lncRNA在心臟肥大中的作用研究進(jìn)展

晏 陽，鄧勇志

心臟肥大(cardiac hypertrophy，CH)是指在心臟前負(fù)荷或后負(fù)荷增加的情況下，為了維持外周器官的灌注量，以滿足其正常或應(yīng)激條件下的需求而導(dǎo)致的心肌細(xì)胞數(shù)量不變但心臟體積增加[1]，主要有兩種類型：生理性肥厚及病理性肥厚。生理性肥厚及病理性肥厚都涉及單個(gè)心肌細(xì)胞的肥大，都是作為心臟應(yīng)激(例如高血壓、瓣膜病、心肌梗死以及長期體育鍛煉)的適應(yīng)性反應(yīng)引起的，但是其潛在的分子機(jī)制、心臟表型及預(yù)后事件則完全不同。主要原因是生理性肥厚及病理性肥厚伴隨著基因表達(dá)的變化，從而導(dǎo)致心肌細(xì)胞新陳代謝、收縮力及存活的變化[2]。研究表明，長鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs，lncRNA)與微小型RNA(microRNAs，miRNA)均與心臟肥大高度相關(guān)[3]，但與miRNA受到的廣泛研究不同，lncRNA在心臟肥大的作用研究卻是剛剛開始[4]。

1 lncRNA的分類及功能

人類基因組的大部分均具有轉(zhuǎn)錄活性，但是只要極少部分能夠被翻譯成蛋白質(zhì)，其余都轉(zhuǎn)錄為非編碼RNA(non-coding RNAs，ncRNA)，非編碼RNA覆蓋人類基因組的98%以上[5]。lncRNA是指從基因組產(chǎn)生的長度大于200個(gè)核苷酸的轉(zhuǎn)錄本，編碼潛力有限。lncRNA的命名標(biāo)準(zhǔn)基于雨果基因命名委員會(huì)的命名指導(dǎo)指南，lncRNA的現(xiàn)有分類則取決于其描述性和獨(dú)特性[6]。隨著對RNA測序技術(shù)的深入了解，在不同的人體組織中已經(jīng)鑒定出5萬多個(gè)lncRNA，分別來源于內(nèi)含子、外顯子及基因間隔區(qū)[7]。lncRNA的功能主要通過其定位、序列或二級結(jié)構(gòu)來確定，其功能還可能通過與DNA、RNA和蛋白質(zhì)的相互作用來完成。因此基于lncRNA的基因組位置，可以將其分為5個(gè)類別：反義、雙向、內(nèi)含子和基因間，基因間和增強(qiáng)子lncRNAs包含其自身的啟動(dòng)子，與蛋白質(zhì)編碼基因不同。雙向lncRNA共享一個(gè)啟動(dòng)子，并從蛋白質(zhì)編碼基因的反義鏈轉(zhuǎn)錄，而內(nèi)含子lncRNA在蛋白質(zhì)編碼基因的內(nèi)含子區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)錄[8]。雖然不能基于lncRNA分類來確定lncRNA功能，但是分類有時(shí)候可以幫助了解其作用機(jī)制。還可以按其分子功能對lncRNA進(jìn)行分類。①信號(hào)lncRNA：可作為分子信號(hào)以整合發(fā)育線索或?qū)Ω鞣N刺激做出反應(yīng)，還可以作為重要的生物學(xué)事件標(biāo)記；②誘餌RNA：可以從染色質(zhì)上結(jié)合RNA結(jié)合蛋白(RNA-binding proteins，RBP)或滴定靶標(biāo)miRNA來調(diào)控轉(zhuǎn)錄；③導(dǎo)游lncRNA：通過募集染色質(zhì)修飾酶來修飾靶向基因位點(diǎn)；④支架RNA：組裝多種蛋白質(zhì)以形成核糖核蛋白復(fù)合物(ribonucleoprotein complex，RNP)影響組蛋白修飾；⑤增強(qiáng)劑lncRNA：通過充當(dāng)增強(qiáng)子來實(shí)現(xiàn)改變基因的表達(dá)[9]。

