長鏈非編碼RNA在阿爾茨海默病中的研究進(jìn)展

熊婉迪，徐開宇，陸林,3，李家立2,

綜 述

長鏈非編碼RNA在阿爾茨海默病中的研究進(jìn)展

熊婉迪1，徐開宇4，陸林1,3，李家立2,4

1. 北京大學(xué)前沿交叉學(xué)科研究院生命聯(lián)合中心，北京 100091 2. 北京大學(xué)中國藥物依賴性研究所，北京 100191 3. 北京大學(xué)第六醫(yī)院，北京 100191 4. 中國科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所, 中國科學(xué)院&云南省動(dòng)物模型與人類疾病機(jī)理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650223

阿爾茨海默病(Alzheimer's disease, AD)是常見的神經(jīng)退行性疾病，也是最為常見的一類老年癡呆類型。AD主要的病理變化包括淀粉樣蛋白(amyloid-β, Aβ)沉積、tau蛋白過度磷酸化、膽堿能神經(jīng)元的缺失、神經(jīng)炎癥以及代謝障礙等。然而，有關(guān)AD具體的發(fā)病機(jī)制和分子譜尚不清楚，這給AD的診斷和治療帶來很大的挑戰(zhàn)。越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，長鏈非編碼RNA (long non-coding RNAs, lncRNAs)在AD發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮著重要作用。本文就lncRNAs在AD的研究進(jìn)展，從lncRNAs通過影響Aβ聚積、突觸功能、炎癥反應(yīng)和線粒體功能等方面參與AD的發(fā)病來展開綜述介紹，為AD早期診斷的生物標(biāo)志物和藥物治療靶點(diǎn)提供新思路。

長鏈非編碼RNA；阿爾茨海默??；β淀粉樣蛋白；突觸功能

阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病，也是最為常見的一種癡呆類型。臨床上，AD患者主要表現(xiàn)為記憶障礙、語言障礙和執(zhí)行功能障礙等，一旦發(fā)病就很難逆轉(zhuǎn)。隨著全球人口老齡化的日益加重，AD患者數(shù)量也逐漸增多，這給全球各國的醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)帶來巨大的負(fù)擔(dān)，因此探究AD的發(fā)病機(jī)制和研發(fā)更加有效的治療手段具有十分重要的意義。長鏈非編碼RNA (long non-coding RNAs, lncRNAs)是一類長度大于200個(gè)核苷酸的非編碼RNA，作為一類基因表達(dá)的調(diào)控因子，可以通過表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控參與多種疾病的發(fā)生。近年來，lncRNAs在神經(jīng)退行性疾病的相關(guān)研究取得了很大的進(jìn)展，且發(fā)現(xiàn)lncRNAs的表達(dá)失調(diào)與AD的發(fā)生發(fā)展有著密切的關(guān)系。本文針對(duì)lncRNAs在AD中的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)，重點(diǎn)介紹lncRNAs在AD發(fā)生發(fā)展過程中的具體功能及相關(guān)的作用機(jī)制，為AD的早期診斷和治療提供新的思路。

1 AD研究概況

AD的發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜，包含多種假說，如淀粉樣蛋白(amyloid-β, Aβ)級(jí)聯(lián)假說、tau蛋白過度磷酸化假說、膽堿能假說、神經(jīng)炎癥以及代謝障礙等[1,2]。淀粉樣蛋白級(jí)聯(lián)假說被認(rèn)為在AD眾多發(fā)病假說中占據(jù)著主要地位，Aβ是AD的發(fā)生發(fā)展中的核心環(huán)節(jié)和制動(dòng)環(huán)節(jié)，β-淀粉樣蛋白前體(amyloid-β pre-cursor protein, APP)、早老素-1 (PSEN1)和早老素-2 (PSEN2)基因突變將引起AD患者腦中Aβ生產(chǎn)和清除機(jī)制的穩(wěn)態(tài)失衡，進(jìn)而形成Aβ的異樣沉積和老年斑。AD的另一個(gè)病理特征為tau蛋白過度磷酸化形成的神經(jīng)原纖維纏結(jié)，表明tau蛋白的磷酸化失衡在AD發(fā)病過程中有著密切的影響作用[3]。大腦皮層中膽堿能神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)變化和功能失調(diào)都將對(duì)認(rèn)知功能特別是學(xué)習(xí)記憶功能造成重大的影響，而膽堿能神經(jīng)元的丟失，也是AD最為顯著的病理特征之一[4]。葡萄糖作為大腦的主要供能物質(zhì)，其在大腦內(nèi)的運(yùn)輸和利用出現(xiàn)紊亂，將導(dǎo)致腦能量代謝障礙。AD中的糖代謝障礙常表現(xiàn)為葡萄糖攝取不足，胰島素抵抗和糖基化。當(dāng)葡萄糖的攝取不足時(shí)，會(huì)影響到PIK3-AKT信號(hào)通路介導(dǎo)的胰島素信號(hào)傳導(dǎo)。當(dāng)大腦發(fā)生胰島素抵抗時(shí)，將激活下游的mTOR信號(hào)通路，進(jìn)而誘發(fā)和加重AD[5,6]。除此之外，線粒體作為細(xì)胞的能量工廠，在能量代謝、衰老和神經(jīng)退行病變等方面的影響被研究者廣泛關(guān)注。2018年，由Swerdlow等[7,8]提出的“線粒體級(jí)聯(lián)假說”，作為“淀粉樣級(jí)聯(lián)假說”的補(bǔ)充，逐漸引起研究者的重視。最新的研究顯示，研究人員通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法篩選出靶向線粒體自噬的誘導(dǎo)劑，可以顯著改善神經(jīng)元的功能，選擇性清除大腦中的“垃圾”，在細(xì)胞、秀麗隱桿線蟲()和小鼠()中，均能顯著改善AD相關(guān)病理癥狀[9]。中樞神經(jīng)系統(tǒng)的細(xì)胞組成和功能極為復(fù)雜，包含多種亞型的神經(jīng)元，膠質(zhì)細(xì)胞和血管細(xì)胞，在AD腦組織中，神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞的不同占比水平會(huì)導(dǎo)致基因出現(xiàn)異質(zhì)性表達(dá)差異。隨著單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，研究者們也逐漸從蛋白水平拓展到從轉(zhuǎn)錄組水平對(duì)AD的機(jī)制展開深入探索，對(duì)AD中細(xì)胞的基因表達(dá)圖譜進(jìn)行繪制，促進(jìn)基因到機(jī)制的轉(zhuǎn)化[10]。得益于測(cè)序技術(shù)的迅速發(fā)展，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，一些常見的AD風(fēng)險(xiǎn)基因位點(diǎn)多位于功能不詳?shù)幕蚍蔷幋a區(qū)，這為AD的機(jī)制解析提供了更多的新思路。

