閆文敏 尤艷利 袁影 周爽
非編碼RNA在血管新生中的作用
閆文敏 尤艷利 袁影 周爽
隨著遺傳學(xué)與基因?qū)W的發(fā)展,對基因的研究越來越深入,曾經(jīng)被認(rèn)為無用的非編碼RNA(non-coding RNA)逐漸得到人們的重視,關(guān)于非編碼RNA在各種疾病中的機制及所發(fā)揮作用的研究也越來越多。近年來有許多關(guān)于非編碼RNA在各種疾病血管新生機制中的研究,作為非編碼RNA的重要成員的長鏈非編碼RNA(lncRNA)和微小非編碼RNA(microRNA、miRNA)在血管新生中發(fā)揮著怎樣的作用,本研究對近年來關(guān)于非編碼RNA在血管新生中的作用作一綜述。
人類基因組DNA核苷酸序列中約93%能被轉(zhuǎn)錄為RNA,其中僅2%的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物被翻譯為蛋白質(zhì),其余98%均為不能翻譯為蛋白質(zhì)的非編碼RNA[1]。非編碼RNA(non-coding RNA)是一類基因組轉(zhuǎn)錄過程中產(chǎn)生的具有多種功能而不翻譯蛋白質(zhì)的RNA,但卻可從多種機制影響基因表達(dá)的RNA分子,比如影響RNA的轉(zhuǎn)錄或翻譯來調(diào)控蛋白表達(dá)。根據(jù)核苷酸序列長度,非編碼RNA可為兩大類,即短鏈非編碼RNA(short/small ncRNA)和長鏈非編碼 RNA(long non-coding RNA,lncRNA),其中短鏈非編碼 RNA包括微小RNA(microRNA,miRNA)、小干擾 RNA(small interfering RNA,siRNA)、PiWi 蛋白相互作用 RNA(Piwiinteracting RNA,piRNA)、核仁小分子 RNA(small nucleolar RNA,snoRNA)等[2]。最近美國人類基因組研究所和歐洲生物信息研究所公布了DNA元件百科全書(ENCODE),解碼了占人類98%的DNA的非編碼序列,確定了8800個microRNA、9640個長非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)和400萬個基因調(diào)節(jié)開關(guān)[3]。
lncRNA是真核細(xì)胞生物中一類轉(zhuǎn)錄本長度大于200nt的非編碼RNA分子,是非編碼RNA的重要組成部分。根據(jù)LncRNA與編碼基因的位置不同常被分為5類:(1)正義lncRNA(sense),其轉(zhuǎn)錄方向與鄰近蛋白編碼基因轉(zhuǎn)錄方向相同;(2)反義lncRNA(antisense),其轉(zhuǎn)錄方向與鄰近蛋白編碼基因轉(zhuǎn)錄方向相反;(3)雙向 lncRNA(bidirectional),lncRNA同時從鄰近的蛋白編碼基因分別向相同和相反2個方向進行轉(zhuǎn)錄;(4)基因間lncRNA(intergenic),lncRNA從2個基因間轉(zhuǎn)錄得到;(5)基因內(nèi)lncRNA(intronic),lncRNA從基因的內(nèi)含子區(qū)轉(zhuǎn)錄得到[4-5]。調(diào)節(jié)機制可能涉及(1)干擾鄰近編碼蛋白基因表達(dá);(2)抑制聚合酶Ⅱ活性;(3)參與轉(zhuǎn)錄后修飾;(4)與功能性蛋白結(jié)合;(5)作為小分子RNA的前體物質(zhì);(6)與染色體結(jié)合,通過信號通路調(diào)節(jié)[6]。其最初被認(rèn)為是RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄后的副產(chǎn)物,為基因組轉(zhuǎn)錄的“噪聲”,并且不具備生物學(xué)功能。隨著研究的深入,人們發(fā)現(xiàn)lncRNA并非基因組轉(zhuǎn)錄的噪音,它能夠與蛋白、DNA 及其他RNA相互作用,通過在表觀遺傳調(diào)控、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)基因表達(dá),參與多種生物學(xué)過程,在機體正常生理過程中起重要的調(diào)節(jié)作用[7]。
