MEG3在神經(jīng)膠質(zhì)瘤、亨廷頓病、缺血性腦卒中發(fā)生發(fā)展中作用機(jī)制的研究進(jìn)展

閻紅琳，黃文先，袁靜萍

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院，武漢430060)

近十年來基因組測序技術(shù)的進(jìn)步使轉(zhuǎn)錄本的發(fā)現(xiàn)達(dá)到空前規(guī)模，其中最重要的發(fā)現(xiàn)是非蛋白編碼的轉(zhuǎn)錄本支配了哺乳動物基因組的轉(zhuǎn)錄輸出。目前普遍認(rèn)為,人類基因組的90%可以發(fā)生轉(zhuǎn)錄，但僅有2.94%可編碼蛋白質(zhì)[1]。轉(zhuǎn)錄的產(chǎn)物中大部分是非編碼RNA(ncRNAs)，根據(jù)其功能可分為管家ncRNAs和調(diào)控ncRNAs，由于調(diào)控ncRNAs可對蛋白編碼的基因進(jìn)行調(diào)控，因此是目前研究較廣泛的ncRNAs。根據(jù)RNA的長度，調(diào)控ncRNAs可分為兩類：第一類為長度小于200個(gè)核苷酸(nt)的小非編碼RNA，包括微小RNAs(miRNAs)、小干擾RNAs和Piwi相關(guān)RNAs；第二類為長度大于200 nt的長鏈非編碼RNA(lncRNAs)[2]。最近研究表明，lncRNAs在神經(jīng)元功能、神經(jīng)元分化、大腦發(fā)育及腦功能方面發(fā)揮重要調(diào)控作用。lncRNAs的失調(diào)和(或)功能障礙參與了多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病包括腦缺血再灌注損傷、缺血缺氧性腦損傷、神經(jīng)退行性疾病、神經(jīng)膠質(zhì)瘤等疾病的發(fā)生[3～6]。母系表達(dá)基因3(MEG3)是一種由母系印記基因編碼的lncRNA，最初被發(fā)現(xiàn)作為腫瘤抑制因子在多種人類腫瘤中發(fā)揮作用，近年發(fā)現(xiàn)其與神經(jīng)膠質(zhì)瘤、亨廷頓病和腦卒中等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，可能是神經(jīng)系統(tǒng)疾病新的生物標(biāo)志物。本文就lncRNA MEG3在神經(jīng)膠質(zhì)瘤、亨廷頓病和腦卒中等神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制研究進(jìn)展綜述如下。

1 長鏈非編碼RNA MEG3的病理生理作用

MEG3是小鼠基因捕獲基因2的人類同源物，是首次通過基因捕獲鑒定的母系表達(dá)的印跡基因[7]。MEG3位于染色體14q32，屬于DLK1-MEG3印記位點(diǎn)，該位點(diǎn)含有多個(gè)印記基因，包括至少3個(gè)父系表達(dá)的蛋白質(zhì)編碼基因和大量的母系表達(dá)的非編碼RNAs[8]。成熟的MEG3 RNA由10個(gè)外顯子組成，長度約為1 600 nt，在腦、腎上腺、胎盤、睪丸、卵巢、胰腺、脾臟、乳腺和肝臟等組織中都有豐富的表達(dá)[7]。MEG3在不同組織來源的多個(gè)癌中表達(dá)缺失，包括25%的神經(jīng)母細(xì)胞瘤、81%的肝細(xì)胞癌和82%的神經(jīng)膠質(zhì)瘤，MEG3的表達(dá)缺失涉及多種機(jī)制，如基因缺失、基因間差異甲基化區(qū)域的高甲基化、啟動子高甲基化等[8]。當(dāng)過表達(dá)MEG3時(shí)可抑制腫瘤形成，因此MEG3在癌癥中起抗腫瘤細(xì)胞增殖作用，被認(rèn)為是腫瘤抑制因子[8]。MEG3基因產(chǎn)物作為非編碼RNA除了可抑制細(xì)胞增殖外，還可促進(jìn)細(xì)胞凋亡。近年研究發(fā)現(xiàn),MEG3在缺血性腦卒中患者中過表達(dá)，且這種過表達(dá)可誘導(dǎo)缺血性神經(jīng)元死亡[4]。MEG3在腫瘤性疾病和缺血性疾病中截然相反的作用與其參與的眾多信號通路有關(guān)。Zhou等[9]首次報(bào)道MEG3可通過p53依賴性和非依賴性途徑介導(dǎo)p53的激活，導(dǎo)致細(xì)胞周期阻滯、復(fù)制性衰老和(或)細(xì)胞凋亡。多項(xiàng)研究顯示，MEG3既可通過直接結(jié)合p53,誘導(dǎo)p53蛋白的聚集和活化，也可通過磷酸化、乙?；蚐UMO化抑制鼠雙微基因2(MDM2)的表達(dá)，從而影響p53的激活(MDM2編碼核E3泛素連接酶，介導(dǎo)包括腫瘤抑制蛋白在內(nèi)的蛋白質(zhì)的泛素化，例如p53蛋白的降解)，因此，MEG3誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡和抗增殖活性可能通過抑制MDM2和隨后激活p53信號途徑介導(dǎo)[4,10]。近年，lncRNAs的作用機(jī)制研究又有新的進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)lncRNAs與表觀遺傳調(diào)控有關(guān)，lncRNAs通過與miRNAs、mRNAs和蛋白的相互作用在基因表達(dá)的表觀遺傳調(diào)控中起著至關(guān)重要作用。在基因表達(dá)中，lncRNAs可通過轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后模式調(diào)控基因表達(dá)。已發(fā)現(xiàn)，內(nèi)源性lncRNA MEG3可通過干擾miRNA通路，如作為內(nèi)源性競爭性RNA(ceRNAs)與miRNAs競爭其靶mRNA的結(jié)合，從而減少miRNAs對這些mRNA的抑制作用，影響多種疾病轉(zhuǎn)錄后調(diào)控[5,11,12]。

