長鏈非編碼RNA與缺血性腦卒中的研究進(jìn)展

何岍妍，劉相良，鄔雪涵，何其通

(吉林大學(xué)第一醫(yī)院 1.神經(jīng)內(nèi)科;2.腫瘤中心;3.麻醉科;4.胃結(jié)直腸外科，吉林 長春130021)

在人類基因組30多億個(gè)堿基對(duì)基因序列中，約有98.5%的非編碼序列,而絕大多數(shù)非編碼序列被轉(zhuǎn)錄成長度大于200個(gè)堿基的RNA[1]即長鏈非編碼RNA(Long non-coding RNA,lnc RNA)。Lnc RNA種類較多，它們不經(jīng)翻譯過程而直接折疊成高級(jí)結(jié)構(gòu)[2]，以RNA的形式在多個(gè)層面上以復(fù)雜的作用機(jī)制參與調(diào)控細(xì)胞分化、增殖以及個(gè)體發(fā)育等重要生命過程,尤其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育及維持穩(wěn)態(tài)、神經(jīng)細(xì)胞功能行使等過程中發(fā)揮重要作用[3]。本文結(jié)合國內(nèi)外對(duì)LnC RNA的研究現(xiàn)狀,對(duì)幾種常見的Lnc RNA在缺血性腦卒中的作用機(jī)制作一綜述。

1 長鏈非編碼RNA概述

Lnc RNA通常是指長度大于200個(gè)核苷酸的非編碼RNA轉(zhuǎn)錄本，隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展越來越多的lnc RNA被研究者發(fā)現(xiàn)。目前最常見的lnc RNA分類方法是根據(jù)轉(zhuǎn)錄長度來劃分的，可將其分為基因間區(qū)長鏈非編碼RNA(long-integenic noncoding RNA,lincRNA)、位于基因間區(qū)的超長鏈非編碼RNA(very long-integenic noncoding RNA,lincRNA)、與啟動(dòng)子相關(guān)的長鏈非編碼RNA(promoter-associated lncRNA)以及宏RNA(macro RNA)等[4]。近年來，越來越多研究者發(fā)現(xiàn)它在生物體內(nèi)能夠廣泛通過染色質(zhì)重塑、DNA甲基化、組蛋白修飾、細(xì)胞周期調(diào)控等方式參與胚胎發(fā)育、細(xì)胞增殖分化以及神經(jīng)系統(tǒng)疾病、心血管疾病、腫瘤等的發(fā)生發(fā)展[5]，在轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平、表觀遺傳水平上調(diào)控靶基因的表達(dá)[6]。

2 長鏈非編碼RNA與缺血性腦卒中

近年來一些lnc RNA在缺血性腦卒中里的作用已漸漸被闡明，研究者們通過應(yīng)用基因芯片或RNA-seq(轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù))等技術(shù)鑒定了數(shù)百種在缺血性腦卒中患者或缺血處理動(dòng)物模型中異常表達(dá)的lnc RNA[7,8]。目前已經(jīng)在ANRIL,MALTA1,MEG3等lnc RNA中發(fā)現(xiàn)它們?cè)谌毖阅X卒中后發(fā)生的細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞壞死、血管新生等病理生理過程中發(fā)揮著重要的作用。由此可見lncRNA有望為腦卒中的預(yù)警、治療及預(yù)后提供新的思路與靶點(diǎn)。