miRNA是廣泛存在于真核細(xì)胞中的一類長度為21~25nt,參與轉(zhuǎn)錄后基因調(diào)控的內(nèi)源性非編碼小分子單鏈RNA,一般來源于染色體的非編碼區(qū)。miRNA按照堿基互補配對原則結(jié)合到靶基因的3′非翻譯區(qū)(3′-UTR),發(fā)揮轉(zhuǎn)錄后的基因調(diào)節(jié)作用。miRNA既可和靶基因部分結(jié)合,抑制轉(zhuǎn)錄后翻譯過程,也可與靶基因完全互補結(jié)合,從而直接降解靶mRNA來發(fā)揮負(fù)性調(diào)控作用[8]。且特定miRNA與血管生成過程密切相關(guān),miRNA通過調(diào)節(jié)關(guān)鍵血管生成因子的表達(dá)來調(diào)節(jié)血管生成過程。研究表明miRNA的功能失調(diào)在多種血管性疾病的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮極其重要的作用,并闡述了參與觸發(fā)miRNA表達(dá)失調(diào)的因素,如缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)、血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)、血小板衍生生長因子(PDGF)等[9]。
血管新生是指在已有的毛細(xì)血管和毛細(xì)血管后靜脈基礎(chǔ)上微血管以出芽的方式通過內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、發(fā)芽和遷移而形成新的血管分支和毛細(xì)血管網(wǎng)的復(fù)雜過程。人體正常生理情況下血管新生只發(fā)生于傷口愈合、感染、子宮經(jīng)期和胚胎發(fā)育期,但病理性血管新生則會在動脈粥樣硬化( atherosclerosis,As)、糖尿病視網(wǎng)膜病變、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎以及腫瘤等疾病中發(fā)生。血管新生的過程雖然復(fù)雜,其中最重要的環(huán)節(jié)還是內(nèi)皮細(xì)胞功能的變化,由內(nèi)皮細(xì)胞釋放的細(xì)胞因子在血管新生過程中調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞的遷移和分化[10]。
血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor、VEGF)是內(nèi)皮細(xì)胞特異性促有絲分裂原和趨化因子,是促進血管新生的重要因子,結(jié)合于內(nèi)皮細(xì)胞表面的特異性受體,激活相關(guān)的缺血缺氧轉(zhuǎn)導(dǎo)通路,促進新生血管形成,腦缺血后VEGF在不同區(qū)域發(fā)揮不同作用[11]。VEGF和 Ang-1調(diào)節(jié)著血管新生和成熟,而VEGF受體(Flk-1)和Ang-1受體Tie-2均含有酪氨酸激酶亞基,在調(diào)節(jié)血管新生中發(fā)揮重要作用。徐玲等[12]發(fā)現(xiàn)VEGF在子宮內(nèi)膜異位癥(EM)血管新生中起到重要作用,通過影響VEGF達(dá)到治療EM的目的。血管新生是腫瘤生長和轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵步驟,癌細(xì)胞通過新生血管提供營養(yǎng)支持、侵襲周圍組織以及向遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移,促血管新生作用最強且特異性最高的因子VEGF在腫瘤血管新生中就起到了關(guān)鍵作用[13]。郭剛等[14]驗證了十全大補湯通過直接或間接降低VEGF及上調(diào)ES的水平來減少血管生成,達(dá)到抑制轉(zhuǎn)移瘤生長的作用。
近年來許多研究結(jié)果表明非編碼RNA在各種疾病血管新生中發(fā)揮較大的作用,miRNA通過直接或間接作用于VEGF及其信號通路而影響血管新生的進程。Soufizomorrod等[15]在人臍靜脈血管內(nèi)皮細(xì)胞(Human umbilical vein endothelial cells、HUVEC)轉(zhuǎn)染mir-129-1和miR-133為模型的體外研究中證實了miR-129-1和miR-133可分別直接靶向VEGFR2和FGFR1,并抑制它們的表達(dá),從而抑制HUVEC的血管新生。Li等[16]研究證實miR-107通過直接下調(diào)Dicer-1(編碼處理miRNA前體必需的酶)的表達(dá)來促使VEGF mRNA的翻譯減退,從而增加內(nèi)皮細(xì)胞衍生的VEGF(VEGF165/VEGF164)的表達(dá),進而增強腦卒中后血管的形成和內(nèi)皮細(xì)胞的遷移,以增加體外和體內(nèi)血管生成。Zeng等[17]在成年雄性C57BL/6小鼠立體定向注射攜帶miR-210(LV-miR-210)的慢病毒載體的實驗中發(fā)現(xiàn),miR-210是微RNA水平上促進血管生成和神經(jīng)發(fā)生的關(guān)鍵因子,而且與局部增加的血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)水平相關(guān)。