長鏈非編碼RNA在帕金森病中的研究進(jìn)展

敬聰 王志剛 丁向前 鄒楊鴻 余化霖 耿鑫

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)是影響中老年人健康的第二大神經(jīng)退行性疾病，僅次于阿爾茲海默癥[1]。1817年，James Parkinson博士首次提出PD是一種以運動和非運動為特征的慢性、進(jìn)行性神經(jīng)退行性疾病[2,3]。PD的主要病理特征是大腦黑質(zhì)中多巴胺能神經(jīng)元(Dopaminergic neuron、DAN)的逐漸喪失，導(dǎo)致紋狀體中缺乏多巴胺(Dopamine，DA)，引起下游基底神經(jīng)節(jié)回路的病理生理變化，繼而引起運動功能障礙[4-6]。PD的運動癥狀主要包括靜止性震顫、強直、姿勢不穩(wěn)定和運動遲緩等[7,8]。在運動障礙之前還可能出現(xiàn)非運動癥狀，包括焦慮癥、記憶障礙、自主神經(jīng)功能障礙以及情緒和記憶障礙[9]。據(jù)統(tǒng)計，PD影響了全世界約400萬人，發(fā)達(dá)國家患病率約為0.3%[10]，在我國，>60歲人群患病率高達(dá)1.0%[11]。PD在<40歲的人群中少見，其發(fā)病率隨年齡增加而增加。據(jù)估計，>80歲人群中，大約有超過80%都會受到影響[12]。此外，多項研究表明，帕金森病的發(fā)病與性別也有一定關(guān)系，男性發(fā)病的平均年齡比女性早2年，且男性的發(fā)病率是女性的2倍[13]。另外，流行病學(xué)研究表明，居住在農(nóng)村地區(qū)和接觸農(nóng)藥(特別是百草枯)是PD的危險因素[14]，吸煙和喝咖啡是保護(hù)因素[15]。隨著全球老齡化人口的日益增加，PD患者的人數(shù)逐年增加，這極大地影響了患者及其家庭的生活質(zhì)量。因此，進(jìn)一步了解PD的分子機制，提出有效的治療目標(biāo)和治療方案仍然是重中之重。遺傳、環(huán)境、年齡等是目前公認(rèn)與PD相關(guān)的發(fā)病因素。殘余神經(jīng)元細(xì)胞質(zhì)中的路易小體(Lewy body，LB)的形成和α-突觸核蛋白(α-Synuclein，α-Syn)的積累被認(rèn)為是參與PD形成機制的主要因素[16]。小部分PD患者具有遺傳性或隱性遺傳的單基因(例如富亮氨酸重復(fù)序列激酶2(Leucine-rich repeat kinase 2，LRRK2)基因)。研究表明，黑質(zhì)中DAN神經(jīng)元的變性和凋亡與蛋白酶體功能異常、線粒體功能障礙、氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥和轉(zhuǎn)錄信號變化密切相關(guān)[17]。近年來，隨著對PD各個方面的深入研究，使得我們對PD的發(fā)病機制有了更深一步的認(rèn)識。長鏈非編碼RNA(Long non-coding RNA，LncRNA)是長度超過200個核苷酸(nt)的 RNA，位于細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)中[18]，盡管他們自身并不編碼蛋白質(zhì)，但可以通過調(diào)節(jié)各種細(xì)胞生物過程(如細(xì)胞轉(zhuǎn)錄、組蛋白修飾和DNA甲基化)來發(fā)揮其獨特的作用[19]。lncRNA是一種具有生物功能的新的潛在生物標(biāo)志物[20]。本文回顧了與PD相關(guān)的幾種常見LncRNA相關(guān)研究，為基于lncRNA的PD的診斷、治療及預(yù)后提供新的思路。

