長鏈非編碼RNA在眼部疾病的研究進展

鄭久勝，姚靜虹，劉光明，李淑婷

0引言

近年來隨著基因組計劃的完成、分子生物學技術的飛速發展以及新的基因檢測技術日趨成熟和完善，新的研究發現，長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)廣泛參與生物體內多種重要的生理及病理過程，而其異常表達與人類多種重大疾病的發生及進展過程密切相關[1]，如惡性腫瘤、炎癥、免疫性疾病等。最近的研究顯示，lncRNA與眼科疾病也息息相關，本文旨在對近年來關于lncRNA的異常表達與眼部疾病的研究現狀做一綜述。

1 lncRNA概述

lncRNA是指長度大于200個核苷酸且不參與蛋白質編碼過程的RNA，隨著研究的不斷深入，發現其具有多種多樣的重要生物學功能。

1.1 lncRNA結構及其特征根據GENECODE數據庫分析統計顯示，人類目前有13870個基因可以通過轉錄生成lncRNA，其lncRNA目前已知數量達到24000多條[2]，lncRNA可在任何基因組部位進行轉錄，類似于mRNA，具有5’帽子結構和3’多聚腺苷尾結構，但其開放閱讀框較短或者不存在，在生物細胞內整體水平表達較低，約為mRNA的1/10，具有復雜的二級或三級結構，無較高的序列保守性[3]。

lncRNA根據其生物學功能，主要分為兩大類：調控性非編碼RNA和基礎結構性非編碼RNA。lncRNA屬于調控性非編碼RNA中的一類。小非編碼RNA包括小干擾RNAs、微小RNAs(microRNAs)等，其中microRNAs是近年來研究較熱門，轉錄本長度約由19～24個核苷酸組成的內源性單鏈小RNA[4]。與其相關的microRNAs相比較，lncRNA轉錄本序列更長、空間結構更加復雜，因此其所包含的信息量也更加豐富。lncRNA依據其在基因組上的位置關系，可分為基因區間、雙向型、天然反義、天然順義及內含子區等5種類型，具有重要的生物學功能，對其進行深入研究將有助于我們更好地探索相關疾病的發生發展機制，并為相關疾病的治療提供新的策略和思路。

1.2 lncRNA的生物學功能lncRNA的生物學功能主要表現在以下幾個方面：(1)通過招募染色質重塑復合體到特定的基因組位點使其發生催化活性，從而介導表觀遺傳發生變化。如人體內的二氫葉酸還原酶基因DHFR，其上游啟動子啟動lncRNA的轉錄并補充下游啟動子的堿基以形成復合物的穩定結構，可以阻止啟動子與TFIIB結合，最終抑制下游基因轉錄[5]。也可以通過組蛋白修飾以遠程調控的方式沉默基因的轉錄[6]。(2)通過影響增強子和啟動子的轉錄過程等作用機制在轉錄水平發揮重要的調控作用。其調控基因表達的方式非常多樣化，既可以通過參與組蛋白修飾、mRNA拼接的方式，又可以通過結合轉錄因子來激活或抑制目的基因的表達。當細胞被破壞，應激反應通過啟動細胞周期蛋白D1基因的上游lncRNA轉錄，轉錄產物可與結合蛋白TLS結合，通過其結合后的變構效應來調控蛋白CBP/p300并抑制組蛋白乙酰轉移酶的活性，進而進一步抑制細胞周期蛋白D1的轉錄[7]。(3)lncRNA參與轉錄調控。作為直接的轉錄激活因子或轉錄抑制因子參與靶基因的調控。lncRNA Evf-2[8]與Dlx-2特異性協作以提高Dlx-5/6增強子的靶轉錄活性和同源異型結構特異性方式。Evf-2和Dlx-2蛋白的穩定復合物在體內形成，表明Evf-2通過直接影響Dlx-2活性來激活轉錄活性。(4)lncRNA也可以通過轉錄后調控，包括轉錄后的剪切、拼接、轉運、折疊、翻譯及降解等多個步驟，如mRNA-Zeb2，受lncRNA直接調控，其翻譯起始點位于非編碼區的內含子中，lncRNA可與其互補而保護其不受剪切，以此調控Zeb2基因的表達[9]。

1.3 lncRNA與microRNAs的相互作用近年研究表明，lncRNA可以通過競爭內源性RNA與microRNAs而相互干擾，影響mRNA與microRNAs的結合。如在肝纖維化[10]發展過程中lncRNA與microRNAs共同參與了肝纖維化中蛋白質編碼基因表達的調節，研究肝纖維化中失調的lncRNA表達和lncRNAs-microRNAs相互作用機制，將有助于開發新的肝纖維化治療靶標和生物標記物。在膽囊癌[11]中lncRNA PVT1通過其對miR-143的競爭內源性RNA活性正調控HK2的表達，即PVT1/miR-143/HK2軸通過調節膽囊癌細胞中的有氧葡萄糖代謝來促進細胞增殖和轉移，這可能為膽囊癌提供新的治療靶標。

