長(zhǎng)鏈非編碼RNA在心房顫動(dòng)發(fā)生中的作用機(jī)制

曹真 趙慶彥

近年來,基因遺傳學(xué)在多種心血管系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展中所起的作用被眾多研究者所關(guān)注[1]。多項(xiàng)研究表明,長(zhǎng)鏈非編碼RNA(LncRNA)在心房顫動(dòng)(簡(jiǎn)稱房顫)的發(fā)生機(jī)制中有著十分重要的作用[2]。筆者旨在對(duì)其在房顫發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制作一綜述。

1 LncRNA概述

LncRNA 是一種長(zhǎng)度大于200個(gè)核苷酸,因缺乏有效開放閱讀框而無法編碼蛋白質(zhì)的RNA。研究表明,LncRNA在表觀遺傳、細(xì)胞周期和細(xì)胞分化等眾多生命活動(dòng)中發(fā)揮重要作用[3]。LncRNA 根據(jù)其相對(duì)于其目標(biāo)編碼區(qū)的基因組位置分為正義、反義、雙向、內(nèi)含子及基因間五個(gè)亞類。作用包括將蛋白質(zhì)靶向特定的基因組位點(diǎn)以影響轉(zhuǎn)錄模式,調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合伴侶的活性,作為小分子RNA 的前體,充當(dāng)結(jié)構(gòu)RNA 及影響其他RNA 加工等[4]。早期對(duì)LncRNA 的研究多集中于腫瘤相關(guān)性疾病及神經(jīng)退行性疾病,近年來研究發(fā)現(xiàn)LncRNA 通過調(diào)節(jié)關(guān)鍵通路或核心蛋白在房顫的多種病理機(jī)制中發(fā)揮重要作用[5－7]。

2 LncRNA與房顫

最初,Ruan等[8]通過微陣列分析了房顫患者和非房顫患者的心房組織中LncRNA 的表達(dá)譜,結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者間有219個(gè)差異表達(dá)的LncRNA,在上調(diào)表達(dá)的156個(gè)和下調(diào)表達(dá)的63個(gè)中各隨機(jī)選取5個(gè)以觀察其與房顫的關(guān)系,結(jié)果發(fā)現(xiàn),選取的5個(gè)LncRNA 中有4 個(gè)與房顫相關(guān)基因密切相關(guān)。Ke等[5]發(fā)現(xiàn)LncRNA NPPA 及其反義RNA NPPAAS1可能通過調(diào)節(jié)心肌收縮,而LncRNA RP11-99E15.2和RP3-523K23.2可能分別通過調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合及HSF2(熱休克因子2)靶基因的轉(zhuǎn)錄參與房顫的發(fā)病機(jī)制。Xu等[9]通過對(duì)房顫患者及健康人的血液進(jìn)行陣列分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)在差異表達(dá)的LncRNA 轉(zhuǎn)錄樣本中,NONHSAT098586和NONHSAT040387是上調(diào)和下調(diào)幅度最大的LncRNA,并推測(cè)通過氧轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活性和蛋白異二聚化活性等途徑參與了房顫的發(fā)生過程。Su等[10]發(fā)現(xiàn)LncRNA 表達(dá)譜在陣發(fā)性房顫患者的白細(xì)胞中存在差異性表達(dá),其中的兩個(gè)LncRNA(ENST00000559960和uc004aef.3)可能有助于預(yù)測(cè)陣發(fā)性房顫的發(fā)生。Yu等[11]應(yīng)用RNA 序列分析檢測(cè)6對(duì)永久性房顫患者和健康對(duì)照組淋巴細(xì)胞m RNA 和LncRNA的表達(dá)譜,結(jié)果表明,兩者mRNA 和LncRNA 表達(dá)譜存在明顯差異,且與炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、心房細(xì)胞自噬和凋亡等多種途徑關(guān)系密切。Wu等[12]對(duì)房顫及竇性心律的風(fēng)濕性二尖瓣疾病患者心房樣品中LncRNA 的表達(dá)譜進(jìn)行了分析,其中16 個(gè)LncRNA 有顯著差異表達(dá),以LncRNAn336928上調(diào)最多。對(duì)Lnc RNAs的表達(dá)進(jìn)行層級(jí)聚類表明其參與了房顫的發(fā)病過程。LncRNA 常常通過與MicroRNA(miRNA)相結(jié)合,與信使RNA(m RNA)競(jìng)爭(zhēng),來分離miRNA 與靶標(biāo)m RNA,從而減輕了miRNA 介導(dǎo)的m RNA抑制作用。因此一些研究人員稱LncRNA 為競(jìng)爭(zhēng)內(nèi)源性RNA。Qian等[13]基于LncRNA 為競(jìng)爭(zhēng)內(nèi)源性RNA 的理論構(gòu)建了與房顫相關(guān)的LncRNA-m RNA 網(wǎng)絡(luò),并通過生物信息學(xué)技術(shù)鑒定出8種具有房顫診斷潛力的LncRNA。以上研究提示,LncRNA 在房顫發(fā)生發(fā)展的電重構(gòu)、結(jié)構(gòu)重構(gòu)、自主神經(jīng)重構(gòu)的多個(gè)層面發(fā)揮重要作用。