lncRNA調(diào)控可以分為3個(gè)部分來闡述：①在主動(dòng)轉(zhuǎn)錄過程中l(wèi)ncRNA可以進(jìn)行差異剪接或在刺激后利用新的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)；②轉(zhuǎn)錄完成后RNA修飾可以根據(jù)細(xì)胞的炎癥狀態(tài)添加或刪除修飾來改變lncRNA的分子結(jié)構(gòu)，或被加工成成熟的miRNA，或lncRNA具有小的開放閱讀框(small open reading frame，smORF)；③lncRNA在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中的調(diào)節(jié)功能，lncRNA可以是轉(zhuǎn)錄因子增強(qiáng)激活的支架，也可以是關(guān)閉染色質(zhì)的支架，可以影響穩(wěn)定性、改變剪接活性、修飾編輯甚至通過給成熟mRNA加帽來調(diào)控mRNA的轉(zhuǎn)錄。lncRNA還可以充當(dāng)miRNA海綿，間接地抑制miRNA靶向mRNA的表達(dá)，或在翻譯過程中與核糖體或mRNA轉(zhuǎn)錄物結(jié)合來調(diào)節(jié)mRNA的翻譯[10]。

2 lncRNA與心臟肥大的關(guān)系

lncRNA構(gòu)成了人類轉(zhuǎn)錄基因組的大部分，多項(xiàng)研究表明，最大的RNA轉(zhuǎn)錄類別在許多細(xì)胞過程包括細(xì)胞分化、組織器官發(fā)育到癌癥的發(fā)生中都發(fā)揮著重要的作用。目前，lncRNA的研究主要集中在癌癥領(lǐng)域[11]。隨著高通量RNA測序技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的證據(jù)表明lncRNA在心臟肥大的過程中發(fā)揮著重要作用，包括Chaer、Chast、Mhrt、CHRF、ROR、H19、ZEB2-AS1、Gm15834和MIAT在內(nèi)的lncRNA與心臟肥大密切相關(guān)。

2.1 lncRNA對心臟肥大的正向調(diào)控作用 表觀遺傳重編程是心臟肥大過程中基因誘導(dǎo)的關(guān)鍵過程，心臟肥大相關(guān)表觀遺傳調(diào)節(jié)物Chaer是在心臟肥大中富含的一種lncRNA，是介導(dǎo)心臟肥大過程的關(guān)鍵基因。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，Chaer在應(yīng)激刺激下在雷帕霉素(mTOR)信號(hào)傳導(dǎo)途徑上通過與多梳抑制物復(fù)合體(polycomb repressor complex 2，PRC2)催化亞基直接相互作用，抑制肥大基因組蛋白H3賴氨酸27甲基化，誘導(dǎo)心肌肥大的發(fā)生[12]。另一種心臟肥大相關(guān)轉(zhuǎn)錄物Chast在橫斷主動(dòng)脈縮窄(transverse aortic constriction，TAC)操作的小鼠體內(nèi)和主動(dòng)脈瓣狹窄病人的心臟中都發(fā)現(xiàn)明顯上調(diào)。Viereck等[13]研究發(fā)現(xiàn)，Chast負(fù)調(diào)節(jié)Chast反義鏈上的含Pleckstrin同源結(jié)構(gòu)域的蛋白家族M成員1(pleckstrin homology domain-containing protein family M member 1，Plekhm1)阻止心肌細(xì)胞自噬以此驅(qū)動(dòng)心肌肥大。而Cheng等[14]在探索lncRNA ZEB2-AS1與磷酸酶和張力蛋白同源物(phosphatase and tensin homolog，PTEN)對細(xì)胞表面積的調(diào)控作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)lncRNA ZEB2-AS1可以通過下調(diào)PTEN來刺激心臟肥大。除上述幾種方式以外，lncRNA Gm15834的強(qiáng)表達(dá)可增強(qiáng)心肌細(xì)胞的自噬活性促進(jìn)心肌肥大的發(fā)生，而沉默lncRNA Gm15834則減弱了自噬誘導(dǎo)的心肌肥厚。Gm15834還可以作為microRNA(miR)-30b-3p的內(nèi)源性海綿RNA，抑制miR-30b-3p增強(qiáng)了心肌的自噬活性并加劇了心肌肥大[15]。Wang等[16]發(fā)現(xiàn)，lncRNA-自噬促進(jìn)因子(autophagy promoting factor，APF)可以通過調(diào)節(jié)miR-188-3p從而提高自噬相關(guān)蛋白7(autophagy associated protein，ATG7)翻譯的表達(dá)，導(dǎo)致心肌缺血增加。Jiang等[17]研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA ROR通過充當(dāng)miR-133的海綿可以促進(jìn)心臟肥大反應(yīng)。相關(guān)研究還證明了lncRNA心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄本(myocardial infarction related transcript，MIAT)對心肌肥大的其他調(diào)節(jié)作用。Zhu等[18]研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA-MIAT增加了miR-150的表達(dá)，增強(qiáng)了心肌細(xì)胞的病理發(fā)育，從而促進(jìn)了心肌肥大的發(fā)展。還有研究指出，lncRNA UCA1在經(jīng)橫向主動(dòng)脈縮窄處理的小鼠心肌細(xì)胞中高表達(dá)，而miR-184是UCA1心臟肥大的靶標(biāo)，UCA1可以通過與miR-184競爭性結(jié)合來改善HOXA9 mRNA的表達(dá)，介導(dǎo)心肌肥大的發(fā)展[19]。lncRNA PEG10也可以通過調(diào)節(jié)HOXA9加重心肌肥大[20]。

