長鏈非編碼RNA的調控機制及其在心血管相關疾病發生中作用的研究進展

董星明，周善潔，王曉倩，王凱歌，張錦

1蘭州大學第一臨床醫學院，蘭州730000；2蘭州大學第一醫院

隨著高通量測序技術的發展完善，非編碼蛋白質基因對生命活動的調控作用逐漸引起重視。研究發現，基因組中超過90%的DNA序列可以轉錄，但轉錄產物中只有不到2%可以翻譯為蛋白質[1]。長鏈非編碼RNA(LncRNA) 是一類轉錄本長度超過200個核苷酸的非編碼RNA分子，缺少開放閱讀框，不具備編碼蛋白質功能，主要由RNA聚合酶Ⅱ轉錄產生。關于LncRNA尚無統一的分類標準，St Laurent等[2]總結了基于轉錄本長度、與編碼基因的位置關系、功能等10種分類方法。目前，通常根據與編碼基因的位置關系分為正義LncRNA、反義LncRNA、雙向LncRNA、內含子LncRNA、基因間LncRNA五類。LncRNA一度被認為是基因組轉錄的“噪音”，不具有生物學功能，但越來越多的證據表明,LncRNA參與劑量補償效應、表觀遺傳、細胞周期調控和細胞分化等基本生命過程，其表達異常對包括腫瘤在內的多種疾病的發生發展具有重要的調控作用。因此，LncRNA可能成為疾病診斷的新型生物標志物和潛在的治療靶點。近年來發現,LncRNA與動脈粥樣硬化(AS)、心肌梗死(MI)、心力衰竭(HF)、高血壓、心肌病等心血管相關疾病的發生密切相關，并可通過調節物質代謝、參與免疫和炎癥反應、調控細胞增殖和凋亡等影響心血管相關疾病的發展和轉歸。本文就LncRNA的調控機制及其在心血管相關疾病發生中的作用作一綜述。

1 LncRNA的調控機制

1.1 對表觀遺傳的調節 表觀遺傳是指DNA序列不發生變化而基因表達發生了可遺傳改變，包括染色體修飾、基因組印記、染色體失活等。目前研究表明，LncRNA參與DNA甲基化或組蛋白修飾是其在表觀遺傳中發揮作用的機制之一[3, 4]。雌性哺乳動物體內存在兩條X染色體，LncRNA Xist可以定位于其中1條X染色體，通過與RNA結合蛋白相互作用，導致整條染色體的空間結構發生改變，使之成為非活性X染色體，抑制X染色體表達，從而介導X染色體表達沉默[5]。LncRNA Mhrt可以直接與組蛋白修飾劑相互作用，對染色質修飾進行調節，其表達上調可以阻止病理性心肌肥大[6]。而LncRNA Upperhand可以以等位基因特異性和順式調控的方式，調節與心臟發育相關的hand2基因表達[7]。

1.2 對轉錄的調節 轉錄是以DNA的一條鏈為模板，按照堿基互補配對原則，合成RNA的過程。LncRNA能夠通過多種機制在轉錄水平上實現對基因表達的調控[8]。Xiong等[9]發現，lncRNA HOXB13-AS1在神經膠質瘤組織中表達上調，并且與HOXB13基因表達水平呈負相關關系，其機制與調節HOXB13啟動子甲基化有關。LncRNA PYCARD-AS1是PYCARD基因沉默所必需的，在細胞核中LncRNA PYCARD-AS1可以定位于PYCARD基因的啟動子上，并與染色質抑制蛋白DNMT1/G9a復合物相互作用，促進其結合到PYCARD基因的啟動子上，從而影響目的基因表達[10]。

1.3 對轉錄后的調節 轉錄后是指在RNA水平上對基因表達的調控，主要體現在對mRNA前體剪接和加工、mRNA由細胞核轉至細胞質的過程及定位等多個環節的調控。富含絲氨酸/精氨酸蛋白(SR蛋白)屬于保守蛋白家族，由RNA識別序列和RS結構域兩個部分組成，主要參與RNA剪接[11]。Cooper等[12]研究發現，LncRNA NEAT1可以與SR蛋白家族之一的SRp40相互作用，通過控制磷酸化和去磷酸化調節SRp40活性，從而實現對脂肪細胞分化過程中mRNA的可變剪接。

