長鏈非編碼RNA在糖尿病視網(wǎng)膜病變中的研究新進(jìn)展*

曾 蘭 綜述，譚 薇 審校

(遵義醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院眼科，貴州遵義 563000)

糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy，DR)是常見糖尿病微血管病變，已成為勞動(dòng)年齡人群失明的主要原因[1]。DR發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明，已成為全球眼科學(xué)者亟待解決的難題。尋找到任何可以阻止或延緩DR發(fā)生、發(fā)展的治療方法將給DR患者和整個(gè)社會(huì)發(fā)展帶來不可估量的現(xiàn)實(shí)意義。表觀遺傳學(xué)修飾主要涉及DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和非編碼RNA，其在DR發(fā)病機(jī)制研究中引起了廣泛關(guān)注[2]。表觀遺傳學(xué)改變通常是可逆的，無疑將成為未來DR潛在的治療新靶標(biāo)。有研究表明，多個(gè)長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)在DR中均呈差異表達(dá)，并在DR發(fā)病機(jī)制中具有重要作用。本文聚焦于lncRNA在DR發(fā)生、發(fā)展中的分子機(jī)制及調(diào)控作用，現(xiàn)綜述如下。

1 DR發(fā)病機(jī)制及病理生理概述

高糖環(huán)境下多條相互關(guān)聯(lián)的生化通路激活，包括蛋白激酶C激活、多元醇和乙糖胺途徑激活、晚期糖基化終產(chǎn)物生成增多、活性氧自由基產(chǎn)量增加、聚腺苷二磷酸核糖聚合酶激活，以及腎素-血管緊張素系統(tǒng)激活均將引起氧化應(yīng)激，從而進(jìn)一步導(dǎo)致神經(jīng)退行性病變、炎性反應(yīng)及新生血管生成[3]。神經(jīng)退行性改變是DR早期病理改變，視網(wǎng)膜組織線粒體功能紊亂和細(xì)胞凋亡將導(dǎo)致DR患者神經(jīng)退行性改變[4]。炎癥是DR病理過程的中心環(huán)節(jié)，細(xì)胞因子和促炎介質(zhì)上調(diào)將導(dǎo)致持續(xù)性低度炎癥，不僅可引起DR患者視網(wǎng)膜微血管病變(包括血視網(wǎng)膜屏障破壞和黃斑水腫)，還可與神經(jīng)退行性改變和血管新生相互作用共同導(dǎo)致DR發(fā)生、發(fā)展[5]。新生血管是DR晚期病理改變，視網(wǎng)膜微血管網(wǎng)路進(jìn)行性損傷和組織缺氧誘發(fā)的新生血管將進(jìn)一步引起玻璃體積血及牽拉性視網(wǎng)膜脫離，從而給DR患者造成嚴(yán)重視力損害[3]。

2 與DR相關(guān)并廣受關(guān)注的lncRNA

2.1 細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子2B-反義RNA1(CDKN2B antisense RNA1，CDKN2B-AS1)

CDKN2B-AS1在DR患者房水、玻璃體液及血清中均表達(dá)上調(diào)，可作為預(yù)測DR發(fā)生的潛在指標(biāo)，其上調(diào)可能與腎素-血管緊張素系統(tǒng)和核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)信號(hào)通路的激活有關(guān)[6]。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，抑制CDKN2B-AS1表達(dá)可通過NF-κB信號(hào)通路減少糖尿病鼠視網(wǎng)膜病理損傷及炎性標(biāo)志物表達(dá)[7]。CDKN2B-AS1在DR患者血管纖維膜中也呈高表達(dá)，并可能通過調(diào)控血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)表達(dá)參與增殖期糖尿病視網(wǎng)膜病變(proliferative diabetic retinopathy，PDR)[8]。在高糖誘導(dǎo)人視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細(xì)胞(human retinal endothelial cell，hREC)中，CDKN2B-AS1通過與多梳抑制復(fù)合物2相互作用調(diào)節(jié)DR中VEGF的表達(dá)及功能，促進(jìn)細(xì)胞增殖及管腔形成[9]。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)表明，抑制CDKN2B-AS1表達(dá)可減輕糖尿病鼠視網(wǎng)膜血管滲漏[9]?？傊?，CDKN2B-AS1可通過促進(jìn)炎性反應(yīng)及血管新生參與DR的發(fā)展過程。

