LncRNA在年齡相關性眼病中的調控作用研究進展

成天禹 綜述 管懷進 審校

1上海交通大學附屬第六人民醫(yī)院眼科，上海 200233；2南通大學附屬醫(yī)院眼科，南通 226100

在人類基因組中，只有不超過2%的基因序列可編碼為蛋白質，剩下的絕大部分為非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)[1]。近年來，人們發(fā)現(xiàn)ncRNA能通過多種機制參與調控真核生物的生長發(fā)育，影響DNA復制、轉錄調控、染色質修飾等。長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)是一類長度大于200個核苷酸并且無編碼蛋白質功能的轉錄本[2]，其廣泛存在于哺乳動物中，主要從表觀調控、轉錄調控及轉錄后調控等方面發(fā)揮調控作用。年齡相關性黃斑變性(age-related macular degeneration，AMD)和年齡相關性白內(nèi)障(age-related cataract，ARC)是主要的年齡相關性眼部疾病，其導致的不可逆視力損傷嚴重影響患者生活質量，因此早期診斷及治療尤為重要。近年來，研究發(fā)現(xiàn)lncRNA在年齡相關性疾病中發(fā)揮著重要的生物學作用，如lncRNA BACE1-AS能調節(jié)阿爾茨海默病關鍵酶BACE1的表達水平[3]，lncRNA MALAT1能上調帕金森病致病基因α-突觸核蛋白水平[4]，lncRNA SENCR影響血管平滑肌細胞的遷移和增生，并能調控血管內(nèi)皮細胞的分化，影響動脈粥樣硬化的發(fā)展[5]。本文主要就lncRNA在AMD和ARC中的研究進展進行綜述，為探討其病因機制及診療提供新依據(jù)。

1 LncRNA概述

LncRNA由RNA聚合酶Ⅱ(RNA polymeraseⅡ，RNAPⅡ或PolⅡ)催化轉錄而來，因缺乏有效的開放閱讀框(open reading frame，ORF)而不具有編碼蛋白質的功能[6]，其主要有以下功能：(1)通過結合表觀遺傳相關蛋白，募集染色質重構和修飾復合體到特定位點，調控相關基因的表達。(2)通過堿基配對與靶基因競爭性結合微小RNA(microRNA，miRNA)，從而調控靶基因的表達，調節(jié)細胞活動。(3)可作為miRNA前體，直接影響靶基因miRNA的表達。(4)影響下游靶基因的轉錄因子與啟動子結合，從而調控靶基因轉錄。(5)參與mRNA轉錄后對基因表達的調控，如前體轉化、可變剪切、RNA編輯等。隨著對lncRNA的深入研究，發(fā)現(xiàn)有些lncRNA具有一類高編碼可能性的小開放閱讀框(small ORF，smORF)，并且其編碼的特定小肽具有重要的生物學意義[7-8]。這些研究進一步拓展了對lncRNA的傳統(tǒng)認知，并豐富了lncRNA發(fā)揮功能的多樣性。

2 LncRNA與AMD

AMD是由于視網(wǎng)膜黃斑區(qū)發(fā)生不可逆退行性改變和新生血管形成，從而導致進行性視力下降，是50歲以上人群常見的致盲眼病，其全球發(fā)病率約為8.7%[9-10]。臨床上，AMD可分為干性(非新生血管性或萎縮性)和濕性(新生血管性或滲出性)AMD[11]。干性AMD是常見的類型，其主要特征是玻璃膜疣數(shù)量增多、直徑增大，視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)細胞進行性萎縮、色素不規(guī)則，以及視敏度上的分級損失[12]。雖然濕性AMD占患者總比例較少，但約90%AMD相關的視力喪失均與濕性 AMD有關，并且病程發(fā)展迅速[13]。目前臨床上主要采用抗血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)治療AMD，但其治療復發(fā)率高，且有可能導致嚴重的不良反應。因此，了解AMD潛在發(fā)病機制中的關鍵因素并為AMD的合理治療提供依據(jù)尤為重要。近年來，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)lncRNA調控的分子機制在AMD的病程發(fā)展中具有重要作用，我們也需要更加詳細地了解AMD的發(fā)病機制，從而開發(fā)治療AMD的有效藥物。

