長(zhǎng)鏈非編碼RNA在心血管疾病中的研究進(jìn)展

湯 婭，石 蓓,趙然尊

心血管疾病已成為威脅人類健康的重要疾病[1]。盡管近年來心血管疾病治療取得重要進(jìn)展，包括藥物治療、介入治療以及外科手術(shù)治療等，使心血管疾病患者生存率有了很大提高，但治療效果還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能令人滿意[2]。目前，多數(shù)心血管疾病的發(fā)病機(jī)制仍未完全闡明，比較一致的觀點(diǎn)認(rèn)為這是多因素綜合作用的結(jié)果。近年來研究者們發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long noncoding RNAs， LncRNAs)屬于非編碼RNA(noncoding RNA， ncRNA)的重要一類，廣泛存在于多種組織和細(xì)胞中，參與腫瘤、神經(jīng)疾病、代謝疾病和心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展[3]。本文綜述近年來 LncRNAs在心血管疾病方面的研究進(jìn)展如下。

1 LncRNAs生物學(xué)特性

LncRNAs是一類新發(fā)現(xiàn)的存在于機(jī)體體液中調(diào)節(jié)基因表達(dá)的分子，一般長(zhǎng)度大于200 個(gè)核苷酸[4]，重要特點(diǎn)是“非編碼”，是指LncRNAs在轉(zhuǎn)錄本上缺乏開放閱讀框和(或)保守密碼子[5-6]；其生物學(xué)功能包括作為靶蛋白作用于特定基因組位點(diǎn)影響轉(zhuǎn)錄模式、調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)結(jié)合分子伴侶活性、作為小分子RNA(如miRNA、piRNA)前體分子、影響其他RNA加工以及起到一個(gè)作為結(jié)構(gòu)RNA的作用[7]等。目前，LncRNAs尚無一致的分類標(biāo)準(zhǔn)，一般根據(jù)其在基因組中的位置或作用機(jī)制分為4類：信號(hào)分子、誘餌分子、指導(dǎo)分子以及骨架分子[4,8]。一般認(rèn)為，屬于ncRNA的LncRNAs是沒有編碼蛋白質(zhì)功能的，但最近有報(bào)道稱，一些LncRNAs可以編碼微肽[9]；亦有證據(jù)顯示，LncRNAs可被核糖體所攝取[6,10],其轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物可以產(chǎn)生小的氨基酸[6]。

2 LncRNAs與心血管疾病

心血管疾病是當(dāng)今世界嚴(yán)重威脅人類生命健康最主要的疾病。近年來，隨著基因?qū)W和疾病學(xué)的交叉研究，探討與疾病相關(guān)的基因已成為熱點(diǎn)，LncRNAs在心血管疾病的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮著舉足輕重的作用，越來越受到研究者重視。

2.1LncRNAs與心臟發(fā)育 LncRNAs廣泛參與個(gè)體的生長(zhǎng)發(fā)育以及某些器官的發(fā)育[1]，特別是心臟發(fā)育，其中最典型的一種LncRNAs是小鼠心臟發(fā)育中被命名為Braveheart(Bvht)的LncRNAs，是胚胎干細(xì)胞(embryonic stem cell， ESC)正常分化的必要條件，通過調(diào)控核心心血管網(wǎng)絡(luò)，在新生中胚層中參與心臟發(fā)育[11]。2019年，Wang等[12]發(fā)現(xiàn)高度保守的LncRNA NR045363主要在心肌細(xì)胞中表達(dá)，很少在非心肌細(xì)胞中表達(dá)，其低表達(dá)抑制了原代胚胎心肌細(xì)胞增殖，而過表達(dá)則促進(jìn)了新生心肌細(xì)胞DNA合成和細(xì)胞分裂；進(jìn)一步研究顯示該LncRNA通過與miR-216a相互作用促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖，miR-216a調(diào)控JAK2-STAT3通路。說明該LncRNA可能是一種對(duì)心肌細(xì)胞增殖至關(guān)重要的強(qiáng)效調(diào)節(jié)劑。

