lncRNA與糖尿病心肌缺血再灌注關系的研究進展

李文遠 李維 冷燕 熊永紅 夏中元

[摘要] lncRNA是非編碼RNA家族的一員，由于生物芯片和測序技術的發展，lncRNA雖不具有編碼蛋白的功能，但其生物學作用被不斷展現，其中lncRNA與非編碼RNA中的miRNA相互偶聯發揮作用更是在多項病理過程中產生明確效果。糖尿病心肌缺血性疾病是圍術期防治的重點，lncRNA與糖尿病心肌缺血再灌注的發生、發展密切相關。本文主要從lncRNA的生物學作用闡述與糖尿病心肌缺血再灌注關系的研究進展。

[關鍵詞] 糖尿病;心肌缺血再灌注;非編碼RNA;lncRNA

[中圖分類號] R587? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-7210（2019）08（a）-0050-04

[Abstract] lncRNA is a member of the non-coding RNA family. Due to the development of biochip and sequencing technology， lncRNA does not have the function of encoding proteins， but its biological effects are constantly demonstrated. lncRNAs and miRNAs are coupled with each other and produce a clear effect in a number of pathological processes. Diabetic myocardial ischemic diseasesare the focus of perioperative prevention and treatment. lncRNAs are closely related to the occurrence and development of diabetic myocardial ischemia-reperfusion. This paper mainly describes the research progress on the relationship between the biological effects of lncRNA and ischemia-reperfusion of diabetic cardiomyopathy.

[Key words] Diabetes mellitus; Myocardial ischemia/reperfusion; Non-coding RNA; lncRNA

糖尿病（DM）是一種代謝紊亂疾病，其特征是在禁食或餐后狀態下發生高血糖，導致器官功能障礙和隨后的結構破壞，包括腎、神經、心臟和血管等[1]。統計數據表明，全世界約有3.5億人患有DM，伴隨著嚴重的發病率和死亡率，據報道，到2040年，大約5.52億人患有這種疾病[2]。據報道，年齡、性別、飲食、肥胖、體力活動、飲酒以及吸煙都可能導致DM，均為DM的危險因素[3]。這種疾病當絕對流速或相對于組織需求增加時，冠狀動脈血液供給心肌減少時發生心肌缺血[4]。心臟在缺血后再灌注會導致額外的細胞死亡并增加梗死面積，這被稱為心肌缺血/再灌注（I/R）損傷。已經發現患有DM的患者更容易罹患缺血性心臟病，與非DM人群相比，目前會發生更嚴重和致命的心肌梗死[5]。臨床上尚無治療缺血性心肌病的有效方法，主要針對心臟冠狀動脈的再灌注來減少心肌的梗死程度，但心肌缺血后進行再灌注可進一步加重心肌組織的損傷。相比于非DM患者，DM患者I/R損傷發病率顯著升高，且心肌I/R損傷程度更為嚴重[6]。

報道稱，長鏈非編碼RNA（lncRNA）屬于非編碼RNA家族，其長度大于200個單位的核苷酸，但不具有編碼蛋白的作用，它介導多種疾病的過程，如阿爾茨海默病、癌癥以及心血管疾病等[7]。隨著生物芯片和測序技術的發展，越來越多在心肌I/R中發揮作用的lncRNA被發現，并通過探究其分子機制、信號通路及在疾病中發揮的生物學功能，可以為心肌I/R損傷提供新的治療靶點，毫無疑問，lncRNA在心血管疾病中正在成為重要的調控元件，lncRNA在DM心肌I/R損傷的過程中發揮重要作用。現就lncRNA在DM心肌I/R損傷發病機制中的調控作用進行綜述，以期為尋找治療該疾病的有效手段提供科學依據。

1 lncRNA的結構

lncRNA存在于細胞核或細胞漿中，但是因為lncRNA具有0.2～2.0 kb的堿基長度，它具有編碼少于100個氨基酸的潛能。根據其基因組的定位和背景可分為，①基因內lncRNA：lncRNA序列完全來自另一個轉錄物的內含子，這可以是真正獨立的轉錄物或前mRNA加工的產物;②基因間lncRNA：lncRNA序列不位于任何其他蛋白質編碼基因座附近;③雙向lncRNA：lncRNA序列位于與蛋白質編碼基因相反的鏈上，且與該基因的轉錄起始相距小于1000堿基對;④正義lncRNA：lncRNA序列與蛋白質編碼基因的正義鏈重疊;⑤反義lncRNA：lncRNA序列與蛋白質編碼基因的反義鏈重疊[8]。與傳統蛋白質編碼的RNA比較，雖然已經在真核生物中發現了數千種lncRNA，但許多是物種特異性且具有較差的保守性，但在其分子內部卻含有較為保守的二級結構[9]。