2.1 LncRNA ZNF503-AS1與AMD

Zhao等[14]研究發(fā)現(xiàn)，RPE細胞的去分化促進了AMD的發(fā)展。Chen等[15]研究中使用微陣列的方法鑒定人誘導多能干細胞(human induced pluripotent stem cells，hiPSCs)和hiPSCs衍生RPE細胞中的lncRNA表達譜。最初鑒定發(fā)現(xiàn)了217個差異表達的lncRNA，其中有13個lncRNA顯示出超過一般變化2倍以上的改變。LncRNA ZNF503-AS1定位于染色體10q22.2上，主要存在于RPE細胞的細胞質中，其表達隨著RPE細胞的分化過程一起上調，并且在AMD患者的RPE細胞中下調。體外研究表明，lncRNA ZNF503-AS1的缺失可抑制RPE細胞分化，促進其增生和遷移。由于lncRNA ZNF503-AS1是從ZNF503基因座的反義鏈轉錄得到，該研究進一步揭示了其在ZNF503表達中的調控作用，lncRNA ZNF503-AS1與ZNF503表達呈正相關。該研究結果還表明，ZNF503可以抑制RPE分化，促進其增生和遷移。因此，lncRNA ZNF503-AS1能通過下調ZNF503表達促進RPE細胞分化，影響AMD的發(fā)展。此外，核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)被認為是lncRNA ZNF503-AS1潛在的上游轉錄因子，其可能通過調節(jié)ZNF503-AS1的表達來促進RPE細胞分化?？梢姡琹ncRNA ZNF503-AS1的上下游機制均能調控RPE細胞的分化，從而影響AMD的發(fā)展。LncRNA ZNF503-AS1在AMD病理學中的潛在作用研究可能有助于AMD患者的治療。

2.2 LncRNA BANCR與AMD

LncRNA BANCR是長693 bp且由BRAF激活轉錄的非編碼RNA，位于9號染色體。有研究發(fā)現(xiàn)該lncRNA能調節(jié)上皮-間充質轉化[16]。此外，Su等[17]研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA BANCR在視網(wǎng)膜母細胞瘤(retinoblastoma，RB)腫瘤組織及細胞系中的表達水平顯著升高，能促進細胞的增生、遷移及侵襲能力。Kutty等[18]研究發(fā)現(xiàn)，促炎性細胞因子干擾素(interferon，IFN)-γ、白細胞介素-1β和腫瘤壞死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α能顯著降低RPE細胞分化過程中的關鍵基因表達，并能改變RPE細胞的形態(tài)。該研究中通過芯片分析已知lncRNA的表達差異，發(fā)現(xiàn)lncRNA BANCR表達水平升高，IFN-γ能通過激活JAK-STAT1信號通路增加lncRNA BANCR的表達，并且JAK阻斷劑能抑制該lncRNA的表達。該研究揭示了AMD中促炎性細胞因子通過調控lncRNA表達水平發(fā)揮上游機制，從而影響RPE細胞的功能。

2.3 LncRNA MEG3與AMD

LncRNA MEG3在許多人類正常組織中表達，但研究發(fā)現(xiàn)在許多類型的腫瘤和腫瘤細胞系中其表達缺失，可作為潛在的腫瘤抑制因子。之前的研究表明，lncRNA MEG3在糖尿病視網(wǎng)膜病變和RB組織標本中表達水平降低，其低表達有助于RPE細胞的增生與遷移[19-20]。有研究認為，長期光照暴露會使機體氧化應激水平升高，視網(wǎng)膜色素變性導致黃斑區(qū)色素沉著，從而損害視力，加速AMD進展[21]。Zhu等[22]通過體外細胞光照模型和建立光誘導視網(wǎng)膜退行性變性小鼠模型發(fā)現(xiàn)，lncRNA MEG3表達水平隨著光照暴露時間的延長而升高；在過氧化氫誘導體外氧化應激細胞模型中，lncRNA MEG3的表達水平亦隨著氧化應激水平的升高而升高；之后，通過在小鼠模型中沉默lncRNA MEG3能顯著降低凋亡的視網(wǎng)膜細胞數(shù)目，且能增加視紫紅質含量，與細胞模型實驗結果一致，表明沉默該lncRNA能改善光誘導的視網(wǎng)膜退行性病變，其可能是通過直接激活p53的表達來實現(xiàn)?？梢姡琹ncRNA MEG3的表達水平及多功能的分子調控機制在視網(wǎng)膜病變中具有重要作用。

3 LncRNA與ARC

ARC是全世界視力低下和致盲的常見原因[23]，其主要表現(xiàn)為晶狀體透明度降低或者顏色改變導致光學質量下降的退行性改變。ARC是環(huán)境、營養(yǎng)、代謝和遺傳等多種因素對晶狀體長期綜合作用的結果。目前，手術成為白內(nèi)障常見的治療方法，但其手術并發(fā)癥的風險仍然無法完全避免，如后囊膜混濁等。并且，白內(nèi)障患者數(shù)量多、醫(yī)療資源分布不均衡、手術費用昂貴也給其手術治療帶來不便[24-25]。因此，研究ARC發(fā)病機制，為其尋找非手術治療方法成為研究熱點，lncRNA的發(fā)現(xiàn)為全面闡釋ARC的發(fā)病機制提供了新的視角。

