lncRNA與心血管疾病的研究進(jìn)展

張海濤 林文勇 王肖龍 解曼曼 王英杰

上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院心血管科，上海 201203

雖然絕大多數(shù)基因組被轉(zhuǎn)錄成RNA，但這些轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中僅有小部分具有蛋白質(zhì)編碼潛力。大部分轉(zhuǎn)錄的RNA屬于長(zhǎng)鏈非編碼RNA（lncRNA）。lncRNA是非編碼RNA中的一類，長(zhǎng)度大于200 bp。lncRNA由于功能和種類的不明確，曾被認(rèn)為不具有生物學(xué)功能。隨著高通量測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，lncRNA的功能逐漸被發(fā)掘。lncRNA參與了染色體劑量代償、基因組印記、表觀遺傳調(diào)控、細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞核質(zhì)傳遞、轉(zhuǎn)錄翻譯剪切、細(xì)胞分化和干細(xì)胞的維持等多種重要的調(diào)控過(guò)程[1-2]。我國(guó)心血管疾病的防治工作已取得初步成效，但仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?？傮w而言，中國(guó)心血管病患病率、死亡率均仍處于上升階段，心血管疾病患者人數(shù)約為2.9億。心血管疾病死亡占居民疾病死亡構(gòu)成40%以上，居首位，高于腫瘤及其他疾病[3]。相關(guān)研究[4]表明，lncRNAs的異常與人類心血管疾病直接相關(guān)，lncRNA調(diào)控回路異常與心臟病理性肥大、血管疾病、動(dòng)脈粥樣硬化、血脂異常有關(guān)。

1 lncRNA分類與功能

1.1 lncRNA的分類

lncRNA的種類繁多，分類方式多種多樣。傳統(tǒng)的分類是基于其在基因中所處的位置，主要包括五大類：正義 lncRNAs、反義 lncRNAs、雙向 lncRNAs、內(nèi)含子lncRNAs、基因間lncRNAs[5]。隨著新的 lncRNA不斷被發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的分類方式并不能涵蓋所有的種類。Sandre等[6-7]將lncRNA分為更廣泛的八大類：①趨異（divergent）；②趨同（convergent）；③內(nèi)含子（intronic）；④基因間（intergenic）；⑤重疊正義（overlapping-sense）；⑥重疊反義（overlapping-antisense）；⑦增強(qiáng) RNA（enhancer RNA）；⑧miRNA 宿主基因（miRNA host gene）。 與傳統(tǒng)分類比較，后者更詳細(xì)地描述了lncRNA和鄰近基因之間的關(guān)系。然而，這種分類方式依舊只參考了一種標(biāo)準(zhǔn)。隨著lncRNAs研究的不斷深入，分類工作仍然有待完善，應(yīng)當(dāng)充分考慮更多的因素，如基因剪接方式或lncRNA的工作機(jī)制。

1.2 lncRNA的功能

lncRNA數(shù)量龐大，其生物學(xué)功能也呈現(xiàn)多樣性。RIKEN團(tuán)隊(duì)[8]運(yùn)用CAGE技術(shù)繪制了改進(jìn)基因模型的人類長(zhǎng)鏈非編碼RNA（lncRNA）綜合圖譜，涵蓋27 919個(gè)具有高度可信度的5′端的人lncRNA和1829個(gè)來(lái)自人類主要細(xì)胞類型和組織的表達(dá)譜，并發(fā)現(xiàn)了19 175個(gè)具有功能特性的lncRNA。lncRNA的功能可以概括成3類：第一類是染色體修飾以及調(diào)節(jié)編碼基因的轉(zhuǎn)錄。如Xist作為順式反應(yīng)元件，通過(guò)與X染色體結(jié)合、吸引染色體修飾復(fù)合體多梳抑制復(fù)合物 2（polycomb repressive complex 2，PRC2），從而保持X染色體的失活狀態(tài)。第二類是lncRNA可通過(guò)蛋白質(zhì)直接結(jié)合，影響蛋白質(zhì)的功能及蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性[9]。通過(guò)與特定蛋白質(zhì)結(jié)合，調(diào)節(jié)相應(yīng)蛋白的活性；作為結(jié)構(gòu)組分與蛋白質(zhì)形成核酸蛋白質(zhì)復(fù)合體；結(jié)合到特定蛋白質(zhì)上，改變?cè)摰鞍踪|(zhì)的細(xì)胞定位。第三類是LncRNA的編碼功能。Nelson等[10]發(fā)現(xiàn)了一種肌肉特異性的LncRNA——DWORF，能編碼含有34個(gè)氨基酸的短肽。DWORF主要位于肌質(zhì)網(wǎng)，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合肌內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣ATP酶（SERCA），阻斷SERCA與內(nèi)源性抑制劑受磷蛋白、肌脂蛋白和肌調(diào)素的結(jié)合，增強(qiáng)SERCA的活性，從而調(diào)控小鼠的心臟收縮功能。

