長(zhǎng)鏈非編碼RNA與心血管疾病

1 概述

長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA)泛指長(zhǎng)度>200 nt，沒有蛋白編碼能力的轉(zhuǎn)錄本。雖然這一概念不夠準(zhǔn)確，但是可以較好地區(qū)分lncRNA與mRNA的特點(diǎn)，仍被廣泛應(yīng)用。lncRNA與mRNA的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)見表1。

表1 lncRNA與mRNA的比較

lncRNA的分類比較復(fù)雜，St Laurent等[3]總結(jié)了基于轉(zhuǎn)錄本長(zhǎng)度、與編碼基因的位置關(guān)系、重復(fù)序列、功能等10種分類方法，其中基于位置和功能的分類方法被廣泛應(yīng)用。由于lncRNA是數(shù)量龐大、異質(zhì)性大的分子群體，目前的分類方法各有利弊，為了能夠精確地描述和區(qū)分某個(gè)lncRNA的特性，往往需要幾種方法聯(lián)合使用。常用lncRNA分類見表2。

表2 lncRNA分類

lncRNA可在轉(zhuǎn)錄前水平、轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮作用，這主要取決于其在細(xì)胞內(nèi)的分布[1]。Marchese等[4]將核內(nèi)的lncRNA分為順式調(diào)控lncRNA和反式調(diào)控lncRNA，順式調(diào)控lncRNA發(fā)揮的功能主要與關(guān)聯(lián)的基因位點(diǎn)有關(guān)，如作為增強(qiáng)子調(diào)控蛋白的元件參與調(diào)控增強(qiáng)子活性；或通過與編碼基因競(jìng)爭(zhēng)RNA聚合酶Ⅱ影響基因表達(dá)。反式調(diào)控lncRNA的作用方式多樣，包括與染色質(zhì)復(fù)合體作用、與DNA/RNA結(jié)合的蛋白質(zhì)相互作用以及直接與DNA/RNA形成R環(huán)和三重螺旋等。胞質(zhì)lncRNA也可通過多種方式發(fā)揮功能，它們可以充當(dāng)微小RNA(miRNA)或蛋白質(zhì)的誘餌分子，調(diào)控基因表達(dá)；也可以直接影響胞質(zhì)內(nèi)mRNA的翻譯或干擾蛋白質(zhì)的翻譯后調(diào)控，導(dǎo)致胞質(zhì)異常的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。此外，還有研究證實(shí)有一小部分目前被歸類為lncRNA的轉(zhuǎn)錄本可能會(huì)編碼小分子蛋白質(zhì)或有功能的微量多肽[1]。這也使胞質(zhì)lncRNA的功能與作用機(jī)制更加復(fù)雜。

2 lncRNA與心臟發(fā)育

心臟發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜的過程，涉及細(xì)胞增殖、分化和形態(tài)發(fā)生等多個(gè)階段。許多l(xiāng)ncRNA在心臟發(fā)育和先天性心臟病的發(fā)病方面有重要作用。Legnini等[5]發(fā)現(xiàn)linc-MD1可以通過海綿機(jī)制吸附miR-133，同時(shí)也是miR-133的前體，miR-133可以抑制HuR蛋白的翻譯，而HuR蛋白則通過與Drosha蛋白競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合linc-MD1，提高linc-MD1的穩(wěn)定性，防止其降解為miR-133。linc-MD1、miR-133、HuR之間形成了正反饋調(diào)節(jié)循環(huán)，在心肌分化的早期促進(jìn)心肌分化，在分化的精細(xì)調(diào)控中發(fā)揮重要作用。此外，長(zhǎng)鏈非編碼RNA Braveheat (Bvht)在中胚層向心臟方向發(fā)育的過程中發(fā)揮著重要作用[6]。在小鼠心臟組織中特異性表達(dá)的Fendrr則可以通過對(duì)DNA的表觀修飾影響側(cè)中胚層的分化[7]。

3 lncRNA與冠狀動(dòng)脈粥樣硬化

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的主要病理過程為脂質(zhì)斑塊的形成，血管內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞均參與其中。

最早在非小細(xì)胞肺癌中發(fā)現(xiàn)的MALAT1主要在內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)，它可以通過招募SR家族成員，與PRC2復(fù)合體聯(lián)合進(jìn)行表觀修飾，從而在內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、新生血管形成等病理過程中發(fā)揮作用[8]。一項(xiàng)臨床對(duì)照研究也發(fā)現(xiàn)，MALAT1在冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(冠心病)患者外周血中的表達(dá)明顯高于非冠心病患者，提示MALAT1可作為冠心病患者的監(jiān)測(cè)指標(biāo)或新藥開發(fā)靶點(diǎn)[9]。