2 長鏈非編碼RNA MEG3在神經(jīng)膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制

膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最常見腫瘤，由于缺乏有效手段診斷和治療，預(yù)后仍然不佳。lncRNAs是轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和表觀遺傳水平上基因表達(dá)的新型調(diào)控因子。研究發(fā)現(xiàn)，MEG3在各種類型的人類腫瘤和腫瘤細(xì)胞系，包括膠質(zhì)瘤中都表達(dá)缺失，是神經(jīng)膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展的調(diào)節(jié)因子[13]。最近研究表明，lncRNAs的表達(dá)模式與膠質(zhì)瘤惡性程度有顯著相關(guān)性，可能在調(diào)節(jié)神經(jīng)膠質(zhì)瘤的進(jìn)展中起重要作用[14,15]。Zhang等[16]通過比較正常組織和高級別神經(jīng)膠質(zhì)瘤的表達(dá)譜，鑒定出與星形細(xì)胞瘤惡性程度密切相關(guān)的lncRNAs，在這些lncRNAs中，CRNDE和HOTAIRM1隨著惡性程度的升高而上調(diào)，而PAR5、MEG3、C21orf131及其他lncRNA下調(diào)。MEG3在膠質(zhì)瘤組織中的丟失是由于DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1介導(dǎo)的MEG3啟動子的高甲基化所致[17]。進(jìn)一步的研究表明，MEG3所在的染色體位點(diǎn)14q32是一個(gè)包含抑癌基因的區(qū)域，MEG3的異位表達(dá)抑制了人類癌細(xì)胞的生長[8]。Wang等[18]研究結(jié)果表明，MEG3在膠質(zhì)瘤細(xì)胞系U251和U87MG中的異位表達(dá)可抑制細(xì)胞增殖，促進(jìn)細(xì)胞凋亡；MEG3與p53蛋白有關(guān)，并且這種關(guān)聯(lián)是p53活化所必需的。MEG3高甲基化可導(dǎo)致MEG3表達(dá)缺失，抑制p53通路在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中的表達(dá)[17]。也有研究顯示,MEG3的抗細(xì)胞增殖作用一部分是通過抑制MDM2表達(dá)和隨后激活p53信號通路[9,10]而實(shí)現(xiàn)。最近研究顯示,MEG3可作為miR-19a的ceRNA抑制腫瘤發(fā)生[19]。研究報(bào)道，miR-19a與PTEN的30-UTR結(jié)合，抑制PTEN的表達(dá)，促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖、遷移和侵襲[19]。MEG3還可抑制miR-93和PI3K/AKT通路相關(guān)蛋白表達(dá)調(diào)控膠質(zhì)瘤生長[20]。MEG3不僅可以影響膠質(zhì)瘤的進(jìn)展，也在膠質(zhì)瘤細(xì)胞順鉑治療中起作用。MEG3表達(dá)增加可增強(qiáng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞對順鉑的敏感性，而MEG3表達(dá)下調(diào)則增加對順鉑的耐藥性[14]。進(jìn)一步的機(jī)制研究[21]表明，MEG3通過抑制自噬介導(dǎo)順鉑誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。

