個(gè)開放的閱讀框架, 缺乏對(duì)蛋白質(zhì)進(jìn)行編碼的能力, 所以過(guò)去人們認(rèn)為lncRNA是無(wú)功能的核酸[1]。

目前對(duì)lncRNA的研究表明:lncRNA在細(xì)胞核內(nèi)不僅可將染色質(zhì)修飾酶引入特定的基因組位點(diǎn)來(lái)激活或抑制基因表達(dá), 也可以作為媒介將轉(zhuǎn)錄因子與基因組靶基因分離，進(jìn)而抑制基因轉(zhuǎn)錄。根據(jù) lncRNA 與蛋白質(zhì)編碼基因的位置關(guān)系，分為以下幾類[2]: ①正義lncRNA;②反義lncRNA;③內(nèi)含子lncRNA;④雙向lncRNA;⑤長(zhǎng)基因間ncRNA;⑥增強(qiáng)子RNA。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)lncRNA與多種心血管疾病相關(guān), 包括病理性肥大和發(fā)育、血管疾病、AS、血脂異常和代謝[3]。提示lncRNA很有可能為CAD的診斷及治療提供新思路。

2 AS

2.1lncRNA MALAT1 肺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1(metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1, MALAT1)是第一個(gè)被鑒定與肺癌相關(guān)聯(lián)的lncRNA, 但其在大血管和微血管的內(nèi)皮細(xì)胞均有表達(dá)。Gong等[4]在高糖誘導(dǎo)的人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞(human umbilical vein/vascular endothelium cell, HUVEC)發(fā)現(xiàn)MALAT1表達(dá)明顯上調(diào)。而敲除MALAT1可以抑制NF-κB信號(hào)通路的激活, 從而降低了炎性細(xì)胞因子, 如:腫瘤壞死因子α和白介素-6，進(jìn)而抑制HUVEC的凋亡和炎癥。另一項(xiàng)研究, Chen等[5]發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)MALAT1以分子海綿形式抑制miR-155-5p, 并上調(diào)核因子I/A的表達(dá)，進(jìn)而抑制AS的進(jìn)展。

2.2lncRNA ANRIL INK4基因座中反義非編碼RNA(long non-coding antisense RNA, ANRIL)在AS患者的內(nèi)皮細(xì)胞血管平滑肌細(xì)胞、炎性細(xì)胞和組織中均有表達(dá), 提示可能影響AS的發(fā)展[6]。Liu等[7]研究發(fā)現(xiàn)ANRIL表達(dá)與白細(xì)胞介素-10和單核細(xì)胞趨化蛋白1等細(xì)胞因子相關(guān), 而這些細(xì)胞因子上調(diào)是內(nèi)皮功能障礙的標(biāo)志物。ANRIL通過(guò)TGF-βR1/Smad通路抑制miR-let-7b調(diào)節(jié)HUVEC功能, 而內(nèi)皮細(xì)胞作為AS進(jìn)展過(guò)程中的基礎(chǔ)細(xì)胞, 其功能的改變可影響AS的進(jìn)展。ANRIL可能作為早期AS的診斷標(biāo)志物, 但仍需在大樣本人群中驗(yàn)證。

2.3lncRNA OIP5-AS1 Wang等[8]發(fā)現(xiàn)lncRNA相互作用蛋白5反義轉(zhuǎn)錄1(opa-interacting protein 5 antisense transcript 1，OIP5-AS1)通過(guò)調(diào)節(jié)糖原合酶激酶3β和EZH2增強(qiáng)子導(dǎo)致氧化型低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)介導(dǎo)的HUVEC凋亡。另一項(xiàng)研究, Zhang等[9]在ox-LDL介導(dǎo)的HUVEC模型中發(fā)現(xiàn)OIP5-AS1以分子海綿抑制miR-320a并增加ox-LDL受體1表達(dá), 促進(jìn)了HUVEC的存活和低密度脂蛋白的釋放, 加速AS的進(jìn)展, 而敲除OIP5-AS1具有相反的效應(yīng)。以上研究提示OIP5-AS1參與AS的進(jìn)展。