血管平滑肌細(xì)胞(VSMC)的表型轉(zhuǎn)化也是冠心病發(fā)生發(fā)展的重要機(jī)制。成年型的VSMC具有維持血管彈性的作用，但是在一些因素的刺激下可以去分化成為分泌表型；分泌型VSMC異常增殖、遷移、凋亡以及大量合成細(xì)胞外基質(zhì)是粥樣硬化過程中泡沫細(xì)胞形成的主要原因。NEAT1在平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化中發(fā)揮重要作用。Ahmed等[10]的研究證明NEAT1可以與WDR5蛋白結(jié)合，WDR5的缺失會(huì)導(dǎo)致組蛋白的抑制修飾H3K27me3被強(qiáng)化，而活化修飾H3K4me3和H3K9ac被抑制，最終導(dǎo)致分化基因表達(dá)下降，促進(jìn)平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移。

在臨床實(shí)踐中，經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入術(shù)(PCI)后支架內(nèi)再狹窄的發(fā)生率可達(dá)3%～20%，而參與這一過程的主要是平滑肌細(xì)胞。Wu等[11]發(fā)現(xiàn)linc-p21是p53信號(hào)通路中的重要調(diào)控分子，可以抑制平滑肌細(xì)胞增殖，促進(jìn)其凋亡，并且在冠心病患者的血管組織和外周血中均顯著下調(diào)。

4 lncRNA與心肌肥厚

既往的大量研究已經(jīng)證明，lncRNA如Chaer、Chast、Mhrt、CHRF、ROR、H19、MIAT等在心肌肥厚的發(fā)生和進(jìn)展中扮演著重要的角色。

Wang等[12]發(fā)現(xiàn)Chaer具有促心肌肥大的作用，它可以在心肌肥厚相關(guān)基因(Anf、Myh7、Acta1)的啟動(dòng)子區(qū)直接結(jié)合PRC2復(fù)合體，抑制H3K27的甲基化，進(jìn)而活化這些基因的表達(dá)，加快心肌肥厚的進(jìn)程。CHRF在胞漿高表達(dá)，最早由Wang等[13]提出它可以吸附miR-489，抑制miR-489與炎性介質(zhì)MYD88結(jié)合，從而激活核因子κB(NF-κB)信號(hào)通路，促進(jìn)心肌肥厚過程中的炎性反應(yīng)，加重心力衰竭。此外還有心肌肥厚相關(guān)的H19，作為前體分子產(chǎn)生miR-675，在苯腎上腺素誘導(dǎo)的心肌肥厚模型中減輕心肌細(xì)胞的肥大程度[14]。

5 lncRNA與生物標(biāo)記物

lncRNA可以進(jìn)入循環(huán)血、尿液等體液中，是無創(chuàng)的、易于獲取的生物標(biāo)志物，有望成為心臟損傷及多種心血管疾病危險(xiǎn)分層、診斷及預(yù)后評(píng)價(jià)的指標(biāo)。2014年，Kumarswamy等[15]首次在心血管疾病中研究了lncRNA作為生物標(biāo)記物的可能性。他們分離了788例心肌梗死患者的血液樣本RNA，進(jìn)行二代測(cè)序，挑選出候選lncRNA，分析了lncRNA與心肌梗死后左室重構(gòu)、心力衰竭以及患者生存期之間的關(guān)系。最終發(fā)現(xiàn)線粒體LncRNA uc022BQS.1(LIPCAR)可作為獨(dú)立危險(xiǎn)因素，預(yù)測(cè)心肌梗死患者的3年生存期。2018年，Li等[16]的研究證明外周血LIPCAR水平可以作為ST段抬高型心肌梗死的診斷指標(biāo)，并與傳統(tǒng)的心肌梗死標(biāo)志物有較好的相關(guān)性。Yan等[17]研究證明外周血UCA1水平在急性心肌梗死早期下降，而在心肌梗死后3 d升高。Gu等[18]則發(fā)現(xiàn)孕婦外周血lncRNA ENST00000436681、ENST00000422826、AA584040、AA709223、BX478947等的水平對(duì)產(chǎn)前診斷預(yù)測(cè)胎兒先天性心臟病有較高的敏感性和特異性。

此外，Shan等[19]發(fā)現(xiàn)miR-223可以由造血細(xì)胞分泌入血，入血后的miR-223進(jìn)入血管內(nèi)皮及平滑肌細(xì)胞，作用于靶基因IGF-1R并抑制其表達(dá)，進(jìn)而抑制PI3K-Akt通路的開放。在這項(xiàng)研究中，短鏈非編碼RNA miR-223以類似于激素的作用方式發(fā)揮作用，由此推測(cè)，血中的lncRNA或許也存在這種作用方式。lncRNA是一類數(shù)量龐大，分類、功能都十分復(fù)雜的非編碼轉(zhuǎn)錄本。近年來發(fā)現(xiàn)的與心血管疾病相關(guān)的代表性lncRNA見表3。

表3 與心血管疾病相關(guān)的代表性lncRNA

從分子水平的研究轉(zhuǎn)化到臨床應(yīng)用是漫長(zhǎng)的過程，與lncRNA相關(guān)的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究可能成為心血管疾病研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。