2.1 LncRNA 與心房電重構(gòu) Li等[6]通過制備兔房顫模型,采用高通量測(cè)序技術(shù)檢測(cè)房顫組和對(duì)照組右心房組織LncRNA 的表達(dá)譜,結(jié)果發(fā)現(xiàn)99843個(gè)新的LncRNA,生物信息學(xué)方法篩選出一種名為TCONS_00075467 的LncRNA,通過慢病毒沉默其表達(dá)可有效縮短離體心房有效不應(yīng)期和動(dòng)作電位時(shí)程、降低L型鈣電流。CACNA1C是一種編碼電壓依賴性鈣通道α-1C 亞單位基因,其表達(dá)下調(diào)可誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)鈣超載,引起房顫的發(fā)生[14],TCONS_00075467通過結(jié)合與其呈負(fù)相關(guān)的miR-328 調(diào)節(jié)CACNA1C 的表達(dá),進(jìn)而影響心房電重構(gòu)[6]。Shen等[15]發(fā)現(xiàn)LncRNA KCNQ1重疊轉(zhuǎn)錄本1在Ang-Ⅱ誘導(dǎo)的小鼠房顫模型心房組織中上調(diào)表達(dá),轉(zhuǎn)錄因子YY1 誘導(dǎo)KCNQ1OT1 上調(diào)通過調(diào)節(jié)miR-384/CACNA1C 軸促進(jìn)房顫。Ryanodine receptor 2(Ry R2)的過度磷酸化及釋放大量鈣離子進(jìn)入胞質(zhì)與房顫發(fā)生密切相關(guān)[16]。RyR2 由junctophillin-2(JP2)調(diào)節(jié),JP2 是一種參與肌漿網(wǎng)電偶聯(lián)的信號(hào)蛋白,其與Ry R2直接相互作用,從而穩(wěn)定了RyR2 的表達(dá),miRNA-24 可以降低JP2 的水平,LncRNA-LINC00472 可以與miRNA-24 相競(jìng)爭(zhēng)下調(diào)miRNA,從而上調(diào)JP2 并產(chǎn)生穩(wěn)定的Ry R2。LncRNALINC00472在其啟動(dòng)子區(qū)域中包含一個(gè)CpG 島,該區(qū)域的甲基化與lncRNA-LINC00472的含量成反比。Wang等[17]將房顫患者中的miRNA-24和LncRNA LINC00472水平與健康對(duì)照者進(jìn)行了比較。發(fā)現(xiàn)房顫患者與miR-24表達(dá)水平升高和LINC00472表達(dá)水平降低相關(guān),且與對(duì)照組相比,房顫患者中LncRNA-LINC00472啟動(dòng)子的Cp G 區(qū)的DNA 甲基化更為突出。并進(jìn)一步證實(shí)LINC00472 和JP2 是miRNA-24的直接靶點(diǎn),LINC00472 可以通過miR-24/JP2/Ry R2信號(hào)通路來調(diào)節(jié)房顫的發(fā)生發(fā)展。

2.2 LncRNA 與心房結(jié)構(gòu)重構(gòu) 在能量代謝層面,Chen等[18]比較了16名房顫患者左心耳和肺靜脈周圍左房組織的LncRNA。他們指出,LncRNA AK055347通過調(diào)節(jié)細(xì)胞色素P450、ATP合成酶和MSS51調(diào)節(jié)線粒體能量的產(chǎn)生。進(jìn)而調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞能量的代謝導(dǎo)致房顫的發(fā)生。在最近的研究中,李建華等[19]發(fā)現(xiàn)在動(dòng)物水平敲低 TCONS_00016478,可下調(diào)過氧化物酶增殖物激活受體γ輔助激活因子1α(PGC1-α)/過氧化物酶增殖物激活受體γ(PPARγ)及下游能量代謝相關(guān)的酶和蛋白質(zhì)的表達(dá),導(dǎo)致心房肌糖脂代謝紊亂,進(jìn)而影響兔心房肌能量代謝重構(gòu)促使房顫的發(fā)生。提示LncRNA 可以通過能量代謝重構(gòu)影響房顫進(jìn)程。

