長鏈非編碼RNA與冠心病發(fā)生發(fā)展關(guān)系的研究進(jìn)展

宋寧 綜述 楊毅寧，2 審校

(1.新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心臟中心，新疆 烏魯木齊830054；2.新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心血管病研究實驗室，新疆 烏魯木齊 830054)

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長鏈非編碼RNA與冠心病發(fā)生發(fā)展關(guān)系的研究進(jìn)展

宋寧1綜述 楊毅寧1，2審校

(1.新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心臟中心，新疆 烏魯木齊830054；2.新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心血管病研究實驗室，新疆 烏魯木齊 830054)

基因組研究計劃的成果表明，在人類基因組序列中僅有1.5%的核酸序列用于蛋白質(zhì)編碼，結(jié)合ENCODE研究數(shù)據(jù)(2012年發(fā)布)，人們意外的發(fā)現(xiàn)在占據(jù)人類基因組98.5%的非蛋白編碼序列中，絕大多數(shù)被轉(zhuǎn)錄成長度>200個堿基的所謂“長鏈非編碼RNA”(long non-coding RNA，lncRNA)[1]。迄今為止，在該項目所收錄的9 640個人類lncRNAs基因位點中，僅僅約100個得到了功能研究[2]。最近幾年來，伴隨著微陣列、轉(zhuǎn)錄組測序、實時熒光定量逆轉(zhuǎn)錄、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、RNA結(jié)合蛋白免疫及RNA干擾等新一代監(jiān)測技術(shù)的推陳出新，lncRNAs的神秘面紗正在逐漸被揭開。LncRNAs通過基因印記、染色質(zhì)重塑、細(xì)胞分化調(diào)控、剪接調(diào)控、mRNA降解和翻譯調(diào)控等多種機制[3-4]參與了染色體沉默、轉(zhuǎn)錄激活及干擾、核內(nèi)轉(zhuǎn)運等多種重要的調(diào)控過程，并已有研究結(jié)果提示lncRNA與冠心病有緊密聯(lián)系。下面將對lncRNA與冠心病的發(fā)生發(fā)展關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 LncRNAs的生物學(xué)特性

1.1 lncRNA含義

lncRNA是指轉(zhuǎn)錄本長度>200個核苷酸，缺乏明顯長度的可讀框(<100個氨基酸)，以RNA的形式在多種層面上調(diào)控基因的表達(dá)水平，但無編碼蛋白質(zhì)的功能，因此具有極多復(fù)雜的二級結(jié)構(gòu)。它們屬于非編碼RNA的重要組成部分，可位于細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)中，可被選擇性剪接或聚腺苷酸化[5-6]。

1.2 lncRNA來源

目前認(rèn)為lncRNA主要來源于下列途徑[7-8]：(1)蛋白編碼基因斷裂后形成；(2)染色質(zhì)重排過程中，兩個分開且相距甚遠(yuǎn)的區(qū)域合并形成；(3)非編碼基因通過在相關(guān)酶的作用下反轉(zhuǎn)錄形成；(4)小非編碼RNA中的某段序列通過連續(xù)重復(fù)事件而復(fù)制形成；(5)蛋白編碼基因在轉(zhuǎn)錄過程中插入一段序列形成。這些lncRNA雖然不同于蛋白編碼的基因，但它們可調(diào)節(jié)表觀遺傳的方式是多樣的。

1.3 lncRNA分類

LncRNA具有數(shù)量多、類型多和作用模式多的“三多”特點[9]。從基因的角度來看，lncRNA可大致分為5種類型[10]，包括正義lncRNA、反義lncRNA、雙向lncRNA、基因內(nèi)lncRNA及基因間lncRNA。