2 lncRNAs的分類及功能

非編碼RNA(non-coding RNAs, ncRNAs)曾被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄噪聲并沒有生物學(xué)功能，隨著測(cè)序技術(shù)的高速發(fā)展，越來越多的ncRNAs被發(fā)現(xiàn)在很多生理或病理過程中發(fā)揮著重要的作用[11,12]。在細(xì)胞內(nèi)，ncRNAs的種類根據(jù)其大小和功能可分為：核糖體RNA (ribosomal RNA, rRNA)、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA (transfer RNA, tRNA)、核內(nèi)小RNA (small nuclear RNA, snRNA)、核仁小RNA (small nucleolar RNA, snoRNA)、小非編碼RNA (microRNA, miRNA)和長鏈非編碼RNA (long non-coding RNA, lncRNA)等。其中轉(zhuǎn)錄本超過200個(gè)核苷酸的非編碼RNA，被稱為長鏈非編碼RNA，其在序列、結(jié)構(gòu)和功能上存在高度的進(jìn)化保守性和異質(zhì)性[13]。根據(jù)lncRNAs在基因編碼的位置，主要分為：反義型(antisense lncRNAs)、內(nèi)含子型(intronic lncRNAs)、雙向型(bidiractional lncRNAs)、基因間型(intergenic lncRNAs)、啟動(dòng)子型(promoter- associateed lncRNAs)和啟動(dòng)子上游型(promoter up-stream lncRNAs)等(圖1)。

為了更加深入地了解lncRNAs的功能，研究者們通過RNA pull-down、染色質(zhì)免疫共沉淀和RNA免疫共沉淀等分子技術(shù)來探索lncRNAs與轉(zhuǎn)錄因子、蛋白、mRNA和DNA等生物分子相互結(jié)合所形成的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而分析lncRNAs的生物學(xué)功能和作用機(jī)制。根據(jù)lncRNAs的靶基因作用位置，可以分為順式調(diào)控和反式調(diào)控。根據(jù)其分子機(jī)制，lncRNAs的作用模式可以分為“信號(hào)分子”、“誘餌分子”、“引導(dǎo)分子”和“骨架分子”等(圖2)，通過順式或者反式作用對(duì)染色質(zhì)進(jìn)行修飾和直接對(duì)轉(zhuǎn)錄進(jìn)行調(diào)控，進(jìn)而參與到基因調(diào)控的過程中，發(fā)揮其生物學(xué)功能[14,15]。

圖1 lncRNAs的產(chǎn)生模式

A：反義型lncRNAs，轉(zhuǎn)錄于蛋白質(zhì)編碼基因的反義鏈，可與蛋白質(zhì)編碼基因的內(nèi)含子、外顯子或者全序列互補(bǔ)配對(duì)；B：內(nèi)含子型lncRNAs，轉(zhuǎn)錄于蛋白質(zhì)編碼基因的內(nèi)含子序列；C：雙向型lncRNAs，轉(zhuǎn)錄于蛋白質(zhì)編碼基因的兩條反向互補(bǔ)鏈；D：基因間型lncRNAs，轉(zhuǎn)錄于蛋白質(zhì)編碼基因的間隔序列區(qū)域；E：?jiǎn)?dòng)子型lncRNAs，轉(zhuǎn)錄于啟動(dòng)子區(qū)域；F：?jiǎn)?dòng)子上游型lncRNAs，轉(zhuǎn)錄于啟動(dòng)子上游區(qū)域。

