長鏈非編碼RNA在糖尿病視網膜病變中的研究新進展*

曾 蘭 綜述，譚 薇 審校

(遵義醫科大學第三附屬醫院眼科，貴州遵義 563000)

糖尿病視網膜病變(diabetic retinopathy，DR)是常見糖尿病微血管病變，已成為勞動年齡人群失明的主要原因[1]。DR發病機制尚未完全闡明，已成為全球眼科學者亟待解決的難題。尋找到任何可以阻止或延緩DR發生、發展的治療方法將給DR患者和整個社會發展帶來不可估量的現實意義。表觀遺傳學修飾主要涉及DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質結構和非編碼RNA，其在DR發病機制研究中引起了廣泛關注[2]。表觀遺傳學改變通常是可逆的，無疑將成為未來DR潛在的治療新靶標。有研究表明，多個長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)在DR中均呈差異表達，并在DR發病機制中具有重要作用。本文聚焦于lncRNA在DR發生、發展中的分子機制及調控作用，現綜述如下。

1 DR發病機制及病理生理概述

高糖環境下多條相互關聯的生化通路激活，包括蛋白激酶C激活、多元醇和乙糖胺途徑激活、晚期糖基化終產物生成增多、活性氧自由基產量增加、聚腺苷二磷酸核糖聚合酶激活，以及腎素-血管緊張素系統激活均將引起氧化應激，從而進一步導致神經退行性病變、炎性反應及新生血管生成[3]。神經退行性改變是DR早期病理改變，視網膜組織線粒體功能紊亂和細胞凋亡將導致DR患者神經退行性改變[4]。炎癥是DR病理過程的中心環節，細胞因子和促炎介質上調將導致持續性低度炎癥，不僅可引起DR患者視網膜微血管病變(包括血視網膜屏障破壞和黃斑水腫)，還可與神經退行性改變和血管新生相互作用共同導致DR發生、發展[5]。新生血管是DR晚期病理改變，視網膜微血管網路進行性損傷和組織缺氧誘發的新生血管將進一步引起玻璃體積血及牽拉性視網膜脫離，從而給DR患者造成嚴重視力損害[3]。

2 與DR相關并廣受關注的lncRNA

2.1 細胞周期蛋白依賴性激酶抑制因子2B-反義RNA1(CDKN2B antisense RNA1，CDKN2B-AS1)

CDKN2B-AS1在DR患者房水、玻璃體液及血清中均表達上調，可作為預測DR發生的潛在指標，其上調可能與腎素-血管緊張素系統和核因子κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)信號通路的激活有關[6]。體內實驗表明，抑制CDKN2B-AS1表達可通過NF-κB信號通路減少糖尿病鼠視網膜病理損傷及炎性標志物表達[7]。CDKN2B-AS1在DR患者血管纖維膜中也呈高表達，并可能通過調控血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)表達參與增殖期糖尿病視網膜病變(proliferative diabetic retinopathy，PDR)[8]。在高糖誘導人視網膜血管內皮細胞(human retinal endothelial cell，hREC)中，CDKN2B-AS1通過與多梳抑制復合物2相互作用調節DR中VEGF的表達及功能，促進細胞增殖及管腔形成[9]。體內實驗表明，抑制CDKN2B-AS1表達可減輕糖尿病鼠視網膜血管滲漏[9]?？傊?，CDKN2B-AS1可通過促進炎性反應及血管新生參與DR的發展過程。

2.2 肺腺癌轉移相關轉錄本1 (metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1)

DR患者血清中MALAT1表達上調，其可作為DR早期診斷及DR嚴重程度的無創生物標志物[10]。MALAT1可激活內質網應激，促進hREC管腔形成及炎性反應[11]。MALAT1還可通過海綿吸附微小RNA203a-3p(miR-203a-3p)[12]，以及競爭性結合miR-125b上調血管內皮鈣粘連蛋白/β-連環蛋白復合物的表達[13]，參與hREC增殖、遷移和管腔形成。MALAT1下調將明顯改善糖尿病鼠視網膜周細胞丟失、毛細血管變性、微血管滲漏、炎癥及視網膜光感受器損害所致的糖尿病神經變性[14-15]?？傊?，MALAT1在DR神經變性、炎性反應、血管新生方面均發揮了一定的致病作用。

2.3 心肌梗死相關轉錄本(myocardial infarction associated transcript，MIAT)

DR患者血漿MIAT表達上調，且具有較高的DR診斷價值[16]。MIAT可通過上調轉化生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)的表達促使視網膜色素上皮(retinal pigment epithelial，RPE)細胞凋亡[16]。原癌基因(cellular-myelocytomatosis viral oncogene，c-myc)通過MIAT/硫氧還蛋白相互作用蛋白信號通路可促進Müller細胞促炎性細胞因子的釋放[17]。抑制MIAT表達可減輕糖尿病動物模型的炎性反應及血管滲漏[18]。總之，MIAT參與了DR細胞凋亡及炎性反應。

2.4 母系表達基因3(maternally expressed 3，MEG3)