活化T 細(xì)胞核因子(NFAT)是一種最早從活化T 細(xì)胞的核提取液中發(fā)現(xiàn)的轉(zhuǎn)錄因子,NFATc3 可以與細(xì)胞核內(nèi)的白細(xì)胞介素12(IL-12)基因啟動(dòng)子結(jié)合,促進(jìn)IL-12的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)[20]。IL-12是一種炎性細(xì)胞因子,可促使巨噬細(xì)胞極化為M1樣表型[21]。巨噬細(xì)胞的極化與心房結(jié)構(gòu)改變、心律失常的發(fā)生密切相關(guān)。M1 型巨噬細(xì)胞以促炎作用為主,相反M2型巨噬細(xì)胞主要發(fā)揮抗炎、抗纖維化、抗心律失常作用。抑制巨噬細(xì)胞M1和促進(jìn)巨噬細(xì)胞M2 極化可以減少心肌重塑并改善心臟功能[22]。Fei等[23]研究證實(shí)NFAT 的LncRNA 的非編碼抑制子(NRON)通過抑制NFATc3的成核,進(jìn)而抑制IL-12轉(zhuǎn)錄表達(dá),導(dǎo)致M1表型巨噬細(xì)胞減少,最終減弱心肌纖維化。Cao等[7]發(fā)現(xiàn)房顫患者中漿細(xì)胞瘤變體易位1(PVT1)升高,并與I型和III型膠原蛋白呈正相關(guān)。他們將人心房成纖維細(xì)胞用過表達(dá)或沉默的PVT1轉(zhuǎn)染。過度表達(dá)PVT1的成纖維細(xì)胞顯示轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-b1)信號(hào)蛋白增加,表達(dá)增強(qiáng)。而PVT1敲低的成纖維細(xì)胞顯示出相反的作用。并進(jìn)一步證實(shí)LncRNA PVT1與miR-128-3p結(jié)合,后者通常充當(dāng)轉(zhuǎn)錄因子特異性蛋白1(SP1)的抑制劑,而SP1是TGF-b1的激活劑。由于PVT1 與miR-128-3p 結(jié)合消除了miR-128-3p 對(duì)Sp1的抑制作用,SP1可以自由激活TGF-b1,從而激活TGF-β1/Smad信號(hào)傳導(dǎo)途徑,進(jìn)而促進(jìn)心房纖維化。Lu等[24]檢測(cè)了40名房顫患者和30名竇性心律患者的右心耳組織。與竇性心律患者相比,房顫患者的生長(zhǎng)抑制特異性5(growth inhibition specificity 5,GAS5)明顯下調(diào)。他們分別用GAS5抑制劑和模擬物轉(zhuǎn)染的AC16 細(xì)胞中進(jìn)行細(xì)胞增殖測(cè)定,GAS5的過表達(dá)抑制了AC16 細(xì)胞中的細(xì)胞生長(zhǎng),而敲低GAS5促進(jìn)了AC16 細(xì)胞中的細(xì)胞生長(zhǎng)。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明,活化素受體樣激酶(activin receptor-like kinase,ALK5)是LncRNA GAS5的靶標(biāo),其在房顫組織中的表達(dá)與GAS5的表達(dá)呈負(fù)相關(guān),ALK5對(duì)于活化的TGF-β1發(fā)揮其生物學(xué)活性至關(guān)重要。GAS5可以通過抑制ALK5 從而逆轉(zhuǎn)心臟纖維化重塑。類似的是,Chen等[25]收集51 例房顫患者和35例患有瓣膜性心臟病的竇性心律患者的右心耳組織。發(fā)現(xiàn)與竇性心律患者相比,房顫患者的LncRNA 前列腺癌相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1(PCAT-1)明顯上調(diào),TGF-β1表達(dá)明顯高于竇性心律患者,且房顫組織中TGF-β1表達(dá)與PCAT-1表達(dá)呈正相關(guān)。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)敲低PCAT-1 抑制了AC16 細(xì)胞的增殖。轉(zhuǎn)染了PCAT-1 短發(fā)夾RNA(sh RNA)的AC16細(xì)胞中的TGF-β1水平顯著下調(diào)。推測(cè)PCAT-1 可能通過靶向TGF-β1促進(jìn)成纖維細(xì)胞增殖。Yao等[26]發(fā)現(xiàn)房顫誘導(dǎo)的大鼠模型非編碼RNA 心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄本(MIAT)表達(dá)顯著增加,而microRNA(miR)-133a-3p顯著減少。房顫患者的外周血白細(xì)胞中MIAT 高度表達(dá),miR-133a-3p顯著降低。而MIAT 敲低抑制膠原蛋白I,膠原蛋白III,結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(CTGF)和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(TGF)的纖維化相關(guān)基因表達(dá),減少房顫誘發(fā)的心房纖維化。螢光素酶顯示miR-133a-3p受MIAT 直接調(diào)控。揭示了MIAT 下調(diào)在減輕房顫和房顫誘發(fā)的心肌纖維化中的作用以及MIAT 靶向miR-133a-3p的功能調(diào)控途徑。