1 LncRNA

1.5%～2%的人類基因組是蛋白質(zhì)編碼區(qū)，而其余約98%的轉(zhuǎn)錄成沒有蛋白質(zhì)編碼能力的轉(zhuǎn)錄物，稱為非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)ncRNAs，近年來， ncRNA在神經(jīng)發(fā)育、再生和神經(jīng)退行性疾病過程中的作用成為研究的熱點。研究證明，其在正常細(xì)胞發(fā)育、功能以及各種疾病的發(fā)病機制中具有重要的調(diào)節(jié)作用，包括microRNA (miRNA)、LncRNA 等，其中數(shù)量最多的是LncRNA[3,21]。越來越多的證據(jù)清楚地說明了ncRNAs在多種生物過程(如大腦發(fā)育和分化)和各種疾病(如阿爾茨海默氏癥、亨廷頓氏癥、帕金森氏癥和脊髓小腦共濟失調(diào)病)中的關(guān)鍵作用[22]。如今關(guān)于LncRNA 研究還相對較少，被證實的作用機制不到100種[23]。與編碼RNA 相比，LncRNA編碼蛋白能力更弱[24]。在過去幾十年里，隨著高通量平臺技術(shù)的高速發(fā)展，哺乳動物基因組的轉(zhuǎn)錄方式得到了證明，之前未被研究人員發(fā)現(xiàn)的LncRNA逐漸被發(fā)掘出來。

LncRNA通常被5’加帽，剪接和3’-聚腺苷酸化，并被RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄[25]。在許多方面，lncRNA與編碼蛋白質(zhì)的mRNA相似，但轉(zhuǎn)錄數(shù)較低，主要存在于細(xì)胞核中，特異性序列保守性很差[26]。根據(jù)lncRNA編碼序列和蛋白質(zhì)編碼基因的相對位置，可分為5類[27]：(1)正義lncRNA(sense lncRNA)：與蛋白質(zhì)編碼基因重疊的lncRNA序列；(2)反義lncRNA(antisense lncRNAs)：與蛋白質(zhì)編碼基因的反義鏈重疊的lncRNA序列；(3)雙向lncRNA(bidirectional lncRNAs)：相對于蛋白質(zhì)編碼基因從不同的雙向啟動子轉(zhuǎn)錄的lncRNA序列; (4)基因內(nèi)lncRNA(intronic lncRNA)：完全來源于轉(zhuǎn)錄物內(nèi)含子的lncRNA序列，其可以是真正的獨立轉(zhuǎn)錄物或前體mRNA的加工產(chǎn)物； (5)基因間lncRNA(intergenic lncRNAs)：位于蛋白編碼基因之間但不重疊的lncRNA序列。

lncRNA與DNA、RNA或蛋白質(zhì)分子相互作用，以調(diào)節(jié)基因表達(dá)，并通過多種機制發(fā)揮作用。作為基因表達(dá)的調(diào)節(jié)器，lncRNA功能根據(jù)調(diào)控方式大致分為三類[27]：(1)轉(zhuǎn)錄調(diào)控：lncRNA可以誘導(dǎo)染色質(zhì)重構(gòu)和修飾，充當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)或染色質(zhì)的支架或橋。(2)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控：lncRNA可通過堿基互補對與mRNA結(jié)合，以阻斷剪接體的剪接位點，從而導(dǎo)致剪接的轉(zhuǎn)錄本，mRNA變性，翻譯抑制或endo-siRNAs的產(chǎn)生。(3)與其他生物分子的相互作用：lncRNA可以與特定的蛋白質(zhì)伴侶結(jié)合以調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的活性，充當(dāng)誘餌來改變蛋白質(zhì)的定位，用作支架以允許形成更大的RNA-蛋白復(fù)合物，或作為miRNA海綿與miRNA相互作用。

2 lncRNA與PD

大量的lncRNA在成人和發(fā)育中的大腦高度表達(dá)。研究人員利用高通量技術(shù)、原位雜交、微陣列分析和RNA測序(RNA-seq)，發(fā)現(xiàn)lncRNA在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(Central Nervous System，CNS)中高度表達(dá)[28]，被發(fā)現(xiàn)的lncRNA(1 328種中的849個)以特定細(xì)胞、亞細(xì)胞類型在大腦的不同區(qū)域表示[29,30]，通過組蛋白修飾、轉(zhuǎn)錄輔助因子、mRNA衰變和替代[31]在神經(jīng)發(fā)育和大腦進(jìn)化中發(fā)揮作用，從而調(diào)節(jié)行為和認(rèn)知功能[31-33]。盡管目前對lncRNA在PD中的作用的研究非常有限，但其巨大的潛力是不容忽視的。下面從幾個常見的lncRNA與PD的關(guān)系做一回顧。

