長(zhǎng)鏈非編碼RNA在心肌肥厚過(guò)程中的研究進(jìn)展*

郝 靜 楊鵬杰 趙能君

1 內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)，內(nèi)蒙古呼和浩特市 010110； 2 內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬人民醫(yī)院胸外科； 3 內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬人民醫(yī)院心內(nèi)科

心肌肥厚是心肌梗死及壓力超負(fù)荷后常見的適應(yīng)性反應(yīng)。雖然早期這一改變可以維持心輸出量，但持續(xù)性心肌肥厚常伴有適應(yīng)性不良的心肌重塑，從而導(dǎo)致心肌順應(yīng)性降低，心力衰竭及猝死的風(fēng)險(xiǎn)增加。雖然心衰的治療水平較前提高，但確診后5年內(nèi)死亡率仍高達(dá)50%。研究表明，許多激素和細(xì)胞因子參與調(diào)節(jié)心肌肥厚的病理過(guò)程，但其完整病理分子機(jī)制尚未完全明了，這將成為心肌肥厚診療方法的發(fā)現(xiàn)及改進(jìn)的一大障礙。因此，明確心肌肥厚關(guān)鍵分子機(jī)制是治療心衰過(guò)程中所要面臨的一大挑戰(zhàn)。在哺乳動(dòng)物基因組中，蛋白質(zhì)編碼基因僅占據(jù)約1.5%，非編碼RNA(non-coding RNAs,ncRNAs)占據(jù)了大部分，而長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs，LncRNAs)又是ncRNAs的主要組成部分。最初，研究者認(rèn)為lncRNAs是基因組轉(zhuǎn)錄噪聲，但后來(lái)證明其在多種生物學(xué)行為中起重要作用，并參與諸多疾病的病理過(guò)程[1]。lncRNA的作用方式及作用位置紛繁復(fù)雜，既可以在細(xì)胞核發(fā)揮轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用，也可以在細(xì)胞質(zhì)發(fā)揮轉(zhuǎn)錄后修飾作用，還可以介導(dǎo)RNA、蛋白質(zhì)的細(xì)胞核內(nèi)外穿梭；既可以發(fā)揮抑制作用，也可以作為促進(jìn)因子。近年來(lái)，大量的體內(nèi)外研究亦證實(shí)了lncRNAs在心肌肥厚中的作用，這將為心肌肥厚的治療開拓新的領(lǐng)域。本文綜述了lncRNAs在心肌肥厚過(guò)程中的作用，特別是lncRNA與其他RNA(主要是miRNA和mRNA)的相互作用。

1 與心肌肥厚相關(guān)的lncRNAs

有研究通過(guò)基因芯片分析確定了橫斷性主動(dòng)脈縮窄(Transverse aortic constriction, TAC)誘導(dǎo)心肌肥厚大鼠模型中l(wèi)ncRNAs的差異表達(dá)譜，共檢測(cè)到6 969個(gè)lncRNAs，其中80個(gè)lncRNAs顯著上調(diào)，172個(gè)lncRNAs顯著下調(diào)。研究發(fā)現(xiàn)這些不同的lncRNAs與生物學(xué)過(guò)程、細(xì)胞成分及分子功能有關(guān)。這表明，在心肌肥厚的過(guò)程中l(wèi)ncRNAs的表達(dá)會(huì)發(fā)生變化，而這些lncRNAs與心肌肥厚的病理過(guò)程密切相關(guān)。

1.1 CHAIR 在CHAIR(Cardiomyocyte hypertrophic associated inhibitory RNA)敲除的小鼠中發(fā)現(xiàn)CHAIR缺失對(duì)心臟發(fā)育或生理功能沒有影響，表明CHAIR在生理上是多余的。然而，CHAIR的缺失加速了病理性心肌肥厚的進(jìn)展，表明它對(duì)于保護(hù)心臟免受病理性損傷是必要的[2]。RT-qPCR結(jié)果表明CHAIR是一種富集在心臟的lncRNA，且CHAIR在胚胎心臟中表達(dá)水平較低，出生后立即升高，并在1周達(dá)到平穩(wěn)水平，與胚胎心臟相比，成人心臟的CHAIR表達(dá)增加了30倍[2]。Qian等[2]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在心肌肥厚模型中CHAIR表達(dá)下調(diào)高達(dá)70%并至少持續(xù)3個(gè)月。該研究還證實(shí)，人為恢復(fù)心肌肥厚和心衰的模型中CHAIR的表達(dá)水平時(shí)，心肌肥厚、心肌細(xì)胞纖維化均顯著減少，血漿BNP水平因CHAIR的再表達(dá)而大大降低，這說(shuō)明CHAIR是心肌肥厚和心衰病理過(guò)程中的保護(hù)因素。