DR患者血漿MEG3表達下調[19]，在高糖誘導hREC中，MEG3通過介導janus激酶2/信號轉導與轉錄激活因子3信號通路調控miR-19b/細胞因子信號傳導抑制因子6軸，從而減輕細胞凋亡和炎性反應[20]。在高糖誘導Müller細胞中，褪黑素通過上調MEG3/miR-204/沉默信息調節因子1(silent information regulator 1，SIRT1)軸抑制細胞激活和促炎性細胞因子的產生[21]。在高糖誘導RPE細胞中，MEG3通過miR-93/核因子E2相關因子2軸抑制細胞凋亡和炎性反應[19]；MEG3還可通過介導miR-34a/SIRT1軸抑制NF-κB信號通路，從而抑制細胞凋亡和炎癥[22]。在糖尿病動物模型中，MEG3抑制白細胞介素-1β及叉頭轉錄因子01的表達，減輕視網膜水腫[23]。此外，轉甲狀腺素蛋白可能通過直接與多聚腺苷酸結合蛋白細胞質1結合影響MEG3/miR-223-3p軸，從而抑制糖尿病鼠視網膜血管增殖[24]。對MEG3的深入研究發現，其可在多個靶細胞及糖尿病動物模型中廣泛參與DR新生血管生成、細胞凋亡及炎性反應病理過程，也許是將來DR診治的新策略。

2.5 H19印跡母系表達轉錄本(H19 imprinted maternally expressed transcript，H19)

THOMAS等[25]發現，H19在PDR患者玻璃體液中表達下調。在高糖誘導RPE細胞中H19、SIRT1表達均下調，miR-19b 表達上調，H19/miR-19b/SIRT1軸在高糖環境下的RPE細胞炎性反應過程中起關鍵作用[26]。在高糖誘導RPE細胞中，H19、剪接型X盒結合蛋白1(spliced X-box-binding protein 1，XBP1s)表達均下調，miR-93表達上調[27]；H19/miR-93/XBP1s軸在高糖環境下的hREC炎性反應過程中發揮著重要作用[27]。體內外實驗表明，H19過表達可通過TGF-β1緩解高糖環境誘導的內皮-間充質轉化表現[25]?？傊琀19可影響DR炎性反應及間充質轉化。

2.6 漿細胞瘤變異異位基因1(Pvt1 oncogene 1，PVT1)

PVT1在DR患者血漿中表達上調，但未發現其與視網膜病變嚴重程度或藥物反應(玻璃體腔內注射阿柏西普)的相關性[28]。PDR患者玻璃體液及血管纖維膜中PVT1表達上調，miR-26b表達下調，二者可能相互作用影響PDR進展[29]。

2.7 蘇氨酸蛋白激酶激活的非蛋白編碼RNA (BRAF-activated non-protein coding RNA，BANCR)

DR患者血漿BANCR表達下調，并具有一定的DR早期診斷價值[30]。上調BANCR表達可抑制高糖環境下的RPE細胞凋亡[30]。但另一項研究表明，DR患者血漿BANCR表達上調，上調BANCR表達可促進高糖環境下的RPE細胞凋亡[31]。上述2項研究結果的差異尚有待于進一步探索。

2.8 核富含豐富的轉錄本1(nuclear paraspeckle assembly transcript 1，NEAT1)

NEAT1在高糖誘導下的hREC、糖尿病鼠及DR患者血清中的表達均上調[32]。抑制NEAT1表達可抑制細胞凋亡、減輕氧化應激損傷及減少炎性細胞因子表達，NEAT1可能通過激活VEGF、TGF-β1參與DR[32]。但另一項研究發現，NEAT1在高糖誘導下的Müller細胞及糖尿病大鼠中表達均下調，NEAT1可能通過上調miR-497促進細胞凋亡[33]。上述2項研究結果的差異尚有待于進一步探索其可能的原因。