Braza-Boils等[18]觀察到用腹膜液誘導(dǎo)治療子宮內(nèi)膜異位癥可導(dǎo)致與血管生成相關(guān)的miRNA(miR-16,-17-5p,-20a,-125a,-221和-222)水平降低和VEGF-A蛋白水平增加,這6種miRNA直接或間接調(diào)節(jié)VEGF-A表達(dá),miR-17-5p,miR-20a,miR-125a及miR-222與VEGF-A蛋白表達(dá)水平的增加之間存在顯著的負(fù)相關(guān),miR-16-5p和miR-424-5p可調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜和子宮內(nèi)膜異位細(xì)胞中的VEGF-A蛋白水平,這些結(jié)果表明腹膜液通過miRNA作用調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜和子宮內(nèi)膜異位基質(zhì)細(xì)胞中的血管生成。Sun等[19]證實,在人多發(fā)性骨髓瘤細(xì)胞中miR-15a和mi-R16通過靶向VEGF-A的異位過表達(dá)降低骨髓瘤細(xì)胞的促血管生成活性,進而抑制血管新生。Hu等[20]發(fā)現(xiàn)在非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中miR-128可以直接抑制VEGF-C的表達(dá),間接抑制VEGF-A、VEGFR-2、VEGFR-3的表達(dá),同時還可以抑制 ERK、AKT及P38的磷酸化,最終起到抑制血管新生的作用。
miRNA除了可以通過作用于VEGF調(diào)控各種疾病中的血管新生外,亦可以通過作用于與血管新生相關(guān)的其它血管生成因子來達(dá)到促進或抑制血管新生的作用。翁春華等[21]發(fā)現(xiàn)miR-1208,miR-196b,miR-296,miR-4093p,miR-570和miR-641這6個miRNA可以不同程度地抑制血管生成素的mRNA和蛋白質(zhì)表達(dá)水平,其中miR-196b,mi-R296,miR-4093p和miR-641可以直接結(jié)合Ang mRNA的3'端非編碼區(qū),過表達(dá)后可以抑制HUVEC的細(xì)胞增殖,而miR-196b,miR-296 和 miR-4093p 可以抑制HUVEC的管腔形成,表明細(xì)胞內(nèi)有多個miRNA調(diào)控血管生成素的表達(dá),它們可能協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)血管生成或在血管生成的不同階段發(fā)揮作用。戴運等[22]研究miR-372對新血管生成因子AGGF1基因的表達(dá)調(diào)控的結(jié)果顯示,miR-372可通過靶向結(jié)合AGGF1基因的3′-UTR 并下調(diào)AGGF1表達(dá),進而抑制內(nèi)皮細(xì)胞血管生成。艾麗菲熱等[23]首次證實miR-106b在內(nèi)皮細(xì)胞中通過下調(diào)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3而非血管內(nèi)皮生長因子發(fā)揮抑制血管新生的功能。Li等[24]在測試由胰腺癌內(nèi)皮細(xì)胞(CEC)調(diào)節(jié)的微小RNA(miRNA)表達(dá)可調(diào)節(jié)血管生成的假說時得出miR-139和miR-200c表達(dá)的上調(diào)可以增加CEC遷移和血管形成,表明這些miRNA可以調(diào)節(jié)胰腺腫瘤血管生成。Mao等[25]的研究結(jié)果顯示MiR-494通過HIF-1α介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的腫瘤細(xì)胞中的缺氧刺激上調(diào),上調(diào)的miR-494從腫瘤細(xì)胞分泌到微環(huán)境中,并通過MVs遞送到內(nèi)皮細(xì)胞中,再下調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞中的PTEN和活化的Akt /eNOS通路,最后通過促進血管生成加劇腫瘤發(fā)展,在腫瘤內(nèi)施用miR-494拮抗劑可有效地減少血管生成。
