長(zhǎng)鏈非編碼RNA在神經(jīng)退行性疾病中作用機(jī)制的研究進(jìn)展

武世萍,俞 坤,鞏盼盼,王滿俠

(蘭州大學(xué)第二醫(yī)院,中國(guó)甘肅 蘭州 730030)

隨著人類基因組計(jì)劃的完成,人們發(fā)現(xiàn)只有 不到5%的基因是由編碼序列組成的,而大部分基因缺乏編碼蛋白質(zhì)所需的開放閱讀框(open reading frame,ORF),故不能翻譯為蛋白質(zhì)[1]。一般情況下,根據(jù)轉(zhuǎn)錄本長(zhǎng)度是否小于200個(gè)核苷酸,非編碼RNA(non-coding RNA,ncRNA)可分為短鏈非編碼RNA和長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA),短鏈非編碼RNA包含轉(zhuǎn)移RNA(transfer RNA,tRNA)、核糖體 RNA(ribosomal RNA,rRNA)等,主要在基因表達(dá)過程中發(fā)揮重要作用,而lncRNA是轉(zhuǎn)錄本長(zhǎng)度大于200 nt的具有特定二級(jí)結(jié)構(gòu)的ncRNA,多位于細(xì)胞核或胞質(zhì)內(nèi)[2]。由于此前認(rèn)識(shí)不足,lncRNA一直被認(rèn)為是基因轉(zhuǎn)錄過程中的“噪音”,其生物學(xué)價(jià)值未被重視。近10余年來,隨著芯片靈敏度和二代測(cè)序技術(shù)的提高,超過50 000個(gè)人類lncRNA基因組被發(fā)現(xiàn),這引起了分子生物學(xué)領(lǐng)域的高度關(guān)注[3]?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn),lncRNA與包括自身免疫性疾病、惡性腫瘤在內(nèi)的多種人類疾病的發(fā)病機(jī)制相關(guān)[4～5]。神經(jīng)退行性疾病(neurodegenerative diseases,NDDs)是一類以大腦和脊髓神經(jīng)元細(xì)胞喪失為特征的疾病,包括阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)、帕金森病(Parkinson’s disease,PD)、肌萎縮側(cè)索硬化(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)、多發(fā)性硬化(multiple sclerosis,MS)及亨廷頓病(Huntington disease,HD)等[6]。在不同NDDs發(fā)生發(fā)展過程中,研究人員觀察到lncRNA似乎發(fā)揮著重要的調(diào)控功能[6～7]。本文將簡(jiǎn)要介紹lncRNA起源、分類及可能的生物學(xué)功能,重點(diǎn)總結(jié)lncRNA在臨床常見NDDs中可能發(fā)揮的作用機(jī)制的研究進(jìn)展,以期加深人們對(duì)lncRNA生物學(xué)作用和NDDs發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí),為其診斷及治療提供新思路。

1 lncRNA生物起源、分類及可能的作用機(jī)制

lncRNA的生物起源至今仍不清楚,大多數(shù)lncRNA是由RNA聚合酶Ⅱ(polymerase Ⅱ,pol Ⅱ)低效轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的,其處理過程與mRNA生成相似,也形成5′端帽結(jié)構(gòu)和3′端多聚腺苷尾結(jié)構(gòu)[8]。因lncRNA在哺乳動(dòng)物中具有低序列保守性及快速進(jìn)化的特點(diǎn),故學(xué)者們對(duì)其起源提出如下假說:1)蛋白質(zhì)編碼基因在復(fù)制過程中發(fā)生變形產(chǎn)生;2)由其他ncRNA基因的片段或全基因復(fù)制演化而來;3)通過從頭生成產(chǎn)生,如染色體重排;4)轉(zhuǎn)座因子(transposable elements,TEs)的插入[9]。近年的研究發(fā)現(xiàn),lncRNA具有與mRNA不同的轉(zhuǎn)錄、加工、輸出和周轉(zhuǎn)方式,這可能與lncRNA的細(xì)胞命運(yùn)和功能密切相關(guān)[8]。

lncRNA的分類依據(jù)目前仍存在爭(zhēng)議,業(yè)界認(rèn)為應(yīng)優(yōu)先考慮轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的大小及定位,其次是功能[10]。根據(jù)lncRNA與蛋白質(zhì)編碼基因的相對(duì)位置和轉(zhuǎn)錄模式,其可分為4種不同類型:基因間區(qū)長(zhǎng)非編碼RNA(long intergenic non-coding RNA,lincRNA)、內(nèi)含子lncRNA、重疊lncRNA及雙向lncRNA[7,10]。對(duì)lncRNA分類的研究或許有助于其生物起源及生物學(xué)功能的理解。

