LncRNAs在心肌肥厚中的研究進展

張伊茗，張 雪，顏天華

中國藥科大學 基礎醫學與臨床藥學學院生理教研室，南京 210009

心肌肥厚是心臟在壓力、容量等變化下為了維持原有灌注功能而形成的一種狀態[1]，病理性心肌肥大伴隨著一系列不良心血管事件發生，包括心律失常、心力衰竭等[2]。

心室肥大與胎兒基因的再激活有關，包括心鈉肽（atrial natriuretic peptide，ANP）、腦鈉肽 （brain natriuretic peptide，BNP）和 β-肌球蛋白重鏈（β-myosin heavy chain，β-MHC），以及成人心臟中肌漿網Ca2+-ATP酶 （sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase，SERCA2a）和 α-肌球蛋白重鏈（α-myosin heavy chain，α-MHC）基因的抑制[3]。研究顯示，染色質重塑和組蛋白修飾在心肌發育和心臟疾病的發生過程中發揮重要作用；而LncRNAs可能參與該過程，并且在心臟病理性肥大中發揮著重要作用[4，5]。

1 LncRNAs的特點性質

哺乳動物的基因中三分之二轉錄為RNA，但編碼蛋白質的基因比例僅為1.5%[6]。各種不翻譯成蛋白質的RNA轉錄物稱為非編碼RNA（ncRNAs），其中大部分為含有超過 200個核苷酸的RNA轉錄物，稱為長鏈非編碼RNA（long noncoding RNAs，LncRNAs）。LncRNAs 和 微 小 RNA （microRNAs，miRNAs）是 ncRNAs的兩種重要類型。許多 miRNAs被證實在心肌肥厚過程中起關鍵作用，如miR-1、miR-133和miR-214等。LncRNAs可以折疊成熱力學穩定的二級結構，如雙螺旋、發夾環、凸起和假結，這使它們能夠和DNA、RNA、蛋白質等生物大分子發生更為復雜的相互作用[7]。LncRNAs可以作為信號符號、蛋白質誘餌、指導物和支架模塊，因此它參與了細胞內大部分反應和諸多信號通路的調控[6，8，9]。

2 LncRNAs的作用機制

2.1 LncRNAs影響基因特殊位點的修飾

LncRNAs廣泛參與染色質重塑 （chromatin remodeling）過程，包括核小體轉位、重組及穩定性降低等改變。例如，LncRNAs HOTAIR （HOX transcript antisense RNA，HOTAIR） 及 LncRNA Xist（X-inactive specific transcriptional gene，Xist）能夠分別募集多梳抑制復合物2（Polycomb repressive complex，PRC2）到 HOXD 基因簇、X 染色體，從而使組蛋白H3的賴氨酸27殘基三甲基化（H3K27me3），以致誘導異染色質形成，抑制基因表達[9]。

2.2 LncRNAs影響基因的轉錄調控

LncRNAs直接與DNA結合形成三螺旋結構抑制基因表達。除此之外，LncRNAs可以調節RNA聚合酶Ⅱ的活性，包括通過與RNA聚合酶Ⅱ或者起始復合物的相互作用影響DNA的轉錄[10，11]。LncRNAs也充當調節轉錄因子活性的輔因子，例如，在小鼠中，LncRNA Evf2由超保守的遠端增強子轉錄，并募集轉錄因子D1X2與該增強子的結合和作用，以誘導相鄰蛋白質編碼基因的表達[12]。

2.3 LncRNAs影響基因的轉錄后調控

關于LncRNAs如何參與基因轉錄后的調控，目前存在一種競爭性內源 RNA（competing endogenous RNAs，ceRNA）的假說[13]，即多種RNA可與同種miRNA上的miRNA反應元件（microRNA response element，MRE）結合。若 LncRNAs 和mRNAs存在相同的MRE時，LncRNAs可以競爭性的結合miRNAs，間接調控mRNAs的表達水平。大多數哺乳動物基因表達反義轉錄本，這可能構成一類特別適合調節mRNAs動態的 ncRNAs[14]。