2 lncRNA與心血管疾病

2.1 lncRNA與病理性心肌肥厚

病理性心肌肥厚是多種心血管疾病如高血壓、冠心病、瓣膜疾病等終末期共同的病理生理表現(xiàn)。病理性心肌肥厚是心衰的前期病變，是心力衰竭、腦卒中、冠心病、猝死等的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。表觀遺傳重編程是心肌肥厚和重塑過(guò)程中病理性基因誘導(dǎo)的一個(gè)關(guān)鍵過(guò)程，但是潛在的調(diào)控機(jī)制仍有待于闡明[11]。Wang等[12]發(fā)現(xiàn)了一個(gè)在心臟富集的長(zhǎng)鏈非編碼lncRNAChaer，對(duì)心肌肥厚的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。從機(jī)制上來(lái)看，Chaer通過(guò)其中的一個(gè)66-mer的序列介導(dǎo)，與PRC2的催化亞基直接相互作用，干擾PRC2靶向基因組位點(diǎn)，從而抑制了心肌肥厚相關(guān)基因啟動(dòng)子區(qū)上的組蛋白H3賴氨酸27甲基化。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，抑制Chaer在心臟的表達(dá)，可大幅度減輕心肌肥厚和功能障礙。Wang等[13]發(fā)現(xiàn)LncRNA-Chrf能通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性的結(jié)合miR-489，減少與miR-489結(jié)合的Myd88，從而使靶基因Myd88表達(dá)上調(diào)，誘導(dǎo)心肌肥厚。最新研究[14]發(fā)現(xiàn)，lncRNA-mhrt可以影響HDAC5對(duì)心肌素的乙酰化，從而抑制心肌素引起的心肌肥大。此外，心肌素還可以通過(guò)與CarG盒結(jié)合直接激活mhrt轉(zhuǎn)錄。因此，mhrt和心肌素在心臟肥大過(guò)程中形成調(diào)節(jié)環(huán)。這一發(fā)現(xiàn)可能對(duì)揭示心肌肥厚的完整機(jī)制起到積極的作用。

2.2 lncRNA與心肌梗死

心肌梗死是指心肌的缺血性壞死，是在冠狀動(dòng)脈病變的基礎(chǔ)上，冠狀動(dòng)脈的血流急劇減少或中斷，使相應(yīng)的心肌出現(xiàn)嚴(yán)重而持久地急性缺血，最終導(dǎo)致心肌的缺血性壞死。Ishii等[15]最早發(fā)現(xiàn)了與心肌梗死相關(guān)的LncRNA-MIAT，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)MIAT基因中6個(gè)單核苷酸多態(tài)性（SNP）的表達(dá)改變可能賦予對(duì)心肌梗死的遺傳易感性。此外，一項(xiàng)研究[16]表明MIAT的表達(dá)水平在急性心肌梗死患者的外周血細(xì)胞中發(fā)生改變。研究人員特別研究了心肌梗死患者lncRNA水平與炎癥標(biāo)志物之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)MIAT水平與淋巴細(xì)胞呈正相關(guān)，與嗜中性粒細(xì)胞和血小板呈負(fù)相關(guān)。Gao等[17]發(fā)現(xiàn)LncRNA-HOTAIR與心肌梗死相關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)HOTAIR是心肌細(xì)胞的保護(hù)因子，其心臟保護(hù)功能部分基于miR-1的負(fù)調(diào)控。與健康對(duì)照比較，急性心肌梗死患者血清中HOTAIR表達(dá)顯著降低。經(jīng)冠狀動(dòng)脈結(jié)扎的小鼠的血清和在暴露于缺氧的培養(yǎng)的心肌細(xì)胞中HOTAIR均下調(diào)。HOTAIR的血漿濃度可以作為人類急性心肌梗死診斷的生物標(biāo)志物。Wang等[18]在研究中發(fā)現(xiàn)自噬促進(jìn)因子（APF）可以通過(guò)影響miR-188-3p和miR-188-3p下游靶標(biāo)ATG7的活性來(lái)調(diào)節(jié)自噬性細(xì)胞死亡。自噬是降解有缺陷的大分子和細(xì)胞器以及在缺氧和營(yíng)養(yǎng)缺乏期間提供生物能中間體的關(guān)鍵細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)，對(duì)心肌具有一定的保護(hù)作用[19-20]。ATG7是一種重要的自噬促進(jìn)基因，參與缺血/再灌注（I/R）誘導(dǎo)的心肌損傷。I/R的病理?xiàng)l件下可以誘導(dǎo)APF的表達(dá)水平顯著增加，抑制miR-188-3p活性和ATG-7表達(dá)，最終導(dǎo)致自噬。

