長非編碼RNA在神經(jīng)系統(tǒng)損傷的研究進展

劉國東，張 力，單 聞，李 杰，韋武亭，鄧楚蕾 綜述 王玉海 審校

（1.南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬金陵醫(yī)院 東部戰(zhàn)區(qū)總醫(yī)院，江蘇 南京 210000；2.聯(lián)勤保障部隊904醫(yī)院神經(jīng)外科，江蘇 無錫 214000）

1 神經(jīng)系統(tǒng)損傷與lncRNA概述

創(chuàng)傷性顱腦損傷（traumatic brain injury，TBI）、蛛網(wǎng)膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）、腦出血（intracerebral hemorrhage，ICH）和缺血性腦卒中是常見神經(jīng)系統(tǒng)損傷，其病理過程包括炎癥、氧化應(yīng)激、細胞凋亡、自噬和血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）破壞等?？v使現(xiàn)代醫(yī)療發(fā)展至今，神經(jīng)系統(tǒng)損傷仍是導(dǎo)致殘疾和死亡的主要原因之一，因此，探索新的治療策略具有重大意義。

長 非 編 碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）是長度大于200 個核苷酸的非編碼RNA轉(zhuǎn)錄本[1]。最初lncRNA 被認為是轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物，但后來證據(jù)表明：lncRNA 可調(diào)節(jié)免疫、炎癥、細胞分化、細胞增殖等病理生理過程。lncRNA 可在表觀遺傳水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平和染色質(zhì)重塑水平上發(fā)揮作用，通過直接與靶基因結(jié)合或招募轉(zhuǎn)錄因子來激活或抑制靶基因表達[2]。因此，許多疾病例如神經(jīng)系統(tǒng)損傷在發(fā)展過程中與lncRNA失調(diào)有關(guān)。

2 神經(jīng)系統(tǒng)損傷中的lncRNA

近年通過高通量測序等技術(shù)發(fā)現(xiàn)一些與繼發(fā)性腦損傷相關(guān)的異常表達lncRNA，如：轉(zhuǎn)移相關(guān)肺腺癌轉(zhuǎn)錄本1（MALAT1）、母體表達基因3（MEG3）、NF-κB 相互作用的lncRNA（NKILA）等。本文著重介紹在神經(jīng)系統(tǒng)損傷研究較多的幾種lncRNA，以呈現(xiàn)lncRNA在神經(jīng)系統(tǒng)損傷的進展（表1）。

表1 lncRNA在神經(jīng)系統(tǒng)損傷的作用及分子靶點

2.1 NKILA NKILA 稱 為NF-κB 相 互 作 用 的lncRNA，2015 年在乳腺癌中首次發(fā)現(xiàn)[3]。lncRNA NKILA基因的啟動子區(qū)域含有NF-κB結(jié)合序列，在細胞質(zhì)中，NKILA 與NF-κB p65-IκB 復(fù)合物結(jié)合形成穩(wěn)定的三元復(fù)合物，并屏蔽IκB 的磷酸化位點，以抑制IκB磷酸化和p65/p50核轉(zhuǎn)位，從而抑制NF-κB激活，對炎癥反應(yīng)起調(diào)節(jié)作用[3]。由于NF-κB 信號通路在許多生理和病理過程中起著關(guān)鍵作用，NKILA對NF-κB 的調(diào)節(jié)不僅限于腫瘤進展和轉(zhuǎn)移方面，還可能作用于胚胎和組織發(fā)育、免疫和應(yīng)激反應(yīng)、炎癥和其他與NF-κB 激活相關(guān)疾病等方面。近年來，NKILA 在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的作用已有部分研究。文獻報道，大鼠腦出血后NKILA 表達降低，抑制NKILA可顯著減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和自噬，激活NF-κB 通路，增加神經(jīng)功能缺損和腦水腫，誘導(dǎo)血腦屏障破壞，進而導(dǎo)致海馬神經(jīng)元丟失和炎癥細胞因子產(chǎn)生[4]。另一項研究表明：在氧葡萄糖剝奪/復(fù)氧（OGD/R）處理的神經(jīng)細胞中發(fā)現(xiàn)NKILA 上調(diào)，使NF-κB 信號失活，從而介導(dǎo)隨后的神經(jīng)細胞死亡[5]。此外，在缺氧處理的視網(wǎng)膜細胞中發(fā)現(xiàn)NKILA 表達上調(diào)并負性調(diào)節(jié)NF-κB 促進視網(wǎng)膜細胞死亡。相反，抑制NKILA 通過促進NF-κB 激活來保護視網(wǎng)膜細胞免受缺氧的影響[6]。

2.2 MEG3 MEG3 是一個含有1.6kb 堿基對的基因，通過選擇性剪接可產(chǎn)生12 個不同的MEG3 基因轉(zhuǎn)錄本。MEG3 首次被鑒定為具有腫瘤抑制功能的lncRNA，隨后研究結(jié)果表明：MEG3 可參與細胞重塑，抵抗神經(jīng)元損傷[7]。在大腦中動脈阻塞誘導(dǎo)的缺血性腦梗死模型中，MEG3作為miR-181b的競爭內(nèi)源性RNA 來調(diào)節(jié)12/15-LOX 表達[8]。最新一項研究表明：MEG3 表達水平與臨床SAH 病人的嚴重程度呈正相關(guān)，可能通過抑制PI3K/Akt 通路促進SAH誘導(dǎo)的神經(jīng)細胞損傷[9]。