圖2 lncRNAs的作用模式

A：“信號(hào)分子”模式，指lncRNAs可以招募轉(zhuǎn)錄因子蛋白到靶基因的啟動(dòng)子區(qū)域，調(diào)控下游基因的表達(dá)；B：“誘餌分子”模式，指lncRNAs可以與某特定蛋白結(jié)合，如一些轉(zhuǎn)錄因子和DNA結(jié)合蛋白，而使蛋白不與目標(biāo)基因結(jié)合，進(jìn)而阻止轉(zhuǎn)錄因子與DNA的結(jié)合；C：“引導(dǎo)分子”模式，指lncRNAs可以與染色質(zhì)組蛋白修飾酶互作形成復(fù)合物，并引導(dǎo)該復(fù)合物到特定的染色質(zhì)區(qū)域進(jìn)行表觀遺傳調(diào)控；D：“骨架分子”模式，也稱為“腳手架”模式，指lncRNAs可以作為支架與多種蛋白質(zhì)結(jié)合形成復(fù)合物，進(jìn)而發(fā)揮生物調(diào)控功能。

lncRNAs在生理和病理的狀態(tài)下有著多樣的生物功能。隨著高通量測(cè)序技術(shù)的迅速發(fā)展和對(duì)lncRNAs研究的不斷深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)到lncRNAs在神經(jīng)退行性疾病中的作用。研究者們通過芯片技術(shù)、深度測(cè)序和實(shí)時(shí)定量PCR等方法，發(fā)現(xiàn)一些lncRNAs，如和等，在AD患者腦脊液和血液中存在表達(dá)失調(diào)的現(xiàn)象。結(jié)合小鼠模型和細(xì)胞系的研究結(jié)果，越來越多與AD發(fā)病相關(guān)的lncRNAs的作用機(jī)制也被闡明，這提示著lncRNAs在AD的發(fā)生和發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的作用。

3 lncRNAs與AD

近年來，由于lncRNAs的功能和作用機(jī)制逐漸明晰，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，在AD患者，小鼠模型的一些腦區(qū)中，lncRNAs存在表達(dá)失調(diào)的現(xiàn)象。下面對(duì)與AD發(fā)病機(jī)制相關(guān)的lncRNAs進(jìn)行總結(jié)(表1)。

表1 lncRNAs在AD中的研究

↑表示基因表達(dá)上調(diào)；↓表示基因表達(dá)下調(diào)。

3.1 lncRNAs與衰老

衰老是許多神經(jīng)退行性疾病的主要危險(xiǎn)因素，隨著對(duì)lncRNAs的功能研究逐漸明晰，許多l(xiāng)ncRNAs被發(fā)現(xiàn)在衰老和相關(guān)腦疾病中有著重要的影響作用。lncRNAs可以通過調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程進(jìn)而參與到細(xì)胞衰老途徑中。在細(xì)胞衰老的周期進(jìn)程中，p53/p21是關(guān)鍵的調(diào)節(jié)途徑，p53是一種轉(zhuǎn)錄因子，通過調(diào)控細(xì)胞周期、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)來保護(hù)基因組的完整性。在應(yīng)激反應(yīng)時(shí)，會(huì)激活觸發(fā)p53的多效性事件，p21作為事件下游的靶標(biāo)分子會(huì)對(duì)其產(chǎn)生響應(yīng)，并作為增殖抑制因子，介導(dǎo)細(xì)胞周期停滯于G1/S階段。lincRNA，屬于基因間長鏈非編碼RNA，是p53基因下游的轉(zhuǎn)錄本。lincRNA可以作為反式作用因子激活的表達(dá)，同時(shí)作為p53基因的下游靶標(biāo)分子，也會(huì)反向作用于p53相關(guān)的基因，在p53通路中發(fā)揮著轉(zhuǎn)錄因子的功能，抑制轉(zhuǎn)錄復(fù)合物，在細(xì)胞凋亡中起著重要的作用[16,17]。

端粒損傷主要表現(xiàn)為端粒結(jié)構(gòu)序列逐漸縮短和端粒酶丟失，是細(xì)胞衰老的一個(gè)重要表型。長鏈非編碼端粒重復(fù)RNA (telomeric repeat containing RNA,)通過與TR模板堿基互補(bǔ)配對(duì)從而抑制端粒的延長，也可以通過與人異質(zhì)性胞核核糖核蛋白A1 (human heterogeneous nuclear ribonucleoprotein A1, hnRNP A1)的相互作用來阻礙端粒的延長。hnRNP A1作為hnRNP家族的重要成員，其功能與RNA轉(zhuǎn)錄、pre-RNA的成熟與降解，mRNA翻譯和細(xì)胞的增生等密切相關(guān)，而過量hnRNP A1又會(huì)與端粒末端引物區(qū)結(jié)合的方式抑制端粒酶的活性，因此和hnRNP A1的平衡對(duì)于端粒酶維持正常的功能有密切的關(guān)系[18,19]。

3.2 lncRNAs影響Aβ沉積

Aβ的異常沉積是AD最重要的病理學(xué)特征之一。Aβ是胞外老年斑的主要組成成分，是由淀粉樣蛋白前體(amyloid-β precursor protein, APP)經(jīng)β-分泌酶和γ-分泌酶途徑剪接加工后形成的。淀粉樣前體蛋白裂解酶1反向轉(zhuǎn)錄物(β-site-APP cleavageenzyme-1 antisence,)是目前在AD中研究較為透徹的lncRNA。Faghihi等[20]發(fā)現(xiàn)在AD患者腦組織中呈現(xiàn)表達(dá)上升的現(xiàn)象，同時(shí)在HEK-SW細(xì)胞中，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過活性氧、缺氧和Aβ42的應(yīng)激后，細(xì)胞中的也會(huì)表達(dá)上調(diào)。的功能發(fā)揮并非與的編碼基因形成二聚體來抑制其mRNA的轉(zhuǎn)錄，與之相反的是，是通過掩蓋mRNA上miR-485-5p的結(jié)合位點(diǎn)，去除miR-485-5p對(duì)mRNA的抑制作用，促進(jìn)BACE1蛋白的表達(dá)，進(jìn)而通過轉(zhuǎn)錄后前饋機(jī)制產(chǎn)生更多的Aβ42。過多的Aβ42會(huì)造成Aβ42和Aβ40的平衡紊亂，導(dǎo)致Aβ的異常沉積形成老年斑，加重AD病情。除此之外，在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，作為競(jìng)爭(zhēng)性的內(nèi)源RNA，還能與靶向結(jié)合BACE1的miR-29、miR-107、miR-124、miR-485和miR-761等競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合位點(diǎn)，增加BACE1的表達(dá)，促進(jìn)Aβ聚積[21]。