2.1 ANRIL

Lnc RNA ANRIL是Pasmant等研究者[9]在2007年第一次發(fā)現(xiàn)的INK4基因座的反義非編碼RNA (antisense noncoding RNA in the INK4 locus)，是與p15/CDKN2B-p16/CDKN2A-p14基因簇位點(diǎn)共同共聚在9號(hào)染色體短臂2區(qū)1帶(9p21)上的一種反義非編碼RNA，長度約為3.9kb。染色體9q21區(qū)域被認(rèn)為是心腦血管疾病及癌癥的重要高風(fēng)險(xiǎn)遺傳易感位點(diǎn)[10,11]，ANRIL基因突變或表達(dá)異常與動(dòng)脈粥樣硬化、腦卒中、顱內(nèi)動(dòng)脈瘤、阿爾茲海默癥等疾病有關(guān)，它被認(rèn)為是腦卒中及其復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的新的遺傳標(biāo)記[12]。Zhang等研究者[13]在lnc RNA ANRIL與腦卒中的一項(xiàng)前瞻性病例對(duì)照研究中表明，對(duì)腦卒中患者隨訪4.5年后發(fā)現(xiàn)ANRIL的變異型rs10757278的變化使腦梗死及腦出血的風(fēng)險(xiǎn)分別增加了1.47和1.60倍。在腦梗死大鼠模型中，腦皮質(zhì)梗死組織中ANRIL的表達(dá)量顯著增加，高于正常對(duì)照組的1.5倍以上[14]。升高的ANRIL能夠激活血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)/血管內(nèi)皮生長因子受體1(Flt-1)以及IκB/NF-κB通路，從而激活血管新生及炎癥反應(yīng)過程。caspase募集結(jié)構(gòu)域家族成員(Caspase recruitment domain family member)CARD 8是ANRIL的另一個(gè)作用靶點(diǎn)，它是NF-κB信號(hào)通路的抑制劑[15]。ANRIL的表達(dá)增加分別促進(jìn)了CARD 8的表達(dá)，從而增加了缺血性腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)[16]。以上結(jié)果均提示lnc RNA ANRIL的增加能夠使缺血性腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)增高，而缺血性腦卒中患者的lnc RNA ANRIL的表達(dá)量是也增加的，且其增加可通過抑制VEGF/Flt-1信號(hào)通路抑制血管生成，通過激活NF-κb信號(hào)通路調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)。

2.2 MALAT 1

Lnc RNA MALAT 1位于11號(hào)染色體長臂1區(qū)3帶，長度大約為8.78kb，是一種高度保守、穩(wěn)定和含量豐富、存在于不同種系中的lnc RNA。最早發(fā)現(xiàn)MALAT1在細(xì)胞核中大量表達(dá)，可以作為一個(gè)與腫瘤轉(zhuǎn)移、增殖和細(xì)胞遷移有關(guān)的基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子[17]。近年來發(fā)現(xiàn)MALAT 1在血管內(nèi)皮細(xì)胞、骨骼肌、心肌細(xì)胞中均有表達(dá)，MALAT 1與病理肌的發(fā)生和血管形成有密切聯(lián)系[18]。在氧糖剝奪的內(nèi)皮細(xì)胞(OGD)和大腦中動(dòng)脈閉塞(MCAO)小鼠模型中，lnc RNA MALAT 1的表達(dá)均顯著增加[19]。而在lnc RNA MALAT 1敲除的MCAO小鼠模型中，小鼠腦組織梗死面積增大，神經(jīng)功能評(píng)分升高，視網(wǎng)膜的血管生長受到明顯抑制[20]。Michalik 等[21]也發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)皮細(xì)胞高表達(dá)的一些特定lncRNA如MALAT1等在腦組織內(nèi)皮細(xì)胞受損后出現(xiàn)表達(dá)量增多的情況，敲除小鼠的MALAT1后發(fā)現(xiàn)，血管基底內(nèi)皮細(xì)胞的數(shù)量變少、細(xì)胞周期受抑制、細(xì)胞遷移并發(fā)芽堵塞新生血管，由此可推斷MALAT1可以通過參與調(diào)節(jié)血管新生來調(diào)節(jié)缺血性腦卒中后對(duì)腦組織的保護(hù)及恢復(fù)作用。MALAT 1基因沉默能夠?qū)е抡５哪X微血管內(nèi)皮細(xì)胞以及腦缺血小鼠腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞中的促凋亡因子Bim和促炎性細(xì)胞因子單核細(xì)胞趨化蛋白1(MCP-1)、白細(xì)胞介素6(IL-6)和e-選擇素的表達(dá)增加,這些結(jié)果提示MALAT 1對(duì)腦缺血損傷的保護(hù)作用可能與抑制內(nèi)皮細(xì)胞死亡和炎癥反應(yīng)相關(guān)，從而影響腦血管重塑。

