長鏈非編碼RNA 與帕金森相關(guān)性的研究進展

張 雪，張伊茗，顏天華

中國藥科大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與臨床藥學(xué)學(xué)院生理教研室，南京 210009

隨著全球人口老齡化發(fā)展，老年性疾病日益增多已是不可忽視的現(xiàn)實。帕金森（parkinson's disease，PD）作為一種常見的老年性神經(jīng)退行性疾病，僅次于阿爾茲海默癥，是全球第二大神經(jīng)退行性疾病，同時也是最為常見的神經(jīng)功能障礙引起的運動障礙的疾病[1]。其臨床表現(xiàn)主要有：靜止性震顫、肌強直、運動遲緩等，該病多見于老年人，并且隨著年齡的增加患病率明顯增高。目前全球60 歲以上的人群患病率為1%。我國65 歲以上人群患病率高達(dá)1.7%；50 歲以上者發(fā)病率為500/10 萬，60 歲以上者發(fā)病率為1 000/10 萬；男性稍多于女性[2]。PD 致病因素尚未明確，遺傳因素、年齡因素、環(huán)境因素、氧化應(yīng)激及線粒體功能障礙等，均可能參與PD 多巴胺能神經(jīng)元變性凋亡過程；并且目前治療手段（藥物治療為主，手術(shù)治療為輔）僅能改善疾病癥狀，不能阻止病情進展，更不能治愈該病[3，4]。因此，深入探究PD 的發(fā)生機制，尋找其潛在的干預(yù)節(jié)點對控制PD 發(fā)生發(fā)展具有重要的臨床意義。

長鏈非編碼RNA（Long non-coding RNA，LncRNA）是一類長度在200～100 000 nt 范圍、不編碼蛋白質(zhì)，具有特定二級結(jié)構(gòu)，在表達(dá)上具有組織特異性和時空特異性的RNA。研究表明，LncRNA 主要通過轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平和表觀遺傳水平參與基因表達(dá)調(diào)控，影響細(xì)胞增殖、遷移和凋亡等過程，從而在人類生理病理等過程發(fā)揮重要作用[5，6]。本文主要從LncRNA 角度出發(fā)，為PD 的預(yù)防、早期診斷和預(yù)后提供新的策略。

1 長鏈非編碼RNA

轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究結(jié)果顯示，人類基因中1%～2%能夠編碼蛋白，其余約98%不能夠編碼蛋白，稱為非編碼RNA（non-coding RNAs，ncRNAs），包括microRNA（miRNA）、LncRNA 等，其中數(shù)量最多的是LncRNA[7]。NONCODE 等數(shù)據(jù)顯示，人類LncRNA 基因數(shù)有96 308 種，其轉(zhuǎn)錄本有172 216 個（http://www.noncode.org/analysis.php）；目前LncRNA 研究還處于初級階段，僅鑒定其中約100 種功能[8]。與編碼RNA 相比，LncRNA 長度較短，缺乏外顯子和顯著開放閱讀框，編碼蛋白能力弱[9]。隨著高通量測序技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，大量具有豐富生物學(xué)功能LncRNA 被發(fā)現(xiàn)；LncRNA 可通過與DNA、RNA 和蛋白質(zhì)相互作用，調(diào)控基因表達(dá)，進而發(fā)揮細(xì)胞效應(yīng)。一般LncRNA 主要通過3 種水平參與基因表達(dá)調(diào)控：（1）轉(zhuǎn)錄水平，如調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子與啟動子結(jié)合、染色質(zhì)重塑及組蛋白修飾等環(huán)節(jié)。（2）轉(zhuǎn)錄后水平，如：①LncRNA 可以作為內(nèi)源性競爭物RNA（ceRNA），也稱為miRNA 海綿，通過競爭性結(jié)合特定miRNA，干擾miRNA 與mRNA 相互作用，調(diào)節(jié)相關(guān)mRNA 翻譯；②參與內(nèi)含子的基因剪接，產(chǎn)生不同的mRNA；③通過miRNA 非依賴性方式，靶向mRNA 轉(zhuǎn)錄本，從而影響mRNA 穩(wěn)定性。（3）表觀遺傳修飾水平，如DNA 及組蛋白甲基化、組蛋白乙酰化及泛素化等參與基因表達(dá)的調(diào)控[5，6]。見圖1[10]。

圖1 LncRNA 參與基因表達(dá)調(diào)控[10]

