長鏈非編碼RNA與心血管疾病的研究進展

趙 洋,劉 洋，楊一波,廉 瑞,宋春莉

(吉林大學第二醫院 心血管內科，吉林 長春130041)

長鏈非編碼RNA與心血管疾病的研究進展

趙 洋,劉 洋，楊一波,廉 瑞,宋春莉*

(吉林大學第二醫院 心血管內科，吉林 長春130041)

目前，心血管疾病已經成為了嚴重威脅人類生命健康的重大慢性疾病之一。盡管日益發展的醫療技術使心血管疾病的患者經過醫治后，癥狀能夠得到一定的緩解，生活質量得到改善，但是至今仍無法從根本上使心血管疾病得到逆轉或終止其進一步發展。不僅如此，相比于過去幾十年，人類新的不良生活習慣也漸漸成為心血管疾病新的危險因素，使心血管疾病對人類健康的危害變得更加嚴重[1]。臨床上對心血管疾病的早期診斷方法和有效的治療手段的需求更加迫切。

隨著人類基因組計劃的完成，全基因組關聯分析(Genome-wide association study,GWAS)發現人類基因組中的編碼基因數量從預測中的至少200萬下降至20500，即蛋白質編碼RNA不足全部RNA的3%，剩余絕大多數的RNA不具備編碼蛋白質的功能[2]。起初，由于非編碼序列數量、種類和功能均不十分明確，這些非編碼轉錄本(ncRNA)也被認為不會在基因表達調控中發揮任何作用。近期ENCODE公布了占人類基因組98%的非編碼序列解碼，明確了至少80%的基因轉錄本是具有生物學作用的，其中1.1%～1.5%的轉錄本可以編碼蛋白質，剩余的絕大部分為ncRNA[3]。在ncRNA中，長度>200nt為長鏈非編碼RNA(lncRNAs)。迄今為止，人類已經發現了數十萬種真核生物的lncRNA，并且其中一小部分lncRNA被發現具備編碼微小肽鏈的作用[4]。近年來，研究發現lncRNA可通過調節基因的啟動子和增強子調節周圍基因表達，能夠從表觀遺傳學、轉錄調控及轉錄后調控等多個方面實現對基因表達的調控，進而調節細胞的增殖、凋亡、損傷和自噬，由此參與疾病的發生和發展[5-6]。盡管其具體的調控方式仍然不明確，但越來越多的證據表明lncRNA在基因表達的過程中起著嚴密的調控作用，并且在多學科多領域都具有活躍的功能。lncRNA有潛力成為新的生物學標志物用于疾病的診斷、治療和預后評估，甚至作為新的靶點為疾病的診療提供新的途徑。

1 lncRNA 的特征和功能

大多數lncRNA由RNA聚合酶Ⅱ轉錄而來，有5’端帽子和3’端polyA尾的結構。相比于mRNA，lncRNA缺乏可以翻譯的完整的開放閱讀框，且表達水平較低，但其組織和細胞特異性相對較高[7]。此外，lncRNA在多種組織和細胞中廣泛分布，大多數lncRNA分布于細胞核中，也有一小部分存在于細胞質中[8]，其在進化過程中具有低保守性和高靈活性、高適應性的特點。隨著基因測序技術的發展和應用，人類體內越來越多的lncRNA不斷被發現，但對于lncRNA的分類尚無統一的標準。目前主要根據lncRNA的編碼序列在基因中的與蛋白質編碼基因的相對位置把它分為5類：①正義lncRNA：與蛋白質編碼序列的正義鏈部分重疊或完全將其覆蓋。②反義lncRNA：與蛋白質編碼序列的反義鏈部分重疊或完全將其覆蓋。③雙向lncRNA：位于與蛋白質轉錄起始點相差>1 000 bp的反義鏈上，二者轉錄方向相反。④基因內lncRNA：RNA序列完全位于另一個轉錄本的內含子區域內，也叫內含子lncRNA。⑤基因間lncRNA:lncRNA序列不與蛋白編碼基因相鄰，位于兩蛋白編碼基因之間的區域。另外根據與蛋白編碼RNA的相似度可分為：mlnRNA和lincRNA。根據生物學功能可分為4類：①具有增強子作用的lncRNA；②miRNA的初級轉錄本lncRNA；③piRNA的初級轉錄本lncRnA；④競爭性內源RNA。此外，在生物體內，lncRNA根據其效應機制不同可分為信號分子、誘餌分子、引導分子、骨架分子[9]。