2.3 LncRNA 與心臟內(nèi)在自主神經(jīng)系統(tǒng) Zhao等[27]將SD大鼠隨機(jī)分為對(duì)照組,房顫組和治療組(在房顫大鼠上接受LncRNA TCONS_00202959 的慢病毒轉(zhuǎn)染),治療組顯示LncRNA TCONS_00202959 的表達(dá)增強(qiáng),動(dòng)作電位時(shí)程延長(zhǎng),房顫誘導(dǎo)率降低。自主神經(jīng)功能的參數(shù)SDNN(正常竇性心搏間期的標(biāo)準(zhǔn)差),SDANN(全程記錄中每5 min竇性心搏平均值的標(biāo)準(zhǔn)差),RMSSD(相鄰R-R 間期差的均方根)較高,低頻/高頻功率比(LF/HF)降低,交感神經(jīng)指示劑酪氨酸羥化酶(TH)表達(dá)降低,副交感神經(jīng)蛋白膽堿乙?；D(zhuǎn)移酶(CHAT)表達(dá)升高。而房顫組卻完全相反。這表明TCONS_00202959可以調(diào)節(jié)房顫過程中心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)的功能。王蔚宗[28]建立房顫犬模型并對(duì)心房前右脂肪墊檢發(fā)現(xiàn)TCONS_032546通過促進(jìn)心臟內(nèi)在自主神經(jīng)的重構(gòu)易化房顫的發(fā)生,而TCONS_026102則抑制心臟內(nèi)在自主神經(jīng)重構(gòu)進(jìn)而阻止房顫的發(fā)生。并預(yù)測(cè)lncRNA-TCON_032546通過cis調(diào)控鄰近CCND1-FGF19-FGF4-FGF3基因簇并通過trans調(diào)控下游絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路發(fā)揮作用,而LncRNA-026102則通過cis調(diào)控鄰近靶基因SLC25A4,trans調(diào)控NF-kappa B(細(xì)胞核因子酉乙蛋白)通路發(fā)揮生物學(xué)功能。也有研究表明LncRNA 參與了神經(jīng)節(jié)消融后遠(yuǎn)期房顫復(fù)發(fā)心臟內(nèi)在自主神經(jīng)重構(gòu)的發(fā)生。最近劉東路等[29]通過高通量測(cè)序檢測(cè)了射頻消融犬急性期與遠(yuǎn)期右心房組織中LncRNA 的表達(dá)變化。通過生物信息學(xué)方法分析篩選出差異表達(dá)的LncRNA 056298及其靶基因生長(zhǎng)相關(guān)蛋白43(GAP43),在注射LncRNA 056298過表達(dá)慢病毒10天后,動(dòng)作電位時(shí)程較注射前明顯縮短,而注射慢病毒陰性對(duì)照組無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義差異。與對(duì)照組相比,實(shí)驗(yàn)組更易于誘發(fā)出房顫,且內(nèi)在自主神經(jīng)重構(gòu)相關(guān)的指標(biāo)GAP43、TH、CHAT 及PGP9.5(蛋白基因產(chǎn)物9.5)表 達(dá)均增加。推測(cè)LncRNA056298 可能通過影響GAP43 的表達(dá)影響內(nèi)在自主神經(jīng)重構(gòu)的發(fā)生。

