lncRNA 在創傷性脊髓損傷和腦損傷中的研究進展

張 峻

1 內蒙古醫科大學附屬醫院 骨科，內蒙古呼和浩特 010010；2 解放軍總醫院第一醫學中心 骨科，北京100853

人類基因組中有許多類型的非編碼基因，其中一半以上是lncRNA。lncRNA 的功能雖沒有被完全解密，但是它們在調節細胞增殖、存活和遷移方面發揮了不同的作用，以及通過充當引導、誘餌、支架和信號來維持基因組的穩定性[1-2]。lncRNA 具有許多與DNA、RNA 和蛋白質結合的結構域，通過相互作用參與轉錄沉默、翻譯抑制或調節多蛋白復合物，最終控制基因表達[3]。lncRNA 定義為長度＞200 個核苷酸，通過RNA 聚合酶Ⅱ或Ⅲ轉錄，具有與mRNAs 類似的封端和多聚腺苷酸化，但由于開放閱讀框被截斷而缺乏蛋白質編碼功能的RNA[1,4]。lncRNA 進一步分類為長基因間非編碼RNA 和轉錄的超保守區[5]。從基因組的基因間區轉錄的lncRNA 調節鄰近和遠處基因的表達。然而，轉錄的超保守區的功能還沒有被破譯[5]。在生理和病理過程中，lncRNA 正在成為多種功能的調節器(例如胚胎發育、癌癥、炎癥以及心血管和神經生物學疾病)[6-11]。越來越多的研究證實lncRNA表達與神經元活動和損傷相關，lncRNA 通過調節神經元的外生長、分化和突觸形成進而促進神經系統的發育并調節突觸的可塑性[12-13]。本文就近期lncRNA 在脊髓損傷和腦損傷中的研究，以及lncRNA 在神經性疼痛發生機制中的研究進展和其作為治療靶點的潛在效用進行綜述。

1 lncRNA 在脊髓損傷和腦損傷中的研究

急性脊髓損傷所致的繼發性損傷是神經功能障礙的主要原因，其特征是中樞神經系統發生神經細胞凋亡。急性脊髓損傷后可迅速改變蛋白質編碼基因的表達，這些蛋白質編碼基因可調節各種過程，如氧化應激、內質網應激、炎癥、自噬、凋亡，從而協同促進損傷后神經元死亡和重塑[6-7,14-15]。其他急性中樞神經系統損傷如外傷性腦損傷、蛛網膜下腔出血后出現的繼發性腦損傷和神經功能障礙也與這些病理機制有關。在缺氧處理后的急性脊髓損傷大鼠模型和神經細胞中觀察到腦源性生長因子反義RNA(lncRNA brain-derived neurotrophic factor antisense RNA，lncRNA BDNF-AS)上調的研究中還發現lncRNA BDNF-AS 敲除對急性脊髓損傷有顯著的治療作用[6]。這表明lncRNA-bdnf-as/mir-130b-5p/prdm5 軸在治療急性脊髓損傷中發揮重要作用，可能是一種有前途的治療方法[6]。

在急性脊髓損傷的病理過程中，可以觀察到關鍵炎性因子表達失調，其中就包括lncRNA 以及相關的信號通路。隨著急性脊髓損傷的進展，小膠質細胞轉變為異常狀態，釋放出多種有害細胞因子，參與氧自由基的形成、興奮性毒性和炎癥反應，加重神經元損傷。研究表明，lncRNA 肺腺癌轉移相關轉錄子1(lncRNA metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，lncRNA-MALAT1)在急性脊髓損傷的大鼠模型和脂多糖激活的小膠質細胞中表達失調，MALAT1 的敲除可通過抑制小膠質細胞的炎癥反應來減弱脊髓損傷進展，并進一步明確了lncRNA-MALAT1 在脊髓損傷中的信號通路[7]。Wang 等[16]的研究還表明，一種名為lncSCIR1 的lncRNA 在大鼠脊髓損傷后下調，通過選擇性靶向、骨形態發生蛋白7、α-突觸核蛋白和無翅型MMTV 整合位點家族成員3(WNT3)的表達發揮其抑制作用。當腎上腺髓質素激活促炎細胞因子時，骨形態發生蛋白7 阻止軸突生長，α-突觸核蛋白促進脊髓損傷后神經元死亡，WNT3 對脊髓損傷后神經再生至關重要[16]。此外，Dharap 等[17]研究發現，成年大鼠的局灶性缺血在急性再灌注期間廣泛改變大腦lncRNA 表達譜。目前尚不清楚lncRNAs 在卒中后結局中的功能意義，然而他們可能對腦卒中后表觀遺傳景觀的改變起到重要作用。Dharap 等[18]的研究支持了這一觀點，在局灶性缺血后，許多卒中反應性lncRNA 與染色質修飾蛋白Sin3A 和coREST 的結合顯著增加。Mehta 等[19]的研究還表明，卒中后上調的fos 下游轉錄物的lncRNA 的結合對其余靶基因的缺血后調節很重要。Xu 等[20]的研究結果表明，lncRNA-CAMK2D 相關轉錄物的表達促進鈣或者鈣調蛋白依賴激酶Ⅱ的表達，后者介導缺血性神經元死亡。

