長鏈非編碼RNA在眼部疾病中的作用

徐鑫令，侯乃方，王欣玲

0引言

2002年日本科學家[1]首次定義了長鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs，LncRNAs)，即其轉錄子的長度大于200個核苷酸且不具有編碼蛋白質的功能的一類RNA。Kapranov等[2]研究表明LncRNAs大部分位于細胞核，細胞質中僅占約15%，其在樹突狀細胞、巨噬細胞、T細胞和B細胞等免疫細胞中廣泛表達，參與免疫應答，維持細胞的正常生命活動。新一代高通量測序技術發現大部分DNA轉錄成LncRNAs，其轉錄量遠遠超過編碼RNA，同時發現轉錄出的LncRNAs在基因的修飾、轉錄及轉錄后翻譯、蛋白質的變構調節等過程中都發揮著重要作用[3]。在DNA水平上LncRNAs可招募染色質重構復合體介導某些基因的表達沉默，進而參與表觀遺傳調控、維持染色體數目的穩定；可作為競爭性RNA激活或抑制轉錄因子的表達，進而參與轉錄調控；可競爭性結合微小RNA(microRNA，miRNA)上調mRNA翻譯，影響蛋白質復合物的重組；也可直接與mRNA結合降解或抑制mRNA的翻譯；還可與蛋白結合激活或抑制蛋白活性，進而參與轉錄后調控。因此，LncRNAs是基因轉錄組中的重要組成部分。近年來許多研究表明LncRNAs的差異表達對基因表達產生影響，并調控疾病的發生、發展。有研究指出LncRNAs參與眼部發育，在眼部疾病中存在差異表達，其表達失調與糖尿病視網膜病變、早產兒視網膜病變、角膜新生血管的形成密切相關[4-5]。研究LncRNAs在眼部疾病發生發展中的作用，將有助于人們了解疾病的發病機制、診斷、預后與轉歸，并對眼部疾病的藥物開發及治療提供新策略。本文就近年來LncRNAs在眼部疾病中的研究進展進行綜述。

1 LncRNAs與角膜疾病

角膜疾病是我國第二大致盲性眼病，其中角膜新生血管的產生是角膜盲的常見原因，它可在不同眼表疾病中發生，破壞角膜的免疫赦免，加劇角膜炎癥反應，嚴重損害視功能。角膜新生血管產生的核心機制在于促血管生成因子和抗血管生成因子之間的失衡從而誘發炎癥的級聯反應。最新研究發現在血管化角膜中，LncRNA H19的表達增加，其可通過抑制microRNA-29c(miR-29c)促進血管內皮生長因子A(VEGFA)的表達，從而誘導角膜新生血管的產生。LncRNA H19/miR-29c/VEGFA通路可能是角膜新生血管產生的潛在機制之一，這種新的調控軸有望成為治療角膜新生血管的潛在靶點[6]。翼狀胬肉是一種慢性眼表疾病，若其侵入角膜可導致角膜散光、角膜像差改變等視功能損害。Lan等[7]通過轉錄組測序發現，Linc-9432是細胞分化的抑制劑，可抑制誘導分化的細胞凋亡使得成纖維細胞功能障礙，并促進角膜緣干細胞過度表達從而對結膜—角膜屏障起到保護作用，同時阻止結膜細胞向角膜的侵襲。這一研究同時對翼狀胬肉發生的分子機制進行了闡述并推測成纖維細胞功能障礙受基因間型LncRNA(LincRNA)調控，若成纖維細胞或其前體在分化或增殖方面變得異常，則可預見該疾病的發生。

2 LncRNAs與晶狀體疾病

白內障是一種因晶狀體混濁導致視力下降或視功能損害的疾病，是全球范圍內首位致盲性眼病，依據其病因可以分為先天性白內障、代謝性白內障、年齡相關性白內障、后發性白內障等，其中以年齡相關性白內障最為常見。目前白內障的發病機制尚不明確，多項研究顯示白內障的發生發展與晶狀體細胞的異常凋亡及晶狀體上皮—間質轉換過程有關。Cheng等[8]研究發現LncRNA H19在早期年齡相關性白內障患者的晶狀體上皮細胞(len epithelial cells，LECs)中表達上調，若對其敲低可加重紫外線輻射誘導的氧化損傷，降低細胞活力并抑制細胞增殖，導致晶狀體細胞凋亡，該研究推斷LncRNA H19/miR-29a/TDG這一促進氧化損傷修復的調控軸可作為治療白內障的新靶點。后發性白內障是白內障術后的常見并發癥，主要由于術后殘余LECs的增殖而導致晶狀體后囊混濁。Dong等[9]通過基因芯片分析顯示TGF-β2誘導肺腺癌轉移相關轉錄子1(MALAT1)過表達，而MALAT1通過與miR-26a結合充當靶向Smad4的ceRNA促進LECs的上皮—間質轉化進程。而Wang等[10]研究發現TGF-β2誘導FEZF1-AS1過表達促進LECs的增殖和遷移。丹參酮ⅡA通過調節NF-κB信號傳導保護SRA01/04細胞免受H2O2觸發的細胞凋亡，從而提高LncRNA ANRIL表達，這也表明丹參酮ⅡA具有治療年齡相關性白內障的潛力[11]。