3 長鏈非編碼RNA MEG3在亨廷頓病發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制

亨廷頓病患者大腦中的神經(jīng)退行性病變常常伴隨基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的廣泛變化。最近研究發(fā)現(xiàn)，這些變化不僅局限于蛋白質(zhì)編碼基因，還包括非編碼RNA。Johnson等[22]挖掘了現(xiàn)有的基因芯片數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)7個(gè)在亨廷頓病患者大腦中失調(diào)的新lncRNA，其中有4種lncRNA在亨廷頓病患者的大腦中發(fā)現(xiàn)顯著變化：TUG1和NEAT1上調(diào)，而MEG3和DGCR5下調(diào)。值得注意的是，阻遏子元件沉默轉(zhuǎn)錄因子(REST)可結(jié)合到DNA的神經(jīng)元限制性沉默元件(NRSE)上，對基因的表達(dá)具有阻遏作用[23]。研究發(fā)現(xiàn)，在亨廷頓病腦組織中顯著下調(diào)的DGCR5是REST的靶點(diǎn)，可被REST抑制[22]。有研究顯示，MEG3在其轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)的10 kb內(nèi)也包含REST的結(jié)合位點(diǎn)，提示MEG3也可能是REST的靶點(diǎn)之一，因此MEG3在亨廷頓患者腦組織中顯著下調(diào)的原因一部分可能是受到了REST的抑制[24]。Johnson等[22]認(rèn)為，MEG3是目前發(fā)現(xiàn)的所有亨廷頓病候選標(biāo)志物中最好的，因?yàn)镸EG3在小鼠神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中動態(tài)表達(dá)，且在成人和小鼠大腦的各個(gè)區(qū)域都高表達(dá)，同時(shí)是一種重要的表觀遺傳調(diào)控因子。有研究[25]在細(xì)胞染色質(zhì)中發(fā)現(xiàn)MEG3能夠綁定核心蛋白復(fù)合體PRC2。由于cAMP可通過CREB轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控MEG3，推測MEG3可能參與神經(jīng)元興奮性毒性[25]。最近研究[26]發(fā)現(xiàn)，MEG3在海洛因依賴者的伏隔核中上調(diào)。Gordon等[27]構(gòu)建了MEG3基因敲除小鼠模型，發(fā)現(xiàn)當(dāng)敲除小鼠腦內(nèi)MEG3后，小鼠大腦皮質(zhì)基因表達(dá)發(fā)生顯著變化，導(dǎo)致皮質(zhì)微血管密度升高，VEGF血管生成途徑相關(guān)基因表達(dá)增強(qiáng)。以上研究結(jié)果提示，MEG3可能是大腦發(fā)育過程中以及成熟大腦中重要的表觀遺傳調(diào)節(jié)劑，它可以穩(wěn)定地改變基因表達(dá)譜以響應(yīng)神經(jīng)元活動，因此MEG3在亨廷頓病中的顯著下調(diào)可能會導(dǎo)致眾多基因突變，引發(fā)不同種類后遺癥[22]。