2.2 lncRNA對心臟肥大的負(fù)向調(diào)控作用 與上述lncRNA對于心臟肥大的正向調(diào)控作用不同，越來越多的研究證明lncRNA與心臟肥大的負(fù)向調(diào)節(jié)也具有明顯的相關(guān)性。H19 lncRNA是一種在進(jìn)化上高度保守的基因，其與許多重要的生物過程與疾病相關(guān)。Liu等[21]通過RNA測序法檢測了正常和患病病人心臟中H19及其編碼的miR-675的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)其在病理性心臟肥大中上調(diào)，并在細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)敲低H19可誘導(dǎo)心肌肥大，為了進(jìn)一步驗(yàn)證H19在心臟肥大中的作用，研究者在新生小鼠心肌細(xì)胞中施用了用于小鼠H19的siRNA，用siRNA-H19轉(zhuǎn)染心肌細(xì)胞可顯著降低內(nèi)源性H19和miR-675的表達(dá)，并顯著增加細(xì)胞肥大，由此證明H19的過表達(dá)可以抑制心肌細(xì)胞的肥大生長。促肥大因子Ca/鈣調(diào)蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱδ(Ca/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱδ，CaMKⅡδ)是miR-675的直接靶標(biāo)，進(jìn)一步研究證明揭示了靶向CaMKIIδ的H19-miR-675軸作為心臟肥大的負(fù)調(diào)節(jié)劑的新功能[21]。進(jìn)一步研究表明，H19可以與PRC2發(fā)生相互作用抑制抗肥大性Tescalcin基因座的H3K27三甲基化從而抑制活化T細(xì)胞的表達(dá)和活性，進(jìn)一步逆轉(zhuǎn)病理性心肌肥大[22]。另有研究發(fā)現(xiàn)，之前未注釋過的lncRNA，稱之為抗肥厚性相關(guān)轉(zhuǎn)錄本(antihypertrophic interrelated transcript，Ahit)在橫斷主動(dòng)脈縮窄的小鼠心臟中表達(dá)上調(diào)，并在隨后的體內(nèi)與體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Ahit可以將肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2A(myocyte enhancer factor 2A，MEF2A)的啟動(dòng)子與核心PRC2蛋白zeste 12蛋白同源物的抑制劑(suppressor of zeste 12 protein homolog，SUZ12)結(jié)合并募集到MEF2A的啟動(dòng)子上觸發(fā)其在H3賴氨酸27殘基上的三甲基化(H3K27me3)并介導(dǎo)MEF2A的下調(diào)，從而防止心臟肥大。其中MEF2A是參與心肌肥大的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，Ahit介導(dǎo)的心肌肥大的抑制都與MEF2的表達(dá)有關(guān)，SUZ12是zeste 12蛋白同源物的抑制劑(suppressor of zeste 12 protein homolog，SUZ12)[23]。在本研究中提到lncRNA和miRNA之間在調(diào)節(jié)心臟肥大功能方面有重要聯(lián)系，并發(fā)現(xiàn)lncRNA Gm15834抑制miR-30b-3p增強(qiáng)了心肌的自噬活性并加劇了心肌肥大，但在后續(xù)研究中可以發(fā)現(xiàn)miR-30b-3p的過表達(dá)通過靶向調(diào)控unc-51-like激酶1(unc-51-like kinase 1，ULK1)的下游自噬因子反而抑制了自噬誘導(dǎo)的心肌肥大[15]。所以lncRNA與miRNA之間的相互作用及其在心臟肥大中的進(jìn)一步調(diào)節(jié)將是接下來研究的重點(diǎn)內(nèi)容。將心臟肥大相關(guān)調(diào)節(jié)劑(cardiac hypertrophy related regulator，CHRF)作為抗肥大性lncRNA，發(fā)現(xiàn)其在血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，Ang Ⅱ)誘導(dǎo)的TAC小鼠模型體內(nèi)和心肌肥大細(xì)胞模型中均被上調(diào)，Wang等[24]研究發(fā)現(xiàn)，CHRF是通過下調(diào)miR-489的表達(dá)水平來發(fā)揮抗心肌肥大作用。進(jìn)一步研究證明，miR-20b通過抑制PTEN的表達(dá)并間接加重蛋白激酶AKT的活性來誘導(dǎo)心臟肥大，AKT是PTEN的下游效應(yīng)子并參與心臟肥大的調(diào)節(jié)，而CHAR的過度表達(dá)可能下調(diào)miR-20b的水平，此研究表明，lncRNA CHAR通過海綿樣作用吸收miR-20b，調(diào)節(jié)miR-20b-PTEN-AKT信號(hào)傳導(dǎo)途徑減輕心肌肥大反應(yīng)[25]。

