長鏈非編碼RNA TUG1在血管相關疾病中的研究進展

王月霞，馬媛，底煜

(中國醫(yī)科大學附屬盛京醫(yī)院眼科，沈陽 110000)

全基因組分析顯示，90%的人類基因可以被轉錄，其中僅不足2%的基因可編碼蛋白質，其他均為非編碼RNA；長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)是一類長度>200個核苷酸的DNA轉錄本，幾乎沒有編碼蛋白質的潛能，最初僅被認為是無關緊要的轉錄“噪聲”[1]。然而，隨著大規(guī)模基因組測序的開展以及測序技術的不斷發(fā)展，lncRNA受到越來越多的關注，目前已成為生物醫(yī)學領域的研究熱點之一。lncRNA在不同細胞和組織的多種生理病理過程中均發(fā)揮作用，包括染色質修飾、轉錄、轉錄后翻譯以及表觀遺傳調控、細胞增殖、凋亡和遷移等[2]。其中，lncRNA牛磺酸上調基因1(taurine upregulated gene 1，TUG1)發(fā)現(xiàn)相對較早。研究表明，lncRNA TUG1參與器官發(fā)育以及多種系統(tǒng)疾病的生物學過程，包括細胞增殖、分化、侵襲、抗藥性、抗輻射性、血管生成、炎癥、腫瘤發(fā)生發(fā)展等[3-5]，尤其在腫瘤的病理性血管生成及惡性程度方面具有重要作用，嚴重影響患者預后[6]。血管相關疾病種類眾多，目前已有大量關于lncRNA TUG1與血管疾病的研究[7-10]。現(xiàn)就lncRNA TUG1在血管相關疾病中的研究進展予以綜述。

1 lncRNA TUG1的基本結構與生物學功能

lncRNA TUG1高度保守，定位于染色體22q12.2，其基因序列由7 598個核苷酸組成[11]，最早在體外培養(yǎng)的新生小鼠視網膜細胞中被發(fā)現(xiàn)[3]，是一個可被剪接、有多聚腺苷酸尾的lncRNA，由于lncRNA TUG1的表達隨牛磺酸的加入而上調，被稱為“牛磺酸上調基因1”。牛磺酸是一種含硫的氨基酸，主要產生于肝臟和腎臟，存在于視網膜、腦、心臟和胎盤等器官，在大腦發(fā)育、光學和免疫系統(tǒng)以及滲透調節(jié)、繁殖、膜穩(wěn)定、心肌調節(jié)和炎癥等生物學過程中發(fā)揮關鍵作用[12-13]。研究表明，TUG1在多種疾病的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用，尤其在腫瘤(乳腺癌、胃癌、膀胱癌、骨肉瘤等)的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關鍵作用[14-17]。

2 lncRNA TUG1在血管相關疾病中的研究

2.1lncRNA TUG1與腫瘤血管疾病 新生血管生成是腫瘤發(fā)生和轉移的關鍵，不僅參與營養(yǎng)供應和代謝廢物交換、促進腫瘤生長，還可促進腫瘤細胞進入血液循環(huán)，從而發(fā)生腫瘤轉移。lncRNA TUG1可作為競爭性內源RNA發(fā)揮生物調節(jié)作用，并作為微RNA(microRNA，miRNA/miR)的海綿，調控下游信使RNA的表達[18]。lncRNA TUG1可通過海綿化miRNA抑制其功能，包括miR-1299、miR-186-5p、miR-212-3p、miR-145、miR-26a、miR-34a-5p等[19-21]。如lncRNA TUG1可作為miR-1299的海綿，通過競爭性內源RNA機制上調Notch 3基因的表達，并促進卵巢癌細胞的增殖和侵襲，抑制其周期停滯，形成miR-1299/Notch 3/TUG1反饋回路[20]。Zhan等[21]研究證實，lncRNA TUG1可通過miR-186-5p/鋅指E盒結合蛋白1軸促進卵巢癌細胞增殖、侵襲、轉移以及腫瘤干細胞特性。還有研究發(fā)現(xiàn)，敲低卵巢癌細胞lncRNA TUG1水平可顯著抑制富亮氨酸α2糖蛋白1(一種介導血管生成的分泌因子)的表達，而lncRNA TUG1通過調節(jié)富亮氨酸α2糖蛋白1表達，實現(xiàn)對血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、血管生成素-1和腫瘤生長因子-β的調控，從而影響腫瘤血管的生成[9]。以上研究表明，lncRNA TUG1對同一腫瘤疾病有不同的調節(jié)機制，因此其參與調控的網絡廣泛。另有研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA TUG1的表達與宮頸癌病灶大小、腫瘤分化程度及淋巴結轉移有關，敲低lncRNA TUG1可通過miR-381-3p/鼠雙微體2軸促進宮頸癌細胞凋亡、抑制腫瘤生長，并降低其遷移和侵襲能力[22]；敲低lncRNA TUG1還可顯著抑制乳腺癌細胞增殖、遷移和侵襲，并促進其凋亡[14]。Yang等[23]研究發(fā)現(xiàn)，敲低lncRNA TUG1可抑制前列腺癌細胞增殖、遷移和侵襲，同時誘導其周期停滯和細胞凋亡。Niu等[24]發(fā)現(xiàn)，lncRNA TUG1在小細胞肺癌中表達升高，其表達水平與患者臨床分期和生存時間有關，體外和體內lncRNA TUG1表達下調均可能抑制細胞增殖，并增加其對抗癌藥的敏感性，敲低lncRNA TUG1則可顯著促進細胞凋亡和細胞周期停滯，并在體外抑制細胞遷移和侵襲。而Lin等[25]發(fā)現(xiàn)，lncRNA TUG1在非小細胞肺癌中的表達降低，敲低lncRNA TUG1可促進非小細胞肺癌細胞增殖。由此可見，lncRNA TUG1與多種腫瘤有關，有望成為腫瘤治療的靶基因和潛在的生物標志物。