2.4lncRNA MEG3 lncRNA母系表達(dá)基因3 (maternally expressed gene 3，MEG3)在多種腫瘤細(xì)胞表達(dá)均下調(diào), 然而在AS中直接作用機(jī)制未被明確。Wu等[10]研究發(fā)現(xiàn), MEG3過(guò)表達(dá)可競(jìng)爭(zhēng)內(nèi)源性RNA抑制內(nèi)皮細(xì)胞中miR-21的表達(dá), 并上調(diào)Ras同源物基因家族成員B(ras homolog gene family member B，RhoB)和第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)的表達(dá)水平, 從而抑制內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移。

3 CAD

3.1lncRNA ANRIL Jarinova等[11]研究發(fā)現(xiàn)ANRIL可以影響 P15INK4b表達(dá)。P15INK4b是一種腫瘤抑制因子, 可促進(jìn)血管重建, 抑制病理性血管內(nèi)膜的增生, 從而延緩AS的形成。而ANRIL可以通過(guò)抑制P15INK4b的表達(dá)而發(fā)揮促AS的作用, 導(dǎo)致CAD的進(jìn)展。Cho等[12]發(fā)現(xiàn)CAD患者循環(huán)中ANRIL最長(zhǎng)的轉(zhuǎn)錄物NR003529表達(dá)上調(diào), 顯著降低EZR和CXCL11的表達(dá), 而增加LYVE1和TMEM106B的表達(dá), 加速了單核細(xì)胞的黏附和轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)而導(dǎo)致AS, 最終促進(jìn)CAD的發(fā)生發(fā)展。而敲除ANRIL則出現(xiàn)相反的結(jié)果。ANRIL另一轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物過(guò)表達(dá)DQ485454顯著促進(jìn)CLIP1、EZR、LYVE1、CXCL11、ENC1的表達(dá), 抑制TMEM100和TMEM106B的表達(dá), 綜合結(jié)果顯著降低單核細(xì)胞的黏附和轉(zhuǎn)運(yùn), 拮抗CAD的發(fā)展。

3.2lncRNA H19 lncRNA H19位于11號(hào)染色體, 其基因多態(tài)性與CAD密切相關(guān)。雖然H19在正常人群循環(huán)中檢測(cè)不到, 但在血管損傷或AS病變內(nèi)膜中卻高度表達(dá)。Zhang等[13]采用qRT-PCR方法檢測(cè)了300例CAD患者血漿中H19的水平得出的結(jié)論是：CAD患者的血漿H19水平顯著升高。研究還發(fā)現(xiàn)血漿H19水平升高與CAD風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān), H19可能被認(rèn)為是CAD的一個(gè)新的生物標(biāo)志物。Kallen等[14]發(fā)現(xiàn)H19能夠充當(dāng)分子海綿調(diào)節(jié)let7, 進(jìn)而下調(diào)let7與靶mRNA的自由結(jié)合水平。提示H19抑制let7表達(dá), 導(dǎo)致CAD的發(fā)生發(fā)展。

3.3lncRNA GAS5 lncRNA生長(zhǎng)特異抑制物5(lncRNA growth arrest-specific 5, lncRNA GAS5)與細(xì)胞炎癥密切相關(guān), 而CAD通常被認(rèn)為是一種炎癥性疾病。具體來(lái)說(shuō), GAS5可以阻止糖皮質(zhì)激素受體和受體結(jié)合元件的結(jié)合, 從而阻礙糖皮質(zhì)激素介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo), 從而在炎癥中發(fā)揮關(guān)鍵作用。糖皮質(zhì)激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)異常是CAD發(fā)病的主要原因之一, 高糖皮質(zhì)激素含量可導(dǎo)致心血管癥狀加重[15]。此外, 在一項(xiàng)中國(guó)人口的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)調(diào)查中, Li等[16]共納入436例CAD患者, 發(fā)現(xiàn)吸煙作為獨(dú)立的危險(xiǎn)因素, 與lncRNA GAS5/miR-21/mTOR軸的SNP相互作用導(dǎo)致CAD的發(fā)生, 有利于CAD的診斷和預(yù)后預(yù)測(cè)。