3 正向調節心肌肥厚的LncRNAs

3.1 LncRNA Chaer

LncRNA Chaer（cardiac-hypertrophy-associated epigenetic regulator，Chaer）是一種心臟肥大相關的表觀遺傳調節因子，其表達主要局限于心臟[15]。在壓力刺激誘導下，LncRNA Chaer和PRC2與催化亞基EZH2結合，阻礙了心肌肥厚相關基因啟動子區域上的H3K27me3，而對其他組蛋白沒有影響[16]。與此同時，上述壓力刺激下發生的LncRNA Chaer和PRC2間相互作用與雷帕霉素受體蛋白（mechanistic target of rapamycin，mTOR）的激活有關[17]。

3.2 LncRNA Chast

心臟肥大相關轉錄物 （cardiac hypertrophy-associated transcript，Chast）是一種促肥大的 LncRNA，它抑制基因自噬調節因子含Pleckstrin同源結構域M蛋白家族成員1（Pleckstrin homology domain-containing family M member 1，Plekhm1）的表達，從而阻礙心肌細胞自噬，誘發心肌肥厚。Chast的表達部分由活化T細胞核因子（nuclear factor of activated T-cells，NFAT）誘導[18]。此外，Chast與 Wnt信號通路相關，而Wnt信號通路的激活能夠驅動心肌肥厚[19]。

3.3 LncRNA Bvht

LncRNA Braveheart（Bvht）對心血管譜系規范至關重要；通過富含G的基序，Bvht與細胞核酸結合蛋白 （cellular nucleic acid-binding protein，CNBP）相互作用，促進小鼠胚胎干細胞的心臟分化[20]。Bvht在促進心臟發育的心臟基因表達程序和之后的組織重塑中起著關鍵作用[21]。中胚層后部1（Mesoderm posterior 1，MESP1）基因在心臟發育以及在上皮-間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）過程中發揮作用，Bvht可能作為MESP1的上游調節因子參與心肌肥厚的調控。Bvht與PRC2的SUZ12亞基相互作用，導致MESP1啟動子位置的SUZ12水平下調，阻礙 H3K27me3，激活MESP1基因表達，促進心肌肥厚的進展[22]。

3.4 LncRNA CHRF

心臟肥大相關因子 （cardiac hypertrophy-related factor，CHRF）與其他LncRNA不同，它是作為miRNA的內源性“海綿體”促進心肌肥厚。在橫向主動脈收縮小鼠模型和心衰患者心臟樣本中，CHRF顯著增加。Wang K等[23]在細胞和動物模型中發現miR-489通過抑制髓樣分化因子88（myeloid differentiation factor 88，Myd88）基因的表達，抑制核因子 κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）通路激活，對抗心肌肥厚；此外，在血管緊張素Ⅱ （Ang-Ⅱ）誘導的心肌肥厚模型中，CHRF水平呈時間依賴性升高，并驗證了CHRF降低miR-489的表達水平及活性。這些研究數據表明，CHRF結合miR-489促進Myd88表達，進而激活NF-κB誘導心肌肥厚。

3.5 LncRNA MIAT

心肌梗死相關轉錄本 （myocardial infarction associated transcript，MIAT）在心肌肥厚過程中顯著增加。Zhu XH等[24]在小鼠模型和H9c2細胞中，發現MIAT siRNA抑制AngⅡ誘導的H9c2細胞中ANP、BNP和β-MHC的上調，其機制可能是通過抑制miR-150促進心肌肥厚的進展。