分揀蛋白相關(guān)受體L1 (sortilin related receptor 1, SORL1)是與AD患病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的新發(fā)危險(xiǎn)因素之一，其在神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)表達(dá)，作為分選蛋白受體穿梭于細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、內(nèi)體和高爾基體之間，在神經(jīng)元中發(fā)揮轉(zhuǎn)運(yùn)的作用[22]。SORL1將APP轉(zhuǎn)運(yùn)至高爾基體中，減少APP運(yùn)輸?shù)胶珹β分泌酶的內(nèi)體隔室，從而抑制APP進(jìn)一步剪切生成Aβ。長鏈非編碼RNA是的反義轉(zhuǎn)錄本，可以反義鏈的形式結(jié)合到基因的內(nèi)含子1區(qū)?？梢赃x擇性剪接mRNA的表達(dá)，破壞SORL1對(duì)APP的轉(zhuǎn)運(yùn)阻隔作用，并進(jìn)一步增加Aβ的形成與聚積。研究報(bào)道，在AD患者的大腦皮質(zhì)區(qū)表達(dá)上調(diào)，而在AD患者的血漿中，也發(fā)現(xiàn)了的水平顯著增加，且的水平含量與認(rèn)知評(píng)分呈負(fù)相關(guān)性[23]。

3.3 lncRNAs調(diào)控突觸功能

突觸功能失調(diào)以及突觸數(shù)目減少是AD的病理特征之一。腦細(xì)胞質(zhì)RNA1 (brain cytoplasmic RNA 1,或者)在突觸可塑性中發(fā)揮著重要作用。能靶向定位于突觸，調(diào)控突觸后膜局部蛋白質(zhì)的合成，這對(duì)維持長時(shí)程突觸可塑性有著重要作用。在AD的發(fā)病過程中，隨著病程的發(fā)展，突觸可塑性出現(xiàn)損傷性變化。Mus等[24]發(fā)現(xiàn)，在生理?xiàng)l件的衰老過程中，在正常老年人的大腦前額皮層區(qū)，隨著年齡的增加的表達(dá)水平會(huì)下調(diào)。相反的是，在AD患者的腦中水平較同齡對(duì)照組表達(dá)上升，并且其水平與AD病情的嚴(yán)重程度呈現(xiàn)正性相關(guān)。正常生理?xiàng)l件下，定位于軸突末梢，參與神經(jīng)元突觸局部定位蛋白的合成，而在AD的早期和晚期階段，的分布會(huì)發(fā)生變化，其表達(dá)位點(diǎn)由原來的突觸末梢轉(zhuǎn)移到胞體位置，并成簇狀定位于核周，喪失了對(duì)突觸后膜相關(guān)蛋白的調(diào)控作用。的錯(cuò)誤定位和異位表達(dá)，導(dǎo)致原本正常的微管依賴的運(yùn)輸功能受到影響，造成軸突和樹突的營養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸受到阻斷，進(jìn)而加速AD的病理改變[25,26]。

神經(jīng)營養(yǎng)因子主要由海馬和大腦皮層的神經(jīng)元產(chǎn)生，對(duì)神經(jīng)元的生存、分化和修復(fù)，以及神經(jīng)元的功能有著重要的影響，進(jìn)而對(duì)學(xué)習(xí)記憶和突觸可塑性進(jìn)行調(diào)控。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)是有大腦合成的具有保護(hù)神經(jīng)元功能的蛋白質(zhì)。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子反義長鏈非編碼RNA ()是的互補(bǔ)反義鏈，可以作為誘導(dǎo)分子，募集染色質(zhì)組蛋白修飾物，如PRC2到靶基因啟動(dòng)子區(qū)域，進(jìn)而具有調(diào)控BDNF表達(dá)水平的作用。BDNF的表達(dá)水平在神經(jīng)退行性疾病和神經(jīng)發(fā)育紊亂的情況下會(huì)受到顯著的表達(dá)抑制，在AD患者的腦中會(huì)出現(xiàn)表達(dá)下調(diào)的現(xiàn)象，而則呈現(xiàn)負(fù)性相關(guān)的增長[27]。研究結(jié)果表明，在腦室注射Aβ42構(gòu)建的AD模型小鼠中，通過給海馬腦區(qū)立體微注射遞送的siRNA，可以抑制的水平并特異性的增加mRNA的水平，促進(jìn)BDNF的合成，為AD的治療乃至神經(jīng)退行性疾病的治療都提供了潛在的藥物靶點(diǎn)[28～30]。