3.4lncRNA CASCⅡ lncRNA腫瘤易感候選基因Ⅱ(cancer susceptibility Ⅱ, CASCⅡ)最初發(fā)現(xiàn)是在癌癥中起著重要作用, 而最新研究發(fā)現(xiàn)在CAD中同樣發(fā)揮著關(guān)鍵作用。Chen等[17]在一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照研究收錄82例CAD患者發(fā)現(xiàn)CASCⅡ水平下調(diào), 提示CASCⅡ水平的變化可能作為CAD潛在的預(yù)后和診斷價(jià)值。由于轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)的過(guò)度表達(dá)通過(guò)調(diào)節(jié)下游基因, 如鞘氨醇激酶-1和金屬蛋白酶組織抑制因子-1來(lái)調(diào)節(jié)心肌代謝導(dǎo)致自噬, 從而促進(jìn)CAD的發(fā)展。而CASC11過(guò)表達(dá)下調(diào)了TGF-β1的mRNA和蛋白水平, 因此延緩CAD的發(fā)展。

4 MI

4.1lncRNA HULC lncRNA肝癌高表達(dá)轉(zhuǎn)錄本(highly up-regulated in liver cancer，HULC)是第一個(gè)被證實(shí)在人肝癌中過(guò)表達(dá)的非編碼轉(zhuǎn)錄本。在小鼠MI模型中研究發(fā)現(xiàn)HULC表達(dá)下降。具體可能機(jī)制是：HULC以分子海綿抑制miR-29b, 減輕缺氧誘導(dǎo)的炎癥損傷, 促進(jìn)血管生成和HUVEC細(xì)胞的增殖, 有助于緩解AMI后心肌的損傷。這些發(fā)現(xiàn)提示HULC可能是MI發(fā)病機(jī)制中的重要調(diào)控因子, 也可能是MI診斷和治療的一個(gè)新的生物標(biāo)志物[18]。

4.2lncRNA KCNQ1OT1 多項(xiàng)研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)lncRNA KCNQ1重疊轉(zhuǎn)錄物1(KCNQ1 overlapping transcript 1，KCNQ1OT1)在心臟疾病中發(fā)揮重要作用。Li等[19]在小鼠MI模型中發(fā)現(xiàn)抑制KCNQ1OT1表達(dá)可能通過(guò)上調(diào)脂聯(lián)素受體1(adiponectin receptors1，AdipoR1)表達(dá)保護(hù)MI后心肌缺血/再灌注損傷。不僅如此, 抑制KCNQ1OT1還可以通過(guò)調(diào)節(jié)p38 MAPK/NF-κB信號(hào)通路減少M(fèi)I炎癥因子的釋放進(jìn)而保護(hù)心肌細(xì)胞。Liao等[20]發(fā)現(xiàn)在小鼠MI模型中, KCNQ1OT1海綿吸附miR-466k 和miR-466i-5p, 促進(jìn)下游Tead1基因表達(dá), 促進(jìn)MI后心肌細(xì)胞損傷, 為MI的發(fā)病機(jī)制提供了新的思路。

4.3lncRNA XIST 越來(lái)越多的研究表明lncRNA X染色體失活基因(X inactivate-specific transcript，XIST)在細(xì)胞增殖、分化和基因組維持中起著關(guān)鍵作用。一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)XIST表達(dá)上調(diào), 而敲除XIST可以保護(hù)心肌細(xì)胞活力, 防止細(xì)胞凋亡。具體研究機(jī)制可能是XIST能直接抑制miR-101a-3p的表達(dá), 進(jìn)而促進(jìn)下游低聚果糖(fructooligosaccharides, FOS)的表達(dá), 最終導(dǎo)致MI惡化, 提示lncRNA XIST/miR-101a-3p/FOS軸可能是治療MI的潛在靶點(diǎn)之一[21]。