2 lncRNA與人類疾病

2010年，作為在乳腺癌中判斷預后及轉移的重要指標—HOTAIR[12]的發現使人們將疾病發病機制的研究轉向lncRNA，隨后的研究發現，越來越多的疾病與lncRNA的差異表達密切相關。研究最多的是lncRNA與腫瘤發病之間的關系，涉及肺癌[13]、肝癌[14]、結直腸癌[15]、宮頸癌[16]、乳腺癌[17]、膀胱癌[18]、白血病[19]等多種惡性腫瘤疾病的發生。此外，研究表明，lncRNA與糖尿病及其并發癥(如糖尿病性腎病、糖尿病性視網膜病變)、自身免疫性疾病(如系統性紅斑狼瘡)、心血管疾病、神經系統疾病(如阿爾茨海默氏病)等多種疾病的發生發展也息息相關。

3 lncRNA與眼科相關疾病

目前，lncRNA與眼部疾病的相關研究表明，lncRNA參與視網膜發育，其異常表達可能與角膜新生血管的形成、翼狀胬肉、青光眼、白內障、增殖性玻璃體視網膜病變(PVR)、糖尿病性視網膜病變、年齡相關性黃斑變性(ARMD)、視網膜母細胞瘤、葡萄膜黑色素瘤(UM)等的發病機制密切相關。

3.1 lncRNA與角膜新生血管正常角膜是透明無血管的，當角膜遭受病原體感染、外傷或炎癥等因素刺激時會導致角膜新生血管的形成。已有研究表明，角膜新生血管的形成是多種炎癥因子及細胞因子共同作用的病理過程。Huang等[20]通過建立鼠角膜新生血管模型，采用微陣列分析發現，炎癥性新生血管的鼠角膜與正常透明的鼠角膜相比，有154個lncRNA表達差異顯著，其中包括60個下調的lncRNA和94個上調的lncRNA，提示角膜新生血管形成可能與相關lncRNA異常表達有關，其可能成為角膜新生血管疾病預防和治療的潛在靶點。

3.2 lncRNA與翼狀胬肉翼狀胬肉的確切發病機制尚不明確，其可能的發病因素有以下幾個：(1)血管內皮生長因子受體(VEGFR)[21]控制病理性血管生成并增加眼內血管通透性；(2)白細胞介素[22]；(3)基質金屬蛋白酶及基質金屬蛋白酶組織抑制因子[23]，基質金屬蛋白酶可促進翼狀胬肉的生長，而基質金屬蛋白酶組織抑制因子與基質金屬蛋白酶功能恰恰相反；(4)腫瘤抑制基因[24]，如P53的異常表達能夠促進翼狀胬肉細胞增殖；(5)增殖相關蛋白[25]，如Ki-67、細胞周期蛋白D1在翼狀胬肉細胞增殖過程中發揮重要作用。Liu等[26]發現在翼狀胬肉組織中lncRNA參與調節關鍵基因表達，并提出相關lncRNA可能是治療翼狀胬肉的新型分子靶點。

3.3 lncRNA與青光眼青光眼是一組以視神經萎縮和視野缺損為特征的疾病，是致盲的主要原因之一，具有一定的遺傳性。病理性眼壓升高是青光眼的一個重要的危險因素。lncRNA CDKN2B-AS又稱為ANRIL，是一種以CDKN2A和CDKN2B的反義方向轉錄的lncRNA。這些基因座上多態性的發生改變了調節細胞周期或通過表觀遺傳機制對靶基因的表達，隨后誘導視網膜神經節細胞凋亡和誘發青光眼的發生[27]。另有研究表明，lncRNA MALAT1可以通過激活PI3K/Akt信號通路抑制青光眼中的視網膜神經節細胞凋亡[28]。

3.4 lncRNA與白內障Shen等[29]研究發現，與年齡相匹配的透明晶狀體受檢者相比，白內障患者有38個lncRNA表達異常，lncRNA在白內障患者的全血血漿和房水中的表達量明顯增加；而敲除MIAT可通過氧化應激反應影響人晶狀體上皮細胞的凋亡、增殖、遷移，敲除MIAT可抑制腫瘤壞死因子-α的異常表達及晶狀體上皮細胞的遷移，在后發性白內障的發病過程中可能具有重要作用。