研究發(fā)現(xiàn),lncRNA通過與DNA、RNA和蛋白質(zhì)相互作用,調(diào)節(jié)染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能以及編碼基因的轉(zhuǎn)錄,并可以影響核糖核酸的剪接、穩(wěn)定性和翻譯[8]。其可能的作用方式有:1)與染色質(zhì)修飾復(fù)合物相互作用,充當(dāng)染色質(zhì)修飾物的支架;2)與轉(zhuǎn)錄因子相互作用激發(fā)轉(zhuǎn)錄;3)作為響應(yīng)信號(hào)特定地刺激或抑制轉(zhuǎn)錄;4)結(jié)合調(diào)控蛋白作為引導(dǎo)RNA,引導(dǎo)調(diào)控蛋白到特定位點(diǎn)進(jìn)行染色質(zhì)修飾;5)作為特定基因增強(qiáng)子和啟動(dòng)子之間的橋梁,激活轉(zhuǎn)錄;6)其他,即作為RNA加工過程的調(diào)節(jié)因子等[8,11]。lncRNA調(diào)控機(jī)制繁雜,其生物學(xué)功能的識(shí)別是分子生物領(lǐng)域一大挑戰(zhàn)。

2 lncRNA與中樞神經(jīng)系統(tǒng)

全基因組轉(zhuǎn)錄研究表明,約有40%的lncRNA基因在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system,CNS)中特異表達(dá),參與CNS的發(fā)育及病理過程[12]。CNS的發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜且高度定型的過程,研究已證實(shí),lncRNA從早期神經(jīng)分化到晚期突觸發(fā)生都發(fā)揮了不可或缺的作用,包括神經(jīng)胚層分化、神經(jīng)元-膠質(zhì)細(xì)胞命運(yùn)決定、突觸發(fā)生、突觸可塑性和強(qiáng)度的構(gòu)建等[12～14]。例如:內(nèi)胚層相關(guān)lncRNA1(definitive endoderm-associated lncRNA1,DEANR1)通過積極調(diào)節(jié)內(nèi)胚層因子FOXA2的表達(dá)可促進(jìn)內(nèi)胚層分化[14];轉(zhuǎn)移相關(guān)的肺腺癌轉(zhuǎn)錄本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1,MALAT1)是一種有助于神經(jīng)軸突細(xì)化的lncRNA,可促進(jìn)突觸發(fā)生相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄[13]。除此以外,研究人員還發(fā)現(xiàn),lncRNA與CNS不同類型的病理過程密切相關(guān),如腦血管病、神經(jīng)精神障礙(neuropsychiatric disorder,NPD)、神經(jīng)膠質(zhì)瘤、NDDs等,意味著這些尚未被充分理解的轉(zhuǎn)錄本在CNS疾病中也具有重要作用[11,15～16]。下面將著重介紹lncRNA在NDDs中的研究進(jìn)展。

3 lncRNA與神經(jīng)退行性疾病

NDDs是大腦特定神經(jīng)元群體及其聯(lián)系功能進(jìn)行性喪失而引發(fā)的病理狀態(tài),隨著人口老齡化的到來,其患病率呈逐年上升趨勢(shì),盡管醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展日新月異,但仍無有效治療措施,臨床治療主要以延緩疾病進(jìn)展為主[11,17]。研究發(fā)現(xiàn),lnc-RNA的異常表達(dá)或者基因突變與NDDs有一定關(guān)聯(lián),研究?jī)烧咧g的關(guān)系對(duì)理解NDDs的發(fā)生發(fā)展具有重要意義,并有可能在未來為此類疾病的治療提供思路。表1是幾種臨床常見NDDs中主要失調(diào)的lncRNA及調(diào)節(jié)作用。