3 LncRNAs與青光眼

原發性開角型青光眼(primary open angle glaucoma，POAG)是最常見的青光眼類型，其主要特征為視野缺損及視神經損害，發病機制可能與小梁網中的細胞外基質(extracellular matrix，ECM)堆積有關。因進行性的視網膜神經節細胞缺失引起的視野缺損很容易被患者忽視，因此，該病是一種嚴重威脅視力的隱匿性視神經退行性病變。目前已將WDR36、MYOC和OPTN確定為POAG的致病基因。 Shen等[12]研究表明，人小梁網細胞(human trabecular meshwork cells，HTMCs)在氧化應激下LncRNA RP11-820明顯上調，它可直接結合miR-3178調控MYOD1的表達，而MYOD1可以與STAT3結合轉錄HTMCs中的ECM基因。這種氧化應激誘導的LncRNA RP11-820在調節HTMCs中的miR-3178/MYOD1/ECM軸起到了關鍵作用。這一發現進一步闡明了POAG的發病機制，并為其提供了新型治療靶標。Xie等[13]通過微陣列分析獲得了來自10例POAG患者和10名無眼部疾病的健康對照者的房水中的LncRNAs和mRNA表達譜，以期預測潛在的LncRNAs功能。經過實時定量RT-PCR證實，LncRNA T267384、ENST00000607393和T342877可能是POAG診斷的潛在生物學標記，ENST00000607393可能是治療小梁網鈣化的新靶標。

4 LncRNAs與增生性玻璃體視網膜病變

增生性玻璃體視網膜病變(proliferative vitreoretinopathy，PVR)是一種致盲性的眼科疾病，常并發于視網膜脫離或玻璃體切割術后，其病理改變是在視網膜前后表面及玻璃體內形成一種纖維增殖膜，即視網膜前膜(epiretinal membranes，ERMs)，若其收縮后可引起PVR的發生，甚至導致視網膜皺褶或牽拉性視網膜脫離。Zhou等[14]通過基因芯片分析顯示，PVR患者的ERMs中有78個LncRNAs異常表達，包括48個上調的LncRNAs轉錄本和30個下調的LncRNAs轉錄本。PVR患者外周血細胞及血漿中LncRNA MALAT1均明顯上調，該非編碼RNA具有調節視網膜色素上皮層細胞增殖和遷移的作用，并對ERMs的形成至關重要。體外實驗進一步發現抑制LncRNA MALAT1的表達可降低細胞凋亡的幾率，綜上分析得出LncRNA MALAT1不僅是PVR疾病診斷和基因治療的靶點，也是疾病預后判斷的重要標志。

5 LncRNAs與糖尿病視網膜病變

糖尿病視網膜病變(diabetic retinopathy，DR)是最常見的微血管并發癥，可產生視網膜新生血管、黃斑水腫、視網膜出血及牽拉性視網膜脫離等眼底改變，最終可導致視力喪失。該病理改變主要系多種細胞因子通過激活不同信號通路最終引起血—視網膜屏障受損。Yu等[15]通過制作體外糖尿病凋亡細胞模型，評估了在高葡萄糖損傷的人視網膜色素上皮細胞中的LncRNA反胰島素樣生長因子2(IGF2-AS)的功能，研究發現LncRNA IGF2-AS可調節高葡萄糖誘導的人視網膜色素上皮細胞凋亡，同時發現通過激活AKT信號通路可抑制LncRNA IGF2-AS表達，從而對葡萄糖損傷的人視網膜色素上皮細胞起到保護作用。Zhang等[16]通過RT-qPCR檢測DR患者血漿中的LncRNAs證實LncRNA AK077216表達下調，可通過下調miR-383抑制視網膜色素上皮細胞的凋亡。新生血管生成是DR的重要臨床特征，但其發生的確切機制仍不清楚。Liu等[17]研究表明LncRNA MALAT1通過調節miR-125b/血管內皮鈣粘蛋白(VE-鈣粘蛋白)軸促進DR的新生血管形成。在高葡萄糖誘導的人視網膜微血管內皮細胞(hRMEC)中，LncRNA MALAT1和VE-鈣粘蛋白被上調，而miR-125b被下調；敲低LncRNA MALAT1可通過miR-125b靶向抑制VE-鈣粘蛋白/β-連環蛋白復合物來抑制hRMEC增殖、遷移和血管生成，因此抑制LncRNA MALAT1可能成為DR抗新生血管生成治療的潛在靶標。