現(xiàn)在已有很多關(guān)于miRNA調(diào)控血管內(nèi)皮細(xì)胞功能、血管生長和重塑的報道,但人們對lncRNA在內(nèi)皮細(xì)胞中的功能知之甚少。張銘等[26]發(fā)現(xiàn)相對于正常HUVEC,在ox-LDL誘導(dǎo)損傷HUVEC表達(dá)上調(diào)和下調(diào)超過2倍的lncRNA和mRNA分別有139種和113種,lncRNA上調(diào)和下調(diào)超過4倍的分別有27種和8種,mRNA上調(diào)和下調(diào)超過4倍的分別有21種和7種,損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞的關(guān)lncRNA 表達(dá)譜的發(fā)生變化,提示lncRNA在血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷中也發(fā)揮了一定作用。最近研究發(fā)現(xiàn)作為IncRNA家族重要成員的MALAT1參與調(diào)控內(nèi)皮細(xì)胞的血管生成,在血管生成過程中發(fā)揮重要作用[27]。Michalik等[28]發(fā)現(xiàn)了在HUVEC高度表達(dá)許多l(xiāng)ncRNA,包括在人和小鼠中具有保守性的lncRNA MALAT1,TUG1,MEG3和linc00657及MALAT1對內(nèi)皮細(xì)胞和血管生成的功能性作用,敲除MALAT1會抑制基底內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞周期,損害內(nèi)皮細(xì)胞增殖,阻斷體內(nèi)外的血管新生。朱棟良等[29]在結(jié)直腸癌細(xì)胞株SW48中轉(zhuǎn)染質(zhì)粒過表達(dá)MALAT1(最早在非小細(xì)胞肺癌中發(fā)現(xiàn)的lncRNA)的實驗結(jié)果顯示,過表達(dá) MALAT1的SW48細(xì)胞培養(yǎng)液上清中的VEGF水平明顯上升,表明腫瘤細(xì)胞通過旁分泌VEGF,作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞上的VEGF受體,促進內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移,形成更多的微血管。亦用Western blot法證實過表達(dá)MALAT1可促進SW48細(xì)胞中HIF-1α蛋白的表達(dá),HIF-1α可以特異性地結(jié)合于VEGF基因的啟動子區(qū)域,調(diào)控VEGF的轉(zhuǎn)錄活性,促進血管形成。
Jia等[30]的研究證實lncRNA H19通過上調(diào)miR-29a抑制膠質(zhì)瘤誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移和血管形成,通過調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞的生物學(xué)行為調(diào)節(jié)膠質(zhì)瘤的發(fā)生。Liu等[31]研究結(jié)果顯示lncRNA-Meg3的過表達(dá)明顯減少內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移,抑制缺血性腦卒中后的功能恢復(fù)和減少毛細(xì)血管密度;lncRNA-Meg3的沉默增加了內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移、發(fā)芽和血管形成,證明lncRNA-Meg3下調(diào)可促進缺血性腦卒中后局部缺血后的血管生成,并減輕腦損傷。
總之,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及對遺傳學(xué)、基因?qū)W研究的深入,關(guān)于非編碼RNA與血管新生之間關(guān)系的研究更是層出不窮,血管新生參與多種疾病發(fā)生、發(fā)展、變化的過程,只有研究清楚非編碼RNA在各種疾病中血管新生系統(tǒng)各種細(xì)胞因子功能和結(jié)構(gòu)的改變,并闡明這種改變受非編碼RAN調(diào)控的機制,才能針對不同疾病中非編碼RNA對血管新生的不同調(diào)控機制制定出預(yù)防和治療的新方案。目前關(guān)于miRNA與腫瘤細(xì)胞血管新生的研究非常多,但是lncRNA與血管新生關(guān)系的研究相對較少,而且非編碼RNA在其他疾病如心腦血管疾病新生血管中的作用的研究極其有限,還需要加強對非編碼RNA在其他疾病血管新生中調(diào)控機制的研究。
[1] Paralkar VR,Weiss MJ.Long noncoding RNAs in biology and hematopoiesis[J].Blood,2013,121(24):4842-4846.