作為序列更長的lncRNA相比于snlRNA(short non-coding RNA)，其種類、數量較多，功能也更復雜，各片段發揮的作用目前尚不能系統闡明，大多數也沒有有效的檢測方法。

2 長鏈非編碼RNA與心血管疾病的關系

2.1 lncRNA與冠狀動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化的一個重要發病機制就是血管平滑肌細胞的遷移和增值，血管平滑肌細胞的遷移和增值導致血管狹窄和痙攣，是動脈粥樣硬化發生的病理基礎。有研究表明，lncRNA-ANRIL能夠通過調控血管平滑肌細胞的行為引起動脈粥樣硬化的改變。其基因序列位于染色體9p21上一段不包含任何已知的蛋白編碼基因的序列上，因其與冠狀動脈疾病(Coronary Artery Disease，CAD)發病風險相關，故有“CAD區間”之稱[10]，其中ANRIL在基因上橫跨126300bps。ANRIL基因位于INK4基因座上，包含了19個外顯子，可轉錄成一段與INK4b-AFR-INK4a基因座呈轉錄反方向的RNA。作用于位于ARF基因轉錄起始位點上游約300bps 的一個外顯子的5’端，導致INK4位點的基因沉默。從而促進血管平滑肌細胞增殖和動脈粥樣斑塊的形成。最近研究表明[11]，ANRIL還可通過反向調節靶基因，增加VSMC增殖、黏附、減少細胞凋亡，這些行為是冠狀動脈粥樣硬化發生的必經過程。這種反式調控依賴一個特有的散在分布的重復序列(Alu結構單元)，這一特有序列存在于ANRIL靶基因的啟動子和ANRIL的反義轉錄物中。此外，9p21區域上的單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism,SNPs)與lncRNA-ANRIL轉錄產物的表達水平也有著密切關系。其中一個較短的CAD風險SNP等位基因(rs10757278)，能夠干擾轉錄因子STAT1結合，從而抑制ANRIL的表達[11,12]。因ANRIL基因在冠狀動脈平滑肌細胞、血管內皮細胞、單核-巨噬細胞系統等許多與冠心病相關的組織中均有不同程度的表達，所以我們推測LncRNA可能在調控冠心病發生發展的全新機制中發揮作用，也有理由期待其成為冠狀動脈粥樣硬化性心臟病新的診斷及防治手段研究的重要線索。

2.2 長鏈非編碼RNA與心肌梗死

研究發現，lncRNA-MAIT可以影響人類心肌梗死(Myocardial Infarction,MI)的易感性。Ishii[13]等最早發現MI相關轉錄本(Myocardial Infarction associated transcript,MIAT)也稱Gomafu，它位于人類染色體22q12.1區，該基因包含5個外顯子，其中第5個外顯子SNP位點的變異增加了MIAT的表達，且與MI的易感性呈正相關。Vausort[14]等臨床研究發現非ST段抬高型心肌梗死患者MIAT的表達水平高于ST段抬高型心肌梗死患者。但MIAT是如何參與MI的發病過程、提高MI發生風險的，目前尚不明確，還需要進一步的研究。有報道稱，MIAT功能是通過Wnt信號通路調控心肌狀態和影響MI易感性的，但調節機制尚不明確。Vausort等[14]對比研究心肌梗死患者組與健康者組LncRNA的表達發現了心肌梗死后MALAT1(metastasis-assosiated lung adenocarcinoma transcript 1)表達水平比健康組更高。Wang等[15]研究證實了lncRNA-APF(自噬促成因子)通過與miR-188-3p作用影響心肌梗死的嚴重程度。研究人員發現外周血中LncRNAs的表達水平在MI發生后受到了調控。多項研究表明，lncRNA可通過動態表達的變化，參與多種生物學過程。如LIPCAR(long intergenic noncoding RNA predicting caidiac remodeling),在心肌梗死發生后表達下調，而在終末期心衰的患者中LIPCAR表達上調[16]。由此可見，進一步的研究將有望使得這些lncRNA幫助我們找到能夠更早提示心肌梗死的發生、早期識別發病嚴重程度的相關生物學指標，從而通過對外周血的分析測得該指標的相關數據，將對臨床診療提供新方法具有重大意義。