表1 常見神經(jīng)退行性疾病中表達(dá)失調(diào)的lncRNATable 1 Dysregulated lncRNAs in common NDDs

3.1 lncRNA與阿爾茨海默病

AD是一種以細(xì)胞外β淀粉樣蛋白(amyloid β-peptide,Aβ)沉積、神經(jīng)原纖維纏結(jié)(neurofibrillary tangle,NFT)形成、神經(jīng)元丟失、突觸性和營(yíng)養(yǎng)不良性神經(jīng)炎為病理特征的典型NDDs[18～19]。AD已成為老年人癡呆的最常見原因,也是致死的主要原因;據(jù)估計(jì),到2050年,全球AD患者將達(dá)8 000萬之多,這將顯著增加社會(huì)負(fù)擔(dān)[18～19]。lncRNA在AD發(fā)生發(fā)展中的機(jī)制是近年研究的熱點(diǎn),現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)多種lncRNA參與調(diào)節(jié)Aβ沉積、神經(jīng)炎癥、突觸功能衰竭、神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子消耗等AD病理改變過程[18],其中研究最為深入的是lncRNA與Aβ異常沉積的關(guān)系。

Aβ斑塊的形成是淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein,APP)被β位點(diǎn)APP裂解酶1(βsite APP cleaving enzyme 1,BACE1)和 γ-分泌酶連續(xù)蛋白水解切割的結(jié)果,BACE1的失調(diào)可引起Aβ過度產(chǎn)生,導(dǎo)致AD發(fā)生[18]。β位點(diǎn)APP裂解酶1反義RNA(β-site APP cleaving enzyme 1 antisense RNA,BACE1-AS)是11號(hào)染色體(11q23.3)上BACE1基因的反義轉(zhuǎn)錄本。研究發(fā)現(xiàn),BACE1-AS在mRNA和蛋白質(zhì)水平上調(diào)節(jié)BACE1的表達(dá),BACE1-AS可與BACE1 mRNA配對(duì)形成RNA雙工,增強(qiáng)BACE1 mRNA穩(wěn)定性,進(jìn)而通過轉(zhuǎn)錄后前饋機(jī)制增強(qiáng)APP加工和毒性Aβ生成[19]。Liu等[20]發(fā)現(xiàn),在AD患者及Aβ誘導(dǎo)的AD細(xì)胞模型中,BACE1-AS和BACE1 mRNA的表達(dá)較對(duì)照組均增加,BACE1-AS的沉默可使細(xì)胞中BACE1的表達(dá)在mRNA和蛋白質(zhì)水平上顯著降低。Feng等[21]對(duì)88名AD患者和72名健康對(duì)照血漿中的4個(gè)lncRNA水平進(jìn)行了測(cè)定,發(fā)現(xiàn)BACE1在AD患者組特異性升高(P=0.006),受試者操作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲線提示,相較于其他lncRNA,BACE1為最佳候選者。而Fotuhi等[22]比較了45名AD患者和36名健康對(duì)照血漿中的BACE1-AS水平,發(fā)現(xiàn)AD患者組BACE1-AS水平與對(duì)照組并無顯著差異(P=0.41),這與上述Feng等[21]的研究結(jié)論并不一致,而且此研究還發(fā)現(xiàn),AD患者BACE1-AS的水平與簡(jiǎn)易精神狀態(tài)評(píng)價(jià)量表(mini-mental state examination,MMSE)評(píng)分高低有關(guān),MMSE≥20的AD患者血漿BACE1-AS水平顯著降低,而 MMSE＜20的患者血漿BACE1-AS水平顯著高于對(duì)照組。以上研究提示,BACE1和BACE1-AS在血漿中穩(wěn)定存在,是AD非常有潛力的生物標(biāo)志物;但是,可能與病情進(jìn)展、樣本量不足等因素相關(guān),研究結(jié)果并未獲得良好的一致性,未來需要更多的臨床研究證實(shí)其臨床價(jià)值。