研究表明，DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferase，DNMT3A)參與介導(dǎo)病理性肥大，但其分子機(jī)制尚不清楚。Qian等人通過(guò)染色質(zhì)免疫沉淀(Chromatin immunoprecipitation, ChIP)實(shí)驗(yàn)證明，CHAIR過(guò)表達(dá)會(huì)抑制DNMT3A與CHAIR啟動(dòng)子的結(jié)合，且應(yīng)激心臟中CHAIR啟動(dòng)子上DNMT3A結(jié)合增加[2]。通過(guò)氮胞苷(Azacytidine, AZA)治療成人心臟以抑制DNA甲基化，經(jīng)AZA處理后，CHAIR表達(dá)水平恢復(fù)到近50%[2]。因此，CHAIR和DNMT3A之間的動(dòng)態(tài)平衡影響了心力衰竭的進(jìn)展。此外，該研究還認(rèn)為，CHAIR是一種后負(fù)荷應(yīng)力早期傳感器，在小鼠模型中，過(guò)表達(dá)CHAIR可防止因后負(fù)荷過(guò)大而導(dǎo)致的心力衰竭，意味著我們可以通過(guò)這一途徑早期干預(yù)因后負(fù)荷過(guò)大而進(jìn)展的心力衰竭。CHAIR通過(guò)影響DNA甲基化來(lái)抑制心力衰竭。此外，亦有研究發(fā)現(xiàn)lncRNA MHRT通過(guò)阻斷染色質(zhì)重塑因子Brg1參與介導(dǎo)心肌肥厚[3]。lncRNA Chaer通過(guò)與多梳阻遏復(fù)合物2 (PRC2)相互作用參與調(diào)控DNA甲基化。這表明lncRNAs可能是肥厚基因表達(dá)所必需的表觀遺傳開關(guān)，通過(guò)表觀遺傳來(lái)參與介導(dǎo)心肌肥厚。

1.2 CASC7 CASC7 (Cancer Susceptibility Candidate 7)是一個(gè)長(zhǎng)度約9kD的lncRNA。作為核組分中常見的lncRNA，CASC7可以與位于細(xì)胞質(zhì)中的大型多聚體復(fù)合物結(jié)合，從而影響CASC7在基因翻譯中的調(diào)節(jié)作用[3-4]。在Panizo等[5]進(jìn)行的一項(xiàng)研究中，miR-30c的表達(dá)是心臟纖維化的潛在血清生物標(biāo)志物，它可以通過(guò)維生素D受體激活劑進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而減輕心臟纖維化。在SY-SH-5Y細(xì)胞中，NaSH可以在有CASC7存在的情況下調(diào)節(jié)miR-30c的表達(dá)，從而阻止OGD/R處理引起的SY-SH-5Y細(xì)胞的凋亡[6]。

Xu等[7]研究發(fā)現(xiàn)，在心力衰竭患者的血漿和外周血單核細(xì)胞中miR-30c表達(dá)下調(diào)，lncRNA-CASC7表達(dá)上調(diào)。該研究通過(guò)序列分析發(fā)現(xiàn)lncRNA-CASC7、lncRNA-CCAT1和lncRNA-AK017368上均存在miR-30c的潛在靶向位點(diǎn)。此外，該研究發(fā)現(xiàn)miR-30c對(duì)H9C2細(xì)胞中IL-11 mRNA的表達(dá)具有靶向作用，而IL-11在心臟成纖維細(xì)胞中具有很強(qiáng)的促纖維化作用，增加心臟成纖維細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)合成，從而影響心臟成纖維細(xì)胞的遷移和侵襲[8]。進(jìn)一步研究表明，用lncRNA-CASC7、lncRNA-CCAT1和lncRNA-AK017368分別轉(zhuǎn)染H9C2細(xì)胞后，lncRNA-CASC7過(guò)表達(dá)明顯抑制了細(xì)胞中miR-30c的表達(dá)且IL-11 mRNA和蛋白的表達(dá)均顯著升高，lncRNA-CCAT1和lncRNA-AK017368過(guò)表達(dá)則沒有明顯影響。

該研究認(rèn)為CASC7是miR-30c的競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性RNA，CASC7可通過(guò)miR-30間接調(diào)節(jié)IL-11的表達(dá)從而參與介導(dǎo)心肌肥厚。這一結(jié)果為lncRNA指導(dǎo)心衰的診斷和治療提供了新的視角。