2.3 ANRIL ANRIL的作用包括胚胎發(fā)育、血管生成和細胞增殖[10]。在糖尿病合并腦梗死大鼠模型中，ANRIL 過表達通過激活NF-κB 信號通路促進血管內(nèi)皮生長因子表達，從而促進血管生成[11]。在大鼠腦梗死模型中，可以觀察到敲低ANRIL的大鼠神經(jīng)功能評分和病理損傷優(yōu)于未下調(diào)組，凋亡神經(jīng)元的數(shù)量明顯減少，促凋亡蛋白表達水平明顯降低，其神經(jīng)保護作用可能與ANRIL 抑制NF-κB 信號通路有關(guān)[12]。ANRIL 也可以減輕氧葡萄糖剝奪（OGD）誘導(dǎo)的細胞損傷，其機制是通過抑制miR-127 表達來提高細胞存活率，減少細胞凋亡[13]。

2.4 MALAT1 MALAT1是一種保守、穩(wěn)定和豐富的lncRNA（6.5kb），最初在腫瘤中發(fā)現(xiàn)其上調(diào)與癌細胞增殖、轉(zhuǎn)移、存活和復(fù)發(fā)有關(guān)[14]。然而，越來越多證據(jù)表明，MALAT1 在腦損傷后的細胞再生中具有特殊作用，其在血管內(nèi)皮細胞、骨骼肌和心肌細胞表達豐富，并參與炎癥過程、細胞增殖分化、肌肉生成和血管生成[15]。研究還表明：MALAT1 作為自噬誘導(dǎo)劑，可以減輕缺氧-葡萄糖剝奪-復(fù)氧所致的腦微血管內(nèi)皮細胞（BMEC）損傷[16]。此外，MALAT1可減輕高血糖誘導(dǎo)的內(nèi)皮細胞炎癥[17]。

3 lncRNA在神經(jīng)系統(tǒng)損傷的作用

3.1 減輕炎癥 炎癥在繼發(fā)性腦損傷中起著關(guān)鍵作用，正常情況下，炎癥反應(yīng)可對抗入侵的病原體，恢復(fù)受損細胞，并維持機體穩(wěn)態(tài)。然而，在神經(jīng)系統(tǒng)損傷中，過度炎癥反應(yīng)可進一步加重腦損傷，導(dǎo)致BBB 破壞、腦水腫、小膠質(zhì)細胞和星形膠質(zhì)細胞激活、外周血白細胞遷移和募集、各種炎性因子釋放等。這些細胞因子反過來又募集更多的中性粒細胞和單核細胞進入受損的大腦，從而擴大炎癥級聯(lián)反應(yīng)，加重腦損傷[18]。

lncRNA 在神經(jīng)系統(tǒng)損傷引起的炎癥反應(yīng)中起著重要作用。在缺血性卒中模型中，促炎因子（如：E-選擇素、單核細胞趨化蛋白-1 和白介素-6）水平顯著增加，敲低MALAT1后這些促炎因子水平進一步增加，提示MALAT1 在缺血性卒中具有抗炎作用[19]。此外，在缺血性卒中的體外模型中，高水平lncRNA Gm4419 提高TNF-α、IL-1β 和IL-6 的表達，導(dǎo)致OGD/R誘導(dǎo)的星形膠質(zhì)細胞產(chǎn)生更嚴重的炎癥反應(yīng)[20]。因此，lncRNA 可起到抑制炎癥或促進炎癥作用，將lncRNA 作為一種調(diào)節(jié)神經(jīng)系統(tǒng)炎癥新方式具有應(yīng)用前景。

3.2 減少細胞凋亡 細胞凋亡是一種程序性細胞死亡（PCD），在正常的細胞周期、免疫功能、激素依賴性萎縮、胚胎發(fā)育和化學(xué)誘導(dǎo)的細胞死亡中起著至關(guān)重要的作用[21]。凋亡不足可導(dǎo)致自身免疫疾病或者腫瘤，而凋亡過度可導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病或缺血性損傷。在神經(jīng)系統(tǒng)損傷中常伴隨神經(jīng)細胞凋亡，這可能會加劇繼發(fā)性腦損傷。研究表明：在神經(jīng)系統(tǒng)損傷中l(wèi)ncRNA 可調(diào)節(jié)神經(jīng)元凋亡，過表達lncRNA N1LR 可顯著減少小鼠腦缺血再灌注損傷后神經(jīng)元凋亡[22]。在大鼠SAH 模型中，lncRNA MEG3 過表達上調(diào)Bcl-2 相關(guān)X 蛋白（Bax）、p53 及caspase-3表達，下調(diào)Bcl-2蛋白表達，這提示MEG3可促進細胞凋亡[9]。這些結(jié)果表明：調(diào)節(jié)lncRNA 可減少神經(jīng)細胞凋亡。