2.1 Malat1 肺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1(Metastasis associated lung adenocarcinoma transcript1，Malat1)是一個8.5 kb的lncRNA，位于11q13，是Ji等[34]在早期非小細(xì)胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)研究中最先發(fā)現(xiàn)的，之所以被命名為MalaT1(又名α基因)，是因為它在預(yù)測早期NSCLC轉(zhuǎn)移和生存方面具有臨床意義。隨后的一項研究表明，MalaT1在哺乳動物中高度保守，在正常神經(jīng)組織中廣泛表達(dá)，并與突觸的形成和維持有關(guān)，暗示在發(fā)育和進(jìn)化中具有潛在的重要功能[35]。α-Syn是一種突觸前神經(jīng)元蛋白，在LB中強勢表達(dá)，參與了從遺傳和神經(jīng)病理到神經(jīng)退行性疾病的研究[36]。Zhang等[37]研究結(jié)果顯示，MALAT1與α-Syn結(jié)合以增強其穩(wěn)定性，導(dǎo)致α-Syn的高蛋白表達(dá)。同時也發(fā)現(xiàn)，β-細(xì)辛醚(β-Asarone)通過降低α-Syn的表達(dá)對MPTP誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷起到保護(hù)作用，這種作用可以被MALAT1的過度表達(dá)所逆轉(zhuǎn)。Kraus等[38]研究發(fā)現(xiàn)，PD 患者體內(nèi)的Malat1表達(dá)是正常人體內(nèi)的3倍。Liu等[39]研究發(fā)現(xiàn)，在PD動物模型和細(xì)胞模型中，MALAT1通過負(fù)向調(diào)節(jié)miR-124，抑制MPTP誘導(dǎo)的DA神經(jīng)元及MPP+誘導(dǎo)的SH-SY5Y細(xì)胞凋亡，在PD中可能具有保護(hù)作用。Chen等[40]研究表明，MALAT1的過度表達(dá)，可以miR-205-5p水平下調(diào)，使MPP+誘導(dǎo)的MN9D細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致LRRK2的表達(dá)水平上調(diào)。在果蠅中，LRRK2的過表達(dá)加劇了氧化應(yīng)激損傷，誘導(dǎo)DAN的凋亡，加重PD的進(jìn)展[41]。在PD小鼠模型中，Lu等[42]發(fā)現(xiàn)MALAT1呈高表達(dá)，而miR-124-3p低表達(dá)，通過上調(diào)miR-124-3p，下調(diào)MALAT1和凋亡相關(guān)蛋白激酶1(death associated protein kinase 1,DAPK1)，可以改變PD小鼠的行為，減少PD細(xì)胞模型的凋亡。在未來，通過抑制MALAT1的表達(dá)，或許能改變PD的病理生理結(jié)局。

2.2 SNHG1 小核糖體管家基因RNA1 (Small nucleolar RNA host gene1，Snhg1)，又名linc00057，是由UHG轉(zhuǎn)錄而來的一種長的非編碼RNA，位于染色體的11p12.3區(qū)域，長度約為3 927個堿基，主要參與細(xì)胞凋亡、轉(zhuǎn)移等過程[43]。Kraus等[38]研究發(fā)現(xiàn)，Snhg1在PD 患者體內(nèi)表達(dá)增加，表明Snhg1可能是PD中的關(guān)鍵因素。Chen等[44]研究發(fā)現(xiàn)LncRNA SNHG1直接與miR-15-5p結(jié)合以抑制其表達(dá)，從而促進(jìn)α-Syn聚合和α-Syn誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，這一過程與LB形成機制及其在PD中神經(jīng)元丟失中的作用有關(guān)。Zhao等[45]研究表明， SNHG1的過度表達(dá)會抑制了miR-153-3p的表達(dá)，從而調(diào)節(jié)PTEN/AKT/mTOR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，降低了MPP+處理的SH-SY5Y細(xì)胞的活力并增強了細(xì)胞凋亡。自噬已被證明與PD的核心機制有關(guān)。Qian等[46]研究表明，SNHG1與miR-221/222簇競爭性結(jié)合，并間接調(diào)節(jié)p27/mTOR的表達(dá)，減弱了MPP+誘導(dǎo)的LC3-Ⅱ(自噬標(biāo)志物)水平和細(xì)胞毒性的降低，表明SNHG1可能是治療PD中的保護(hù)性因素。