[2] Ma L,Bajic VB,Zhang Z.On the classification of long non-coding RNAs[J].RNA Biol,2013,10(6):925-933.
[3] 王楠,羅雨虹,鄧嘉成,等.長非編碼RNA(lncRNA)與心血管疾病[J].生理科學(xué)進展,2014,45(3):172-176.
[4] Ponting CP,Oliver PL,Reik W.Evolution and functions of long noncoding RNAs[J].Cell,2009,136(4):629-641.
[5] Kung JT,Colognori D,Lee JT.Long noncoding RNAs:past,present,and future[J].Genetics,2013,193(3):651-669.
[6] 任婷玉,鄭磊.長鏈非編碼RNA在原發(fā)性肝癌中的臨床應(yīng)用[J].中華檢驗醫(yī)學(xué)雜志,2014,37(9):665-668.
[7] Geisler S,Coller J.RNA in unexpected places:long non-coding RNA functions in diverse cellular contexts[J].Nat Rev Mol Cell Biol,2013,14(11):699-712.
[8] 田曉琳,楊臻,王建英,等.微小RNA與腫瘤的關(guān)系[J].癌癥進展,2016,14(1):22-25.
[9] 許多,易斌,魯開智.microRNA:缺氧誘導(dǎo)的血管重塑中的重要調(diào)控因子[J].醫(yī)學(xué)研究雜志,2014,43(10):180-182.
[10] 艾麗菲熱·買買提.楊毅寧,馬依彤.MiRNA在動脈粥樣硬化血管新生中的作用[J].中國動脈硬化雜志,2015,23(6):39-644.
[11] 胡強.缺氧誘導(dǎo)因子-1α在缺血缺氧腦損傷中的作用研究進展[J].國際神經(jīng)病學(xué)神經(jīng)外科學(xué)雜志,2013,40(3):258-262.
[12] 徐玲,周巧玲,韓潔,等.內(nèi)異方藥物血清對子宮內(nèi)膜異位癥血管生成的影響[J].中西醫(yī)結(jié)合學(xué)報,2012,10(7):800-806.
[13] Tsubaki M,Takeda T,Sakamoto K,et al.Bisphosphonates and statins inhibit expression and secretion of MIP-1α via suppression of Ras/MEK/ERK/AML-1A and Ras/PI3K/Akt/AML-1A pathways[J].Am J Cancer Res,2015,5(1):168-179.
[14] 郭剛,許建華,韓建宏,等.十全大補湯對荷瘤小鼠結(jié)腸癌原發(fā)腫瘤切除術(shù)后轉(zhuǎn)移瘤生長及血管生成的影響[J].中西醫(yī)結(jié)合學(xué)報,2012,10(4):436-447.
[15] Soufi-Zomorrod M,Hajifathali A,Kouhkan F,et al.MicroRNAs modulating angiogenesis:miR-129-1 and miR-133 act as angio-miR in HUVECs[J].Tumour Biol,2016,37(7):9527-9534.
[16] Li Y,Mao L,Gao Y,et al.MicroRNA-107 contributes to post-stroke angiogenesis by targeting Dicer-1[J].Sci Rep,2015,DOI:10.1038/srep 13316.