2.2LncRNAs 與心肌肥厚 心肌肥厚是一種適應(yīng)性、代償性的細(xì)胞肥大，以應(yīng)對(duì)各種各樣的刺激，包括血流動(dòng)力學(xué)紊亂、神經(jīng)激素激活及缺血或基因編碼心臟結(jié)構(gòu)蛋白固有缺陷等[13]。人們最熟悉的LncRNAs，心肌肥厚相關(guān)因子(Chrf)，即作為一種競(jìng)爭(zhēng)性RNA，通過靶向作用于miRNA-489，導(dǎo)致心肌肥厚[14]；其機(jī)制為Chrf、miR-489和髓樣分化主要反應(yīng)基因88(Myd88)組成的新型心肌肥厚調(diào)節(jié)信號(hào)軸，Chrf能夠直接與miR-489結(jié)合，調(diào)節(jié)Myd88的表達(dá)和活性。因此，調(diào)控LncRNAs表達(dá)可為治療心肌肥厚提供一種新方法。此外，心臟特異性反轉(zhuǎn)錄LncRNAs，即肌鈣蛋白重鏈相關(guān)RNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物(Mhrt)，在心肌細(xì)胞核中特異性表達(dá)，發(fā)揮保護(hù)心肌細(xì)胞功能作用[14]，Mhrt與轉(zhuǎn)錄激活因子(Brg1)的解螺旋酶域結(jié)合，兩者結(jié)合后阻止Brg1介導(dǎo)的染色質(zhì)重塑與應(yīng)激過程中相關(guān)基因表達(dá)[15]。通常情況下，在壓力負(fù)荷作用下抑制Mhrt表達(dá)則引起一系列心肌病變，而恢復(fù)Mhrt表達(dá)將阻斷或延緩心肌肥厚和心力衰竭。

2.3LncRNAs 與動(dòng)脈粥樣硬化 動(dòng)脈粥樣硬化是最常見的血管疾病之一。內(nèi)皮細(xì)胞(endothelial cells， ECs)功能障礙和血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cells， VSMC)異常增殖共同促進(jìn)了動(dòng)脈粥樣硬化。Shan等[16]發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜非編碼 RNA3(RNCR3)高表達(dá)于 ECs和 VSMCs，基因敲除 RNCR3則降低 ECs和VSMCs的增殖和遷移，并加速細(xì)胞凋亡和動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展。Arslan等[17]研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)脈粥樣硬化血管中Cyclin-dependent kinase inhibitor 2B antisense RNA 1(ANRIL)和心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄本(MIAT)表達(dá)顯著增高，表明 LncRNAs在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生和發(fā)展中具有重要作用。