1.4 lncRNA的功能

目前研究認(rèn)為lncRNA主要通過以下4個層面發(fā)揮其生物學(xué)作用[11]：(1)表觀遺傳學(xué)調(diào)控：指通過與各種染色質(zhì)聚合酶和修飾酶之間的相互作用，改變?nèi)旧|(zhì)構(gòu)象或修飾染色質(zhì)，進(jìn)一步激活或抑制相關(guān)基因的表達(dá)；(2)轉(zhuǎn)錄調(diào)控：即通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子活性及相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子與啟動子的結(jié)合，增強或抑制相鄰編碼基因的表達(dá)等方式進(jìn)行調(diào)控；(3)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控：指lncRNA和互補mRNA形成雙鏈結(jié)構(gòu)，通過干預(yù)mRNA的翻譯、剪接、轉(zhuǎn)運等機制，從而調(diào)節(jié)基因的表達(dá)；(4)調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)代謝[12]：通過核因子的非編碼抑制子調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)定位、功能和代謝。

2 LncRNAs與冠心病

目前已證實，冠心病是一種由遺傳因素和環(huán)境因素共同影響的復(fù)雜多因素性疾病。2007年，于短短幾周的時間內(nèi)，與冠心病發(fā)生發(fā)展相關(guān)的染色體9p21區(qū)段由兩個研究團隊近乎于同一時間被發(fā)現(xiàn)，使之成為最早被發(fā)現(xiàn)的與冠心病發(fā)生發(fā)展相關(guān)的遺傳風(fēng)險位區(qū)段13]。

全基因組關(guān)聯(lián)研究(genome-wide association study，GWAs)發(fā)現(xiàn)，9p2l染色體區(qū)域是一個已被證實且重要的冠心病易感區(qū)域，染色體9p21區(qū)段中含有一段長約58 kb的密切相連且不均衡的單體型區(qū)域，其中包含了大量的與冠心病發(fā)生發(fā)展有關(guān)的風(fēng)險單核苷酸多態(tài)性位點(SNP)[14]。雖然染色體9p21區(qū)段包含了許多有關(guān)冠心病的SNP，但是幾乎都位于所稱謂的“基因沙漠”[15]中，因為不編碼蛋白質(zhì)，距這段冠心病有關(guān)區(qū)段最近的蛋白編碼基因，便是幾千堿基對之外的INK4b-ARF-NK4a基因座[14]，其長度約35 kb，包含著INK4b(又稱CDKN2B)、INK4a和ARF這3種已知的抑癌基因?；蜃械腎NK4a和ARF合稱為CDKN2A，它們的作用機制是編碼蛋白質(zhì)p14AR7及細(xì)胞周期蛋白的激酶抑制劑，其均在細(xì)胞的衰老和程序性細(xì)胞死亡過程中起著調(diào)控作用。

并且，GWAs研究發(fā)現(xiàn)染色體9p21區(qū)段中SNP的核心區(qū)段，與INK4位點反義鏈上非編碼RNA-ANRIL(lncRNA-antisense non-coding RNA in the INK4 locus)的13～19外顯子區(qū)段相重疊。ANRIL基因[15]也被稱作為CDKN2B-AS(CDKN2B-ANTISENSE)，它的轉(zhuǎn)錄長度約12.3 kb，包含了19個外顯子，可轉(zhuǎn)錄成一段與INK4b-ARF-INK4a基因座呈轉(zhuǎn)錄反方向的RNA。ANRIL基因中的1個內(nèi)含子通過與CDKN2B的2個外顯子相結(jié)合，從而作用于位于ARF基因轉(zhuǎn)錄起始位點上游約300 bp的一個外顯子的5’端，導(dǎo)致INK4位點的基因沉默。ANRIL基因在冠狀動脈平滑肌細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)等許多與冠心病相關(guān)的組織中均有不同程度的表達(dá)，提示lncRNA-ANRIL可能在調(diào)控冠心病發(fā)生發(fā)展的全新機制中發(fā)揮作用[16]。

眾所周知，冠心病的發(fā)生發(fā)展機制與轉(zhuǎn)錄因子[17]也存在著重要聯(lián)系，如血清反應(yīng)因素(SRF)、肌細(xì)胞增強因子2C、結(jié)合蛋白4、TBX3等，這些轉(zhuǎn)錄因子通過多種作用來共同激活特定的空間和時間程序，從而在lncRNAs控制的心肌病態(tài)重塑進(jìn)程中發(fā)揮重要作用。