2.4 心外膜脂肪中的LncRNA 越來越多的證據(jù)表明,局部的心外膜脂肪在房顫的發(fā)生發(fā)展中可能起著重要而獨(dú)立的作用。心外膜脂肪是一種代謝活躍的組織和脂肪因子的豐富來源,在解剖上由冠狀動(dòng)脈分支灌注,和心肌之間沒有筋膜屏障。這有助于心外膜脂肪通過直接和間接機(jī)制影響心房重構(gòu)產(chǎn)生[30]。研究證實(shí),心外膜脂肪中的分泌產(chǎn)物,包括激活素A,非編碼RNA 等可以通過被動(dòng)擴(kuò)散或旁分泌進(jìn)入鄰近的心肌而調(diào)節(jié)心房重構(gòu)[31－32]。Zhao等[33]探討LncRNAs在房顫患者心外膜脂肪中的表達(dá)情況,并構(gòu)建了差異表達(dá)的LncRNAs及其附近的mRNA 相互作用網(wǎng)絡(luò),他們收集6名持續(xù)性非瓣膜性房顫和竇性心律患者的心外膜脂肪標(biāo)本,采用RNA 測(cè)序法分析LncRNA 和mRNA 的表達(dá),結(jié)果發(fā)現(xiàn)655個(gè)m RNA(265個(gè)上調(diào),390個(gè)下調(diào))和57個(gè)lncRNAs(17個(gè)上調(diào),40個(gè)下調(diào))在房顫和竇性心律患者中有差異表達(dá)。在這項(xiàng)研究中鑒定出的大多數(shù)差異表達(dá)的LncRNA 對(duì)應(yīng)于與心臟重構(gòu)相關(guān)的編碼基因。例如心外膜脂肪中的ENST00000477757在房顫中高度上調(diào),其與PDLIM1(LIM 蛋白家族的核泛素E3連接酶)的表達(dá)有關(guān)。編碼鉀通道α亞基KV1.4的KCN4受ENST00000540578負(fù)調(diào)控。ENST00000583233 對(duì)編碼鈉通道α 亞單位的SCN4A 的表達(dá)存在正向影響。參與脂質(zhì)代謝的NOS3(內(nèi)皮型一氧化氮合成酶)的相關(guān)LncRNA ENST00000477227在房顫中的心外膜脂肪增加了2.45倍。ENST00000479930調(diào)節(jié)的TTC3(四肽重復(fù)結(jié)構(gòu)域3)有助于TGF-β1誘導(dǎo)的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化和成肌纖維細(xì)胞分化[34]。

在最近的另一項(xiàng)研究中,Shi等[35]通過RNA 測(cè)序數(shù)據(jù)對(duì)6例房顫和6例竇性心律患者的心外膜脂肪組織中LncRNA 和蛋白編碼基因(PCGs)的表達(dá)進(jìn)行了分析。異常的PCG 和LncRNA 可以明顯區(qū)分房顫和竇性心律樣本,上調(diào)的基因在諸如TGF-β信號(hào)通路、細(xì)胞外基質(zhì)受體相互作用、PI3K-Akt信號(hào)通路和類固醇生物合成通路中顯著富集。GATA4(鋅指轉(zhuǎn)錄因子)和CETP(血漿膽固醇酯轉(zhuǎn)移蛋白)的突變以及NOX4(NADPH 氧化酶)和BMP7(骨形態(tài)發(fā)生蛋白7)的失調(diào)被發(fā)現(xiàn)增加了房顫的風(fēng)險(xiǎn)。房顫的同源基因(HOX),特別是其反義RNA HOTAIRM1、HOXA-AS2 和HOXB-AS2被顯著下調(diào)。腫瘤壞死因子(TNF)信號(hào)傳導(dǎo)途徑是LncRNA 可能參與的最常見途徑,其中LINC00694、RP11-243J16.7、RP11-535C21.3、RP11-20B24.7、RP11-603J24.17、RP11-1057B6.1、Rp1-267L14.3、RP11-888D10.4與TNF 信號(hào)通路密切相關(guān)。在上調(diào)的LncRNA 中,SNHG16和RP11-471B22.2被預(yù)測(cè)與22個(gè)PCG 相互作用,作者指出SNHG16和RP11471B22.2可能參與TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞外基質(zhì)受體相互作用進(jìn)而促進(jìn)房顫底物的形成。

3 小結(jié)

針對(duì)房顫,臨床上雖有藥物、射頻消融以及外科手術(shù)治療等方法,但是也有其副作用大,遠(yuǎn)期復(fù)發(fā)率高,經(jīng)費(fèi)昂貴等局限性。基因技術(shù)的發(fā)展及對(duì)房顫病理生理機(jī)制的逐漸認(rèn)識(shí),越來越多的研究者試圖在基因?qū)用嫔蠈?duì)房顫進(jìn)行靶向治療。過去的數(shù)十年中,LncRNA 已被大量研究證實(shí)在房顫的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用,有望成為一種新的生物標(biāo)志物作為房顫的診斷工具或治療靶標(biāo),但是我們對(duì)其的認(rèn)識(shí)仍處于起步階段,在臨床診療中很少運(yùn)用,有待進(jìn)一步的研究為臨床實(shí)踐提供依據(jù)。