2.3 lncRNA與動(dòng)脈粥樣硬化

動(dòng)脈粥樣硬化是指內(nèi)膜下脂質(zhì)沉積，伴有平滑肌細(xì)胞和纖維基質(zhì)成分的增殖，逐步發(fā)展形成動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的廣泛性動(dòng)脈病變。UCLA領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)[21]發(fā)現(xiàn)了與動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)的lncRNA-MeXis，而MeXis控制著關(guān)鍵蛋白Abca1的表達(dá)。Abca1是一種依賴ATP進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的膜蛋白，其可將動(dòng)脈血管壁上細(xì)胞內(nèi)的膽固醇泵出細(xì)胞，對(duì)高密度脂蛋白（HDL）的形成至關(guān)重要。血漿HDL水平與動(dòng)脈粥樣硬化性心血管疾病呈負(fù)相關(guān)。與HDL顯著相關(guān)的動(dòng)脈粥樣硬化保護(hù)作用是通過(guò)促進(jìn)動(dòng)脈壁內(nèi)的巨噬細(xì)胞去除膽固醇，并將其遞送到肝臟進(jìn)行排泄，實(shí)現(xiàn)膽固醇的逆向轉(zhuǎn)運(yùn)[22]。缺失MeXis的小鼠血管堵塞的概率是正常小鼠的兩倍。此外，增加MeXis表達(dá)可以使細(xì)胞更有效地清除過(guò)量膽固醇。lincRNA-p21是動(dòng)脈粥樣硬化過(guò)程中細(xì)胞增殖和凋亡的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[23]。其機(jī)制是lincRNA-p21和鼠雙微體基因（MDM2）的相互作用釋放MDM2，抑制p53的能力，而p53的失活能促進(jìn)動(dòng)脈粥樣硬化。ApoE基因敲除小鼠的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊、冠狀動(dòng)脈疾病患者的lincRNA-p21的表達(dá)均顯著下調(diào)。lincRNA-p21在體外抑制血管平滑肌細(xì)胞和小鼠單核巨噬細(xì)胞中的細(xì)胞增殖，并可誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

2.4 lncRNA與心力衰竭

絕大多數(shù)心血管疾病最終會(huì)導(dǎo)致心力衰竭的發(fā)生，心肌梗死、心肌病、血流動(dòng)力學(xué)負(fù)荷過(guò)重、炎癥等引起的心肌損傷，均可造成心肌結(jié)構(gòu)和功能的變化，最后導(dǎo)致心室泵血和/或充盈功能低下。lncRNA為診斷和預(yù)防心力衰竭開(kāi)辟了新的途徑[24]。Gao等[25]通過(guò)建立缺血性心力衰竭大鼠模型，取左心室組織進(jìn)行l(wèi)ncRNA基因芯片篩選，比較實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組lncRNA、mRNA的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)并證實(shí)了4對(duì)與心力衰竭相關(guān)的lncRNA-mRNA，即 MRAK140148-KCND2、MRAK07-8262-CCRK、MRAK018538-CS 以及 MRAK053119-Corin。這些lncRNA通過(guò)調(diào)控相應(yīng)mRNA的表達(dá)，從而促進(jìn)心力衰竭的發(fā)展。心臟祖細(xì)胞（CPC）具有在心肌梗死后再生功能性心肌的能力，然而CPC很容易失去在梗塞心肌中的增殖能力。Li等[26]發(fā)現(xiàn)CoCl2誘導(dǎo)的缺氧可以促進(jìn)CPC的增殖和遷移，且lncRNAMALAT1表達(dá)在CoCl2誘導(dǎo)的缺氧CPC模型中顯著上調(diào)；進(jìn)一步研究表明，MALAT1可以通過(guò)miR-125/JMJD6軸調(diào)節(jié)缺氧狀態(tài)下CPC增殖和遷移潛能。這為心肌梗死誘導(dǎo)的心力衰竭治療提供了新的靶點(diǎn)。

3 問(wèn)題與展望

lncRNAs的發(fā)現(xiàn)使我們對(duì)疾病調(diào)控環(huán)路的理解產(chǎn)生了變革性影響，并促進(jìn)了分子診斷技術(shù)的發(fā)展。隨著研究的深入，被發(fā)現(xiàn)的與心血管生理病理學(xué)相關(guān)的lncRNA越來(lái)越多。我們充分利用這些新型生物調(diào)節(jié)劑的治療潛力前，一些重要問(wèn)題仍有待解決。首先，我們對(duì)如何將lncRNA靶向特定的基因位點(diǎn)仍然知之甚少。其次，大量lncRNA與諸如PRC2等高度混雜因子相互作用，lncRNA效應(yīng)的時(shí)空特異性仍未可知。類似于mRNA的lncRNA被保留在細(xì)胞核中的生物化學(xué)原理和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)也是未知的；lncRNA的診斷和治療潛力最終能否運(yùn)用于臨床醫(yī)療當(dāng)中；這些都有待于進(jìn)一步發(fā)掘與驗(yàn)證。