3.4 lncRNAs與神經(jīng)炎癥相關(guān)

神經(jīng)母細(xì)胞瘤分化標(biāo)志物29 (neuroblastoma differentiation marker 29,)是由RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄所得的lncRNA，位于11號(hào)染色體11p15.3上，可以誘導(dǎo)神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的分化。Massone等[31]發(fā)現(xiàn)，在SKNBE2人源神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系中，上調(diào)的水平會(huì)促進(jìn)APP的合成進(jìn)而導(dǎo)致Aβ42/Aβ40的比例升高。當(dāng)腦部經(jīng)一些炎癥刺激后，的表達(dá)會(huì)上調(diào)和Aβ的聚積會(huì)增加，而經(jīng)抗炎藥物處理后，其表達(dá)水平則下降，也一定程度降低了Aβ的積聚。RNA聚合酶III轉(zhuǎn)錄的的表達(dá)量水平依賴于炎癥刺激，這提示著在中樞系統(tǒng)的腦疾病中，特別是AD中，繼發(fā)性的腦炎癥反應(yīng)，將增大的損傷作用，進(jìn)而又反向加重AD的病理變化[32]。

lncRNA是G蛋白偶聯(lián)受體51基因(G protein-coupled receptor 51,)的選擇性表達(dá)產(chǎn)物，位于的3號(hào)內(nèi)含子區(qū)，能與γ-氨基丁酸B型(γ-aminobutyric B type, GABAB)基因內(nèi)含子區(qū)域進(jìn)行互補(bǔ)，通過選擇性剪接來影響GABAB受體亞型的水平。GABAB受體在神經(jīng)炎癥和調(diào)控膠質(zhì)細(xì)胞功能等方面有著重要的作用，通過激活特異性鉀離子通道來影響GABAB受體的生物學(xué)功能，調(diào)控Aβ的分泌。GABAB2受體含A和B兩種變異體，Massone等[33]研究發(fā)現(xiàn)，在SH-SY5Y細(xì)胞中過表達(dá)可以抑制GABAB2受體A變異體的表達(dá)，而增加B變異體的水平，并促進(jìn)Aβ42的聚積。降低的表達(dá)水平后，GABAB2受體B變異體增加，Aβ42減少。在AD患者的腦中，炎癥反應(yīng)能刺激的表達(dá)，增加Aβ42的分泌，進(jìn)而加重AD疾病進(jìn)程。lncRNA在AD組織中的表達(dá)上調(diào)也提示著它可能直接或者間接的方式參與到AD的發(fā)生發(fā)展過程。

3.5 lncRNAs調(diào)控線粒體功能

核富集轉(zhuǎn)錄體1 (nuclear enriched abundant tran-script 1,)是由RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄的多腺苷酸化非編碼RNA，位于染色體11q13中多種內(nèi)分泌腫瘤1型(multiple endocrine neoplasia type 1,)基因位點(diǎn)。NEAT1在哺乳動(dòng)物細(xì)胞的發(fā)育和維持中發(fā)揮著重要作用，其表達(dá)水平與癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力密切相關(guān)。此外，還發(fā)現(xiàn)與CNS疾病密切相關(guān)。Huang等[36]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)APP/PS1小鼠月齡大于六個(gè)月時(shí)，小鼠腦的表達(dá)呈現(xiàn)上調(diào)的現(xiàn)象。一些探索機(jī)制的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，主要通過調(diào)控細(xì)胞自噬和線粒體功能參與到AD的發(fā)生發(fā)展過程中?？膳cNEDD4L進(jìn)行互作，促進(jìn)PTEN誘導(dǎo)激酶(PTEN induced putative kinase1, PINK1)的泛素化和降解，進(jìn)而損傷PINK1依賴的線粒體自噬功能。而當(dāng)被敲除后，會(huì)降低其對(duì)PINK1依賴的線粒體自噬功能的損傷，進(jìn)而挽救AD相關(guān)的病理變化。

線粒體作為半自性的細(xì)胞器，有著自己的遺傳物質(zhì)基因組，能夠獨(dú)立完成復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯部分線粒體相關(guān)的蛋白。線粒體基因組由重鏈和輕鏈組成，其中重鏈包含2個(gè)核糖體RNA基因，14個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA基因和13個(gè)蛋白編碼基因，輕鏈只有1個(gè)ND6蛋白編碼基因和8個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA基因，此外，線粒體基因組還負(fù)責(zé)編碼部分的lncRNAs (圖3)[40]。與核基因組相比，線粒體基因組分子量小，缺乏組蛋白的保護(hù)，容易受到活性氧等的損傷，故線粒體基因組的突變率高于核基因組。線粒體基因組的高突變率會(huì)對(duì)線粒體的結(jié)構(gòu)和功能造成重大損傷，一方面會(huì)影響線粒體編碼基因的蛋白功能，這也將影響到由線粒體編碼的lncRNAs，如和等對(duì)線粒體基因表達(dá)的調(diào)控作用，進(jìn)而誘發(fā)線粒體相關(guān)的功能障礙[41]。Liu等[42]研究報(bào)道，基于獼猴腦組織測(cè)序的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)在獼猴大腦的發(fā)育、成熟和衰老過程，一些lncRNAs會(huì)呈現(xiàn)出時(shí)空特異性的表達(dá)變化，其中一條線粒體基因組編碼的lncRNA在皮層和海馬的腦區(qū)中會(huì)隨著年齡的增加呈現(xiàn)出表達(dá)下調(diào)的動(dòng)態(tài)變化，這提示著線粒體基因組編碼的lncRNAs在與腦衰老相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病包括AD、PD、HD和ALS中有著重要的調(diào)控作用，可以通過調(diào)節(jié)線粒體功能，如線粒體動(dòng)力學(xué)、生物能合成和代謝、線粒體自噬等，來影響神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和功能，直接或間接參與到神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病過程(圖3)。