VEGF是腫瘤血管生成的重要組成部分，lncRNA TUG1高表達可顯著抑制miR-299-3p的表達、促進VEGF生成，從而促進腎細胞癌的發(fā)展，而敲低lncRNA TUG1可顯著抑制VEGF的表達，進而抑制人腎細胞腺癌細胞增殖、侵襲、遷移和上皮-間充質轉化過程，同時誘導細胞凋亡[26]。lncRNA TUG1與miR-34a-5p、VEGFA共同構成一個相互競爭的內源性調控網絡。在體內敲低lncRNA TUG1可抑制肝母細胞瘤的生長和血管生成，在體外敲低lncRNA TUG1可降低肝母細胞瘤細胞增殖、遷移和侵襲能力[27]。Li等[28]通過體外遷移實驗發(fā)現(xiàn)，lncRNA TUG1可作為miR-29b的分子海綿調控髓細胞白血病因子、VEGFA和基質金屬蛋白酶2的表達；lncRNA TUG1還可通過miR-26a-5p上調結腸癌細胞中基質金屬蛋白酶14和VEGF的表達，從而促進結腸癌細胞的增殖、侵襲以及上皮-間充質轉化[29]。由此可見，lncRNA TUG1可與不同腫瘤中的不同miRNA結合，調控VEGF的生成，進而調控腫瘤細胞的生長和腫瘤血管生成，為腫瘤以及其他血管相關疾病的預防和治療提供理論基礎。

2.2lncRNA TUG1與心肺血管疾病 血管重構是高血壓的特征性病理改變，可導致血管阻力增加和順應性降低。血管平滑肌細胞功能障礙是血管重構的重要基礎。研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA TUG1/miR-145-5p/重組人成纖維細胞生長因子-10通過激活Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路促進自發(fā)性高血壓大鼠血管平滑肌細胞增殖和遷移[30]。缺氧性肺動脈高壓是一種具有潛在破壞性的嚴重肺循環(huán)疾病，Yang等[31]發(fā)現(xiàn)，敲低lncRNA TUG1可抑制其與miR-374c的結合，從而下調叉頭框轉錄因子C1的表達，抑制肺動脈平滑肌細胞增殖和遷移并促進其凋亡，進而通過Notch信號通路阻礙缺氧性肺動脈高壓小鼠的肺血管重構。另有研究顯示，lncRNA TUG1不僅可促進人肺平滑肌細胞增殖和血管重構，還可增加其細胞活力、促進增殖細胞核抗原的表達和細胞周期進程，而敲低lncRNA TUG1則可顯著抑制肺動脈高壓的發(fā)展[7]。lncRNA TUG1對血管平滑肌細胞增殖、遷移和活力等的影響也是其作用于血管的一種途徑。