2 lncRNA的作用與機制

新一代測序技術表明，lncRNA的表達在發育過程中受到調控，其作用范圍從多能性的控制到譜系規范，雖然確定的lncRNA數量較少，但在X染色體失活與基因組印記、核區域化與結構化、細胞分化、RNA剪接、轉錄調控和染色質修飾等生物過程中發揮重要作用[10]。lncRNAs的確切機制仍然很大程度上未知，并且是深入研究的主題，Wang和Chang提出將lncRNA的分子機制分為四大類：信令lncRNA、誘餌lncRNA、引導lncRNA和支架lncRNA。

2.1 表觀遺傳調控

在表觀遺傳學里，RNA的參與可以通過調控相同的DNA序列產生同樣的基因序列產生不同的表現形式的作用，而lncRNA是表觀遺傳領域的一類新型調控因子，可以通過修飾DNA、調控組蛋白和重組染色質等過程調控表觀遺傳，所以在表觀遺傳進程里lncRNA占據重要的地位。例如Kcnq1ot1、Airn、Xist和HOTAIR是4種lncRNA，其作用是促進很大部分基因組區域甚至整個染色體的抑制性染色質結構的形成，這個過程可通過募集表觀遺傳酶實現[11]。

2.2 轉錄調控和轉錄后調控

轉錄調控包括lncRNA與DNA和/或RNA其中的堿基進行配對、修飾剪接位點和遮蔽啟動子，最終作用為基因產生與原本不同的表達，進一步使相應蛋白質的生成產生改變。轉錄后調控的主要內容為RNA的拼接、剪切、成熟和修飾穩定性。此外，lncRNA還可在凋亡、增殖和侵襲等方面對細胞產生轉錄后水平的調控[12]。

2.3 基因翻譯調控lncRNA

對mRNA穩定性和翻譯過程進行調控來調節基因的活性。研究表明，β淀粉樣前體蛋白裂解酶1（BACE1）在阿爾茨海默病（AD）的病理過程進展中扮演了關鍵的角色[13]。此外，有研究證實，lncRNA可以與miRNA形成穩定的關系連接消除miRNA的作用，使miRNA對mRNA的作用失效，從而影響mRNA的表達。lncRNApseudo-NOS與神經元性一氧化氮合酶（nNOS）結合后，通過影響核糖體與nNOS-pseudo-NOS復合物的結合抑制nNOS的翻譯。因此，lncRNA可通過mRNA來干預基因翻譯調控。

3 lncRNA與糖尿病心肌缺血再灌的關系

3.1 lncRNA與糖尿病的關系

DM是嚴重的內分泌疾病之一，通常會伴隨相關癥狀體征如高血糖、體重減輕、多尿、糖尿、煩渴、血管病變和神經病變等[14]。在DM病理過程中，血管病變的潛在機制仍然很不清楚，lncRNA被廣泛研究并稱為基因調節劑，實驗表明，lncRNA MEG3在用AGE-BSA處理的人臍靜脈內皮細胞（HUVECs）中表達上調，此外對MEG3的抑制恢復了AGE-BSA對細胞活力和增殖的抑制;進一步研究發現，MEG3是通過調節AGE-BSA處理的HUVEC中的miR-93表達從而激活下游的p21信號分子發揮其作用[15]，MEG3/miR-93/p21可能是DM血管細胞中的新型調節網絡，并且具有對DM的潛在治療價值。在DM小鼠中證明過表達lncRNA H19可顯著增加Bax和caspase-3的表達，降低Bcl-2的表達，從而促進海馬神經元的調亡[16]。2型糖尿病（T2DM）是否患病是由遺傳和環境因素共同決定，通過收集100個健康個體和100個T2DM患者的外周血單核細胞（PBMC）中的lncRNA VIM-AS1和lncRNA CTBP1-AS2進行定量RT-PCR和邏輯回歸分析得出結論，lncRNA VIM-AS1和 lncRNA CTBP1-AS2表達水平與T2DM易感性有關[17]。