圖3 線粒體基因組示意圖及l(fā)ncRNAs潛在的調(diào)控機(jī)制

線粒體基因組是由重鏈和輕鏈組成的環(huán)形DNA，其中重鏈包含2個(gè)核糖體RNA基因，14個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA基因和13個(gè)蛋白編碼基因，輕鏈只有1個(gè)ND6蛋白編碼基因和8個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)RNA基因。此外線粒體基因組還編碼SncmtRNA、ASncmtRNA-1、ASncmtRNA-2和LIPCAR等lncRNAs。HSP1：重鏈啟動(dòng)子1；HSP2：重鏈啟動(dòng)子2；LSP：輕鏈啟動(dòng)子。

4 結(jié)語與展望

隨著基因組學(xué)研究的不斷深入，lncRNAs在AD領(lǐng)域的研究備受關(guān)注。雖然與AD有關(guān)的lncRNAs的數(shù)目在日益增長，但人們對(duì)lncRNAs在AD中的生物學(xué)功能知之甚少，大多數(shù)的研究仍局限在實(shí)驗(yàn)室的探索階段，距離臨床的應(yīng)用轉(zhuǎn)化，道長且阻?，F(xiàn)有的基于lncRNAs設(shè)計(jì)的藥物包括：設(shè)計(jì)特殊位點(diǎn)的siRNAs來抑制相應(yīng)lncRNAs的功能；通過反義寡核苷酸，補(bǔ)缺siRNAs因lncRNAs的二級(jí)結(jié)構(gòu)帶來的應(yīng)用局限性；人工合成RNAs分子模擬物；應(yīng)用天然反義轉(zhuǎn)錄物(natural antisense transcripts, NATs)拮抗劑，來沉默NATs的基因表達(dá)，進(jìn)而提高被NATs所抑制的編碼基因蛋白表達(dá)。雖然已有一部分的非編碼RNA藥物已經(jīng)被FDA批準(zhǔn)用于一些疾病的治療，但將lncRNAs推向臨床相關(guān)的診斷和藥物研發(fā)還有許多問題需要解決，其中包括：(1)在AD病理?xiàng)l件下，需要解讀更多的lncRNAs，找到與AD密切相關(guān)的關(guān)鍵lncRNAs分子；(2) AD的治療環(huán)境是中樞神經(jīng)系統(tǒng)，需要解決lncRNAs治療的特異性和靶向性問題；(3) lncRNAs作為核酸分子，易被核酸酶降解，需要設(shè)計(jì)更為安全的遞送系統(tǒng)，將lncRNAs高效地遞送到治療靶點(diǎn)；(4) lncRNAs分子具有免疫原性，需要確保lncRNAs用于基因治療的安全性，降低其不良反應(yīng)。

此外，目前的報(bào)道主要都是核基因組編碼的lncRNAs在AD中的研究，而線粒體基因組編碼的lncRNAs作為細(xì)胞lncRNAs的重要組成部分，也發(fā)揮著不可或缺的作用，但是目前有關(guān)線粒體基因組來源的lncRNAs的生物學(xué)功能尚不清楚，其自身基因組信息的變化如何參與到調(diào)控線粒體的功能進(jìn)而影響AD的發(fā)病還有待研究，所以線粒體基因組來源的lncRNAs在AD的功能和作用機(jī)制也值得研究者們更多地去關(guān)注和探索。

[1] Brody H. Alzheimer's disease., 2011, 475(7355): S1.

[2] Hodson R. Alzheimer's disease., 2018, 559(7715): S1.

[3] Busche MA, Wegmann S, Dujardin S, Commins C, Schiantarelli J, Klickstein N, Kamath TV, Carlson GA, Nelken I, Hyman BT. Tau impairs neural circuits, dominating amyloid-β effects, in Alzheimer models., 2019, 22(1): 57–64.

[4] Quirion R, Wilson A, Rowe W, Aubert I, Richard J, Doods H, Parent A, White N, Meaney MJ. Facilitation of acety-lcholine release and cognitive performance by an M(2)- muscarinic receptor antagonist in aged memory-impaired., 1995, 15(2): 1455–1462.

[5] Butterfield DA, Halliwell B. Oxidative stress, dysfunc-tional glucose metabolism and Alzheimer disease., 2019, 20(3): 148–160.

[6] Kuehn BM. In Alzheimer research, glucose metabolism moves to center stage., 2020, 323(4): 297–299.

[7] Swerdlow RH. Mitochondria and mitochondrial cascades in Alzheimer's disease., 2018, 62(3): 1403–1416.

[8] Swerdlow RH, Burns JM, Khan SM. The Alzheimer's disease mitochondrial cascade hypothesis., 2010, 20 Suppl 2(Suppl 2): S265–S279.