2.2 肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1 (metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1)

DR患者血清中MALAT1表達(dá)上調(diào)，其可作為DR早期診斷及DR嚴(yán)重程度的無創(chuàng)生物標(biāo)志物[10]。MALAT1可激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，促進(jìn)hREC管腔形成及炎性反應(yīng)[11]。MALAT1還可通過海綿吸附微小RNA203a-3p(miR-203a-3p)[12]，以及競爭性結(jié)合miR-125b上調(diào)血管內(nèi)皮鈣粘連蛋白/β-連環(huán)蛋白復(fù)合物的表達(dá)[13]，參與hREC增殖、遷移和管腔形成。MALAT1下調(diào)將明顯改善糖尿病鼠視網(wǎng)膜周細(xì)胞丟失、毛細(xì)血管變性、微血管滲漏、炎癥及視網(wǎng)膜光感受器損害所致的糖尿病神經(jīng)變性[14-15]。總之，MALAT1在DR神經(jīng)變性、炎性反應(yīng)、血管新生方面均發(fā)揮了一定的致病作用。

2.3 心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄本(myocardial infarction associated transcript，MIAT)

DR患者血漿MIAT表達(dá)上調(diào)，且具有較高的DR診斷價(jià)值[16]。MIAT可通過上調(diào)轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)的表達(dá)促使視網(wǎng)膜色素上皮(retinal pigment epithelial，RPE)細(xì)胞凋亡[16]。原癌基因(cellular-myelocytomatosis viral oncogene，c-myc)通過MIAT/硫氧還蛋白相互作用蛋白信號(hào)通路可促進(jìn)Müller細(xì)胞促炎性細(xì)胞因子的釋放[17]。抑制MIAT表達(dá)可減輕糖尿病動(dòng)物模型的炎性反應(yīng)及血管滲漏[18]?？傊琈IAT參與了DR細(xì)胞凋亡及炎性反應(yīng)。

2.4 母系表達(dá)基因3(maternally expressed 3，MEG3)

DR患者血漿MEG3表達(dá)下調(diào)[19]，在高糖誘導(dǎo)hREC中，MEG3通過介導(dǎo)janus激酶2/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子3信號(hào)通路調(diào)控miR-19b/細(xì)胞因子信號(hào)傳導(dǎo)抑制因子6軸，從而減輕細(xì)胞凋亡和炎性反應(yīng)[20]。在高糖誘導(dǎo)Müller細(xì)胞中，褪黑素通過上調(diào)MEG3/miR-204/沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator 1，SIRT1)軸抑制細(xì)胞激活和促炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生[21]。在高糖誘導(dǎo)RPE細(xì)胞中，MEG3通過miR-93/核因子E2相關(guān)因子2軸抑制細(xì)胞凋亡和炎性反應(yīng)[19]；MEG3還可通過介導(dǎo)miR-34a/SIRT1軸抑制NF-κB信號(hào)通路，從而抑制細(xì)胞凋亡和炎癥[22]。在糖尿病動(dòng)物模型中，MEG3抑制白細(xì)胞介素-1β及叉頭轉(zhuǎn)錄因子01的表達(dá)，減輕視網(wǎng)膜水腫[23]。此外，轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白可能通過直接與多聚腺苷酸結(jié)合蛋白細(xì)胞質(zhì)1結(jié)合影響MEG3/miR-223-3p軸，從而抑制糖尿病鼠視網(wǎng)膜血管增殖[24]。對(duì)MEG3的深入研究發(fā)現(xiàn)，其可在多個(gè)靶細(xì)胞及糖尿病動(dòng)物模型中廣泛參與DR新生血管生成、細(xì)胞凋亡及炎性反應(yīng)病理過程，也許是將來DR診治的新策略。