2.1 lncRNAs與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是冠心病發(fā)生發(fā)展的主要病理生理機制，它的發(fā)生是一個慢性炎癥反應(yīng)的過程，血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、炎性介質(zhì)釋放、單核或巨噬細(xì)胞吸收脂質(zhì)、平滑肌細(xì)胞增殖等諸多因素的相互作用，從而引起動脈粥樣硬化的形成[18]。

2.1.1 lncRNAs與血脂異常

一項由Huet等發(fā)表的研究已證實，rp5 lncRNA-833a20.1[19]可以調(diào)節(jié)NFIA(nuclear factor IA)的表達(dá)。NFIA是一個調(diào)節(jié)膠質(zhì)蛋白的核因子[20-21]，它是通過直接嵌入到一個包含TTGGC序列的DNA中來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。有研究[22]表明，rp5 lncRNA-833a20.1可以下調(diào)NFIA，通過誘導(dǎo)mir-382-5-p的表達(dá)促使巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化為泡沫細(xì)胞，正常表達(dá)水平的NFIA可以抑制動脈粥樣硬化斑塊的形成，其異常水平的表達(dá)勢必會導(dǎo)致斑塊形成。在一項小鼠研究中，氧化低密度脂蛋白可以激發(fā)一種叫做DYN-LRB2-2 lncRNA，它可促進(jìn)膽固醇逆轉(zhuǎn)錄和上調(diào)G蛋白結(jié)合受體(GPR119)[23]。多項研究已經(jīng)證實GPR119在葡萄糖和脂質(zhì)代謝中發(fā)揮著不可小覷的作用，可通過減少細(xì)胞膽固醇和炎癥水平來抑制動脈粥樣硬化斑塊的形成。

2.1.2 lncRNAs與炎癥反應(yīng)

Kuo等[24]將小鼠的CDKN2A基因敲除，并將其骨髓細(xì)胞移植給LDLR-/-小鼠，實驗中發(fā)現(xiàn)LDLR-/-小鼠發(fā)生動脈粥樣硬化明顯增加，促炎癥單核細(xì)胞以及單核/巨噬細(xì)胞增殖顯著。為進(jìn)一步證實炎癥細(xì)胞受到染色體9p21區(qū)段相關(guān)風(fēng)險SNP的影響，從而導(dǎo)致動脈粥樣硬化的發(fā)生，Olivier等[25]進(jìn)一步利用人的血管內(nèi)皮細(xì)胞實驗，發(fā)現(xiàn)干擾素γ強烈影響9p21區(qū)段內(nèi)基因表達(dá)，其中ANRIL表達(dá)增強，而CDKN2A/B基因表達(dá)下調(diào)，實驗結(jié)果證實了9p21區(qū)段中風(fēng)險SNP通過影響炎癥反應(yīng)信號通路，而導(dǎo)致動脈粥樣硬化的形成。

2.2 lncRNA與心肌梗死

LncRNA心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄物[26](myocardial infarction associated transcript，MIAT)位于人類染色體的22q12.1區(qū)段，它的長度約為10 kb，包含了5個外顯子，多在神經(jīng)系統(tǒng)和視網(wǎng)膜細(xì)胞等組織活動中表達(dá)活躍。該基因第5外顯子的SNP的變異直接可以導(dǎo)致MIAT轉(zhuǎn)錄活性的變化，MIAT表達(dá)量變化不僅增加罹患心肌梗死的風(fēng)險，同時也可以作為一個易發(fā)心肌梗死的敏感位點。下面闡明MIAT是否參與心肌梗死的發(fā)病機制。

在基因芯片研究[27]中，在小鼠心肌梗死中發(fā)現(xiàn)了20個上調(diào)lncRNAs和10個上調(diào)lncRNAs。這30個lncRNAs指出，兩個特定lncRNAs MIRT1和MIRT2分別表達(dá)顯著上調(diào)5倍和13倍。結(jié)合與利用最近的一個SNP序列的技術(shù)，在全基因組范圍內(nèi)來識別人類心肌梗死相關(guān)的SNP[14]，從3 435例心肌梗死患者和3 774例正常對照組中選出52 608例SNP標(biāo)記序列，發(fā)現(xiàn)了22號染色體q12.1上6個SNP與非編碼區(qū)域基因組有關(guān)，因為它們不編碼蛋白質(zhì)[28]。并且，作者在這6個SNP中發(fā)現(xiàn)了lncRNA 心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄物。