[17] Zeng L,He X,Wang Y,et al.MicroRNA-210 overexpression induces angiogenesis and neurogenesis in the normal adult mouse brain[J].Gene Ther,2014,21(1):37-43.
[18] Braza-Bo?ls A,Gilabert-Estell s J,Ram n LA,et al.Peritoneal fluid reduces angiogenesis-related microRNA expression in cell cultures of endometrial and endometriotic tissues from women with endometriosis[J].PLoS One,2013,8(4):e62370.
[19] Sun CY,She XM,Qin Y,et al.miR-15a and miR-16 affect the angiogenesis of multiple myeloma by targeting VEGF[J].Carcinogenesis,2013,34(2):426-435.
[20] Hu J,Cheng Y,Li Y,et al.microRNA-128 plays a critical role in human non-small cell lung cancer tumourigenesis,angiogenesis and lymphangiogenesis by directly targeting vascular endothelial growth factor-C[J].Eur J Cancer,2014,50(13):2336-2350.
[21] 翁春華,董豪杰.靶向調(diào)控血管生成素miRNA的篩選和驗證[J].中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)報,2015,31(12):1302-1308.
[22] 戴運,周必勝.miR-372 調(diào)控血管生成因子AGGF1的表達(dá)并抑制血管生成[J].南京醫(yī)科大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2015,35(7):933-937.
[23] 艾麗菲熱·買買提,陳紅,任景怡.微小RNA-106b參與內(nèi)皮細(xì)胞介導(dǎo)的血管新生作用機制研究[J].中華老年心腦血管病雜志,2014,16(6):633-636.
[24] Li L,Li B,Chen D,et al.miR-139 and miR-200c regulate pancreatic cancer endothelial cell migration and angiogenesis[J].Oncol Rep,2015,34(1):51-58.
[25] Mao G,Liu Y,Fang X,et al.Tumor-derived microRNA-494 promotes angiogenesis in non-small cell lung cancer[J].Angiogenesis,2015,18(3):373-382.
[26] 張銘,紀(jì)玉強,謝梅,等.長鏈非編碼RNA(lncRNA)在氧化型低密度脂蛋白誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷中表達(dá)譜的變化[J].現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進展,2015,15(30):5816-5820,5857.
[27] Thum T,Fiedler J.LINCing MALAT1 and angiogenesis[J].Circ Res,2014,114(9):1366-1368.
[28] Michalik KM,You X,Manavski Y,et al.Long noncoding RNA MALAT1 regulates endothelial cell function and vessel growth[J].Circ Res,2014,114(9):1389-1397.
[29] 朱棟良,尹小平,王芳元.長鏈非編碼RNA-MALAT對結(jié)直腸癌細(xì)胞介導(dǎo)的血管形成的影響[J].中國普外基礎(chǔ)與臨床雜志,2015,22(1):60-63.
[30] Jia P,Cai H,Liu X,et al.Long non-coding RNA H19 regulates glioma angiogenesis and the biological behavior of glioma-associated endothelial cells by inhibiting microRNA-29a[J].Cancer Lett,2016,381(2):359-369.
[31] Liu J,Li Q,Zhang KS,et al.Downregulation of the long Non-Coding RNA meg3 promotes angiogenesis after ischemic brain injury by activating notch signaling[J].Mol Neurobiol,2016,DOI 10.1007/S12035-016-0270-Z.
R543.4
A
1007-0478(2017)06-0578-03
10.3969/j.issn.1007-0478.2017.06.030
國家自然科學(xué)基金(NO.81503647,81574059);上海市進一步加快中醫(yī)藥事業(yè)發(fā)展三年行動計劃(CC-3-7002)資助
201203 上海中醫(yī)藥大學(xué)(閆文敏);第二軍醫(yī)大學(xué)長海醫(yī)院中醫(yī)系[尤艷利 袁影 周爽(通信作者)]
(2017-02-24收稿)