2.3 LncRNA-p21 基因間長鏈非編碼RNA(Long intergenic noncoding RNA，LincRNA)-p21是依賴p53通路的重要下游效應(yīng)分子，位于細(xì)胞周期關(guān)鍵調(diào)節(jié)基因p21/Cdknla上游約15 kb處，長約3.0 kb，參與細(xì)胞凋亡和DNA 損傷應(yīng)答等過程。Kraus等[38]研究發(fā)現(xiàn)，PD患者體內(nèi)LincRNA-p21是正常人的2倍。Ding等[47]研究發(fā)現(xiàn)lincRNA-p21通過刺激miR-625并上調(diào)SH-SY5Y細(xì)胞中的受體電位M2(transient receptor potential melastatin 2，TRPM2)，從而減輕MPP+(+)誘導(dǎo)的神經(jīng)元損傷，因此LincRNA-p21/miR-625/TRPM2通路在PD進(jìn)展中具有重要作用。Xu等[48]研究表明lincRNA-p21 通過降低miR-1277-5p 并間接增加α-Syn的表達(dá)，以抑制MPP+誘導(dǎo)的SH-SY5Y細(xì)胞的凋亡。微膠質(zhì)促進(jìn)持續(xù)神經(jīng)炎在PD發(fā)病和進(jìn)展中的作用已明確，Ye等[49]研究證實p53/lincRNA-p21與miR-181/PKC-δ共同形成了雙負(fù)反饋環(huán)，促進(jìn)了持續(xù)的小膠質(zhì)細(xì)胞活化和神經(jīng)變性的惡化。

2.4 NEAT1 核富含豐富的轉(zhuǎn)錄本1(nuclear enriched abundant transcript1，NEAT1)，又稱Men ε/β，轉(zhuǎn)錄自人第11號染色體上的多位內(nèi)分泌腫瘤1型位點。NEAT1基因編碼兩個轉(zhuǎn)錄異構(gòu)體[50]，即 NEAT1+1(長度 3.7 kb)和 NEAT1+2(長度 23 kb)，參與了paraspeckles的組裝，而paraspeckle的形成和神經(jīng)退行性疾病有直接關(guān)聯(lián)。Liu等[51]研究證實，NEAT1表達(dá)的減少可促進(jìn)細(xì)胞活力并抑制細(xì)胞凋亡，并且NEAT1的下調(diào)也降低了Bax/Bcl-2的比例、caspase-3的活性以及α-Syn的表達(dá)，表明NEAT1的低表達(dá)對MPTP誘導(dǎo)的PD小鼠具有保護(hù)作用。Yan等[52]研究表明，NEAT1通過抑制PINK1蛋白降解來積極調(diào)節(jié)PINK1的蛋白水平，從而緩解MPP+對SH-SY5Y細(xì)胞的影響。而且NEAT1組合可有效抑制MPTP誘導(dǎo)的自噬，減輕DAN神經(jīng)元損傷。Sun等[53]的研究也證實，NEAT1表達(dá)的降低可以有效抑制了MPP+誘導(dǎo)的神經(jīng)元凋亡，同時證明NEAT1的下調(diào)通過靶向途徑miR-1301-3p抑制了GJB1的表達(dá)，從而抑制了α-Syn誘導(dǎo)的NLRP3炎性小體的激活。

2.5 AS UCHL1 反義(Antisense，AS) 泛素羧基末端水解酶L1(Ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1，Uchl1)是對Uchl1的反義轉(zhuǎn)錄而成的。研究顯示，在罕見的早發(fā)性家族性PD中和許多神經(jīng)退行性疾病中UCHL1活性降低。Carrieri等[54]表研究明，在PD的的動物和細(xì)胞模型中AS Uch1 RNA水平下調(diào)明顯，而AS Uchl1 RNA在轉(zhuǎn)錄因子Nurr1的調(diào)控下，影響Uchl1蛋白表達(dá)，其中Nurr1是與DAN細(xì)胞的維持和分化有關(guān)的一個重要因子。

