腦缺血與長鏈非編碼RNA的研究進展

袁影 尤艷利 靳蘭潔 周爽

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腦缺血與長鏈非編碼RNA的研究進展

袁影 尤艷利 靳蘭潔 周爽

長鏈非編碼RNA(lncRNA)缺少完整的開放閱讀框，無蛋白質編碼功能, 其轉錄本長度超過200nt[1]，在總非編碼RNA(ncRNA)中占有很大的比例。lncRNA的失調與人類疾病密切相關，目前的lncRNA研究覆蓋了神經系統疾病、心腦血管疾病、腫瘤等疾病的生理和病理過程。腦缺血危害極大，病死率較高，多數幸存的患者會留下終身殘疾。隨著現代生活水平的上升,腦缺血發病率也呈遞增趨勢。研究表明，lncRNA在動脈粥樣硬化、腦卒中等血管相關疾病中發揮了重要作用[2]。本研究針對lncRNA在腦缺血中的最新研究進展綜述如下。

1 lncRNA概述

lncRNA存在于生物的細胞核或胞漿內，不編碼蛋白或者只編碼很短多肽的基因轉錄產物。目前，關于lncRNA來源尚未形成統一的說法，公認的來源途徑主要有蛋白編碼基因突變、染色質重組、非編碼基因的反轉錄作用、非編碼RNA內部片段的重復以及轉座因子的插入[3]。根據lncRNA在基因組上的位置將lncRNA分為反義長鏈非編碼RNA(Antisense lncRNA)、內含子非編碼RNA(Intronic transcript)、lincRNA(Large intergenic noncoding RNA)、啟動子相關lncRNA(Promoter-associated lncRNA)、非翻譯區lncRNA(UTR associated lncRNA)[1]。

RNA是一種輸出與輸入信號，起到調控路徑和信號內部轉換的媒介作用。4個核心核苷酸和多種化學修飾的核苷酸調節并穩定著RNA的結構。lncRNA通常較長，通過剪接形成polyA尾巴與啟動子結構，折疊后形成熱力學穩定的二級或更高級結構而行使其功能。lncRNA較編碼RNA更易受物種進化的影響，序列上保守性較低，只有10%左右的lncRNA能在除人類外其他生物的基因組中發現[4]，但在其分子內部又有相對保守的短序列，與表達具有重要的生理生化功能密切相關。因此，lncRNA有著特定的二級空間結構、序列保守性低但內部短序列相對保守、發育特異性、分化中動態表達以及有多種剪切形式等特點[5]。RNA不僅僅只承擔遺傳信息中間載體的輔助性角色，而是更多地承擔了各種調控功能。同樣地，lncRNA在遺傳和轉錄層面也有著復雜的生物學功能。 近些年研究得出lncRNA在分子水平上的功能主要包括以下幾方面:(1)募集染色質修飾蛋白調控基因表達。有研究發現，由X染色體轉錄出的X染色體失活特異轉錄本能夠募集多梳抑制復合體2，從而抑制X染色體上的基因轉錄，使哺乳類雌性動物其中1條X染色體的遺傳性狀失活，達到維持雌雄兩性生物基因表型一致的目的[6]。另外，X染色體以外的染色體修飾相關lncRNA也被陸續發現，如Kcnq1反義轉錄本、Igf2 反義轉錄本[7]；(2)經堿基互補與DNA或某些RNA結合，通過修飾啟動子結構、改變剪切位點以及掩蓋結合位點等方式在轉錄及轉錄后水平發揮調節功能[1]。例如，一種Alu序列lncRNA通過與RNA聚合酶Ⅱ相結合，調控轉錄過程，達到基因抑制的目的[8]；(3)直接影響蛋白質的功能。主要方式有改變胞質定位、與特定蛋白結合以及形成核酸蛋白質復合體[9]。如lncRNA-P21被發現可通過抑制RNA穩定蛋白Hu抗原R的活性，從而影響junB原癌基因與鈣黏著相關蛋白的翻譯[10]。

2 lncRNA與腦缺血

腦缺血是一組由多種原因導致腦局部或多部位供血不足，進而引起相應神經系統癥狀的疾病。缺血性腦卒中是此類中最常見的疾病。缺血核心區和半影區神經細胞的壞死和凋亡情況及缺血損傷后血管再生、神經修復情況將嚴重影響到腦卒中患者的預后。隨著對lncRNA的了解深入，其與腦缺血的研究逐漸增多。有研究發現,局部腦缺血后誘導大腦中一系列lncRNA表達模式的改變，腦缺血與lncRNA有顯著關聯[11]。