2.3 lncRNA與心肌肥厚

組織學分析發現MYH6(alpha-myosin.heavy chain)的表達下調和NPPA(natriuretic peptide precursor A)在mRNA水平的的調節與心肌肥厚的發生有密切的關系。Liu等研究表明[17]，NPPA-antisence 可通過調控NPPA的基因選擇性剪切調節心房鈉尿肽的濃度。進而對心血管系統產生影響，盡管嬰兒期以后NPPA在人體內已停止表達，但在心力衰竭及心肌細胞增大的患者中NPPA可被再次激活進而在心血管疾病的終末階段發生和發展中扮演重要角色。Liu等[17]通過心肌肥厚的小鼠模型與臨床研究發現，h19、rmrp、hotair在人類心肌肥厚患者中的調節作用是相似的。Wang等[18]在主動脈狹窄和心衰患者中還檢測到CHRF(cardiac hypertrophy related factors)表達上調，區別于其廣泛分布于其他組織中的是，在心血管細胞中可以通過相應調控機制引起心肌細胞肥厚和心肌細胞凋亡。CHRF與miR-489結合，使miR-489水平下調。而miR-489具有抗心肌細胞肥厚的作用。miR-489的下調同時也抑制了其與MyD88的結合從而導致NF-kB信號通路被激活，進而調控心肌肥厚和心力衰竭的發生。

2.4 LncRNA與心力衰竭

Greco[19]等通過對非終末期心力衰竭患者和條件與之匹配的健康者組成的對照組提取左心室心肌組織進行研究，發現了14個lncRNA在心衰患者組中對非終末期心衰發生起到了重要的調節作用，其中有10個lncRNA上調，4個lncRNA下調。進一步研究發現了9個lncRNA(CDK2B-ASI、EGOT、H19、HOTAiR、Loc285194、RMRP、RNY5、SOX2-OT和SRA1)在非終末期心衰與終末期心衰中的調節具有一致性。但RMST的表達水平在非終末期心衰患者中表達上調而在終末期心衰患者中表達下調，這提示了RMST在兩組患者中的表達水平存在差別，雖然其在心力衰竭過程中的作用機制尚不得而知，但其有潛力成為判斷心衰患者疾病進展程度的新指標。Liu等[17]采用微列陣檢測和qPCR證實的方式，通過結扎大鼠冠狀動脈前降支制成心肌梗死后缺血再灌注損傷模型進行研究。結果發現有64個lncRNA上調和87個lncRNA下調。其中一個下調的lncRNA被命名為UAC-1，研究發現UAC-1與細胞過氧化引起的細胞凋亡相關。研究還發現UAC-1的表達水平與p27的表達呈負相關。進一步研究證實了UAC-1表達水平的下調可刺激p27的過度表達，進而使p27蛋白過度生成，促使心肌細胞凋亡，最終可導致心衰發生。

盡管在科學家的不斷努力下越來越多的心衰相關的lncRNA還在不斷的被發現，但是對大多數lncRNA的認識還處于對疾病相關性的研究層面，其調控機制尚不十分明確，還需要更多的實驗帶領我們進一步去探索。

3 結語和展望

隨著lncRNAs的作用和種類被不斷地研究和闡明，lncRNA與心血管系統疾病的關系也越來越密切、越來越復雜。從心臟的發育、心臟細胞的生長化生到心臟衰老、凋亡以及心血管疾病的發生、發展都可以發現與lncRNA調控作用有著千絲萬縷的聯系。CAD相關的ANRIL的變異，對VSMC的增生和CAD發生的影響，可以推測其未來可能成為AS新的診斷標志物、CAD的重要危險相關因子而被檢測并應用至臨床工作中。MI發生后MIAT與MALAT1的特征性改變可作為MI的新的標志物。心肌肥厚和心衰作為高發病率及高死亡率的多種心臟病終末期表現得的疾病，與相當多種lncRMA(CHRF、UCA-1等)的調控密不可分，只是其中不論是上調因子還是下調因子的具體調控機制目前還不清楚，這些都提示我們，lncRNA這個龐大的家族，需要我們進一步去認識、分析及應用的還有許多。然而，目前關于lncRNA的研究還處于疾病相關性的層面，在未來lncRNA將幫助我們明確更多的疾病發生、發展機制及應用更先進的手段診斷和治療心血管疾病。對LncRNA的研究讓心血管疾病及其他更多的威脅人類健康的疾病的診斷和治療有了新的希望。

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1007-4287(2017)08-1463-04

2017-05-09)

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