2.4LncRNAs與缺血性心臟病 急性心肌梗死(acute myocardial infarction， AMI)后常發(fā)生不良心室重構(gòu)和心力衰竭，影響患者預(yù)后。已證實(shí)多種LncRNAs在心肌梗死后特異性表達(dá)，并在血管生成和缺血性心肌損害中扮演重要角色[18]。在早期AMI患者中，LncRNA UCA1表達(dá)下調(diào)[19]。此外，Sun等[20]研究發(fā)現(xiàn)，在AMI的動(dòng)物模型中，分別表達(dá)9種心肌梗死特異性LncRNAs，均無心肌梗死再?gòu)?fù)發(fā)，而降低其表達(dá)可能導(dǎo)致先天性免疫功能紊亂和炎癥反應(yīng)加重，進(jìn)而引起AMI再?gòu)?fù)發(fā)，這可能說明此9種LncRNAs與心肌先天性免疫功能和炎癥反應(yīng)有關(guān)。Huang等[21]研究發(fā)現(xiàn)在缺血性心肌病(ischemic cardiomyopathy， ICM)中，許多LncRNAs表達(dá)是動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的。LncRNAs可以在ICM發(fā)展過程中調(diào)控細(xì)胞外基質(zhì)和心肌纖維化，提示LncRNAs可能是心功能紊亂的重要調(diào)控分子。此外，Zhai等[22]應(yīng)用聚合酶鏈反應(yīng)和RNA微陣列芯片分析發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，AMI患者外周血中檢測(cè)到3個(gè)LncRNAs表達(dá)存在差異，從而推測(cè)這些LncRNAs可能在AMI中具有潛在的調(diào)節(jié)作用，其機(jī)制可能是凋亡及其對(duì)應(yīng)的 p53信號(hào)通路與炎癥信號(hào)通路和心肌細(xì)胞收縮、血管平滑肌細(xì)胞功能紊亂有關(guān)。此外，鈣穩(wěn)態(tài)失衡是心肌梗死后心肌細(xì)胞死亡的重要原因之一，而SERCA2a蛋白對(duì)鈣穩(wěn)態(tài)調(diào)控具有重要作用。2015年，有團(tuán)隊(duì)首次研究發(fā)現(xiàn)LncRNA-ZFAS1可作為AMI的生物標(biāo)志物，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)此LncRNA可作為SERCA2a蛋白天然抑制劑，影響心肌梗死后心肌鈣穩(wěn)態(tài)和收縮功能；該團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)在心肌梗死后心臟組織中和缺氧處理心肌細(xì)胞中ZFAS1 顯著升高；在細(xì)胞層面，過表達(dá)ZFAS1使心肌細(xì)胞收縮功能降低；在亞細(xì)胞層面，ZFAS1引起心肌細(xì)胞內(nèi)鈣超載，通過負(fù)性調(diào)控心肌細(xì)胞內(nèi)鈣瞬變；在分子層面，ZFAS1可以特異性與SERCA2a蛋白直接結(jié)合，從而抑制其表達(dá)和功能，且降低ZFAS1表達(dá)，可有效逆轉(zhuǎn)ZFAS1對(duì)心肌損傷作用[23]。2019年，Zhang等[24]研究發(fā)現(xiàn)miR-519d-3p在心肌梗死大鼠模型中表達(dá)增高，并在體外初步促進(jìn)缺氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡,其潛在機(jī)制可能是HOTAIR海綿樣結(jié)合miR-519d-3p，抑制心肌細(xì)胞凋亡和壞死，減輕大鼠心肌梗死。Guo等[25]研究發(fā)現(xiàn)LncRNA SLC8A1 AS1通過下調(diào)A1SLC8A1，激活cGMP-PKG信號(hào)通路，減輕心肌損傷，抑制促炎因子釋放，縮小梗死面積，最終保護(hù)心肌免受損傷。此外，Su等[26]研究發(fā)現(xiàn)LncRNA TUG1通過靶向miR-142-3p，上調(diào)HMGB1和Rac1，在缺血缺氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞自噬細(xì)胞中發(fā)揮核心作用，下調(diào)TUG1或上調(diào)miR-142-3p可改善心肌損傷，預(yù)防AMI。以上研究結(jié)果表明LncRNAs可能涉及冠心病特別是心肌梗死發(fā)生和發(fā)展，但具體機(jī)制有待深入研究。

2.5LncRNAs與心室重構(gòu) 心室重構(gòu)是心臟的代償性改變，最終導(dǎo)致心力衰竭。Kumarswamy等[27]證實(shí)線粒體長(zhǎng)鏈非編碼 RNA uc022bqs.1(LIPCAR)是一種新型的心臟重塑生物標(biāo)志物，被證明與后續(xù)的心室重塑發(fā)生和發(fā)展有關(guān)，并有可能獨(dú)立用于預(yù)測(cè)慢性心力衰竭患者的心血管疾病病死率高低。 Micheletti等[28]發(fā)現(xiàn)，Wisp 2 super-enhancer-associated RNA(Wisper)的表達(dá)與小鼠心肌梗死模型和主動(dòng)脈狹窄患者的心肌纖維化有關(guān)，在體外使用改良的反義寡核素(ASOs)的功能方法證明了Wisper是心肌成纖維細(xì)胞增殖、遷移和存活的特異性調(diào)節(jié)器；在體內(nèi)，由 ASOs 介導(dǎo)的抑制Wisper的表達(dá)降低了心肌梗死誘導(dǎo)的心肌纖維化和心臟功能障礙。

