lncRNA與心血管疾病的研究進展

張海濤 林文勇 王肖龍 解曼曼 王英杰

上海中醫藥大學附屬曙光醫院心血管科，上海 201203

雖然絕大多數基因組被轉錄成RNA，但這些轉錄產物中僅有小部分具有蛋白質編碼潛力。大部分轉錄的RNA屬于長鏈非編碼RNA（lncRNA）。lncRNA是非編碼RNA中的一類，長度大于200 bp。lncRNA由于功能和種類的不明確，曾被認為不具有生物學功能。隨著高通量測序技術的發展，lncRNA的功能逐漸被發掘。lncRNA參與了染色體劑量代償、基因組印記、表觀遺傳調控、細胞周期調控、細胞核質傳遞、轉錄翻譯剪切、細胞分化和干細胞的維持等多種重要的調控過程[1-2]。我國心血管疾病的防治工作已取得初步成效，但仍面臨嚴峻挑戰。總體而言，中國心血管病患病率、死亡率均仍處于上升階段，心血管疾病患者人數約為2.9億。心血管疾病死亡占居民疾病死亡構成40%以上，居首位，高于腫瘤及其他疾病[3]。相關研究[4]表明，lncRNAs的異常與人類心血管疾病直接相關，lncRNA調控回路異常與心臟病理性肥大、血管疾病、動脈粥樣硬化、血脂異常有關。

1 lncRNA分類與功能

1.1 lncRNA的分類

lncRNA的種類繁多，分類方式多種多樣。傳統的分類是基于其在基因中所處的位置，主要包括五大類：正義 lncRNAs、反義 lncRNAs、雙向 lncRNAs、內含子lncRNAs、基因間lncRNAs[5]。隨著新的 lncRNA不斷被發現，傳統的分類方式并不能涵蓋所有的種類。Sandre等[6-7]將lncRNA分為更廣泛的八大類：①趨異（divergent）；②趨同（convergent）；③內含子（intronic）；④基因間（intergenic）；⑤重疊正義（overlapping-sense）；⑥重疊反義（overlapping-antisense）；⑦增強 RNA（enhancer RNA）；⑧miRNA 宿主基因（miRNA host gene）。 與傳統分類比較，后者更詳細地描述了lncRNA和鄰近基因之間的關系。然而，這種分類方式依舊只參考了一種標準。隨著lncRNAs研究的不斷深入，分類工作仍然有待完善，應當充分考慮更多的因素，如基因剪接方式或lncRNA的工作機制。

1.2 lncRNA的功能

lncRNA數量龐大，其生物學功能也呈現多樣性。RIKEN團隊[8]運用CAGE技術繪制了改進基因模型的人類長鏈非編碼RNA（lncRNA）綜合圖譜，涵蓋27 919個具有高度可信度的5′端的人lncRNA和1829個來自人類主要細胞類型和組織的表達譜，并發現了19 175個具有功能特性的lncRNA。lncRNA的功能可以概括成3類：第一類是染色體修飾以及調節編碼基因的轉錄。如Xist作為順式反應元件，通過與X染色體結合、吸引染色體修飾復合體多梳抑制復合物 2（polycomb repressive complex 2，PRC2），從而保持X染色體的失活狀態。第二類是lncRNA可通過蛋白質直接結合，影響蛋白質的功能及蛋白質的穩定性[9]。通過與特定蛋白質結合，調節相應蛋白的活性；作為結構組分與蛋白質形成核酸蛋白質復合體；結合到特定蛋白質上，改變該蛋白質的細胞定位。第三類是LncRNA的編碼功能。Nelson等[10]發現了一種肌肉特異性的LncRNA——DWORF，能編碼含有34個氨基酸的短肽。DWORF主要位于肌質網，通過競爭性結合肌內質網鈣ATP酶（SERCA），阻斷SERCA與內源性抑制劑受磷蛋白、肌脂蛋白和肌調素的結合，增強SERCA的活性，從而調控小鼠的心臟收縮功能。

2 lncRNA與心血管疾病

2.1 lncRNA與病理性心肌肥厚

病理性心肌肥厚是多種心血管疾病如高血壓、冠心病、瓣膜疾病等終末期共同的病理生理表現。病理性心肌肥厚是心衰的前期病變，是心力衰竭、腦卒中、冠心病、猝死等的獨立危險因素。表觀遺傳重編程是心肌肥厚和重塑過程中病理性基因誘導的一個關鍵過程，但是潛在的調控機制仍有待于闡明[11]。Wang等[12]發現了一個在心臟富集的長鏈非編碼lncRNAChaer，對心肌肥厚的發展起著至關重要的作用。從機制上來看，Chaer通過其中的一個66-mer的序列介導，與PRC2的催化亞基直接相互作用，干擾PRC2靶向基因組位點，從而抑制了心肌肥厚相關基因啟動子區上的組蛋白H3賴氨酸27甲基化。進一步研究發現，抑制Chaer在心臟的表達，可大幅度減輕心肌肥厚和功能障礙。Wang等[13]發現LncRNA-Chrf能通過競爭性的結合miR-489，減少與miR-489結合的Myd88，從而使靶基因Myd88表達上調，誘導心肌肥厚。最新研究[14]發現，lncRNA-mhrt可以影響HDAC5對心肌素的乙酰化，從而抑制心肌素引起的心肌肥大。此外，心肌素還可以通過與CarG盒結合直接激活mhrt轉錄。因此，mhrt和心肌素在心臟肥大過程中形成調節環。這一發現可能對揭示心肌肥厚的完整機制起到積極的作用。