51A是一種由RNA聚合酶Ⅲ(polymerase Ⅲ,pol Ⅲ)轉(zhuǎn)錄的長(zhǎng)度約300 nt的lncRNA,由人sortilin相關(guān)受體1(sortilin-related receptor 1,SORL1)基因的反義構(gòu)型轉(zhuǎn)錄而來[23～24]。SORL1亦稱為L(zhǎng)R11或SORLA,是低密度脂蛋白受體家族中一員,在神經(jīng)元中大量特異性表達(dá)。AD患者腦脊液中SORL1的表達(dá)水平降低,SORL1表達(dá)的減少或缺失會(huì)影響APP的運(yùn)輸及蛋白水解切割,促進(jìn)神經(jīng)毒性Aβ的產(chǎn)生[24]。研究發(fā)現(xiàn),51A在大腦皮質(zhì)中高表達(dá),其通過與SORL1前mRNA的內(nèi)含子配對(duì)結(jié)合,發(fā)生選擇性剪接(alternative splicing,AS)事件,導(dǎo)致典型SORL1蛋白產(chǎn)量減少和選擇性變體產(chǎn)量增加,引起APP加工受損和Aβ生成增加[25]。一項(xiàng)研究表明,散發(fā)性AD患者血漿51A的表達(dá)較健康對(duì)照組明顯上調(diào)(P＜0.001),提示這種lncRNA有作為AD生物標(biāo)志物的可能價(jià)值;而且,該研究還發(fā)現(xiàn)其表達(dá)水平與MMSE評(píng)分呈負(fù)相關(guān)(P＜0.001),提示其與AD嚴(yán)重程度存在一定聯(lián)系[26]。

神經(jīng)母細(xì)胞瘤分化標(biāo)志物29(neuroblastoma differentiation marker 29,NDM29)也是一種由RNA pol Ⅲ轉(zhuǎn)錄的lncRNA,炎癥刺激可促使其表達(dá)增加,與年齡匹配的對(duì)照組相比,NDM29在AD患者的大腦皮質(zhì)中表達(dá)增強(qiáng),這表明NDM29與AD發(fā)病可能相關(guān)[19]。從機(jī)制上來說,高水平的NDM29會(huì)使APP在mRNA及蛋白質(zhì)水平表達(dá)增加,同時(shí)可使BACE1的切割活性增強(qiáng),進(jìn)而促進(jìn)兩種主要的Aβ異構(gòu)體Aβ42和Aβ40的產(chǎn)生,并且明顯升高Aβ42/Aβ40比值,而Aβ42是AD病理斑塊的主要組成成分[27]。綜上可知,NDM29與AD發(fā)病機(jī)制有一定關(guān)聯(lián),可增加毒性Aβ的產(chǎn)生。

腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)是哺乳動(dòng)物大腦中非常重要的神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子之一,與突觸功能、神經(jīng)發(fā)生和認(rèn)知功能密切相關(guān),可使神經(jīng)元免受損傷并促進(jìn)受損神經(jīng)元修復(fù)[28]。相關(guān)證據(jù)表明,BDNF可能通過激發(fā)非淀粉樣蛋白生成加工途徑來調(diào)節(jié)APP生成,從而減少Aβ的產(chǎn)生[29]。lncRNA BDNF-AS是BDNF的天然反義轉(zhuǎn)錄物,可通過改變BDNF的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)來抑制BDNF mRNA轉(zhuǎn)錄位點(diǎn),使BDNF表達(dá)水平降低,促進(jìn)神經(jīng)毒性Aβ的產(chǎn)生[30]。針對(duì)BDNF-AS/BDNF mRNA/BDNF信號(hào)通路的研究或許能為AD的藥物研發(fā)提供新的思路。