LncRNA 調(diào)節(jié)基因表達(dá)的方式：（1）染色質(zhì)和染色體通過組蛋白修飾凝聚；（2）轉(zhuǎn)錄因子（TF）直接募集；（3）與RNA 聚合酶（pol）Ⅱ結(jié)合；（4）可變剪接；（5）mRNA 穩(wěn)定性；（6）miRNA 可獲得性；（7）多核糖體募集；（8）通過包裝到細(xì)胞外囊泡中調(diào)節(jié)鄰近細(xì)胞中的基因表達(dá)。

2 LncRNAs 與帕金森

研究顯示，LncRNAs 在哺乳動物腦內(nèi)含量非常豐富；腦內(nèi)LncRNAs 主要用來維持其生長發(fā)育及功能，包括神經(jīng)元生長分化、突觸的形成及維持、學(xué)習(xí)與認(rèn)知及記憶等過程[11]。近些年研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA 在PD 患者體內(nèi)異常表達(dá)，提示LncRNA 可能在PD 的發(fā)生發(fā)展中起著重要的調(diào)控作用。下面結(jié)合近些年相關(guān)研究結(jié)果，對PD 相關(guān)LncRNAs 進行簡要闡述。

2.1 AS Uchl1

泛素羧基末端水解酶L1（Ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1，Uchl1）的反義鏈轉(zhuǎn)錄本LncRNA AS Uchl1，是Uchl1/PARK5 的合成位置[12]。PD 模型鼠中LncRNA AS Uchl1表達(dá)下調(diào)，AS Uchl1 通過調(diào)控Uchl1 mRNA 促進Uchl1 蛋白表達(dá)，AS Uchl1 表達(dá)下調(diào)會誘導(dǎo)PD 疾病進程。Carrier C等[13]研究表明，AS Uchl1 可以在轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控基因表達(dá)，其在一個與多巴胺能細(xì)胞的分化和維持有關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子Nurr1調(diào)控下，從而調(diào)節(jié)Uchl1 蛋白表達(dá)，進而影響PD 進程。

2.2 AS MAPT

微管相關(guān)蛋白tau（microtubule-associated protein tau，MAPT）是胞內(nèi)紡錘體主要組成部分，編碼基因位于17q21.3，能促進細(xì)胞骨架微管聚合及穩(wěn)定，與神經(jīng)退行性疾病有關(guān)[14]。LncRNA AS MAPT 是由tau 蛋白（Microtubule-associated protein tau，MAPT）編碼基因的反義轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物，可通過甲基化MAPT 啟動子，進而下調(diào)MAPT 表達(dá)。Coupland KG 等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在PD 中AS MAPT 可以通過在轉(zhuǎn)錄水平后調(diào)控tau 蛋白表達(dá)，AS MAPT 在PD 中表達(dá)顯著降低，MAPT 啟動子甲基化減少，從而使MAPT 表達(dá)增多，增多的MAPT 表達(dá)可能與PD 疾病狀態(tài)有關(guān)，具體機制有待進一步研究。

2.3 LncRNA H19

H19 是目前研究較多的LncRNA 之一，位于染色體11p15.5 的H19/IGF2 的基因簇上，全長2.5 kb，含有5 個外顯子及4 個內(nèi)含子[16]。H19 基因編碼一段沒有明顯開放閱讀框mRNA 樣的RNA 分子，但不編碼蛋白。H19 一直以來是腫瘤研究中的熱點，如H19 在多發(fā)性骨髓瘤患者血清中高表達(dá)，其通過抑制下游靶基因miR-29b-3p 的表達(dá)，從而解除后者對抗凋亡Bcl-2 家族中Mcl-1（Myeloid cell leukemia sequence 1，Mcl-1）轉(zhuǎn)錄的抑制，抑制腫瘤細(xì)胞凋亡，促進腫瘤細(xì)胞生長[17]。近些年有研究發(fā)現(xiàn)，其在PD 患者體內(nèi)表達(dá)異常。Kraus TFJ 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，PD 患者體內(nèi)H19 上游保守序列1 和2（Huc 1 and 2）相較于對照組顯著性降低2 倍。由此推測，H19 與PD 具有一定的相關(guān)性，根據(jù)其在腫瘤疾病中的研究，推測其在PD 中可能作為ceRNA 在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控有關(guān)基因表達(dá)，但其中具體機制尚不明確，有待深入研究。