1.3 OIP5-AS1 OIP5-AS1位于2號(hào)染色體上的兩個(gè)蛋白編碼基因Chp1和OIP5之間，它在核糖體轉(zhuǎn)錄組圖譜中缺失，因此是真正意義上的非編碼RNA。研究發(fā)現(xiàn)，OIP5-AS1參與調(diào)節(jié)特異性miRNAs的豐度，從而影響細(xì)胞增殖、自我更新和分化。研究證明，與大多數(shù)lncRNA不同，OIP5-AS1在包括人類在內(nèi)的哺乳動(dòng)物物種之間的核苷酸序列中有多個(gè)區(qū)域具有高度同源性。據(jù)研究，在嚙齒類動(dòng)物和人類細(xì)胞中，與心臟成纖維細(xì)胞(Fibroblasts, Fbs)相比，OIP5-AS1在心肌細(xì)胞(Cardiomyocytes, CMs)中的表達(dá)更高[9]。小鼠Fb和CM數(shù)據(jù)集的轉(zhuǎn)錄組測(cè)序(RNA-seq)數(shù)據(jù)證明OIP5-AS1轉(zhuǎn)錄本與代表心室收縮、肌肉形態(tài)發(fā)生和線粒體功能的基因網(wǎng)絡(luò)相關(guān)[10]。此前有報(bào)道稱，心肌梗死模型的大鼠心臟中OIP5-AS1表達(dá)減少[11]。

Zhuang等[10]認(rèn)為，lncRNA OIP5-AS1通過(guò)調(diào)節(jié)心臟線粒體功能來(lái)參與介導(dǎo)心肌肥厚的病理過(guò)程。該課題組通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，OIP5-AS1在小鼠心力衰竭和心肌病的發(fā)生過(guò)程中表達(dá)下調(diào)，與野生型和雄性基因敲除小鼠相比，OIP5-AS1的缺失使雌性小鼠更易發(fā)生心臟超負(fù)荷引起的心力衰竭，且敲除OIP5-AS1后只在雌性小鼠TAC后導(dǎo)致心臟基因表達(dá)的特異性改變，其中與心臟能量代謝相關(guān)的基因表達(dá)大量缺失。變化最顯著的兩種基因?yàn)镻pargc1a (PGC1alpha表達(dá)減低約30%)和Esrrg (ERRgamma表達(dá)減低約25%)[10]，這兩個(gè)基因已被證實(shí)是能量生產(chǎn)(包括線粒體在內(nèi))關(guān)鍵的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，同時(shí)也是心臟代謝及其他功能的必要協(xié)調(diào)者。OIP5-AS1缺失潛在改變了雌性小鼠心臟在應(yīng)激狀態(tài)下的線粒體網(wǎng)絡(luò)，但是在基礎(chǔ)非應(yīng)激狀態(tài)下，OIP5-AS1的缺失并不影響線粒體的功能。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)與野生型小鼠相比，基因敲除組的雌性小鼠發(fā)生心房血栓的比例更高。Niu等[11]證明，大鼠心臟和心肌細(xì)胞培養(yǎng)物中OIP5-AS1的過(guò)度表達(dá)對(duì)短暫性心肌梗死引起的缺血再灌注損傷具有保護(hù)作用，這種保護(hù)作用是由線粒體功能的改變介導(dǎo)的。

綜上，未來(lái)對(duì)人類心力衰竭進(jìn)展的性別差異的研究，可以考慮分析lncRNAs(如OIP5-AS1)作為潛在調(diào)節(jié)器在線粒體功能中的調(diào)節(jié)作用。

1.4 MALAT1 轉(zhuǎn)移相關(guān)肺腺癌轉(zhuǎn)錄本1 (Metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1,MALAT1)首次在非小細(xì)胞肺癌中被報(bào)道，并與不良預(yù)后呈正相關(guān)。近年來(lái)，有報(bào)道稱MALAT1在心肌組織中大量表達(dá)，亦有研究表明，MALAT1可通過(guò)減少心肌細(xì)胞凋亡改善大鼠左心室功能。此外，有研究表明，MALAT1通過(guò)調(diào)節(jié)急性心肌梗死(AMI)后再灌注損傷心肌細(xì)胞的自噬參與疾病進(jìn)展[12]。