2.2 lncRNA與心肌梗死

心肌梗死是指心肌的缺血性壞死，是在冠狀動脈病變的基礎上，冠狀動脈的血流急劇減少或中斷，使相應的心肌出現嚴重而持久地急性缺血，最終導致心肌的缺血性壞死。Ishii等[15]最早發現了與心肌梗死相關的LncRNA-MIAT，進一步研究發現MIAT基因中6個單核苷酸多態性（SNP）的表達改變可能賦予對心肌梗死的遺傳易感性。此外，一項研究[16]表明MIAT的表達水平在急性心肌梗死患者的外周血細胞中發生改變。研究人員特別研究了心肌梗死患者lncRNA水平與炎癥標志物之間的關系，發現MIAT水平與淋巴細胞呈正相關，與嗜中性粒細胞和血小板呈負相關。Gao等[17]發現LncRNA-HOTAIR與心肌梗死相關，研究發現HOTAIR是心肌細胞的保護因子，其心臟保護功能部分基于miR-1的負調控。與健康對照比較，急性心肌梗死患者血清中HOTAIR表達顯著降低。經冠狀動脈結扎的小鼠的血清和在暴露于缺氧的培養的心肌細胞中HOTAIR均下調。HOTAIR的血漿濃度可以作為人類急性心肌梗死診斷的生物標志物。Wang等[18]在研究中發現自噬促進因子（APF）可以通過影響miR-188-3p和miR-188-3p下游靶標ATG7的活性來調節自噬性細胞死亡。自噬是降解有缺陷的大分子和細胞器以及在缺氧和營養缺乏期間提供生物能中間體的關鍵細胞應激反應，對心肌具有一定的保護作用[19-20]。ATG7是一種重要的自噬促進基因，參與缺血/再灌注（I/R）誘導的心肌損傷。I/R的病理條件下可以誘導APF的表達水平顯著增加，抑制miR-188-3p活性和ATG-7表達，最終導致自噬。

2.3 lncRNA與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是指內膜下脂質沉積，伴有平滑肌細胞和纖維基質成分的增殖，逐步發展形成動脈粥樣硬化斑塊的廣泛性動脈病變。UCLA領導的研究團隊[21]發現了與動脈粥樣硬化相關的lncRNA-MeXis，而MeXis控制著關鍵蛋白Abca1的表達。Abca1是一種依賴ATP進行物質轉運的膜蛋白，其可將動脈血管壁上細胞內的膽固醇泵出細胞，對高密度脂蛋白（HDL）的形成至關重要。血漿HDL水平與動脈粥樣硬化性心血管疾病呈負相關。與HDL顯著相關的動脈粥樣硬化保護作用是通過促進動脈壁內的巨噬細胞去除膽固醇，并將其遞送到肝臟進行排泄，實現膽固醇的逆向轉運[22]。缺失MeXis的小鼠血管堵塞的概率是正常小鼠的兩倍。此外，增加MeXis表達可以使細胞更有效地清除過量膽固醇。lincRNA-p21是動脈粥樣硬化過程中細胞增殖和凋亡的關鍵調節因子[23]。其機制是lincRNA-p21和鼠雙微體基因（MDM2）的相互作用釋放MDM2，抑制p53的能力，而p53的失活能促進動脈粥樣硬化。ApoE基因敲除小鼠的動脈粥樣硬化斑塊、冠狀動脈疾病患者的lincRNA-p21的表達均顯著下調。lincRNA-p21在體外抑制血管平滑肌細胞和小鼠單核巨噬細胞中的細胞增殖，并可誘導細胞凋亡。

2.4 lncRNA與心力衰竭

絕大多數心血管疾病最終會導致心力衰竭的發生，心肌梗死、心肌病、血流動力學負荷過重、炎癥等引起的心肌損傷，均可造成心肌結構和功能的變化，最后導致心室泵血和/或充盈功能低下。lncRNA為診斷和預防心力衰竭開辟了新的途徑[24]。Gao等[25]通過建立缺血性心力衰竭大鼠模型，取左心室組織進行lncRNA基因芯片篩選，比較實驗組和對照組lncRNA、mRNA的表達，發現并證實了4對與心力衰竭相關的lncRNA-mRNA，即 MRAK140148-KCND2、MRAK07-8262-CCRK、MRAK018538-CS 以及 MRAK053119-Corin。這些lncRNA通過調控相應mRNA的表達，從而促進心力衰竭的發展。心臟祖細胞（CPC）具有在心肌梗死后再生功能性心肌的能力，然而CPC很容易失去在梗塞心肌中的增殖能力。Li等[26]發現CoCl2誘導的缺氧可以促進CPC的增殖和遷移，且lncRNAMALAT1表達在CoCl2誘導的缺氧CPC模型中顯著上調；進一步研究表明，MALAT1可以通過miR-125/JMJD6軸調節缺氧狀態下CPC增殖和遷移潛能。這為心肌梗死誘導的心力衰竭治療提供了新的靶點。

3 問題與展望

lncRNAs的發現使我們對疾病調控環路的理解產生了變革性影響，并促進了分子診斷技術的發展。隨著研究的深入，被發現的與心血管生理病理學相關的lncRNA越來越多。我們充分利用這些新型生物調節劑的治療潛力前，一些重要問題仍有待解決。首先，我們對如何將lncRNA靶向特定的基因位點仍然知之甚少。其次，大量lncRNA與諸如PRC2等高度混雜因子相互作用，lncRNA效應的時空特異性仍未可知。類似于mRNA的lncRNA被保留在細胞核中的生物化學原理和結構基礎也是未知的；lncRNA的診斷和治療潛力最終能否運用于臨床醫療當中；這些都有待于進一步發掘與驗證。