2.6 HOTAIR HOX 反義基因間RNA(HOX antisense intergenic RNA，HOTAIR)，在人類染色體位于12q13.13，長度約2.2 kb，在大多數(shù)疾病中均表現(xiàn)過度表達(dá)[55,56]。Lin等[57]研究表明，HOTAIR通過調(diào)節(jié)相互作用蛋白(Rab3a interacting protein，RAB3IP)和miR-126-5p促進(jìn)了PD的進(jìn)展。Wang等[58]在PD小鼠模型中腦以及SH-SY5Y細(xì)胞中觀察到HOTAIR表達(dá)的上調(diào)，而HOTAIR的上調(diào)增加LRRK2的表達(dá)、促進(jìn)DAN的凋亡。同時沉默HOTAIR可以抑制caspase 3活性，為MPP++誘導(dǎo)的DA神經(jīng)元凋亡的提供了保護(hù)作用。Chen等[59]研究也發(fā)現(xiàn)，HOTAIR與miR-126-5p相互作用，減少miR-126-5p對RAB3IP的抑制，促進(jìn)DAN丟失和細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致PD進(jìn)展；敲除HOTAIR基因后，PD 鼠體內(nèi)酪氨酸羥化酶增多、α-Syn累積減少及DAN凋亡率下降，延緩了PD進(jìn)展過程。

2.7 HAGLROS 抑制HAGLRO可降低體內(nèi)和體外PD模型中的細(xì)胞凋亡和自噬HAGLRO負(fù)調(diào)控miR-100表達(dá)[60]。HAGLROS的抑制通過激活PI3K/AKT/mTOR途徑減輕了MPP++中毒的SH-SY5Y細(xì)胞損傷。

2.8 其他LncRNA Coupland等[61]研究表明，MAPT-AS1和DNMT1為PD中跨四個不同大腦區(qū)域的MAPT表達(dá)的潛在表觀遺傳調(diào)控因子。同時，增加MAPT表達(dá)可能與PD疾病狀態(tài)有關(guān)，但與 PD 神經(jīng)病理學(xué)嚴(yán)重程度不相關(guān)。帕金森病通常伴有過度炎癥。心肌梗塞相關(guān)轉(zhuǎn)錄本2(Myocardial infraction associated transcript 2，Mirt2)抑制TNF-α，誘導(dǎo)的miR-101積累，表現(xiàn)出抗炎特性。同時，通過下調(diào)miR-101，Mirt2可以阻斷TNF-α觸發(fā)的NF-κB/p38MAPK通路[62]。LncRNA H19可以通過調(diào)節(jié)miR-585-3p/PIK3R3，減輕MPTP誘導(dǎo)PD小鼠以及MPP+治療的神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的神經(jīng)元凋亡[63]。通過抑制PI3K/Akt信號通路，可以下調(diào)lncRNA UCA1的表達(dá)，從而減輕DAN的損傷，減少PD大鼠的氧化應(yīng)激和炎癥[64]。

總之，lncRNA具有廣泛的組織表達(dá)和多種生物學(xué)功能。多種觸發(fā)因素共同作用會導(dǎo)致蛋白質(zhì)錯誤折疊和聚集，失調(diào)的蛋白質(zhì)降解，線粒體功能障礙，氧化應(yīng)激，自噬，細(xì)胞凋亡和神經(jīng)發(fā)炎，最終解釋了PD的病理表現(xiàn)和臨床癥狀。某些lncRNA在PD中起保護(hù)作用(如UCHL1，MAPT-AS1和Mirt2)，而其中一些加劇了疾病的進(jìn)展(例如HOTAIR，MALAT1，NEAT1，lincrna-p21和SNHG1)。由于疾病的復(fù)雜性，不同的病理過程通常伴隨著多個lncRNA的變化。由于PD涉及基因及其調(diào)控因子的復(fù)雜相互作用，而lncRNA介導(dǎo)復(fù)雜的共表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，單個生物學(xué)標(biāo)志物的診斷價值在PD的診斷和治療中受到限制。因此，多種生物學(xué)標(biāo)志物的聯(lián)合應(yīng)用以提高診斷和治療的可靠性和有效性成為當(dāng)今研究的重點。由于對lncRNA機制研究的深入，PD的早期篩查能更加準(zhǔn)確，從而提高了治療的效率和準(zhǔn)確性。