2.5 H19印跡母系表達(dá)轉(zhuǎn)錄本(H19 imprinted maternally expressed transcript，H19)

THOMAS等[25]發(fā)現(xiàn)，H19在PDR患者玻璃體液中表達(dá)下調(diào)。在高糖誘導(dǎo)RPE細(xì)胞中H19、SIRT1表達(dá)均下調(diào)，miR-19b 表達(dá)上調(diào)，H19/miR-19b/SIRT1軸在高糖環(huán)境下的RPE細(xì)胞炎性反應(yīng)過程中起關(guān)鍵作用[26]。在高糖誘導(dǎo)RPE細(xì)胞中，H19、剪接型X盒結(jié)合蛋白1(spliced X-box-binding protein 1，XBP1s)表達(dá)均下調(diào)，miR-93表達(dá)上調(diào)[27]；H19/miR-93/XBP1s軸在高糖環(huán)境下的hREC炎性反應(yīng)過程中發(fā)揮著重要作用[27]。體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)表明，H19過表達(dá)可通過TGF-β1緩解高糖環(huán)境誘導(dǎo)的內(nèi)皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化表現(xiàn)[25]。總之，H19可影響DR炎性反應(yīng)及間充質(zhì)轉(zhuǎn)化。

2.6 漿細(xì)胞瘤變異異位基因1(Pvt1 oncogene 1，PVT1)

PVT1在DR患者血漿中表達(dá)上調(diào)，但未發(fā)現(xiàn)其與視網(wǎng)膜病變嚴(yán)重程度或藥物反應(yīng)(玻璃體腔內(nèi)注射阿柏西普)的相關(guān)性[28]。PDR患者玻璃體液及血管纖維膜中PVT1表達(dá)上調(diào)，miR-26b表達(dá)下調(diào)，二者可能相互作用影響PDR進(jìn)展[29]。

2.7 蘇氨酸蛋白激酶激活的非蛋白編碼RNA (BRAF-activated non-protein coding RNA，BANCR)

DR患者血漿BANCR表達(dá)下調(diào)，并具有一定的DR早期診斷價(jià)值[30]。上調(diào)BANCR表達(dá)可抑制高糖環(huán)境下的RPE細(xì)胞凋亡[30]。但另一項(xiàng)研究表明，DR患者血漿BANCR表達(dá)上調(diào)，上調(diào)BANCR表達(dá)可促進(jìn)高糖環(huán)境下的RPE細(xì)胞凋亡[31]。上述2項(xiàng)研究結(jié)果的差異尚有待于進(jìn)一步探索。

2.8 核富含豐富的轉(zhuǎn)錄本1(nuclear paraspeckle assembly transcript 1，NEAT1)

NEAT1在高糖誘導(dǎo)下的hREC、糖尿病鼠及DR患者血清中的表達(dá)均上調(diào)[32]。抑制NEAT1表達(dá)可抑制細(xì)胞凋亡、減輕氧化應(yīng)激損傷及減少炎性細(xì)胞因子表達(dá)，NEAT1可能通過激活VEGF、TGF-β1參與DR[32]。但另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，NEAT1在高糖誘導(dǎo)下的Müller細(xì)胞及糖尿病大鼠中表達(dá)均下調(diào)，NEAT1可能通過上調(diào)miR-497促進(jìn)細(xì)胞凋亡[33]。上述2項(xiàng)研究結(jié)果的差異尚有待于進(jìn)一步探索其可能的原因。