17A是依賴于RNA pol Ⅲ的lncRNA,可嵌入人G蛋白偶聯(lián)受體51(G-protein-coupled receptor 51,GPR51)基因內(nèi)含子3的反義方向,影響GPR51選擇性剪接(AS),并促進(jìn)γ氨基丁酸B型受體2(γ-aminobutyric acid type B receptor 2,GABABR2)可選擇性和非功能性剪接異構(gòu)體的形成,降低GABABR2典型異構(gòu)體的轉(zhuǎn)錄,這一事件顯著損害了GABAB信號(hào)通路,使Aβ分泌增強(qiáng),并以增加Aβ42/Aβ40比值為主[18]。Massone 等[31]報(bào)道,17A 在AD患者腦中響應(yīng)炎癥刺激而表達(dá)增加,從而促進(jìn)Aβ分泌并增加其積累,提示其可能直接或間接參與了AD的發(fā)病機(jī)制。

核富集豐富轉(zhuǎn)錄本1(nuclear paraspeckle assembly transcript 1,NEAT1)是人11號(hào)染色體特定位點(diǎn)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的lncRNA,分為NEAT1-1(3.7 kb)和 NEAT1-2(22.7 kb)兩種亞型[32]。Wang 等[33]研究發(fā)現(xiàn),NEAT1下調(diào)通過抑制內(nèi)吞相關(guān)基因的表達(dá)減少介導(dǎo)Aβ清除的神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞。具體機(jī)制為:NEAT1-1沉默使得內(nèi)吞相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)附近組蛋白H3K27乙?；?H3K27Ac)下調(diào)和H3-K27巴豆酰化(H3K27Cro)上調(diào),并介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子STAT3與H3K27Ac相互作用,降低多個(gè)相關(guān)基因的表達(dá),從而削弱內(nèi)吞作用,造成Aβ清除減少、沉積增加。但Zhao等[34]的研究卻發(fā)現(xiàn),NEAT1在AD小鼠模型中顯著上調(diào),而miR124顯著下調(diào),敲除NEAT1或過表達(dá)miR124對(duì)Aβ誘導(dǎo)的AD模型具有保護(hù)作用,說明NEAT1可能通過調(diào)節(jié)miR-124在AD的發(fā)展中發(fā)揮作用。Ke等[35]還發(fā)現(xiàn),NEAT1可以作為miR-107的“分子海綿”,使Aβ誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷加重?？傊?以上研究提示,NEAT1通過多種作用機(jī)制參與Aβ的代謝過程,與AD發(fā)病密切相關(guān),可能為AD的診斷及治療提供新的研究靶點(diǎn)。

除此以外,腦胞質(zhì)200(brain cytoplasmic 200,BC200)、Sox2重疊轉(zhuǎn)錄本(Sox2OT)等 lncRNA 也可通過特定的作用機(jī)制參與AD的發(fā)生發(fā)展[19]。總之,近幾年來,針對(duì)lncRNA與AD關(guān)系的研究結(jié)果得到很多關(guān)注,lncRNA這一新型分子的發(fā)現(xiàn)對(duì)于揭示AD潛在發(fā)病機(jī)制具有極其重要的意義,有益于藥物研究的發(fā)展和臨床診治水平的提升。

3.2 lncRNA與帕金森病

PD是第二常見的進(jìn)展緩慢的NDDs,影響2%～3%的65歲以上人群。此病主要特征是黑質(zhì)-紋狀體系統(tǒng)多巴胺能神經(jīng)元進(jìn)行性變性,導(dǎo)致紋狀體多巴胺缺乏,繼而引起運(yùn)動(dòng)功能障礙。PD主要臨床運(yùn)動(dòng)癥狀包括靜止性震顫、肌張力增高、運(yùn)動(dòng)遲緩和姿勢(shì)不穩(wěn),這也是其臨床診斷的基石[36]。迄今為止,該疾病都不能得到充分的治療,現(xiàn)用藥物只能緩解癥狀和延緩進(jìn)展[37]。近年來,研究發(fā)現(xiàn),大量lncRNA在PD患者和PD實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭胁町惐磉_(dá),它們通過影響α-突觸核蛋白(α-synuclein,α-syn)沉積、溶酶體自噬系統(tǒng)、多巴胺神經(jīng)元凋亡、神經(jīng)炎癥等方面參與PD發(fā)病機(jī)制[37～38]。