3.5 lncRNA與增殖性玻璃體視網膜病變Zhou等[30]利用微陣列分析研究顯示，PVR患者的視網膜前膜中有78個lncRNA存在異常表達(48個上調，30個下調)。PVR患者外周血細胞和血漿部分lncRNA MALAT1明顯上調；PVR術后患者MALAT1表達明顯減少，體外實驗提示MALAT1調節視網膜色素上皮(RPE)細胞的增殖和遷移，這對于視網膜前膜形成具有關鍵作用，表明MALAT1可能作為PVR的診斷和潛在預后指標，也可能成為PVR基因治療的潛在靶點。

3.6 lncRNA與糖尿病性視網膜病變Liu等[31]在鏈脲佐菌素(STZ)誘導的糖尿病大鼠動物模型中發現，lncRNA MALAT1在視網膜的表達量明顯上調，提示糖尿病血管內皮細胞功能障礙與其相關。Yan等[32]通過建立STZ誘導的糖尿病性視網膜病變大鼠動物模型發現，早期糖尿病性視網膜病變大鼠存在303個lncRNA異常表達(214個表達下調，89個表達上調)，提示lncRNA可能通過多個致病途徑介導糖尿病性視網膜病變的發病機制，其中MALAT可能是早期診斷、治療及判斷其預后的一個潛在治療靶標。

3.7 lncRNA與年齡相關性黃斑變性RPE細胞去分化已被認為是萎縮性ARMD病理變化的關鍵因素。因此，阻斷RPE去分化是治療萎縮性AMRD的有效策略。Chen等[33]使用微陣列篩選出217個差異表達的lncRNA。其中lncRNA ZNF503-AS1在RPE細胞的細胞質中表達，且ZNF503-AS1表達水平與RPE分化一起持續上調，并且在萎縮性ARMD患者的RPE脈絡膜中被下調。該研究表明ZNF503-AS1失調與萎縮性ARMD的RPE去分化和病理過程有關，提示其可作為萎縮性ARMD的生物標志物和治療靶標。

3.8 lncRNA與眼部腫瘤

3.8.1 lncRNA與視網膜母細胞瘤研究發現，lncRNA MEG3啟動子的高甲基化及MEG3的失活與視網膜母細胞瘤患者的預后相關，該研究揭示MEG3是視網膜母細胞瘤中的腫瘤抑制基因，并通過調節Wnt/β-連環蛋白途徑的活性抑制視網膜母細胞瘤細胞的增殖[34]。另有研究發現，lncRNA H19可通過結合miR-17-92簇的位點抑制視網膜母細胞瘤的進展，這有望成為視網膜母細胞瘤的治療策略[35]。

3.8.2 lncRNA與葡萄膜黑色素瘤UM是成人中最常見的原發性眼部惡性腫瘤，可導致嚴重的視覺障礙。Xu等[36]研究發現遺傳擴增和DNA甲基化是UM中異常lncRNA PVT1表達的機制，提示lncRNA PVT1的表達可能在UM的發生發展過程中具有重要意義，其可作為特異性的預后生物標志物。Zheng等[37]研究發現，lncRNA FTH1P3的表達與UM組織中miR-224-5p表達呈負相關，miR-224-5p的異位表達降低了UM細胞的增殖，阻滯細胞周期和抑制細胞遷移，表明lncRNA FTH1P3在UM中起關鍵作用。

4展望

隨著研究的深入，大量lncRNA功能逐漸被挖掘，為明確相關疾病的發病機制提供了可能，然而lncRNA研究前景仍然存在著眾多挑戰：(1)lncRNA功能及作用機制研究。lncRNA類似于mRNA，具有5’帽子結構和3’多聚腺苷尾結構，但其開放閱讀框較短或者缺失，在生物細胞內整體水平上表達較低，約為mRNA的1/10，具有復雜的二級或三級結構，無較高的序列保守性，這在極大程度上限制了對lncRNA功能的詳盡闡述和研究。(2)lncRNA基因測序的準確性。傳統的lncRNA篩選方法效率低下，假陽性率高，目前研究lncRNA的高通量技術手段主要有芯片、二代測序、三四代測序。然而基因芯片雖然具有覆蓋全面、高效、準確的特點，但lncRNA的表達量遠低于mRNA。此外，利用測序的方法需要特異性建庫和較高的數據量，這使得測序的準確性要求更加嚴格。(3)lncRNA特異性表達仍未完全闡明。隨著技術的快速發展，人們對lncRNA的差異性表達認識也日趨完善，但在眼部疾病方面研究較少，仍需要進一步闡明和完善。

5總結

隨著對lncRNA研究的深入，對基因的定義又有了更加深入的認識，分子遺傳學的經典理論“中心法則”的內容變得更加豐富，人們對生命的運行規律，包括正常和疾病狀態下的認知，也將會隨著越來越多的lncRNA的發現而變得更加豐富。研究lncRNA與眼部疾病發生發展之間的關系，將有助于人們對眾多眼部疾病的發病機制、診斷、預后及轉歸予以新的認識，并對眼部疾病的治療藥物開發提供新的策略。