2 LncRNA在心血管相關疾病發生中的作用

2.1 LncRNA在AS發生中的作用 AS是由高脂血癥、高血壓、炎癥損傷等多種因素引起的慢性血管炎癥疾病，主要表現為內皮損傷、內膜纖維化、脂肪斑塊形成、血管平滑肌增殖和凋亡等病理過程。內皮細胞功能障礙是動脈粥樣硬化的開端，先于血管造影或超聲發現動脈粥樣硬化斑塊。Cho等[13]研究發現，LncRNA ANRIL在冠狀動脈粥樣硬化處表達下調，通過沉默和過表達ANRIL后發現，ANRIL可影響單核細胞對內皮細胞的黏附、跨內皮單核細胞遷移及內皮細胞遷移等過程，而這些恰巧是AS初始化的關鍵細胞過程，說明ANRIL可能參與了AS的發生。Li等[14]研究發現，氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)處理后的內皮細胞(ECs)中LncRNA MALAT1表達上調，用短發夾RNA(shRNA)沉默MALAT1表達后，白細胞介素6(IL-6)和白細胞介素8(IL-8)等炎癥因子釋放進一步增加，導致炎癥反應對ECs的損傷加重以及ECs增殖過程受阻、細胞凋亡數目增加。

血管平滑肌細胞(VSMCs)是血管壁的重要組成部分，其增殖和凋亡在AS血管腔狹窄中具有重要作用。Cui等[15]研究發現，lncRNA 430945在AS血管壁中表達上調，細胞實驗發現過表達lncRNA 430945可促進VSMCs增殖和遷移。由此可見，LncRNA參與維持ECs和VSMCs的正常功能，其表達異常能夠對AS的進程產生影響，但LncRNA的基因調控表達網絡相對復雜，需要更多的實驗去探索。

通過無創方法診斷冠心病(CAD)是目前探索的熱點。Hu等[16]通過對230例接受診斷性冠狀動脈造影的患者隨訪發現，CAD患者血漿中LncRNA ANRIL表達上調，其血漿表達水平的改變對CAD具有良好的診斷價值；與對照組相比，ANRIL表達上調的患者血管狹窄及炎癥反應程度更重，總體生存率更低。此外，還有研究基于臨床危險因素和單細胞水平的分子標記物(LncRNA SENCR和細胞表面標記物)來構建風險評分模型，以達到對早發CAD的早期診斷[17]。

2.2 LncRNA在MI發生中的作用 冠狀動脈粥樣硬化引起管腔狹窄或者閉塞可導致心肌缺血，嚴重時引起MI。Li等[18]采用基因芯片分析MI細胞與正常細胞中LncRNA是否存在表達差異，結果發現共有323個LncRNA表達異常，其中表達上調168個、表達下調155個；通過分析表達失調的LncRNA功能，預測這些LncRNA可能會促進MI的發生發展。Li等[19]研究發現，LncRNA AZIN2-sv在心肌細胞中表達上調，AZIN2-sv能夠誘導心肌細胞凋亡、減少心肌細胞增殖，從而抑制血管生成；進一步實驗發現，沉默大鼠AZIN2-sv表達可促進MI后心肌毛細血管的生成，有助于提高大鼠左心室射血分數(LVEF)和左心室縮短分數(LVFS)，從而有效改善MI大鼠的預后。該研究分析了AZIN2-sv的作用機制，結果顯示AZIN2-sv可降低踝蛋白(Tln1)和整合素β1(ITGB1)蛋白表達，從而抑制血管生成；此外，AZIN2-sv還存在與miR-214結合的位點，可以通過miR-214/PTEN/AKT信號途徑調節血管生成。以上研究表明，LncRNA參與了MI的發生、發展，并可影響患者預后，靶向LncRNA的治療在臨床應用中具有很大的潛能。