3.3 保護BBB BBB 是一種高度特異性的半透屏障，在神經(jīng)系統(tǒng)中將血液與腦組織和細胞外液隔開。在結(jié)構(gòu)上，BBB 由緊密連接的腦內(nèi)皮細胞形成，它允許水、脂溶性分子、葡萄糖和氨基酸通過，對維持大腦穩(wěn)態(tài)和正常神經(jīng)功能至關(guān)重要。神經(jīng)系統(tǒng)損傷導(dǎo)致緊密連接破裂、內(nèi)皮細胞死亡、緊密連接蛋白與細胞骨架偶聯(lián)降低等，都可能導(dǎo)致BBB 損傷[23]。在體外缺血性卒中模型中發(fā)現(xiàn)lncRNA MALAT1可促進腦微血管內(nèi)皮細胞存活，保護BBB免受OGD/R 破壞[16]。因此，lncRNA 在保護BBB 方面值得進一步探究。

4 神經(jīng)系統(tǒng)損傷中l(wèi)ncRNA作用的下游分子

在神經(jīng)系統(tǒng)損傷中介導(dǎo)lncRNA 發(fā)揮作用的具體機制尚未完全清楚，目前已發(fā)現(xiàn)lncRNA 作用靶點有miRNA、NF-κB 信號通路、PI3K/AKT 信號通路等。

4.1 MicroRNA（miRNA） miRNA 是一種微小非編碼RNA，長度約22 個核苷酸，在許多哺乳動物細胞中穩(wěn)定存在，能夠靶向調(diào)控人類近60%的基因，可控制細胞增殖和分化、細胞存活、免疫反應(yīng)、血管生成和炎癥等病理生理過程。lncRNA MALAT1 可作為內(nèi)源性海綿直接與miR-26b 結(jié)合，下調(diào)miR-26b 表達，從而促進腦微血管內(nèi)皮細胞在OGD/R 條件下存活[16]。此外，抑制lncRNA MEG3可上調(diào)miR-147表達，減少缺氧導(dǎo)致的神經(jīng)細胞凋亡[24]。

4.2 NF-κB 信號通路 核因子-κB（NF-κB）是一個轉(zhuǎn)錄因子家族，在炎癥過程中發(fā)揮著重要作用。NF-κB 在腦神經(jīng)元中含量豐富，通過控制細胞因子、趨化因子和炎癥轉(zhuǎn)錄因子等基因轉(zhuǎn)錄，調(diào)節(jié)神經(jīng)元炎癥反應(yīng)，在神經(jīng)系統(tǒng)中起保護性或破壞性作用。NF-κB 通路是lncRNA 調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)的中心靶點。在缺血性卒中模型中，敲低lncRNA Gm4419 或C2dat1 可使NF-κB 和各種炎癥因子如TNF-α、IL-1β、IL-6 表達水平降低[25]。此外，在大鼠腦出血模型中，敲低lncRNA NKILA 可使NF-κB 活性和促炎因子表達明顯增高[4]。因此，lncRNA 對NF-κB 介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥反應(yīng)具有重要意義。

4.3 PI3K/AKT 信號通路 PI3K/AKT 通路是一個高度保守、嚴格控制的信號級聯(lián)，在調(diào)節(jié)細胞增殖、分化、代謝和存活方面起著至關(guān)重要的作用。近年來，發(fā)現(xiàn)多個lncRNA通過激活PI3K/AKT通路在神經(jīng)系統(tǒng)損傷中具有保護作用。例如，在腦I/R 損傷中，過表達MALAT1 通過激活PI3K/AKT 來減少細胞凋亡[26]。lncRNA MEG3 通過抑制PI3K/AKT 通路加重SAH 誘導(dǎo)的神經(jīng)細胞凋亡。這些提示PI3K/AKT通路可能是lncRNA治療神經(jīng)系統(tǒng)損傷的潛在靶點之一[9]。

5 總結(jié)與展望

lncRNA 是人類基因組的重要組成部分，可調(diào)控基因表達的許多方面。lncRNA 在神經(jīng)系統(tǒng)損傷中起著關(guān)鍵作用，參與許多病理生理過程，具體作用機制還需要進一步探究。本文綜述部分lncRNA及其下游分子在中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的作用。近年lncRNA 成為具有吸引力的治療靶點，有助于在未來開發(fā)出新的治療策略。在當前研究水平，調(diào)控lncRNA 的方式包括：利用小分子抑制劑、反義技術(shù)、小干擾RNA/短發(fā)夾RNA等可抑制相關(guān)lncRNA表達，使用質(zhì)粒、脂質(zhì)體、病毒等載體可在組織或細胞內(nèi)過表達lncRNA[27]。相信，在不久將來，人們會攻克基因治療的重重難關(guān)，真正將其應(yīng)用于人類疾病。靶向lncRNA可為治療神經(jīng)損傷帶來新的方向。