Hu等[13]研究確定了有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)充血性心衰模型大鼠的治療作用，其具體表現(xiàn)為抑制氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡減少，自噬增加。有氧運(yùn)動(dòng)降低了大鼠心肌組織中l(wèi)ncRNA MALAT1的表達(dá)，提高了miR-150-5p的水平，抑制了下游PI3K/Akt信號(hào)通路。這些結(jié)果表明有氧運(yùn)動(dòng)通過(guò)抑制心衰病理過(guò)程中的lncRNA MALAT1表達(dá)從而改善心功能，其潛在機(jī)制可能通過(guò)miR-150-5p/PI3K/Akt信號(hào)通路介導(dǎo)。闡明有氧運(yùn)動(dòng)對(duì)心力衰竭的作用機(jī)制為疾病的防治提供新的靶點(diǎn)分子。但該研究尚未證實(shí)miR-150-5p是MALAT1的直接靶點(diǎn)。

1.5 NEAT1 lncRNA核富集轉(zhuǎn)錄本-1(Nuclear-rich transcript 1, NEAT1)是一種已知與心肌功能密切相關(guān)的lncRNA。干擾NEAT1的水平可保護(hù)心肌細(xì)胞免受缺氧損傷[14]。NEAT1能夠競(jìng)爭(zhēng)性地結(jié)合心肌細(xì)胞中的miR-129-5p，從而促進(jìn)凋亡并抑制細(xì)胞增殖。研究表明miR-129-5p能夠改善充血性心力衰竭模型大鼠的心功能，并具有抑制心肌細(xì)胞凋亡的生物學(xué)功能[15]。

有研究者提出NEAT1可以調(diào)節(jié)炎癥趨化因子和細(xì)胞因子的表達(dá)，從而影響系統(tǒng)性紅斑狼瘡中的MAPK通路。研究人員通過(guò)激活PI3K/AKT/mTOR通路下調(diào)自噬相關(guān)的表達(dá)水平，確定miR-129-5p能夠部分抑制過(guò)氧化氫誘導(dǎo)的細(xì)胞自噬和凋亡[16]。miR-129-5p能夠通過(guò)介導(dǎo)NEAT1調(diào)控過(guò)氧化氫誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞損傷。然而，NEAT1和miR-129-5p的臨床應(yīng)用仍有待確定[17]。在Zhang等[18]的研究中發(fā)現(xiàn)，NEAT1和miR-129-5p與心衰的診斷標(biāo)志物(BNP、LVEF)呈線性相關(guān)。因此，NEAT1/miR-129-5p軸可能作為一種新的心衰標(biāo)志物，高水平的NEAT1和低水平的miR-129-5p與心衰患者的不良預(yù)后密切相關(guān)。NEAT1、miR-129-5p和BNP聯(lián)合使用可提高診斷準(zhǔn)確性，NEAT1高表達(dá)或miR-129-5p低表達(dá)的患者總生存期較差。多變量Cox分析顯示，NEAT1和miR-129-5p是心衰患者生存的獨(dú)立預(yù)后因素。Zhang等[18]的研究結(jié)果亦表明，心衰患者NEAT1表達(dá)增加，miR-129-5p表達(dá)降低。上述結(jié)果表明，lncRNA NEAT1和miR-129-5p可以作為心力衰竭防治的又一重要生物標(biāo)志物。

除上述lncRNA之外，還有許多已經(jīng)被報(bào)道的與心肌肥厚調(diào)控相關(guān)的lncRNAs，按照其與心肌肥厚的關(guān)系可分為兩類[19](表1)。

表1 心肌肥厚相關(guān)lncRNAs及miRNAs

2 小結(jié)

當(dāng)前l(fā)ncRNAs在心血管疾病中的作用及機(jī)制研究，進(jìn)行得如火如荼，展示出了潛在的臨床運(yùn)用前景，例如提供臨床生物標(biāo)志物及治療靶點(diǎn)。然而，作為生物標(biāo)志物，需要具有快速、易測(cè)等特點(diǎn)，但是當(dāng)前RNA的檢測(cè)手段定量PCR，卻花費(fèi)多、周期長(zhǎng)、不能做到絕對(duì)定量，因此，在新的技術(shù)手段出現(xiàn)之前，尚不足以大規(guī)模展開運(yùn)用。當(dāng)前發(fā)現(xiàn)的lncRNA，其發(fā)揮作用的主要方式均是間接作用，例如作為分子支架，調(diào)控功能蛋白的工作效應(yīng)，間接調(diào)控其靶基因。但是基因治療的一大難點(diǎn)是如何保證轉(zhuǎn)染的病毒、寡核苷酸準(zhǔn)確的送達(dá)目標(biāo)組織及細(xì)胞，并且定位表達(dá)，以及如何逃避肝臟及腎臟的代謝消除。綜上，lncRNA的臨床轉(zhuǎn)化工作盡管困難重重，但前景依然無(wú)可比擬。