4.5lncRNA MIAT MIAT的第5號(hào)外顯子存在MI易感性變異, MI與該基因轉(zhuǎn)錄水平升高有關(guān), 提示MIAT可能在MI的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用。Vausort等[22]通過(guò)對(duì)414例MI患者與86例健康對(duì)照者全血細(xì)胞中包括MIAT在內(nèi)的5種lncRNAs表達(dá)水平研究得出結(jié)論：與健康志愿者相比, MI患者HIF1a-AS2、KCNQ1OT1和MALAT1升高, ANRIL降低, HIF1a-AS2水平因胸痛發(fā)作時(shí)間而異, 此外, MIAT與吸煙有相關(guān)性, 與血液中淋巴細(xì)胞計(jì)數(shù)呈正相關(guān), 與中性粒細(xì)胞計(jì)數(shù)、血小板計(jì)數(shù)呈負(fù)相關(guān), 且ANRIL、KCNQ1OT1、MIAT和MALAT1對(duì)區(qū)分ST段抬高心肌梗死和非ST段抬高心肌梗死有參考價(jià)值。另一項(xiàng)研究, Ma等[23]招募212例AMI患者和218例健康對(duì)照者。使用qRT-PCR和測(cè)序技術(shù)獲得了MIAT的SNP, 其中 rs5752375和rs9608515的多態(tài)性與中國(guó)漢族人群的MI密切相關(guān)。該結(jié)果對(duì)于MI的早期診斷具有臨床重要性。這項(xiàng)通過(guò)對(duì)患者的直接研究, 更加充分肯定了MIAT在MI中的作用。

5 HF

5.1lncRNA SOX2OT Y染色體性別決定基因簇2重疊轉(zhuǎn)錄本(sex-determining region of Y chromosome-box2 overlapping transcript，SOX2OT)是一種新型的腫瘤相關(guān)lncRNA。Greco等[24]研究表明, SOX2OT在非終末期和終末期HF患者的心臟組織中過(guò)表達(dá), 提示其可能參與調(diào)節(jié)HF進(jìn)展, 但是具體的機(jī)制Greco未明確闡明。由于HF的發(fā)生與MF密切相關(guān)。MF是指心肌組織中膠原纖維過(guò)度沉積。隨著Ou[25]等研究發(fā)現(xiàn)：在HF小鼠模型, 通過(guò)抑制SOX2OT可減弱小鼠的MF。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn), SOX2OT以海綿吸附138-5p并上調(diào)TGF-β1。而TGF-β1是一種重要的促纖維化的細(xì)胞因子, 與膠原纖維的合成有關(guān)。以上結(jié)果提示SOX2OT可能是HF的重要靶點(diǎn)之一。

5.2lncRNA KCNQ1OT1 KCNQ1OT1不僅與MI密切相關(guān), 在HF中也發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。融合肉瘤(fused in sarcoma, FUS)是廣泛表達(dá)的多功能蛋白, 參與多種生物過(guò)程, 如DNA修復(fù)、基因轉(zhuǎn)錄、氧化應(yīng)激和線粒體損傷[26]。Lai等[27]在阿霉素誘導(dǎo)的HF小鼠模型中, KCNQ1OT1表達(dá)上升。而KCNQ1OT1本身促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡。同時(shí)還發(fā)現(xiàn)KCNQ1OT1正向調(diào)控FUS表達(dá)促進(jìn)HF小鼠的心肌細(xì)胞凋亡, 而敲除KCNQ1OT1則得出相反的結(jié)果。

5.3lncRNA LUCAT1 在一項(xiàng)前瞻性、多中心的研究中發(fā)現(xiàn)HF患者中l(wèi)ncRNA肺癌相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1(lung cancer associated transcript 1，LUCAT1)降低1.7倍, 與患者預(yù)后不良相關(guān)。AC16心肌細(xì)胞中, LUCAT1可以直接與miR-612結(jié)合, 通過(guò)lncRNA LUCAT1/ miR-612/HOXA13軸抑制細(xì)胞增殖, 促進(jìn)凋亡。因此，這種lncRNA可能成為一種HF的預(yù)后標(biāo)志物[28]。另一項(xiàng)體外實(shí)驗(yàn)證明高糖處理的AC16心肌細(xì)胞中, LUCAT1表達(dá)明顯上調(diào), 抑制LUCAT1能夠下調(diào)CYP11B2基因, 從而逆轉(zhuǎn)HG誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷, 提示LUCAT1可能是糖尿病合并心血管疾病的潛在治療靶點(diǎn)[29]。