[9] Xie CL, Zhuang XX, Niu ZM, Ai RX, Lautrup S, Zheng SJ, Jiang YH, Han RY, Gupta TS, Cao SQ, Lagartos- Donate MJ, Cai CZ, Xie LM, Caponio D, Wang WW, Schmauck-Medina T, Zhang JY, Wang HL, Lou GF, Xiao XL, Zheng WH, Palikaras K, Yang G, Caldwell KA, Caldwell GA, Shen HM, Nilsen H, Lu JH, Fang EF. Amelioration of Alzheimer's disease pathology by mito-phagy inducers identified via machine learning and a cross-species workflow., 2022, 6(1): 76–93.

[10] Fyfe I. Single-cell atlas maps cell-specific gene changes in Alzheimer disease., 2020, 16(1): 1.

[11] Palazzo AF, Koonin EV. Functional long non-coding RNAs evolve from junk transcripts., 2020, 183(5): 1151–1161.

[12] Yang F, Yi F, Cao HQ, Liang ZC, Du Q. The emerging landscape of long non-coding RNAs., 2014, 36(5): 456–468.

楊峰, 易凡, 曹慧青, 梁子才, 杜權(quán). 長鏈非編碼RNA研究進(jìn)展. 遺傳, 2014, 36(5): 456–468.

[13] Sharma H, Carninci P. The secret life of lncRNAs: conserved, yet not conserved., 2020, 181(3): 512– 514.

[14] Engreitz JM, Haines JE, Perez EM, Munson G, Chen J, Kane M, McDonel PE, Guttman M, Lander ES. Local regulation of gene expression by lncRNA promoters, transcription and splicing., 2016, 539(7629): 452– 455.

[15] Statello L, Guo CJ, Chen LL, Huarte M. Gene regulation by long non-coding RNAs and its biological functions., 2021, 22(2): 96–118.

[16] Tang SS, Zheng BY, Xiong XD. LincRNA-p21: implica-tions in human diseases., 2015, 16(8): 18732–18740.

[17] Yoon JH, Abdelmohsen K, Srikantan S, Yang XL, Martindale JL, De S, Huarte M, Zhan M, Becker KG, Gorospe M. LincRNA-p21 suppresses target mRNA translation., 2012, 47(4): 648–655.

[18] de Silanes IL, Stagno d'Alcontres M, Blasco MA. TERRA transcripts are bound by a complex array of RNA-binding proteins., 2010, 1: 33.

[19] Aguado J, di Fagagna FD, Wolvetang E. Telomere transcription in ageing., 2020, 62: 101115.

[20] Faghihi MA, Modarresi F, Khalil AM, Wood DE, Sahagan BG, Morgan TE, Finch CE, Laurent GS, Kenny PJ, Wahlestedt C. Expression of a noncoding RNA is elevated in Alzheimer's disease and drives rapid feed-forward regulation of beta-secretase., 2008, 14(7): 723– 730.

[21] Zeng T, Ni HT, Yu Y, Zhang MK, Wu MJ, Wang QL, Wang LJ, Xu S, Xu ZY, Xu C, Xiong J, Jiang JF, Luo Y, Wang Y, Liu HQ. BACE1-AS prevents BACE1 mRNA degradation through the sequestration of BACE1-targeting miRNAs., 2019, 98: 87–96.

[22] Rogaeva E, Meng Y, Lee JH, Gu YJ, Kawarai T, Zou FG, Katayama T, Baldwin CT, Cheng R, Hasegawa H, Chen FS, Shibata N, Lunetta KL, Pardossi-Piquard R, Bohm C, Wakutani Y, Cupples LA, Cuenco KT, Green RC, Pinessi L, Rainero I, Sorbi S, Bruni A, Duara R, Friedland RP, Inzelberg R, Hampe W, Bujo H, Song YQ, Andersen OM, Willnow TE, Graff-Radford N, Petersen RC, Dickson D, Der SD, Fraser PE, Schmitt-Ulms G, Younkin S, Mayeux R, Farrer LA, St George-Hyslop P. The neuronal sortilin- related receptor SORL1 is genetically associated with Alzheimer disease., 2007, 39(2): 168–177.

[23] Ciarlo E, Massone S, Penna I, Nizzari M, Gigoni A, Dieci G, Russo C, Florio T, Cancedda R, Pagano A. An intronic ncRNA-dependent regulation of SORL1 expression affecting Aβ formation is upregulated in post-mortem Alzheimer's disease brain samples., 2013, 6(2): 424–433.

[24] Mus E, Hof PR, Tiedge H. Dendritic BC200 RNA in aging and in Alzheimer's disease., 2007, 104(25): 10679–10684.

[25] Yang SM, Lim KH, Kim SH, Joo JY. Molecular landscape of long noncoding RNAs in brain disorders., 2021, 26(4): 1060–1074.

[26] Li HY, Zheng L, Jiang AH, Mo Y, Gong Q. Identification of the biological affection of long noncoding RNA BC200 in Alzheimer's disease., 2018, 29(13): 1061– 1067.

[27] Mori Y, Tsuji M, Oguchi T, Kasuga K, Kimura A, Futamura A, Sugimoto A, Kasai H, Kuroda T, Yano S, Hieda S, Kiuchi Y, Ikeuchi T, Ono K. Serum BDNF as a potential biomarker of Alzheimer's disease: verification through assessment of serum, cerebrospinal fluid, and medial temporal lobe atrophy., 2021, 12: 653267.

[28] Policarpo R, Sierksma A, De Strooper B, d'Ydewalle C. From junk to function: lncRNAs in CNS health and disease., 2021, 14: 714768.