3 DR中起保護(hù)性作用的其他lncRNA

CAO等[34]基于高糖誘導(dǎo)的hREC細(xì)胞芯片數(shù)據(jù)建立競爭性內(nèi)源RNA網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步探索了關(guān)鍵競爭性內(nèi)源RNA——OIP5反義RNA 1(OIP5 antisense RNA 1，OIP5-AS1)/miR-449c/MYC。轉(zhuǎn)染miR-449c抑制劑后miR-449c表達(dá)下調(diào)，OIP5-AS1、MYC表達(dá)上調(diào)，細(xì)胞凋亡減少。過表達(dá)miR-497HG可通過miR-128-3p/SIRT1軸抑制hREC細(xì)胞增殖和遷移[35]。高糖誘導(dǎo)的hREC中小核仁RNA宿主基因7(small nucleolar RNA host gene 7，SNHG7)表達(dá)下調(diào)，過表達(dá)SNHG7可通過調(diào)節(jié)miR-543介導(dǎo)SIRT1/VEGF通路減弱血管生成[36]。AK077216在DR患者血漿中表達(dá)下調(diào)，過表達(dá)AK077216可通過下調(diào)miR-383抑制RPE細(xì)胞凋亡[37]。肺腺癌相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1(lung adenocarcinoma associated transcript 1，LUADT1)在DR患者血漿中表達(dá)下調(diào)，過表達(dá)LUADT1可通過海綿吸附miR-383上調(diào)過氧化物還原酶3的表達(dá)，從而抑制RPE細(xì)胞凋亡[38]。DR患者血漿長基因間非蛋白編碼RNA p53誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄本(long intergenic non-protein coding RNA-p53-induced transcript，LINC-PINT)表達(dá)下調(diào)，過表達(dá)LINC-PINT增加了RPE細(xì)胞存活率[39]。DR患者血漿波形蛋白反義RNA(VIM Antisense RNA 1，VIM-AS1)表達(dá)下調(diào)，miR-29表達(dá)上調(diào)，過表達(dá)VIM-AS1可能通過海綿吸附miR-29抑制RPE細(xì)胞增殖[40]。過表達(dá)生長停滯特異性轉(zhuǎn)錄本(growth arrest specific 5，GAS5)可通過調(diào)節(jié)肌漿網(wǎng)/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)ATP酶2b(sarcoplasmic-endoplasmic reticulum Ca2+ATPase 2b,SERCA-2b)抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，減少RPE細(xì)胞凋亡和炎性反應(yīng)[41]。過表達(dá)X染色體失活特異轉(zhuǎn)錄本(X inactive specific transcript，XIST)可通過競爭性結(jié)合has-miR-21-5p，減少RPE細(xì)胞凋亡[42]?？傊詇REC為靶細(xì)胞的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，OIP5-AS1、miR-497HG、SNHG7在DR中具有一定保護(hù)作用；以RPE為靶細(xì)胞的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，AK077216、LUADT1、LINC-PINT、VIM-AS1、GAS5、XIST在DR中也具有一定保護(hù)作用。

4 DR中起致病作用的其他lncRNA

DR患者血管纖維膜中睪丸發(fā)育相關(guān)基因1(testis development related 1，TDRG1)表達(dá)上調(diào)，TDRG1可通過上調(diào)VEGF促進(jìn)hREC細(xì)胞增殖及遷移[43]。叉頭蛋白F1相鄰非編碼發(fā)育調(diào)控RNA(FOXF1 adjacent non-coding developmental regulatory RNA，F(xiàn)ENDRR)在DR患者血漿中表達(dá)上調(diào)，并可促進(jìn)hREC細(xì)胞增殖[44]。高糖誘導(dǎo)的hREC中AT富集互動(dòng)域2-IR(AT-rich interactive domain 2-IR，Arid2-IR)表達(dá)上調(diào)，抑制Arid2-IR表達(dá)可通過與Smad3 結(jié)合減輕晚期糖基化終產(chǎn)物誘導(dǎo)的炎癥、氧化應(yīng)激及細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生[45]。DR患者血清肝細(xì)胞癌上調(diào)Zeste基因增強(qiáng)子同源物2相關(guān)lncRNA(hepatocellular carcinoma up-regulated EZH2-associated lnc RNA，HEIH)表達(dá)上調(diào)，HEIH/miR-939/VEGF軸可通過磷酸肌醇-3激酶/蛋白激酶B(protein kinase B，AKT)通路誘導(dǎo)RPE細(xì)胞凋亡[46]。抑制胰島素樣生子因子2反義RNA(IGF2 antisense RNA，IGF2-AS)表達(dá)可能通過AKT信號(hào)通路對(duì)RPE細(xì)胞凋亡起到保護(hù)作用[47]?？傊詇REC為靶細(xì)胞的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，TDRG1、FENDRR、Arid2-IR在DR發(fā)病過程中具有一定的致病作用；以RPE為靶細(xì)胞的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，HEIH、IGF2-AS在DR發(fā)病過程中也具有一定的致病作用。