3.2 lncRNA與心肌缺血再灌注的關系

缺血性心臟病是全世界死亡的主要原因，并且被推薦為冠狀動脈疾病的最常見后果，但沒有有效的治療方法，最近研究表明，lncRNA在缺血性心臟病的病理過程中發揮重要作用，為疾病的診治提供了新思路。心肌梗死相關轉錄物長鏈非編碼RNA（lnc-MIAT）與微血管功能障礙密切相關，與非DM患者比較，DM視網膜病變患者的血漿lnc-MIAT水平顯著增加，增加的血漿lnc-MIAT水平與DM視網膜病變存在顯著相關[18]。研究表明，lncRNA可影響miRNA在心肌I/R損傷的發病機制中起重要作用，在小鼠心肌I/R模型中lncRNA H19和H19衍生的miR-675表達上調，敲低H19顯著減少了梗死面積，增加了左心室收縮壓，并降低了左心室舒張末期壓力，而過表達miR-675則可以部分逆轉上述過程，此外還發現，PPARα是miR-675的靶基因，這些數據表明抑制H19表達保護心臟免受I/R的損傷可能是受到miR-675/PPARα軸的調節[19]。在I/R誘導的心肌損傷中自噬起著關鍵作用，而嗎啡后處理（MpostC）可治療改善細胞自噬[20]，其中lncRNA Urothelial carcinoma-associated 1（UCAI）在I/R心臟組織中表達減少而MpostC處理可顯著逆轉并且改善了心肌梗死面積和細胞自噬，后續研究證實，MpostC通過調節UCA1/miR-128/HSP70來減輕I/R誘導的心肌損傷[21]。

3.3 lncRNA與糖尿病心肌缺血再灌注的關系

糖尿病性心肌病（DCM）是DM的常見并發癥，可以導致心力衰竭、心律失常和猝死，其中細胞凋亡在DCM的發生、發展中發揮了重要的作用[22]。lncRNA Kcnq1ot1參與許多心血管疾病，在高糖誘導的心肌細胞和DM小鼠心臟組織中Kcnq1ot1表達增加，當沉默了Kcnq1ot1時可減輕凋亡的發生，減少細胞死亡，改善細胞骨架結構異常和體外鈣超載，并改善體內心臟功能和形態[23]，因此Kcnq1ot1可能成為DCM的新治療靶點。通過對lncRNA同源轉錄物反義RNA（HOTAIR）在DCM發病機制中的作用進行受試者工作特征曲線分析發現與患有DM和健康對照的患者相比，在患有DCM的患者心肌組織和血清中HOTAIR表達顯著下調，推斷HOTAIR對DCM具有診斷價值;用高葡萄糖處理AC16人心肌細胞發現HOTAIR過表達提高了AC16細胞的活力，同時促進Akt磷酸化而PI3K/Akt抑制劑則降低了這種效果，說明lncRNA HOTAIR可通過激活PI3K/Akt途徑增加心肌細胞的活力來改善DCM[24]。在糖尿病I/R大鼠心肌組織中發現lncRNA心肌梗死相關轉錄本（MIRT1）表達增加，核因子κB（NF-κB）信號通路活化增加，心肌病理損傷面積、心肌纖維化程度和心肌細胞凋亡程度增加，氧化應激和炎癥損傷程度增加;當抑制MIRT1表達后NF-κB信號通路激活受到抑制，心功能和心肌病的損害減輕且上述病理過程都有所緩解，因此研究結果說明MIRT1下調可通過激活NF-κB信號通路來改善糖尿病大鼠I/R過程中的心肌損傷[25]。通過在DM的I/R病理過程中對其他器官lncRNA表達及作用的研究，極有可能對心肌的保護產生啟發性意義。

4 總結與展望

盡管在心臟發生缺血后需要快速再灌注，但這種再灌注可能自相矛盾地造成細胞死亡和組織損傷。近年來，在理解再灌注損傷的機制方面取得了長足的進步，并制訂了一些使組織更能抵抗局部缺血或抑制再灌注損傷的策略。lncRNA廣泛存在于生物體細胞中，它能參與多種生理和病理的調節過程，已在腫瘤學領域中作為生物學標志物和相應的治療靶點被廣泛研究與應用，但lncRNA在心肌I/R損傷中的研究尚處于起步階段。lncRNA在心肌I/R過程中起重要的調控作用，今后的研究仍需要更深入的探索其對細胞和基因及相關分子的特異性作用方式，尋找相關lncRNA調控的基因靶點并鑒定lncRNA在信號通路中的調節功能，進而闡明心肌缺血再灌注損傷中的細胞死亡機制，以改善缺血性損傷，仍是未來研究的熱點內容。基礎研究為缺血性心臟病的臨床治療提供了新的思路和途徑，但只有小部分應用于臨床，其臨床安全性和有效性仍需要臨床實踐進一步的考證，我們關于lncRNA如何改變缺血組織中基因表達的生物學理解仍然不完善，相信隨著lncRNA研究的不斷深入以及lncRNA研究技術的不斷創新與改善，lncRNA在缺血性心臟病的診斷與治療中將發揮越來越重要的作用，終將使患者受益。

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（收稿日期：2019-01-15? 本文編輯：李亞聰）