4 負向調節心肌肥厚的LncRNAs

4.1 LncRNA Mhrt

肌球蛋白重鏈相關轉錄物 （myosin heavy chain associated RNA transcripts，Mhrts） 是心肌細胞核中的 ncRNAs，在心臟中特異性表達。多項研究證明，Mhrts是一種心肌保護因子。Brahma 相關基因 1（brahma-related gene1，Brg1）是一種染色質重塑因子，由應激激活，觸發異常基因表達和心肌病。心臟處于病理應激條件下，Brg1激活，形成Brg1-Hdac-Parp復合物，其通過a1～a4啟動子抑制Mhrt的表達。Brg1抑制肌球蛋白重鏈6（myosin heavy chain 6，Myh6）并激活肌球蛋白重鏈 7（myosin heavy chain 7，Myh7），導致 Myh6/7 表達的轉換，這是心肌病的病理特征之一[25]。在肥厚性、缺血性或特發性心肌病組織中，Mhrt分別減少 82.8%、72.8%和 65.9%[26]。Mhrt調節心臟肥大和病理性重塑通過與組蛋白乙酰化因子Brg1的直接相互作用；Mhrt可以與Brg1的解旋酶結構域結合，阻止Brg1識別靶基因，防止染色質重塑[27]。Han P等[26]研究發現，在橫向主動脈縮窄 （TAC）模型中，Mhrt水平下調46%～68%，但是在TAC開始1～2周后誘導Mhrt779（具有779個核苷酸，最為豐富的Mhrt），8周內心肌肥厚減少23%，同時射血分數增加33%。

4.2 LncRNA H19

H19是一種非蛋白質編碼印跡和母系表達的LncRNA，分布于細胞質和細胞核中，主要在成人的骨骼肌和心臟中表達[28]。近年研究發現，H19對心肌肥厚、心力衰竭等心臟疾病具有調節作用[29]。Liu L等[30]用腎上腺素處理心肌細胞發現，使用腺病毒過表達H19，心肌細胞的肥大被抑制；經siRNAH19處理后，心肌細胞增大。H19可能充當miR-675的前體在心肌肥厚的過程中發揮作用。鈣/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶Ⅱ型 δ鏈 （calcium/calmodulin-dependent protein kinase typeⅡ delta chain，CaMKⅡδ）是一種主要存在于心臟中的多功能絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可以磷酸化離子通道、轉錄因子、信號分子和其他對心臟電活動和結構至關重要的膜蛋白[31，32]。CaMKⅡδ可作為心臟肥大的誘導因子[33]。研究證明，CaMKⅡδ是心肌細胞中miR-675的直接靶標，miR-675下調CaMKⅡδmRNA和蛋白質水平[30]。因此，H19可能通過miR-675調節CaMKⅡδ抑制心肌細胞肥大。

4.3 LncRNA Fendrr

Bernhard Herrmann所領團隊將出現在心臟和腹側體壁祖細胞中的一種LncRNA命名為FOXF1相鄰的非編碼發育調節 RNA（FOXF1 adjacent non-coding developmental regulatory RNA，Fendrr）。研究發現，小鼠體內 Fendrr下調，會導致心臟和腹側體壁產生畸形。Fendrr在體內可與PRC2和TrxG家族的混合譜系白血病組蛋白修飾復合物 （mixed lineage leukemia，MLL）結合，增加 H3K27me3，抑制肥大基因表達[34]。

4.4 LncRNA Plscr4

磷脂爬行酶 4（phospholipid scramblase 4，Plscr4）是磷脂爬行酶基因家族的一員，編碼一組Ca2+依賴的多棕櫚酰化Ⅱ型膜蛋白。Lv L等[35]發現，LncRNA Plscr4過表達減弱了AngⅡ和TAC誘導的心肌細胞肥大；相反，抑制Plscr4誘導心肌細胞肥大。體內外實驗證實，Plscr4過表達可下調miR-214，促進線粒體融合蛋白-2（mitofusin-2，Mfn2）表達，減弱心肌肥厚。

5 展 望

綜上所述，LncRNAs通過多個環節參與心肌肥厚的調控，有望成為臨床干預和治療的新靶點；但是還有諸多問題需要思考和改善。例如，Chaer抑制劑的潛在臨床應用仍然具有挑戰性。通過化學修飾的siRNA實現了該轉錄物的沉默，但是這種影響似乎只持續了很短的一段時間。并且LncRNAs的介入治療也需要充分考慮病理應激發作的關鍵時間窗口。同時LncRNAs、miRNAs調節網絡錯綜復雜，更精準的作用機制及通路尚待進一步探究。