2.4 LincRNA-p21

基因間長鏈非編碼RNA（Long intergenic noncoding RNA，LincRNA）-p21 是p53 依賴性通路的重要下游效應(yīng)分子，位于細(xì)胞周期調(diào)節(jié)關(guān)鍵基因p21/Cdknla 上游約15 kb處，長3.0 kb，參與細(xì)胞凋亡和DNA 損傷應(yīng)答等過程[19]。Kraus TFJ 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，作為p53 和缺氧誘導(dǎo)因子1α（Hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α）轉(zhuǎn)錄靶LincRNA-p21 在PD 患者體內(nèi)相較于正常組表達(dá)顯著性上調(diào)2 倍。Ding XM等[20]研究顯示，LincRNA-p21 作為ceRNA 在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控TRPM2 表達(dá),其通過miR-625 調(diào)控瞬時受體電位M2（transient receptor potential melastatin 2，TRPM2）通道蛋白表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)，至此，LincRNA-p21/miR-625/TRPM2 在PD 進程中起到重要作用。另有研究發(fā)現(xiàn)，在PD 發(fā)生發(fā)展過程中，活化的小膠質(zhì)細(xì)胞內(nèi)p53 依賴性的LincRNA-p21 表達(dá)上調(diào)，LincRNA-p21 競爭性吸附并下調(diào)miR-181，解除后者對蛋白激酶C-δ（Protein Kinase C-δ，PKC-δ）的抑制，間接上調(diào)PKC-δ 表達(dá)；同時PKC-δ 反過來促進p53 的表達(dá)，誘導(dǎo)LincRNA-p21 表達(dá)。至此，p53/LincRNA-p21/miR-181/PKC-δ 形成一個正反饋環(huán)路，協(xié)同促進小膠質(zhì)細(xì)胞持續(xù)活化，加重PD 病理損傷[21]。

2.5 Malat1

肺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1（Metastasis associated lung adenocarcinoma transcript1，Malat1），位于染色體11q13.1，長 約6.7 kb，具有高度保守的LncRNA。最初研究發(fā)現(xiàn)，其在腫瘤組織中高表達(dá)，參與調(diào)節(jié)細(xì)胞生長、凋亡及遷移等[22]。研究顯示Malat1 在神經(jīng)元中表達(dá)豐富，并與突觸的形成和維持有關(guān)。Kraus TFJ 等[18]研究發(fā)現(xiàn)，Malat1 在PD 患者的體內(nèi)表達(dá)上調(diào)3 倍。Xia D 等[23]研究發(fā)現(xiàn)，Malat1 作為ceRNA 在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控α-突觸核蛋白表達(dá)，其與miR-129 存在一段互補序列；在PD 小鼠模型中，Malat1 通過與miR-129 結(jié)合，下調(diào)其表達(dá)，進而解除后者對SNCA（Synuclein-Alpha）基因表達(dá)的抑制，SNCA 參與負(fù)責(zé)α-突觸核蛋白（α-synuclein，α-syn）合成；顯示Malat1/miR-129/SCNA 通路在PD 發(fā)展中起重要作用。Chen Q 等[24]研究表明，Malat1 還可以通過與miR-205-5p結(jié)合，下調(diào)其表達(dá)，解除miR-205-5p 對LRRK2（Leucinerich repeat kinase，LRRK2）表達(dá)的抑制；LRRK2 進一步誘導(dǎo)氧化應(yīng)激損傷及多巴胺能神經(jīng)元凋亡，加重PD 病情的發(fā)展。

2.6 Snhg1

小核糖體管家基因RNA1（Small nucleolar RNA host gene1，Snhg1），由位于11 號染色體UHG 基因轉(zhuǎn)錄而來，約3.9kb[25]。Snhg1 主要參與調(diào)控細(xì)胞凋亡、轉(zhuǎn)移等過程。Kraus TFJ等[18]研究發(fā)現(xiàn)，PD 患者體內(nèi)Snhg1 表達(dá)顯著性上調(diào)，表明Snhg1可能在PD 發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用。研究顯示，LncRNA Snhg1 作為ceRNA 在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控有關(guān)基因表達(dá),如其可通過直接與miR-15b-5p 結(jié)合，下調(diào)其表達(dá)，一方面促進miR-15b-5p 下游靶基因SIAH1（Seven in absentia homolog 1）表達(dá)，促使α-syn 聚集，誘導(dǎo)路易小體的形成，加重PD 病理損傷[26]；另一方面逆轉(zhuǎn)miR-15b-5p 對糖原合成酶激酶-3β（Glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）的抑制，促進氧自由基（Reastive oxygen species，ROS）生成，抑制自噬而加速PD的發(fā)生發(fā)展[27]，表明Snhg1 在PD 發(fā)病中至關(guān)重要。Cao B 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，PD 小鼠中Snhg1 與miR-7 結(jié)合，促進小膠質(zhì)細(xì)胞及NLRP3 炎性小體的激活，使PD 病情發(fā)展；因此LncRNASnhg1/miR-7/NLRP3 在PD 發(fā)生中起重要作用。