泛素羧基末端水解酶L1(ubiquitin carboxyterminal hydrolase L1,UchL1)是一種神經(jīng)元限制性蛋白,作為去泛素化酶或單泛素穩(wěn)定劑發(fā)揮作用,UchL1基因突變已被報(bào)道與家族性PD密切相關(guān),并且有報(bào)道稱PD患者腦中Uchl1蛋白出現(xiàn)氧化失活[39]。lncRNA UchL1-AS是UchL1的反義轉(zhuǎn)錄本,在多巴胺能神經(jīng)元的細(xì)胞核中含量豐富,它是SINEUPs(上調(diào)翻譯的SINEB2序列)的代表成員,可以在轉(zhuǎn)錄后水平增加UchL1的蛋白質(zhì)合成,進(jìn)而參與PD發(fā)病過程[40]。Zhang等[41]發(fā)現(xiàn),在PD動(dòng)物模型中l(wèi)ncRNA SNHG14的表達(dá)水平升高,沉默的SNHG14可以通過miR-133b下調(diào)α-syn生成和聚集,減輕多巴胺能神經(jīng)元損傷,改善PD的病理狀態(tài)。磷酸酶和張力素同源物誘導(dǎo)的激酶1(phosphatase and tensin homologue-induced kinase 1,PINK1)是PD相關(guān)的易感基因,其缺失或過表達(dá)可導(dǎo)致多巴胺釋放受損和運(yùn)動(dòng)缺陷,naPINK1是PINK1基因座特異性反義轉(zhuǎn)錄本,可以穩(wěn)定PINK1的表達(dá),調(diào)控線粒體氧化應(yīng)激[7]。Yan等[42]的研究發(fā)現(xiàn),lncRNA NEAT1可通過穩(wěn)定PINK1蛋白,促進(jìn)1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine,MPTP)誘導(dǎo)的PD小鼠的自噬,從而減輕多巴胺能神經(jīng)元的損傷。此外,MALAT1可與α-syn結(jié)合,增強(qiáng)其穩(wěn)定性,導(dǎo)致α-syn表達(dá)增加;同時(shí)也能充當(dāng)miR-124-3p與miR-129的“分子海綿”,參與調(diào)控PD神經(jīng)元凋亡[37]。多種lncRNA通過特定的通路在PD的病理過程中發(fā)揮重要作用,這使得lncRNA有望成為PD早期檢測(cè)的生物標(biāo)志物,并可為PD靶向治療的發(fā)展提供新思路。

3.3 lncRNA與多發(fā)性硬化

MS是一種主要由細(xì)胞免疫介導(dǎo)的CNS慢性炎性脫髓鞘疾病。MS發(fā)病機(jī)制不明,全球患病人數(shù)200～300萬,是目前青壯年神經(jīng)系統(tǒng)非創(chuàng)傷性殘疾的最常見原因[43]。已有研究表明,lncRNA失調(diào)在炎癥和自身免疫性疾病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮關(guān)鍵作用[44]。近年來,研究人員在MS患者及體外模型中也發(fā)現(xiàn)了異常表達(dá)的lncRNA,并發(fā)現(xiàn)lncRNA主要通過調(diào)控CD4+輔助性T細(xì)胞(helper T cell,Th cell)的分化參與MS發(fā)病機(jī)制[45]。