2.6LncRNAs與心肌細(xì)胞凋亡 心肌梗死后心肌細(xì)胞存活率直接關(guān)系到心肌梗死面積及后續(xù)的心功能。Li等[29]用大鼠AMI模型，研究LncRNA Gm2691在體內(nèi)的作用；結(jié)果發(fā)現(xiàn)LncRNA Gm2691在體內(nèi)可改善心功能，減輕炎癥反應(yīng)以及降低缺氧系統(tǒng)處理的新生大鼠心室心肌細(xì)胞的凋亡，提高細(xì)胞存活率。其潛在機(jī)制可能是LncRNA Gm2691通過降低Akt和ERK1/2活性發(fā)揮作用。Wang等[30]研究發(fā)現(xiàn)在心肌梗死模型中，LncUCA1的表達(dá)降低，而miR-143的表達(dá)增加。LncUCA1的過表達(dá)通過抑制miR-143來保護(hù)心肌細(xì)胞免受缺氧復(fù)氧誘導(dǎo)的凋亡，miR-143通過靶向MDM2/p53通路調(diào)控凋亡。然而，沉默LncUCA1后，miR-143表達(dá)上調(diào)，缺氧復(fù)氧誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡增加。此外，miR-143被證明是LncUCA1的競(jìng)爭(zhēng)性靶點(diǎn)，說明lncUCA1可能通過抑制miR-143，調(diào)控下游MDM2/p53信號(hào)通路，保護(hù)心肌細(xì)胞免受缺氧復(fù)氧誘導(dǎo)的凋亡。最近幾年，有報(bào)道稱線粒體異常分裂參與了心肌梗死的發(fā)病機(jī)制；線粒體動(dòng)態(tài)相關(guān) LncRNAs(MDRL)通過調(diào)控 miR-361和miR-484的表達(dá)和活性，從而調(diào)節(jié)線粒體分裂和細(xì)胞凋亡[31]。2014年，Wang等[32]證實(shí)抑制素蛋白1(PHB1)和miR-361都參與了心肌細(xì)胞凋亡和線粒體分裂，miR-361通過靶向作用于 PHB1調(diào)節(jié)線粒體分裂和心肌細(xì)胞凋亡。

2.7LncRNAs與其他心血管相關(guān)疾病 LncRNAs已成為調(diào)控基因表達(dá)和影響多種生物過程的關(guān)鍵表觀遺傳因子。越來越多的研究成果表明，LncRNAs參與了其他心血管相關(guān)疾病的發(fā)生和發(fā)展，如糖尿病心肌病、先天性心臟病、心律失常、高血壓以及擴(kuò)張性心肌病等[33-37]。

3 小結(jié)

目前研究者已對(duì)心肌表達(dá)的LncRNAs進(jìn)行了較深入研究，證實(shí)在心臟發(fā)育和多種心血管疾病中存在數(shù)百種差異性表達(dá)的LncRNAs，但對(duì)這些LncRNAs的功能與作用的詳細(xì)描述是一個(gè)巨大的任務(wù)。盡管過去幾年間，LncRNAs在細(xì)胞內(nèi)的研究已經(jīng)趨于成熟，但LncRNAs在體內(nèi)的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍知之甚少。到目前為止，許多有意義的方法通過調(diào)節(jié)LncRNAs水平涉及疾病治療，都已經(jīng)進(jìn)入臨床前階段，LncRNAs表達(dá)模式通常與一種疾病類型相關(guān)，并能提供特定的診斷或預(yù)后臨床信息。因此，對(duì)于LncRNAs的深入研究將對(duì)疾病的認(rèn)識(shí)和發(fā)展乃至治療用藥都產(chǎn)生巨大影響。