2.3 lncRNAs與缺血-再灌注損傷

Liu等[29]對小鼠心肌梗死的心肌缺血-再灌注損傷進(jìn)行了基因芯片分析，在31 423個小鼠缺血的模型中，lncRNAs中有64個lncRNAs上調(diào)和87個lncRNAs下調(diào)，且在再灌注的早期階段，梗死區(qū)域的lncRNAs有不同程度表達(dá)。這個試驗表明了在梗死區(qū)域lncRNAs的異常表達(dá)可能會導(dǎo)致細(xì)胞復(fù)蘇和組織壞死之間的不平衡。如衰減的lncRNA UAC1通過刺激p27蛋白水平發(fā)揮了程序性細(xì)胞死亡作用，主要心肌細(xì)胞，表明它在缺血-再灌注損傷中的作用，故lncRNA在冠心病心肌梗死再灌注早期可能起到了關(guān)鍵作用。

2.4 lncRNAs與穩(wěn)定型心絞痛

目前多項試驗旨在研究穩(wěn)定型心絞痛患者與lncRNAs表達(dá)之間的關(guān)系。穩(wěn)定型心絞痛患者的年齡、性別、民族、血脂水平、是否合并高血壓或糖尿病、有無經(jīng)皮冠狀動脈介入術(shù)治療史及其交互效應(yīng)，與lncRNAs的表達(dá)水平是否存在聯(lián)系，目前試驗正在緊鑼密鼓的進(jìn)行。

3 LncRNA作為冠心病生物標(biāo)志物

最近10年中，隨著迅猛發(fā)展的基因組學(xué)及蛋白組學(xué)時代的出現(xiàn)，循環(huán)lncRNAs已作為心臟病中最有前途的生物標(biāo)志物。Li等[30]發(fā)表的一項小鼠模型芯片的研究中，他們分析了lncRNAs在全血、血漿、組織中的表達(dá)水平，與心臟組織中l(wèi)ncRNAs相比，全血或血漿中均有顯著的基因表達(dá)水平。故而在心血管疾病中，循環(huán)中l(wèi)ncRNAs作為生物標(biāo)志物具有很強的潛力。ANRIL[15]和CDKN2A/B[14]與動脈粥樣硬化的發(fā)生有關(guān)，MIAT[26]和LIPCAR[31]在心肌梗死和心力衰竭中扮演重要的角色。所以lncRNAs作為冠心病診斷標(biāo)記非常值得期待。

4 結(jié)語與展望

目前還處于起步階段的lncRNAs研究正在如火如荼的進(jìn)行，但研究出的具有明確功能的lncRNAs也是屈指可數(shù)。伴隨著新的生物信息學(xué)和測序技術(shù)時代的到來，與冠心病相關(guān)的功能性lncRNAs將會更多的被發(fā)現(xiàn)，其影響冠心病發(fā)生、發(fā)展的分子機制將同時被闡明，為冠心病提供新的診斷依據(jù)和防治手段。LncRNAs無疑是目前最耀眼的“明星”，為冠心病的研究迎來曙光。

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Long Non-coding RNAs Associations in Relation to Occurrence and Development in Cardiovascular Diseases

SONG Ning1,YANG Yining1,2

(1.DepartmentofCardiology,TheFirstAffiliatedHospitalofXinjiangMedicalUniversity,Urumqi830054,Xinjiang,China; 2.XinjiangLaboratoryofCardiovascularDiseaseResearch,TheFirstAffiliatedHospitalofXinjiangMedicalUniversity,Urumqi830054,Xinjiang,China)

宋寧(1988—)，在讀碩士，主要從事冠心病研究。Email:starfirening@163.com

楊毅寧(1973—)，主任醫(yī)師，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事冠心病研究。Email:yangyn5126@163.com

2016-02-22

2016-04-22