3 小結(jié)與展望

近年來，隨著RNA測序技術(shù)的發(fā)展，越來越多的研究表明lncRNA參與調(diào)節(jié)心臟重塑的多個(gè)病理過程，包括心肌肥大、自噬、壞死、凋亡、纖維化以及血管細(xì)胞的凋亡和增殖。因此，通過抑制疾病上調(diào)的lncRNA或增加疾病下調(diào)的lncRNA來操縱lncRNA表達(dá)水平代表了心臟重塑的新治療策略，但總的來說對于lncRNA與miRNA的認(rèn)知及研究仍處于初級階段，所以lncRNA在心臟肥大中的作用仍是現(xiàn)在及未來的熱點(diǎn)[26]。

lncRNA可以與不同的蛋白質(zhì)如PCR2、PTEN等結(jié)合介導(dǎo)心臟肥大的發(fā)生或減輕心肌肥大反應(yīng)；不同的lncRNA-miRNA也可以通過靶向不同的mRNA介導(dǎo)不同的生物學(xué)過程，例如：ROR與miR-133的組合可以促進(jìn)充當(dāng)miR-133的海綿以促進(jìn)心臟肥大反應(yīng)；MIAT通過增強(qiáng)miR-150的表達(dá)，促進(jìn)心肌肥大；而H19和miR-675的組合可以抑制CaMKIId和USP10的表達(dá)來調(diào)節(jié)心臟肥大；CHRF也可以下調(diào)的miR-489的表達(dá)水平來發(fā)揮抗心肌肥大作用等。這些研究證明了lncRNA有望成為指導(dǎo)個(gè)體化治療心臟肥大的新工具，但仍需要開展大規(guī)模的前瞻性臨床研究及進(jìn)一步的試驗(yàn)以確保其臨床效果[27]。

綜上所述，lncRNA在調(diào)節(jié)心臟肥大的生物過程中發(fā)揮著重要作用，通過在心肌細(xì)胞中的特異表達(dá)或與miRNA的組合，正向或負(fù)向的調(diào)控心肌肥大的發(fā)展，影響心臟肥大的進(jìn)展。迄今為止，針對lncRNA在動(dòng)物模型中的作用已經(jīng)成功地進(jìn)行了各種研究，但是由于lncRNA的先天免疫應(yīng)答及不可預(yù)測的毒性和lncRNA表現(xiàn)出來的物種特異性高和保守性差，所以即使在動(dòng)物模型中取得了成功，也并未進(jìn)行臨床臨床試驗(yàn)，對于這些發(fā)現(xiàn)能否可以轉(zhuǎn)移到人類上仍是一個(gè)未知數(shù)。因此，將lncRNA的治療靶向從動(dòng)物模型轉(zhuǎn)移至人類疾病尤為重要，通過對心臟肥大相關(guān)的lncRNA進(jìn)行更深入的研究，可以在生物學(xué)上獲得新的分子遺傳學(xué)見解，從而有可能創(chuàng)造出獨(dú)特的藥理和治療靶點(diǎn)機(jī)會(huì)。