2.3 MEG3

Lnc RNA MEG 3是位于14號(hào)染色體長臂3區(qū)2帶上的一個(gè)印跡基因，長度大約為34.9kb，已知該基因有多個(gè)剪切轉(zhuǎn)錄變異體且均為lnc RNA。Lnc RNA MEG3在人的許多正常組織中均有表達(dá)，但在多種不同組織來源的癌細(xì)胞株中呈現(xiàn)表達(dá)缺少狀態(tài)，在癌癥中起著抗增殖的作用。近年來，lnc RNA MEG3在神經(jīng)系統(tǒng)疾病尤其是缺血性腦卒中里的表達(dá)及其功能作用漸漸被人們所發(fā)現(xiàn)。在MCAO小鼠動(dòng)物模型和氧糖剝奪處理的神經(jīng)元細(xì)胞中，MEG3的表達(dá)量顯著增加，為對(duì)照組的3倍以上，而隨著神經(jīng)元死亡和調(diào)亡數(shù)量的增加，MEG3的表達(dá)量也隨之增加，且均呈現(xiàn)出細(xì)胞毒性因子的功能[22]；通過siRNAs抑制MEG 3基因的表達(dá)后，發(fā)現(xiàn)在MCAO小鼠模型中的小鼠腦組織梗死體積與水腫體積減小。p53是一種在DNA修復(fù)過程中其重要作用的基因，它在G1/S期阻滯細(xì)胞周期，在DNA損傷不可修復(fù)時(shí)促進(jìn)DNA修復(fù)和誘導(dǎo)凋亡過程,p53基因和12/15脂氧合酶(12/15-LOX)與lnc MEG3發(fā)揮功能有著密切的聯(lián)系。12/15-LOX在缺血缺氧的腦組織中是被強(qiáng)烈激活的，它在缺血性腦卒中發(fā)生后通過介導(dǎo)氧化應(yīng)激過程導(dǎo)致神經(jīng)元功能異常，最終導(dǎo)致神經(jīng)元死亡[23]。把p53蛋白從MEG3中解離能夠抑制神經(jīng)元凋亡，減少M(fèi)CAO小鼠動(dòng)物模型中小鼠腦組織的梗死體積，這提示在缺血性腦卒中MEG3通過p53從而發(fā)揮細(xì)胞凋亡作用[22]。lnc RNA MEG3的過表達(dá)能夠明顯減少內(nèi)皮細(xì)胞的增殖和遷移，從而抑制了缺血性腦卒中后的血管新生以及神經(jīng)功能恢復(fù)；而lnc RNA MEG3沉默能夠增加內(nèi)皮細(xì)胞增殖、遷移，進(jìn)而促進(jìn)血管新生。這表明lnc NRA MEG3的下調(diào)能夠促進(jìn)缺血性腦卒中后腦血管的新生，進(jìn)而對(duì)腦組織起到保護(hù)及恢復(fù)作用。

3 展望

綜上所述，lnc RNA作為核酸研究領(lǐng)域的一支后起之秀，在近些年來得到了快速的發(fā)展，尤其是對(duì)于lnc RNA在缺血性腦卒中的潛在作用方面取得了很大進(jìn)展，Lnc RNA在缺血性腦卒中后可通過細(xì)胞凋亡、壞死、炎癥反應(yīng)、血管新生等諸多過程發(fā)揮自身功能。鑒于血管新生是改善缺血性腦卒中后恢復(fù)期臨床預(yù)后的一項(xiàng)重要指標(biāo)，而lnc RNA ANRIL、MALAT1、MEG3在缺血性腦卒中表達(dá)量增加提示其對(duì)于缺血性腦卒中后腦組織及腦血管有保護(hù)及促進(jìn)恢復(fù)的作用，由此可推測在未來上述三種乃至更多的lnc RNA可為缺血性腦卒中的治療及預(yù)后提供新的生物標(biāo)志物及新的治療靶點(diǎn)等方向提供潛在的機(jī)會(huì)。然而，這一領(lǐng)域仍然面臨著許多挑戰(zhàn)，迄今為止，在缺血性腦卒中中只有為數(shù)不多的lnc RNA作用機(jī)制被人們研究透徹。同時(shí)，由于lnc RNA的表達(dá)量較低，需要用比蛋白質(zhì)及其他RNA更加敏感的檢測方法研究他們。盡管困難重重，對(duì)lnc RNA進(jìn)行篩選、研究、闡明其在缺血性腦卒中中的作用及機(jī)制仍然是未來研究的必要方向。