6 LncRNAs與年齡相關性黃斑變性

年齡相關性黃斑變性(age-related macular degeneration，ARMD)是在全球范圍內造成視力喪失的主要原因之一，尤其是發達國家ARMD則是致盲的首位原因[18]。其主要特征是視網膜光感受器和視網膜色素上皮細胞變性及脈絡膜新生血管形成，從而影響中心視力。ARMD分為濕性(滲出性)和干性(萎縮性)兩種類型，濕性ARMD表現為脈絡膜新生血管形成，眼內注射抗血管內皮生長因子已成為主流治療方式，而對于干性ARMD形成的地圖樣萎縮尚無有效的治療措施。Zhu等[19]研究發現LncRNAs已經成為感光細胞發育的重要調節劑，其中LncRNA MEG3在光誘導的視網膜色素上皮細胞變性中起重要作用。在光誘導損傷模型中，LncRNA MEG3表達顯著上調，它可充當p53誘餌來調節視網膜感光細胞功能，MEG3沉默可防止體內光誘導的視網膜色素上皮細胞變性和感光細胞凋亡。同時MEG3沉默也降低caspase 3/7活性，上調抗凋亡蛋白(Bcl-2)的表達，并下調促凋亡蛋白(Bax)的表達。綜上，LncRNA MEG3的發現對治療光誘導的視網膜色素上皮細胞變性提供了一種新方法。有研究表明位于視網膜色素上皮細胞質中的LncRNA ZNF503-AS1與視網膜色素上皮細胞分化同步上調，而在萎縮性ARMD和視網膜色素上皮功能障礙患者中表達下調。體外實驗進一步表明LncRNA ZNF503-AS1可促進視網膜色素上皮細胞分化并抑制其增殖、遷移。該研究提示LncRNA ZNF503-AS1可作為萎縮性ARMD的生物標志物和治療靶標[20]。

7 LncRNAs與視網膜母細胞瘤

視網膜母細胞瘤(retinoblastoma，RB)是嬰幼兒最常見的原發性眼內惡性腫瘤，早期主要表現是白瞳癥，其次為斜視、眼球移位等；當疾病進展到晚期時可發生眼外播散，其致盲率、致死率相當高。目前，對于RB的發病機制仍不完全清楚，一般認為與基因突變、表觀遺傳修飾等多種分子機制有關。基礎研究發現沉默的LncRNA ANRIL通過調節miR-99a和c-Myc抑制成視網膜細胞瘤Y79細胞的生長和轉移；LncRNA MEG3通過負調控Wnt/β-catenin途徑在RB的發生和發展中起到抗腫瘤的作用[21]。這些研究使我們能夠更好地了解RB的病理過程并為RB的靶向治療提供了新的見解。臨床上RB的治療重點主要是通過腫瘤的早期防控挽救患兒生命，其次是保存眼球，最大程度地保留視力。早期的RB若及時發現并治療存活率大多超過95%，而晚期患者存活率一般低于50%，預后很差。Su等[22]研究發現RB的不良預后主要歸因于LncRNA BANCR功能失調，其可以調節腫瘤的生長和轉移。

8小結

LncRNAs是基因表達的重要調控因子，通過多種分子及信號通路影響疾病的發生發展。目前，國內對于眼部疾病相關LncRNAs的研究尚處于發展階段，只有少部分LncRNAs的特征、生物學功能及作用機制得到確認，且多以單中心小樣本的研究為主，單個標志物對疾病診斷及預后判斷的預測效率有限，多個標志物聯合則能顯著提高對疾病診斷、預后預測的價值，擴大樣本量、開展多中心研究也將使研究數據更加具有說服力。相信在不久的將來，隨著研究的深入及高通量測序技術的更新，LncRNAs在細胞和組織中的生物學功能及作用機制會越來越明晰，會有更多參與眼部疾病的LncRNAs被挖掘，并成為潛在的生物學標志，為眼部疾病的診治提供新的思路和靶點。