3 DR中起保護性作用的其他lncRNA

CAO等[34]基于高糖誘導的hREC細胞芯片數據建立競爭性內源RNA網絡，進一步探索了關鍵競爭性內源RNA——OIP5反義RNA 1(OIP5 antisense RNA 1，OIP5-AS1)/miR-449c/MYC。轉染miR-449c抑制劑后miR-449c表達下調，OIP5-AS1、MYC表達上調，細胞凋亡減少。過表達miR-497HG可通過miR-128-3p/SIRT1軸抑制hREC細胞增殖和遷移[35]。高糖誘導的hREC中小核仁RNA宿主基因7(small nucleolar RNA host gene 7，SNHG7)表達下調，過表達SNHG7可通過調節miR-543介導SIRT1/VEGF通路減弱血管生成[36]。AK077216在DR患者血漿中表達下調，過表達AK077216可通過下調miR-383抑制RPE細胞凋亡[37]。肺腺癌相關轉錄本1(lung adenocarcinoma associated transcript 1，LUADT1)在DR患者血漿中表達下調，過表達LUADT1可通過海綿吸附miR-383上調過氧化物還原酶3的表達，從而抑制RPE細胞凋亡[38]。DR患者血漿長基因間非蛋白編碼RNA p53誘導的轉錄本(long intergenic non-protein coding RNA-p53-induced transcript，LINC-PINT)表達下調，過表達LINC-PINT增加了RPE細胞存活率[39]。DR患者血漿波形蛋白反義RNA(VIM Antisense RNA 1，VIM-AS1)表達下調，miR-29表達上調，過表達VIM-AS1可能通過海綿吸附miR-29抑制RPE細胞增殖[40]。過表達生長停滯特異性轉錄本(growth arrest specific 5，GAS5)可通過調節肌漿網/內質網ATP酶2b(sarcoplasmic-endoplasmic reticulum Ca2+ATPase 2b,SERCA-2b)抑制內質網應激，減少RPE細胞凋亡和炎性反應[41]。過表達X染色體失活特異轉錄本(X inactive specific transcript，XIST)可通過競爭性結合has-miR-21-5p，減少RPE細胞凋亡[42]?？傊?，以hREC為靶細胞的相關研究發現，OIP5-AS1、miR-497HG、SNHG7在DR中具有一定保護作用；以RPE為靶細胞的相關研究發現，AK077216、LUADT1、LINC-PINT、VIM-AS1、GAS5、XIST在DR中也具有一定保護作用。

4 DR中起致病作用的其他lncRNA

DR患者血管纖維膜中睪丸發育相關基因1(testis development related 1，TDRG1)表達上調，TDRG1可通過上調VEGF促進hREC細胞增殖及遷移[43]。叉頭蛋白F1相鄰非編碼發育調控RNA(FOXF1 adjacent non-coding developmental regulatory RNA，FENDRR)在DR患者血漿中表達上調，并可促進hREC細胞增殖[44]。高糖誘導的hREC中AT富集互動域2-IR(AT-rich interactive domain 2-IR，Arid2-IR)表達上調，抑制Arid2-IR表達可通過與Smad3 結合減輕晚期糖基化終產物誘導的炎癥、氧化應激及細胞外基質的產生[45]。DR患者血清肝細胞癌上調Zeste基因增強子同源物2相關lncRNA(hepatocellular carcinoma up-regulated EZH2-associated lnc RNA，HEIH)表達上調，HEIH/miR-939/VEGF軸可通過磷酸肌醇-3激酶/蛋白激酶B(protein kinase B，AKT)通路誘導RPE細胞凋亡[46]。抑制胰島素樣生子因子2反義RNA(IGF2 antisense RNA，IGF2-AS)表達可能通過AKT信號通路對RPE細胞凋亡起到保護作用[47]?？傊詇REC為靶細胞的相關研究發現，TDRG1、FENDRR、Arid2-IR在DR發病過程中具有一定的致病作用；以RPE為靶細胞的相關研究發現，HEIH、IGF2-AS在DR發病過程中也具有一定的致病作用。

5 小結與展望

DR作為糖尿病微血管并發癥的概念已發生演變，如今更傾向于DR是以視網膜血管及神經元損傷為特征的一種更復雜的糖尿病并發癥。本文回顧了近年來lncRNA在DR發生、發展中的分子機制及調控作用。相關研究結果為從基因水平解釋DR發病機制提供了新視角，有助于尋找DR早期生物標志物，基因治療有望成為DR防治新靶點。目前，對lncRNA的理解尚處于初級階段，在DR復雜的生物學過程中尚未發現的潛在lncRNA及作用機制仍需進一步探索。

高通量技術的發展為系統篩選DR中存在差異表達的lncRNA帶來便利，如YAN等[48]利用基因芯片構建糖尿病小鼠視網膜組織lncRNA表達譜，首次發現MALAT1在糖尿病小鼠視網膜中表達上調，為后續功能學和作用機制的深入研究提供有效參考。此外，本文所述部分lncRNA的發現是從與DR具有相同病因及發病機制的疾病中得到的啟示。

lncRNA作為一類新型調控分子可在幾乎所有疾病中發揮作用。有學者提出了競爭性內源RNA假說，即信使RNA(mRNA)、轉錄的假基因、lncRNA通過競爭性與miRNA結合共同參與了基因的調控[49]。提示研究lncRNA需特別關注整個調控網絡。大多數lncRNA可調控特定蛋白活性，因此，其可能成為比傳統蛋白靶向藥物更為精細且毒性更低的潛在治療靶點?；趌ncRNA對DR發病機制開展進一步探索有望獲得DR防治新啟示，從而降低糖尿病患者因視網膜病變進展而至失明的概率。

目前，DR的治療方法十分有限，盡管抗VEGF治療因能預防或減少視網膜新生血管生成而廣泛用于臨床，但其半衰期較短，因此，需要頻繁向玻璃體腔內注射藥物。此外，許多患者也未能在視覺功能方面得到一定改善。基因治療具有較長的作用時間、更佳的療效及更少的不良反應，有可能作為未來治療DR的新方向。基于有效性和安全性的考慮，大部分研究結果仍集中在動物模型。隨著遞送載體及轉基因調控等技術的發展，使未來DR患者的基因治療成為可能。