linc-MAF-4是一種染色質(zhì)相關(guān)的CD4+Th1特異性lincRNA,其表達(dá)水平與Th2相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子MAF的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)[46]。Zhang等[47]對(duì)MS患者和健康對(duì)照組的外周血單個(gè)核細(xì)胞進(jìn)行了微陣列分析,發(fā)現(xiàn)MS組的linc-MAF-4表達(dá)明顯高于對(duì)照組;進(jìn)一步將合成的linc-MAF-4轉(zhuǎn)染初代CD4+T細(xì)胞,發(fā)現(xiàn)linc-MAF-4可通過抑制Th2細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄因子MAF,促進(jìn)Th1細(xì)胞分化,抑制Th2細(xì)胞分化,進(jìn)而促進(jìn)MS發(fā)生。DNA損傷誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子4(DNA-damage-inducible transcript 4,DDIT4)是一種高度保守的應(yīng)激反應(yīng)基因,為lncDDIT4順式調(diào)控的候選靶點(diǎn),MS大規(guī)模全基因組關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)lncDDIT4高表達(dá)[48]。研究證明,lncDDIT4的過表達(dá)通過增加CD4+T細(xì)胞中DDIT4 RNA的表達(dá)并降低DDIT4-哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)通路的激活,抑制Th17細(xì)胞分化,而Th17細(xì)胞的異常分化與MS密切相關(guān)[49]。Cardamone等[50]的體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)顯示了lncRNA MALAT1在調(diào)節(jié)MS相關(guān)的AS事件方面的作用,提示它參與了MS發(fā)病機(jī)制。MALAT1可參與炎癥反應(yīng)過程,CD4+T細(xì)胞中MALAT1低表達(dá)可刺激T細(xì)胞向致病性Th1和Th17表型分化,抑制調(diào)節(jié)性T細(xì)胞(regulatory T cell,Treg)分化,這有可能是其參與MS發(fā)病的作用機(jī)制,但需要相關(guān)研究進(jìn)一步證實(shí)[45]。Shaker等[51]檢測(cè)了MS患者血清MALAT1表達(dá)水平,發(fā)現(xiàn)患者血清MALAT1水平相較于對(duì)照組顯著升高,并且在復(fù)發(fā)緩解型MS患者中升高得更明顯,提示其水平可能與MS病程及進(jìn)展相關(guān)。此外,HOX轉(zhuǎn)錄反義基因間RNA(HOX transcript antisense intergenic RNA,HOTAIR)、INK4位點(diǎn)的反義非編碼RNA(antisense non-coding RNA in the INK4 locus,ANRIL)、生長(zhǎng)抑制特異性轉(zhuǎn)錄本5(gowth arrestspecific transcript 5,GAS5)等lncRNA也與MS發(fā)病機(jī)制存在一定關(guān)聯(lián)[45]。以上研究結(jié)果表明,lnc-RNA主要通過調(diào)控炎癥細(xì)胞的分化參與MS的發(fā)病機(jī)制,提示lncRNA有作為MS生物標(biāo)志物的潛力,相關(guān)信號(hào)通路的研究也可能為MS的靶向治療提供理論依據(jù)。

3.4 lncRNA與亨廷頓病

HD是亨廷頓蛋白(huntingtin,HTT)編碼基因的多聚谷氨酰胺區(qū)(polyglutamine,polyQ)胞嘧啶-腺嘌呤-鳥嘌呤(cytosine-adenine-guanine,CAG)重復(fù)序列的異常擴(kuò)增導(dǎo)致的常染色體顯性遺傳病,臨床以認(rèn)知功能障礙、手足舞蹈病和精神障礙為特征[52]。一項(xiàng)微陣列數(shù)據(jù)分析顯示,HD患者大腦中存在數(shù)個(gè)表達(dá)失調(diào)的lncRNA,比如HTT反義轉(zhuǎn)錄物(antisense transcript of HTT,HTT-AS)等,提示lncRNA可能與HD發(fā)病相關(guān)[53]。