肌鈣蛋白(cTn)等傳統診斷標志物容易受多種因素的影響，有必要尋找新的特異性心肌標志物。研究表明，LncRNA能夠穩定存在于血漿中，而外周血具有方便獲取、容易檢測等特點，因此循環血液中的LncRNA可能成為急性心肌梗死(AMI)診斷的生物標志物。Li等[20]對急性ST段抬高型心肌梗死(STEMI)患者進行連續監測，結果發現與健康志愿者相比，STEMI患者血漿LncRNA LIPCAR表達在STEMI癥狀發作4 h內明顯升高，12～24 h達到峰值，到第7天時逐漸恢復到基線水平；根據LIPCAR升高程度進行亞組分析，結果發現LIPCAR表達與冠狀動脈病變評分(Gensini評分)之間呈正相關關系，說明LIPCAR升高的程度可以作為反映冠狀動脈病變嚴重程度的指標之一。Gao等[21]研究發現，LncRNA HOTAIR在早期AMI患者血漿中表達下調，且血漿HOTAIR表達與肌鈣蛋白T(cTnT)水平呈負相關關系。進一步研究發現，心肌細胞中LncRNA HOTAIR的基因序列上有miR-1結合位點，兩者存在負性調控關系；過表達HOTAIR可以抑制miR-1表達上調和相關凋亡蛋白表達，說明HOTAIR可以抑制心肌細胞凋亡，具有心肌保護作用。以上研究為MI的早期診斷提供了新的生物標志物，也為治療MI提供了新的靶點。

2.3 LncRNA在HF發生中的作用 HF是各種心臟疾病的終末階段，具有較高的發病率和病死率。B型腦鈉肽(BNP)已經被證實與HF的發生密切相關，是目前HF診斷的主要生物學標志物，而LncRNA的出現為探索HF的發病機制和診治開辟了新途徑。Kumarswamy等[22]首次將血漿LncRNA用于心血管疾病的診斷，結果顯示慢性心力衰竭(CHF)患者循環血液中LncRNA LIPCAR表達明顯升高，隨訪發現LIPCAR表達升高與患者心血管不良事件的發生有關；表明LIPCAR可能是心功能不全的新型生物標志物，也是CHF預后不良的重要指標。

HF患者心肌肥大是對心臟負荷增大的一種適應性改變，早期可以維持心臟的正常功能，但持續負荷過大可導致心室重塑，患者猝死風險升高。Zhou等[23]研究發現，LncRNA UCA1可以與miR-184結合，而miR-184能夠直接靶向HOXA9 mRNA；進一步實驗發現，LncRNA UCA1可通過與miR-184競爭性結合來促進HOXA9 mRNA表達，從而促進心肌肥大的疾病進程。轉化生長因子β1(TGF-β1) 可以調控細胞增殖、分化及細胞外基質合成，與HF患者心肌纖維化、心室重構密切相關。研究發現，CHF患者血漿TGF-β1水平升高、LncRNA GASL1表達降低，兩者呈負相關關系，GASL1過表達可抑制TGF-β1mRNA和蛋白表達，從而改善CHF患者的預后[24]。

重組人腦利鈉肽(rhBNP)可以減輕心臟負荷，從而緩解HF患者的臨床癥狀。Zhang等[25]觀察了低氧誘導的H9c2心肌細胞中LncRNA EGOT表達，結果發現低氧可加重心肌細胞損傷，并下調EGOT表達；對患者給予rhBNP后可改善心肌細胞損傷，并上調EGOT表達；進一步研究發現，EGOT可通過激活心肌細胞中的PI3K/AKT/mTOR途徑而減輕低氧誘導的細胞損傷。以上研究均有助于我們更好地理解HF的分子機制，為將來HF的治療提供新的策略。