到目前為止，有多項研究描述了lncRNA 在中樞神經系統發生和生長發育中的作用，有322 個lncRNA 在缺氧缺血性損傷的大腦中有不同的表達，并且lncRNA BC088414 的沉默可減少細胞凋亡并促進細胞增殖[21]。這些發現提示了lncRNA 在中樞神經系統損傷中的作用。另外，在研究lncRNA對外周神經元的內在再生能力時，發現有105 個lncRNA 在神經損傷后的背根神經節中存在差異表達[22]。其中，對BC089918 和UC.217 進行了專門研究，結果表明siRNA 下調BC089918 表達和抑制UC.217 表達均能促進背根神經節神經元的軸突生長[23]。

2 lncRNA 與脊髓損傷神經性疼痛的關系

疼痛信號由位于脊髓背根神經節初級感覺神經元神經纖維末端的傷害感受器檢測到，并通過背根神經節傳入中樞神經系統。背根神經節在神經性疼痛中起著關鍵作用，一些實驗通過微陣列和RNA 序列對周圍神經損傷后損傷的背根神經節進行轉錄組分析，確定了大量不同程度表達的lncRNA[24-25]。與此同時，一系列證據表明，背根神經節lncRNA 的表達失調參與了神經性疼痛的發生機制。大量的研究證實lncRNA 的表達失調如何影響神經性疼痛的機制[26]。此外，一些功能性研究表明，神經性疼痛的發生和變化是lncRNA 通過調節疼痛相關基因和增加脊髓背根神經節初級感覺神經元的興奮性來實現的[27]。第二級感覺神經元所在的脊髓背角負責將傷害感受器發出的疼痛相關信號傳遞到脊髓相關區域。使用基于微陣列的分析方法，小鼠lncRNA 基因芯片包括25 376 個lncRNA 探針在內，在脊神經結扎后10 d 發現同側脊髓背角有511 個不同表達(＞2 倍)的lncRNA[28]。通路注釋和基因本體分析顯示，基因組中協調的35 對差異表達的lncRNA-mRNA 參與Toll 樣受體信號傳導、細胞因子和細胞因子受體相互作用、過氧化物酶體增殖物激活受體信號傳導通路[28]。Dou 等[29]報道慢性神經擠壓模型后第1 ～ 5 天，脊髓背角、背根神經節、海馬和前扣帶回皮質中lncRNA 結腸癌相關轉錄物-1 的表達降低，lncRNA-CCAT1 的過度表達減輕了慢性神經擠壓模型誘導的機械性超敏。lncRNA 可能特異性地靶向基因表達，因為它們的尺寸更長，并且選擇性地結合到特定的基因上。例如，阻斷神經損傷導致背根神經節KCNA2 反義RNA 的增加，特異性和選擇性地挽救了KCNA2 mRNA 的下調，減輕了神經性疼痛，而不影響運動功能[30]。無論如何，lncRNA 通過調節離子通道和神經炎癥在神經性疼痛的發展中起著關鍵作用，這兩個關鍵特征驅動了神經性疼痛的發病機制。

3 結語

在急性脊髓損傷的病理過程中，明確lncRNA參與的病理機制以及相關的信號通路，揭示創傷性脊髓損傷急性期神經凋亡水平的作用，對于研發設計治療脊髓損傷特異的小分子藥物、尋找新的靶點、提供實驗基礎和奠定理論依據十分重要。目前，鑒于病毒介導的基因治療已在臨床試驗中應用，病毒介導的RNA 片段的脊髓背根神經節傳遞可能為神經性疼痛治療開辟一條新的途徑。因此，對神經性疼痛中調節不良的lncRNA 的研究不僅提供了對這種疾病潛在機制的深入解釋，而且為開發更有效、不良反應更少的新型鎮痛劑提供了新思路。然而，有關lncRNA 在神經性疼痛中的作用的研究尚處于早期階段。如上所述，脊髓背根神經節的lncRNA 可能在神經性疼痛中起關鍵作用，但它們如何導致神經性疼痛的詳細機制仍不清楚。此外，從RNA 測序中發現的大多數表達失調的lncRNA 在神經性疼痛中的作用尚不清楚。目前對lncRNA 在神經性疼痛中作用的研究尚處于起步期，后續還須進行更加深入廣泛的研究。