HTT-AS可交替剪接成HTT-AS-v1和HTTAS-v2兩種類型。內(nèi)源性HTT-AS-v1已被證實(shí)在體內(nèi)對(duì)HTT有直接的調(diào)節(jié)作用,降低HTT-AS-v1的表達(dá)可導(dǎo)致內(nèi)源性HTT表達(dá)增加20%,相反,HTT-AS-v1的過表達(dá)使內(nèi)源性HTT表達(dá)降低約25%,暗示提高HTT-AS表達(dá)可能是HD治療的重要途徑[54]。研究發(fā)現(xiàn),lncRNA NEAT1在HD基因敲入小鼠和HD患者紋狀體神經(jīng)元中表達(dá)增加,其升高依賴于突變型亨廷頓蛋白(mutant huntingtin,mHTT),這些生物學(xué)結(jié)局可能與NEAT1和p53相互作用后改變p53穩(wěn)定性或者NEAT1直接影響蛋白酶體降解有關(guān)[52,55]。?；撬嵘险{(diào)基因1(taurine upregulated gene 1,TUG1)是一種剪接的lncRNA,為一種促生存因子,有研究提示,TUG1可作為p53的下游靶點(diǎn)被上調(diào),從而產(chǎn)生神經(jīng)元保護(hù)作用,使其免受mHTT引起的細(xì)胞毒性效應(yīng)[53,56]。此外,人類加速區(qū)1(human accelerated region 1,HAR1)、母系表達(dá)基因3(maternally expressed gene 3,Meg3)等lncRNA也與HD發(fā)病存在一定聯(lián)系,但是這些lncRNA在HD患者腦內(nèi)的表達(dá)水平差異較大,具體作用機(jī)制也有待進(jìn)一步研究[53]。2021年,Tan等[57]系統(tǒng)分析了HD患者的基因表達(dá)譜數(shù)據(jù),篩選出差異表達(dá)的490個(gè)mRNA和94個(gè)lnc-RNA,并建立了mRNA與lncRNA的蛋白質(zhì)相互作用網(wǎng)絡(luò)譜,發(fā)現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA(competing endogenous RNA,ceRNA)網(wǎng)絡(luò)中存在多種轉(zhuǎn)錄因子的相互作用,提示lncRNA可能通過控制這些蛋白質(zhì)編碼基因的表達(dá),特別是轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá),調(diào)控HD的發(fā)病。該研究為揭示lncRNA在HD中的作用機(jī)制提供了新的線索,未來需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證上述ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)譜,并闡明其在HD發(fā)病機(jī)制中的作用。

3.5 lncRNA與其他NNDs

ALS是一種以上、下運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元損害為突出表現(xiàn)的慢性進(jìn)行性疾病,表現(xiàn)為肌肉萎縮、球麻痹和錐體束體征等[58]。2021年,Liu等[59]通過生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn),MALAT1參與調(diào)控的SYNRG、ITSN2、AAK1等基因可能與ALS發(fā)病機(jī)制有密切關(guān)系,這為ALS的研究提供了新的視角。額顳葉癡呆(frontotemporal dementia,FTD)是一組以大腦額葉和顳葉前部萎縮為特征的慢性進(jìn)行性CNS變性疾病[60]。交互反應(yīng)DNA結(jié)合蛋白43(transactive response DNA-binding protein 43,TDP-43)和肉瘤融合蛋白(fused in sarcoma,FUS)在胞漿內(nèi)異常聚集是FTD的特征[61],充分了解導(dǎo)致TDP43和FUS異常沉積的通路可為FTD的研究提供新思路。脊髓小腦共濟(jì)失調(diào)8型(spinocerebellar ataxia type 8,SCA8)與大腦特異表達(dá)的lncRNA ATXN8OS相關(guān),推測(cè)與其參與調(diào)控臨近的蛋白質(zhì)編碼基因KLHL1有關(guān)[62]。SCA7由ATXN7基因中胞嘧啶-腺嘌呤-鳥嘌呤(CAG)重復(fù)序列異常擴(kuò)增引起,lncRNA ATXN7L3B可與ATXN7 mRNA相互作用,影響ATXN7表達(dá),提示lncRNA可能參與調(diào)控SCA7 發(fā)病過程[63]。

4 總結(jié)與展望

綜上所述,lncRNA作為一大類不編碼蛋白質(zhì)的 RNA,在 AD、PD、MS、HD 等多種 NDDs中發(fā)揮重要的調(diào)控功能,不同lncRNA可通過多種作用模式,在轉(zhuǎn)錄前、轉(zhuǎn)錄過程及轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)與上述疾病有關(guān)的基因表達(dá)過程,將lncRNA作為NDDs有價(jià)值的生物標(biāo)志物或治療靶點(diǎn)是值得期待的。雖然目前l(fā)ncRNA在NDDs發(fā)病機(jī)制中的確切作用機(jī)制仍不甚清楚,但是隨著基因調(diào)控研究的不斷深入和更多生物學(xué)方法的涌現(xiàn),lncRNA生物學(xué)功能和分子機(jī)制必將被進(jìn)一步闡明,這將為NDDs的診斷及治療提供更多的理論指導(dǎo)。