5 小結(jié)與展望

DR作為糖尿病微血管并發(fā)癥的概念已發(fā)生演變，如今更傾向于DR是以視網(wǎng)膜血管及神經(jīng)元損傷為特征的一種更復(fù)雜的糖尿病并發(fā)癥。本文回顧了近年來lncRNA在DR發(fā)生、發(fā)展中的分子機(jī)制及調(diào)控作用。相關(guān)研究結(jié)果為從基因水平解釋DR發(fā)病機(jī)制提供了新視角，有助于尋找DR早期生物標(biāo)志物，基因治療有望成為DR防治新靶點(diǎn)。目前，對(duì)lncRNA的理解尚處于初級(jí)階段，在DR復(fù)雜的生物學(xué)過程中尚未發(fā)現(xiàn)的潛在lncRNA及作用機(jī)制仍需進(jìn)一步探索。

高通量技術(shù)的發(fā)展為系統(tǒng)篩選DR中存在差異表達(dá)的lncRNA帶來便利，如YAN等[48]利用基因芯片構(gòu)建糖尿病小鼠視網(wǎng)膜組織lncRNA表達(dá)譜，首次發(fā)現(xiàn)MALAT1在糖尿病小鼠視網(wǎng)膜中表達(dá)上調(diào)，為后續(xù)功能學(xué)和作用機(jī)制的深入研究提供有效參考。此外，本文所述部分lncRNA的發(fā)現(xiàn)是從與DR具有相同病因及發(fā)病機(jī)制的疾病中得到的啟示。

lncRNA作為一類新型調(diào)控分子可在幾乎所有疾病中發(fā)揮作用。有學(xué)者提出了競爭性內(nèi)源RNA假說，即信使RNA(mRNA)、轉(zhuǎn)錄的假基因、lncRNA通過競爭性與miRNA結(jié)合共同參與了基因的調(diào)控[49]。提示研究lncRNA需特別關(guān)注整個(gè)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。大多數(shù)lncRNA可調(diào)控特定蛋白活性，因此，其可能成為比傳統(tǒng)蛋白靶向藥物更為精細(xì)且毒性更低的潛在治療靶點(diǎn)。基于lncRNA對(duì)DR發(fā)病機(jī)制開展進(jìn)一步探索有望獲得DR防治新啟示，從而降低糖尿病患者因視網(wǎng)膜病變進(jìn)展而至失明的概率。

目前，DR的治療方法十分有限，盡管抗VEGF治療因能預(yù)防或減少視網(wǎng)膜新生血管生成而廣泛用于臨床，但其半衰期較短，因此，需要頻繁向玻璃體腔內(nèi)注射藥物。此外，許多患者也未能在視覺功能方面得到一定改善?；蛑委熅哂休^長的作用時(shí)間、更佳的療效及更少的不良反應(yīng)，有可能作為未來治療DR的新方向。基于有效性和安全性的考慮，大部分研究結(jié)果仍集中在動(dòng)物模型。隨著遞送載體及轉(zhuǎn)基因調(diào)控等技術(shù)的發(fā)展，使未來DR患者的基因治療成為可能。