通過模擬慢性缺氧條件小鼠發(fā)現(xiàn)，成年小鼠心臟成纖維細胞中l(wèi)ncRNA TUG1水平較高，而敲低lncRNA TUG1則可改善心臟成纖維細胞向肌成纖維細胞的轉化，表明lncRNA TUG1可作為miR-29c海綿調節(jié)缺氧時的心臟纖維化[32]。在缺氧和常氧條件下培養(yǎng)心肌細胞系H9C2，結果發(fā)現(xiàn)，過表達lncRNA TUG1可通過下調miR-145-5p表達加重缺氧引起的心肌細胞損傷[33]。敲低lncRNA TUG1可緩解低氧誘導的AC16心肌細胞的增殖減少，同時抑制其凋亡[34]。通過血清檢測發(fā)現(xiàn)，lncRNA TUG1在動脈硬化患者的血清樣本中高表達，動物實驗也證實其在小鼠動脈硬化斑塊及血管平滑肌細胞中高表達；進一步研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA TUG1通過與第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因競爭性結合miR-21促進血管平滑肌細胞增殖并誘導細胞凋亡[35]。另有研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照者相比，在冠心病患者外周血單個核細胞樣本中l(wèi)ncRNA TUG1水平顯著升高，而敲低lncRNA TUG1可抑制人臍靜脈內皮細胞凋亡，減少低氧及腫瘤壞死因子-α刺激的內皮細胞損傷，降低細胞間黏附分子、血管細胞黏附分子信使RNA和蛋白水平，同時抑制p38促分裂原活化的蛋白激酶通路活化，提示lncRNA TUG1參與血管內皮細胞功能紊亂[36]。Tang等[8]研究顯示，敲低lncRNA TUG1可通過調節(jié)miR-141-3p/受體酪氨酸激酶樣孤兒受體2軸抑制經氧化低密度脂蛋白處理的血管平滑肌細胞的增殖、遷移和侵襲，從而抑制體外動脈粥樣硬化的發(fā)展。此外，過表達的lncRNA TUG1可通過Wnt通路刺激內皮細胞增殖、遷移，從而促進糖尿病動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展[37]。動脈粥樣硬化和血管重構過程均涉及血管內皮細胞增殖、凋亡、遷移以及炎癥反應，lncRNA TUG1對細胞增殖、凋亡及炎癥反應的影響有望使其成為治療臨床血管相關疾病的重要靶點。

2.3lncRNA TUG1與腦部神經血管疾病 腦部神經血管具有調控人類生命活動及行為的功能，腦部神經血管的健康與人類認知水平及整體生活質量密切相關。研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA TUG1可通過海綿化miR-145正向調節(jié)腦缺血再灌注損傷大鼠水通道蛋白4的轉錄后表達，而通過小干擾RNA敲低lncRNA TUG1可降低水通道蛋白4的表達，從而對腦缺血再灌注大鼠的神經起到保護作用[38]。另有研究表明，有氧運動可緩解腦血管性認知障礙小鼠的認知障礙，并有效抑制其海馬凋亡，但過表達lncRNA TUG1可在一定程度上逆轉有氧運動對認知障礙的療效[39]。還有研究發(fā)現(xiàn)，敲低lncRNA TUG1可提高帕金森小鼠的運動協(xié)調能力，同時抑制炎癥因子的表達，表明lncRNA TUG1是帕金森病患者潛在的生物標志物[40]。另外，作為miR-6321的競爭性內源RNA，lncRNA TUG1可通過靶向激活轉錄因子2抑制內皮祖細胞的遷移和分化，故有望成為動脈瘤的潛在治療靶點[41]。膠質瘤是腦部常見的惡性腫瘤，敲低lncRNA TUG1可抑制膠質瘤細胞的增殖、遷移和侵襲，促進其凋亡，并影響其周期停滯；此外，lncRNA TUG1還可通過抑制miR-299增強腫瘤誘發(fā)的血管生成和VEGF表達，故可能成為膠質母細胞瘤治療的新靶點[42-43]。研究發(fā)現(xiàn)，敲低缺氧-葡萄糖剝奪損傷下培養(yǎng)的神經元細胞中的lncRNA TUG1可降低皮質神經元細胞凋亡比例，促進細胞的體外存活，這可能是由miR-9水平升高以及促凋亡基因重組Bcl-2樣蛋白11水平降低所致，這一發(fā)現(xiàn)為缺血性腦卒中的治療提供了新靶標[44]。血液腫瘤屏障限制了化療藥物向腦腫瘤組織的輸送，敲低lncRNA TUG1則可抑制其與miR-144的結合，增加血液腫瘤屏障的通透性，并通過靶向熱激轉錄因子2降低內皮細胞緊密連接蛋白的表達，因此，lncRNA TUG1可能成為增強血液腫瘤屏障通透性、提高化療效果的有效靶基因[45]。