4 長鏈非編碼RNA MEG3在缺血性腦卒中發(fā)生發(fā)展中的作用機(jī)制

缺血性腦卒中是全世界病死率和致殘率較高的疾病。近年，使用RNA測序、深度測序和基因芯片等新技術(shù)已篩選出缺血性腦卒中患者或缺血性損傷動物模型中大量表達(dá)異常的lncRNAs。MEG3在腦缺血動物模型，如大腦中動脈阻塞模型(MCAO)和(或)氧糖剝奪(OGD)細(xì)胞模型中表達(dá)顯著增加，其在神經(jīng)系統(tǒng)和缺血性卒中患者中的表達(dá)和作用逐漸被發(fā)現(xiàn)[4,12,28]。研究顯示，MEG3可作為MCAO模型和OGD模型中神經(jīng)元缺血性損傷的細(xì)胞毒性因子，因?yàn)樵谛∈驧CAO術(shù)后的缺血組織及OGD處理的N2a神經(jīng)細(xì)胞中，MEG3的表達(dá)均顯著增加3倍以上[4]。采用特異性的小干擾RNA(siRNA)抑制MEG3的表達(dá)可降低MCAO引起的小鼠腦梗死和腦水腫體積，改善神經(jīng)行為評分；同時(shí)，MEG3的增加伴隨著神經(jīng)元死亡和凋亡的增加[4]。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，p53通路、miR-181b-12/15-LOX通路和miR-21-PDCD4通路參與了MEG3的功能。p53在DNA修復(fù)中起重要作用，它在G1/S期阻滯細(xì)胞周期，促進(jìn)DNA修復(fù)，并在DNA損傷不可修復(fù)時(shí)啟動細(xì)胞凋亡。因此，p53被認(rèn)為是抑癌因子以及細(xì)胞和遺傳穩(wěn)定性的關(guān)鍵。在腦缺血損傷小鼠模型中，MEG3的增加通過直接與p53基因的DBD270-281位點(diǎn)結(jié)合而促進(jìn)p53表達(dá)，從而促進(jìn)神經(jīng)元凋亡[4]。MEG3-p53結(jié)合體中p53的分離抑制了小鼠神經(jīng)元凋亡和梗死體積的增加，表明MEG3通過p53起作用[4]。12/15-LOX是脂氧合酶的主要異構(gòu)體，脂氧合酶是一組酶，催化多不飽和脂肪酸如亞油酸和花生四烯酸形成氫過氧化物。研究表明，神經(jīng)元12/15-LOX在受損腦中被激活，其介導(dǎo)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的神經(jīng)元功能障礙，最終導(dǎo)致腦缺血后神經(jīng)元死亡[29]。miR-181b是12/15-LOX表達(dá)的關(guān)鍵調(diào)控因子，miR-181b的過度表達(dá)抑制了12/15-LOX-1的產(chǎn)生[12]。MEG3在miR181b-12/15-LOX通路中起ceRNA的作用。小鼠MCAO術(shù)后腦組織或OGD神經(jīng)元中MEG3表達(dá)上調(diào)，競爭性抑制miR-181b對12/15-LOX的影響，導(dǎo)致12/15-LOX表達(dá)上調(diào)，從而誘導(dǎo)神經(jīng)元死亡[12]。MEG3在miR-21-PDCD4通路中也可作為ceRNA發(fā)揮作用。miR-21在缺血后表達(dá)下調(diào)，在N2a神經(jīng)細(xì)胞中過表達(dá)miR-21可以保護(hù)OGD引起的細(xì)胞凋亡[5]。值得注意的是，PDCD4作為miR-21最常見的靶蛋白之一，其活性受到miR-21的抑制，而這種抑制效應(yīng)可被過表達(dá)的MEG3消除，更重要的是，在缺血性卒中MCAO動物模型及OGD細(xì)胞模型中，MEG3競爭性結(jié)合miR-21調(diào)控其靶蛋白PDCD4，介導(dǎo)缺血性神經(jīng)元死亡[5]。GO富集分析預(yù)測MEG3與器官發(fā)育(肺、肝臟、胚胎、骨骼肌發(fā)育)、血管功能(血管生成和VEGF信號通路)、基因調(diào)控(DNA轉(zhuǎn)錄、RNA折疊、甲基化和基因印跡)、炎癥(Notch信號通路、SMAD蛋白信號轉(zhuǎn)導(dǎo))和細(xì)胞生長(細(xì)胞分化、細(xì)胞增殖負(fù)調(diào)控)等生物學(xué)過程有關(guān)[28]。眾所周知，預(yù)防缺血性損傷和促進(jìn)神經(jīng)發(fā)生是缺血性腦卒中治療的兩個(gè)主要策略。根據(jù)GO富集的結(jié)果，MEG3還可能通過基因調(diào)控機(jī)制(轉(zhuǎn)錄、RNA折疊和甲基化)干擾神經(jīng)再生、血管生成和炎癥。

綜上所述，MEG3通過參與基因調(diào)控、促進(jìn)細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡、促進(jìn)血管生成等機(jī)制參與神經(jīng)膠質(zhì)瘤、亨廷頓病、缺血性腦卒中等疾病的發(fā)生發(fā)展。鑒于MEG3是大腦神經(jīng)元中重要的表觀遺傳調(diào)節(jié)劑，而神經(jīng)系統(tǒng)眾多疾病與多種基因的表達(dá)變化有關(guān)，因此MEG3可能是上述神經(jīng)系統(tǒng)疾病新的生物標(biāo)志物。