2.4 LncRNA在高血壓發生中的作用 高血壓是由多種因素共同作用而導致的復雜心血管病，除環境因素外，遺傳因素在高血壓發病過程中也具有重要作用。隨著基因測序技術的發展，LncRNA在高血壓發病機制中的作用也越來越明確。Wang等[26]研究發現，LncRNA GAS5參與了血壓調節，在自發性高血壓大鼠中GAS5沉默會導致其收縮壓、舒張壓和平均動脈壓升高，動脈管壁厚度及管腔直徑也發生了改變，提示GAS5可影響高血壓發病過程中的動脈管壁重塑。Jin等[27]對高血壓患者外周血液LncRNA差異表達譜進行檢測，確定了LncRNA AK098656與高血壓發病相關，其在高血壓患者外周血液中表達上調，且主要表達于人主動脈平滑肌細胞(HASMCs)，在ECs中表達較少。動物實驗表明，AK098656轉基因大鼠可自發發展為高血壓，其中動脈α-平滑肌肌動蛋白、肌球蛋白重鏈11和纖連蛋白1表達均降低，而膠原蛋白沉積增加，這些變化可能是導致動脈阻力升高的原因，且與原發性高血壓患者的早期病理過程相似，說明LncRNA表達異?？赡苁菍е赂哐獕喊l生的原因之一。

血管重塑是高血壓的重要病理特征，可以導致血管阻力增加及順應性降低，VSMCs增殖、遷移和表型轉換是血管重塑的重要原因。Mantella等[28]通過機械拉伸誘導的HASMCs來模擬高血壓血管重塑模型，并對LncRNA表達進行檢測，發現篩查的30 586個LncRNA中有580個存在差異表達，說明高血壓血管重塑與LncRNA表達異常有關。Shi等[29]研究發現，LncRNA TUG1可以促進高血壓大鼠VSMCs增殖、遷移并抑制細胞凋亡，其機制可能是TUG1充當內源競爭性RNA(ceRNA)，與miR-145-5p和成纖維細胞生長因子10(FGF-10)形成反饋環，從而實現對VSMCs的調控并參與高血壓發生發展。以上發現為LncRNA通過參與血管重塑而在高血壓的發病中發揮作用提供了理論證據和支持。

2.5 LncRNA在心肌病發生中的作用 心肌病是一組異質性心肌疾病，由不同病因引起心肌病變導致心肌機械和(或)電功能障礙，常表現為心肌肥厚或擴張。肥厚型心肌病(HCM)主要由遺傳性因素引起，是青少年心源性猝死的主要原因之一。已有研究表明，lncRNA參與了心肌細胞紊亂、心肌肥大和心肌間質纖維化等過程，而這些均是心肌病的常見病理改變[30]。Liu等[31]通過轉錄測序分析發現，HCM心肌組織與正常心肌組織中編碼RNA及LncRNA均存在表達差異，這為基因層面理解HCM的發病機制提供了參考。Gomez等[32]對405例HCM患者和505例健康對照者進行對比分析發現，LncRNA H19的三個常見基因分型與HCM發病風險之間有顯著相關性，但僅限于無肌節致病變異的患者，提示HCM發病機制的復雜性和基因調控的豐富性。

遺傳也是擴張型心肌病(DCM)的重要病因。Li等[33]研究發現，DCM患者心肌組織LncRNA RP11-544D21.2表達上調最明顯，其可能是DCM的特異性LncRNA，并且LncRNA RP11-544D21.2能調節心肌細胞中與DCM相關的基因表達，從而參與DCM的發生。也有研究發現，在阿霉素誘導的DCM大鼠模型中，LncRNA H19表達沉默可以減弱心肌細胞凋亡并改善左心室功能[34]。提示同一種LncRNA可以參與不同的疾病過程，也可以通過不同的途徑參與疾病的發生發展，其作用機制仍需要進一步研究。

綜上所述，LncRNA在心血管相關疾病中的研究尚處于起步階段，還有許多與心血管相關LncRNA的結構、功能及作用機制需要去探索發現。隨著技術的發展，相信會有更多的與心血管相關疾病發病相關的LncRNA被發現。對LncRNA進行深入研究有助于了解心血管相關疾病發病的分子機制，為心血管相關疾病的診治提供基因靶向方面的依據。