2.4lncRNA TUG1與眼部血管疾病 眼部的神經血管發(fā)育與腦部發(fā)育基本保持一致，早產兒視網膜病變、糖尿病視網膜病變以及視網膜靜脈阻塞等均是常見的視網膜血管疾病。此外，老年性黃斑變性、新生血管性青光眼以及角膜新生血管等病理性新生血管疾病也屬于視網膜血管疾病。Young等[3]研究發(fā)現(xiàn)，敲低lncRNA TUG1可導致新生小鼠視網膜轉染的光感受器外部片段畸形或缺失，可見，視網膜中l(wèi)ncRNA TUG1是發(fā)育中嚙齒動物眼部光感受器正常形成所必需的。通過評估lncRNA TUG1與糖尿病視網膜病變的易感性、疾病嚴重程度以及玻璃體內注射阿柏西普治療早期反應的相關性推測，lncRNA TUG1可能與眼部其他血管疾病相關[46]。Gong等[47]研究發(fā)現(xiàn)，綠原酸可通過lncRNA TUG1/核因子E2相關因子2通路增加氧化應激損傷后視網膜神經節(jié)細胞的活力、降低活性氧類水平、抑制細胞凋亡，從而保護細胞免受氧化應激損傷。氧化應激在視網膜缺血/缺氧的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用，而視網膜缺血/缺氧與早產兒視網膜病變和糖尿病性視網膜病等視網膜血管疾病密切相關[48]。目前早產兒視網膜病變的具體發(fā)病機制尚不清楚，有研究認為，早產兒視網膜病變是一種視網膜血管發(fā)育異常的血管增生性病變[49]。因此，未來能否通過調節(jié)lncRNA TUG1的表達水平控制早產兒視網膜病變或其他視網膜疾病的發(fā)生發(fā)展仍需深入探討。

綜上所述，lncRNA TUG1對多種系統(tǒng)發(fā)育及血管相關疾病的發(fā)生發(fā)展均有顯著作用，但以上研究多通過lncRNA TUG1誘導細胞增殖、遷移、新生血管生成等促進疾病發(fā)展，而敲低lncRNA TUG1可減輕部分病理改變。但在某些疾病中，lncRNA TUG1呈低表達，lncRNA TUG1過表達可減少部分病理改變，如敗血癥誘發(fā)的急性肺損傷小鼠模型的lncRNA TUG1表達降低，而lncRNA TUG1過表達可改善小鼠肺損傷，減輕細胞凋亡和炎癥[50]。此外，lncRNA TUG1過表達還可減少脂多糖誘導的人臍靜脈內皮細胞凋亡、自噬和炎癥反應[10]。還有研究表明，lncRNA TUG1過表達可通過阻止miR-127/核因子κB/p38促分裂原活化的蛋白激酶軸保護人胚肺成纖維細胞免受脂多糖誘導的炎癥損傷[51]。敲低lncRNA TUG1還可顯著促進非小細胞肺癌細胞的增殖[25]。目前關于血管相關疾病中l(wèi)ncRNA TUG1的研究相對較少，但不同器官、疾病中l(wèi)ncRNA TUG1的作用效果并不同，其在各種血管相關疾病中的作用機制還需進一步研究。

3 小 結

lncRNA TUG1可通過多種通路調節(jié)組織中VEGF和其他相關血管生成調控因子的表達，還可通過與多種miRNA結合調控細胞增殖、凋亡、遷移、血管生成和炎癥等；同時，lncRNA TUG1對氧環(huán)境變化敏感，缺血、低氧均可誘導其表達改變，從而引起相應病變，因此lncRNA TUG1可作為血管相關疾病診斷的生物標志物。未來，可以從基因角度研究lncRNA TUG1在某些疾病發(fā)生發(fā)展中的作用，并研發(fā)抑制或促進lncRNA TUG1與靶點結合的靶基因藥物，從而緩解疾病的發(fā)生發(fā)展。隨著研究的深入，lncRNA TUG1在血管相關疾病中的作用將更加清晰，了解其作用機制有助于在基因層面預防并治療相關疾病。