5.4lncRNA GASL1 生長(zhǎng)阻滯相關(guān)的lncRNA 1(growth-arrest-associated lncRNA1，GASL1)是近年來(lái)新發(fā)現(xiàn)的lncRNA, 在肺癌中低表達(dá), 參與細(xì)胞的增殖, 具有抗腫瘤作用[30]。GASL1在HF的調(diào)節(jié)中同樣發(fā)揮著重要作用。Deng等[30]入組72例HF患者, 發(fā)現(xiàn)HF患者中GASL1表達(dá)降低, 而TGF-β1表達(dá)升高。進(jìn)一步通過(guò)AC16體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)GASL1過(guò)表達(dá)可能通過(guò)下調(diào)TGF- β1來(lái)改善HF的證據(jù)。更重要的是：通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)血漿中GASL1水平較低的患者的總生存率明顯低于血漿中GASL1水平較高的患者。綜上所述, GASL1不僅是潛在的診斷標(biāo)志物, 還能改善HF患者的預(yù)后。

6 AP

AP是CAD最常見的臨床表現(xiàn)之一, 與心肌缺血相關(guān)。但國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道較少。近期, 李香梅等[31]在一項(xiàng)病例對(duì)照研究中發(fā)現(xiàn)外周血lncRNA ENST00000589524.1在SAP患者中表達(dá)明顯上調(diào)。而宋寧等[32]同樣在病例對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)lncRNA ENST00000418539.1診斷SAP的靈敏度較高，其可能是SAP的潛在生物標(biāo)志物。遺憾的是，兩位學(xué)者均未闡述具體的機(jī)制, 需要更多的基礎(chǔ)研究尋找其分子機(jī)制, 爭(zhēng)取早日用于臨床治療。

7 CTO

側(cè)支動(dòng)脈的生長(zhǎng)為CTO患者的血液灌注提供了另一種途徑, 這一過(guò)程稱為側(cè)支動(dòng)脈形成。雖然這些側(cè)支往往不能使心臟灌注恢復(fù)到正常水平, 但可以向心臟缺血區(qū)持續(xù)灌注, 從而預(yù)防或減輕心肌缺血, 縮小梗死面積, 保護(hù)左心室功能, 甚至降低病死率[33]。白血病誘導(dǎo)的非編碼激活因子RNA-1(leukemia-induced noncoding activator RNA-1，LUNAR1) 是一種受Notch信號(hào)調(diào)控的特異性細(xì)胞間黏附分子lncRNA。LUNAR1的表達(dá)是由胰島素樣生長(zhǎng)因子受體-1基因位點(diǎn)的增強(qiáng)子調(diào)控, 其轉(zhuǎn)錄過(guò)程首次在人類T細(xì)胞白血病中被發(fā)現(xiàn)。研究表明LUNAR1不僅能增強(qiáng)胰島素樣生長(zhǎng)因子受體-1的表達(dá), 還能促進(jìn)血管生成, 提高細(xì)胞存活率[34]。Lu等[35]發(fā)現(xiàn)CTO患者LUNAR1與微血管生成之間直接相關(guān), 循環(huán)中l(wèi)ncRNA LUNAR1水平與冠狀動(dòng)脈側(cè)支良好及Rentrop評(píng)分均呈正相關(guān)。這表明LUNAR1促進(jìn)CTO側(cè)支發(fā)育, 增加心肌灌注。

8 結(jié)語(yǔ)與展望

lncRNA在CAD發(fā)生發(fā)展及疾病的診斷和預(yù)測(cè)方面具有重要價(jià)值, 對(duì)心血管疾病具有重要的診斷和預(yù)測(cè)作用。目前的研究已經(jīng)部分揭示CAD及其亞型均存在某些特異性及敏感性較高的lncRNA。但lncRNA表達(dá)水平與冠心病的嚴(yán)重程度以及疾病的預(yù)后的相關(guān)研究資料仍相對(duì)較少, 需要進(jìn)一步努力及探索。