3.1 LncRNA MIAT與ARC

LncRNA MIAT最先由Ishii等[26]發(fā)現(xiàn)，是一種心肌梗死相關轉錄物，在血管動脈粥樣硬化進程中起調控作用。Shen等[27]通過芯片分析檢測透明晶狀體與混濁晶狀體中l(wèi)ncRNA的表達，結果顯示有38個lncRNA表達存在差異，通過增加樣本量分析，lncRNA MIAT在混濁晶狀體中表達顯著增加；并且，通過檢測青光眼、增生性玻璃體視網(wǎng)膜病變、眼外傷患者的血液和房水，白內(nèi)障患者lncRNA MAIT表達水平明顯增加，說明lncRNA MIAT可能是白內(nèi)障發(fā)生的潛在標志物。后續(xù)研究表明，抑制lncRNA MIAT能導致過氧化氫誘導的晶狀體上皮細胞(lens epithelial cell，LEC)氧化應激模型中細胞增生能力下降及細胞凋亡，其通過結合miR-150-5P經(jīng)AKT信號通路調節(jié)LEC增生與凋亡。同時，降低lncRNA MIAT表達水平也能抑制TNF-α誘導的細胞增生和遷移，從而減少后發(fā)性白內(nèi)障的形成。此研究揭示了在常見的眼部疾病中，lncRNA MIAT可能是白內(nèi)障特有的潛在生物標志物，為白內(nèi)障患者診斷提供了新的理論依據(jù)。

3.2 LncRNA TUG1與ARC

LncRNA TUG1是長度為7.1 kb的lncRNA，位于人染色體22q12.2，其首次鑒定為?；撬嶙饔煤笠暰W(wǎng)膜細胞上調的基因，是視網(wǎng)膜光感受器正常發(fā)育所必需的[28]。研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA TUG1在胃癌、結直腸癌、神經(jīng)膠質瘤等腫瘤中發(fā)揮重要作用，主要通過ceRNA模式與轉錄因子競爭性結合miRNA、調控細胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子及影響腫瘤血管生成等途徑參與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展。Li等[29]在正常透明晶狀體和白內(nèi)障患者LEC中驗證lncRNA TUG1和Caspase-3表達水平升高，其競爭性結合的miR-421表達水平降低。在紫外線照射LEC誘導凋亡模型中，lncRNA TUG1過表達能使LEC的凋亡率升高，反之，抑制其表達則使其凋亡率降低，同時敲減lncRNA TUG1和miR-421又能使LEC凋亡率升高。LncRNA TUG1調控LEC凋亡水平的主要機制是通過抑制miR-421表達水平，從而升高Caspase-3表達水平，促進LEC凋亡，導致ARC的發(fā)展?？梢?，lncRNA TUG1高表達促進了ARC的發(fā)展，其可能成為ARC患者潛在的治療靶點。

3.3 LncRNA H19與ARC

LncRNA H19是與IGF2基因印記相關的lncRNA，位于人類染色體11p.15.5[30]。研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA H19在多種人類腫瘤組織中存在表達差異，且其表達水平與腫瘤復發(fā)、轉移及預后密切相關。Liu等[31]通過對核型ARC lncRNA測序分析及后續(xù)擴大樣本發(fā)現(xiàn)，在核型ARC中隨著疾病程度的加重lncRNA H19表達水平越來越高。LncRNA H19水平增高能促進細胞增生和遷移，減少細胞凋亡。同時，lncRNA H19的第一外顯子區(qū)可編碼并釋放miR-675[32]，miR-675可直接結合CRYAA的3'-非翻譯區(qū)，抑制該基因表達，影響晶狀體的清晰度和折射率，從而參與ARC的發(fā)展。

高通量測序技術的發(fā)展很大程度上促進了lncRNA的研究，通過對健康標本和疾病標本的測序分析，可以得到差異表達的lncRNA，這些差異表達的lncRNA作為潛在的靶標基因，能調控不同的分子機制從而影響年齡相關性眼部疾病的發(fā)展。LncRNA在年齡相關性眼部疾病中的研究仍然處于起步階段，雖然目前已發(fā)現(xiàn)部分lncRNA與AMD和ARC的發(fā)展相關并進行了鑒定，但已經(jīng)明確具有重要分子生物功能的lncRNA仍然相對較少。同時，已發(fā)現(xiàn)的lncRNA相關疾病的特異性也有待繼續(xù)深入研究，這就為lncRNA臨床靶向診療設計帶來了新的挑戰(zhàn)。相信隨著研究手段的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，lncRNA有望成為年齡相關性眼部疾病診療中的新型生物標志物或新的治療靶點。

利益沖突所有作者均聲明不存在任何利益沖突