2.7 HOTAIR

HOX 反義基因間RNA（HOX antisense intergenic RNA，HOTAIR），位于人類染色體12q13.13[29]。目前研究表明，HOTAIR 在多種疾病中表達(dá)上調(diào)，參與調(diào)控細(xì)胞分化及凋亡等過程[30，31]。Wang S 等[32]研究發(fā)現(xiàn)，在PD 小鼠模型中，HOTAIR表達(dá)上調(diào)；而HOTAIR 可在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達(dá)，如與其通過增強LRRK2 mRNA 穩(wěn)定性、促進多巴胺能神經(jīng)元凋亡相關(guān)；沉默HOTAIR 抑制caspase-3 的激活，抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡。Chen Z 等[33]研究表明，HOTAIR 作為內(nèi)源性競爭物RNA（ceRNA）與miR-126-5p 相互作用，解除后者對Rab3a 相互作用蛋白（Rab3a interacting protein，RAB3IP）的抑制，從而促進多巴胺神經(jīng)元丟失和細(xì)胞凋亡，加重PD 進程；敲減HOTAIR 后，PD 鼠體內(nèi)TH 增多、α-syn 累積減少及多巴胺凋亡率下降，延緩PD 進程；因此HOTAIR/miR-126-5/RAB3IP在PD 發(fā)生發(fā)展中起重要作用。

2.8 Neat1

LncRNA Neat1（Nuclear paraspeckle assembly transcript1，Neat1），主要編碼Neat1-1 和Neat1-2；Neat1 主要參與調(diào)控細(xì)胞凋亡、轉(zhuǎn)移等過程[34，35]。Yan W 等[36]研究發(fā)現(xiàn)，Neat1 可在表觀遺傳水平調(diào)控基因表達(dá)，其可通過與磷酸酶張力蛋白誘導(dǎo)激酶1（PTEN induced putative kinase1，PINK1）結(jié)合，調(diào)節(jié)其泛素化水平，增加穩(wěn)定性，促進MPTP 誘導(dǎo)的自噬，加重多巴胺能神經(jīng)元損傷、誘導(dǎo)PD。Liu Y 等[37]研究發(fā)現(xiàn)，PD 小鼠Neat1 表達(dá)上調(diào)；敲減Neat1 后，Bax/Bcl-2、caspase-3 活性降低，減少α-syn 及其磷酸化水平。具體機制有待深入研究。

2.9 其他LncRNA

LncRNA PINK-AS 是PINK1 基因的反義轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，可通過增強其靶基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的穩(wěn)定性、阻礙線粒體呼吸鏈功能，誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞凋亡，加重PD 的發(fā)展[38]。已有研究表明，LncRNA AL049437 敲減可增加細(xì)胞活力、線粒體跨膜電位及酪氨酸羥化酶的分泌；LncRNA AK021630 敲減可產(chǎn)生相反效果，推測出LncRNA AL049437 可能促進PD 的發(fā)生發(fā)展，而LncRNA AK021630 可能參與抑制PD 的發(fā)生[39]。

3 小結(jié)與展望

隨著技術(shù)發(fā)展及對LncRNA 深入研究，曾被認(rèn)為是基因轉(zhuǎn)錄副產(chǎn)物或“暗物質(zhì)”，不具有任何生物學(xué)功能的LncRNA，可以通過多種途徑參與細(xì)胞生長、增殖、分化及穩(wěn)態(tài)維持等重要生命活動的調(diào)節(jié)，與各種疾病的發(fā)生發(fā)展有著密切關(guān)系，已成為繼miRNA 后又一新的研究熱點。LncRNA 不僅為疾病機制的理解提供新視角，而且為疾病的診斷及治療提供新方法；相對于編碼蛋白的基因，其表達(dá)更具組織特異性和時空特異性，因此可作為疾病生物標(biāo)記物和治療靶標(biāo)，在PD的預(yù)防、診斷及預(yù)后判斷中有著不可忽視的應(yīng)用前景。目前對LncRNA 研究還處于初步階段，相信隨著LncRNA 的深入研究，LncRNA 有望成為延緩PD 病情進展的潛在新靶點。