[29] Modarresi F, Faghihi MA, Lopez-Toledano MA, Fatemi RP, Magistri M, Brothers SP, van der Brug MP, Wahlestedt C. Inhibition of natural antisense transcriptsresults in gene-specific transcriptional upregulation., 2012, 30(5): 453–459.

[30] Ding YT, Luan WK, Shen XL, Wang Z, Cao YJ. LncRNA BDNF-AS as ceRNA regulates the miR-9-5p/BACE1 pathway affecting neurotoxicity in Alzheimer's disease., 2022, 99: 104614.

[31] Massone S, Ciarlo E, Vella S, Nizzari M, Florio T, Russo C, Cancedda R, Pagano A. NDM29, a RNA polymerase III-dependent non coding RNA, promotes amyloidogenic processing of APP and amyloid β secretion., 2012, 1823(7): 1170–1177.

[32] Ahmadi S, Zobeiri M, Bradburn S. Molecular mechanisms underlying actions of certain long noncoding RNAs in Alzheimer's disease., 2020, 35(5): 681– 693.

[33] Massone S, Vassallo I, Fiorino G, Castelnuovo M, Barbieri F, Borghi R, Tabaton M, Robello M, Gatta E, Russo C, Florio T, Dieci G, Cancedda R, Pagano A. 17A, a novel non-coding RNA, regulates GABA B alternative splicing and signaling in response to inflammatory stimuli and in Alzheimer disease., 2011, 41(2): 308–317.

[34] Yin RH, Yu JT, Tan L. The role of SORL1 in Alzheimer's disease., 2015, 51(3): 909–918.

[35] Chen FH, Danladi J, Ardalan M, Elfving B, Müller HK, Wegener G, Sanchez C, Nyengaard JR. A critical role of mitochondria in BDNF-associated synaptic plasticity after one-week vortioxetine treatment., 2018, 21(6): 603–615.

[36] Huang ZH, Zhao J, Wang W, Zhou J, Zhang J. Depletion of lncRNA NEAT1 rescues mitochondrial dysfunction through NEDD4L-dependent PINK1 degradation in animal models of Alzheimer's disease., 2020, 14: 28.

[37] Gu C, Chen C, Wu RP, Dong T, Hu XJ, Yao YP, Zhang Y. Long noncoding RNA EBF3-AS promotes neuron apoptosis in Alzheimer's disease., 2018, 37(3): 220–226.

[38] Zhang L, Fang Y, Cheng X, Lian YJ, Xu HL. Silencing of long noncoding RNA SOX21-AS1 relieves neuronal oxidative stress injury in mice with Alzheimer's disease by upregulating FZD3/5 via the Wnt signaling pathway., 2019, 56(5): 3522–3537.

[39] Wang JD, Zhou TT, Wang T, Wang BL. Suppression of lncRNA-ATB prevents amyloid-β-induced neurotoxicity in PC12 cells via regulating miR-200/ZNF217 axis., 2018, 108: 707–715.

[40] Mercer TR, Neph S, Dinger ME, Crawford J, Smith MA, Shearwood AM, Haugen E, Bracken CP, Rackham O, Stamatoyannopoulos JA, Filipovska A, Mattick JS. The human mitochondrial transcriptome., 2011, 146(4): 645–658.

[41] Rackham O, Shearwood AMJ, Mercer TR, Davies SMK, Mattick JS, Filipovska A. Long noncoding RNAs are generated from the mitochondrial genome and regulated by nuclear-encoded proteins., 2011, 17(12): 2085– 2093.

[42] Liu SL, Wang ZB, Chen D, Zhang BW, Tian RR, Wu J, Zhang Y, Xu KY, Yang LM, Cheng C, Ma J, Lv LB, Zheng YT, Hu XT, Zhang Y, Wang XT, Li JL. Annotation and cluster analysis of spatiotemporal- and sex-related lncRNA expression in rhesus macaque brain., 2017, 27(9): 1608–1620.

Research progress on lncRNAs in Alzheimer’s disease

Wandi Xiong1, Kaiyu Xu4, Lin Lu1,3, Jiali Li2,4

Alzheimer’s disease (AD) is the common neurodegenerative disease in the center never system and the typical dementia in old people. The major pathological changes of AD are the accumulation of amyloid-β (Aβ) plaques, neurofibri-llary tangles, loss of cholinergic neurons, inflammation and metabolism dysfunction. However, the molecular mechanism leading to AD pathogenesis is not clear. More and more studies reported that long non-coding RNAs (lncRNAs) play important roles in AD. In this review, we briefly introduce the recent research progress on lncRNAs in AD, including their regulation of clearance of the Aβ plaques, synaptic function, inflammation reaction and mitochondrial function, and thus providing the references for that lncRNAs can serve as a potential diagnostic biomarker and therapeutic target in AD.

lncRNA; Alzheimer’s disease; amyloid-β; synaptic function

2021-12-20;

2022-01-21;

2022-02-16

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：81761128036)資助[Supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 81761128036)]

熊婉迪，在讀博士研究生，研究方向：神經(jīng)生物學(xué)。E-mail: wandibear@pku.edu.cn

李家立，博士，研究員，研究方向：神經(jīng)生物學(xué)。E-mail: lijiali@mail.kiz.ac.cn

10.16288/j.yczz.21-427

(責(zé)任編委: 單革)