2.1 lncRNA與細胞損傷和凋亡

腦缺血后的再灌注損傷指缺血區受損腦細胞恢復血流后損傷繼續加重，腦缺血在致殘因素中占首位，腦缺血后的再灌注損傷危害較大，因此有效控制再灌注損傷對腦缺血患者大有裨益。Thai等[12]研究發現一種名為SCAL1的lncRNA敲除后受損細胞內毒素增多，細胞生存率明顯降低，表明SCAL1對細胞生存有重要作用。NF-κB通路是一種與缺血再灌注損傷密切相關的細胞分子通路，損傷發生時NF-κB通路激活可加劇血腦屏障完整性的缺失，某些lncRNA、 uc007prv.1和ENS-MUST00000170410可以負反饋調節NF-κB通路。血腦屏障遭到破壞后許多炎癥因子通過通透性增大的血管使細胞損傷進一步加重，血管內皮細胞中特定lncRNA表達增多，調節細胞損傷作用[15]。EDA(extradomainA) 是一個選擇性剪接外顯子編碼III型重復額外域，與組織損傷反應密切相關。有研究顯示某些lncRNA與EDA產生有關[14]。

細胞凋亡是在一系列基因激活、表達以及調控等的作用下的主動過程。腦缺血后損傷、壞死細胞主要位于缺血中心區，凋亡細胞位于周圍區。腦細胞凋亡并非壞死，在缺血半影區或者梗死區域許多神經元可在缺血后一段時間后具有復原的潛能。抑制細胞凋亡對腦卒中患者的預后有較大的幫助，有報道稱足三里電針治療可以抑制細胞凋亡,幫助改善腦缺血[15]。p53是一種腫瘤抑制基因，其編碼的蛋白質是控制細胞周期啟動的轉錄因子，當細胞受損又得不到修復時P53蛋白便參與啟動過程使受損細胞在細胞凋亡中死去。P53在缺血性腦卒中時表達量迅速增加[16]。最近有研究顯示,lncRNA-RoR通過與hnRNPI結合,負向調節應激誘導下的hnRNPI與p53mRNA結合導致的p53的表達，從而證明了lncRNA-RoR間接調控腦缺血后細胞凋亡[17]。吳庚澤[18]通過研究發現，lincRNA-p21可以與MDM2蛋白直接結合，抑制p53與MDM2的結合進而影響P53的功能。

2.2 lncRNA與血管新生

血管內皮細胞(Vascular endothelial cell,VEC)是襯貼于血管內腔面的單層扁平細胞，其激活、增殖、遷移是血管生成必不可少的中間過程。Michalik等[13]發現腦缺血后內皮細胞受損，血管內皮細胞高表達的特定lncRNA如linc00493、Meg3、MALAT1表達增多，可推測其與內皮細胞的損傷和修復有關。同時對小鼠的MALAT1敲除后發現血管基底內皮細胞的細胞周期受到抑制,基底細胞數量變少、細胞遷徙并發芽堵塞新生血管，由此可推斷MALAT1參與調節血管新生。

血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)具有促進血管內皮細胞增殖的作用，其在動物和成人正常組織中合成水平很低，但在胚胎和有血管新生的組織中合成水平較高，在血管新生中被認為有促進毛細血管融合、大血管生成的作用。VEGF有VEGF-A, -B, -C, -D, 及-E等型，其中 VEGFA具有促進內皮細胞有絲分裂、增加血管內皮細胞通透性作用。VEGF受體R-1、R-2、R-3分布于血管內皮細胞表面。陳治等[19]人闡述了VEGFR-1促進血管發生及再生中的作用機制。Zhou等人[20]通過研究發現非編碼RNA母本轉錄本3(maternally expressed 3，Meg3)能夠顯著影響VEGF-A和VEGFR-1的表達，由此表明Meg3與血管新生密切相關。

一氧化氮(NO)是與血管相關的重要信使分子和細胞生長調節劑，一氧化氮合酶(NOS)是生成NO的限速因子，通常用NOS來定位NO的分布。內皮型一氧化氮合酶(eNOS)是存在于內皮細胞的NOS，Qian等[21]闡明了NO和eNOS在內皮細胞中的機理。Fish 等[22]報道長非編RNA 3'UTR通過影響eNOS的生成起到調節血管的作用，研究闡明了其機制為eNOS 3'UTR 結合的多蛋白復合物可使eNOSmRNA的穩定下降，進一步干擾其調控血管形成的轉錄過程。

2.3 lncRNA與神經修復

現代研究表明中樞神經受到缺血損傷后機體會觸發一系列反應來促進損傷神經的恢復。Huang等[23]人闡述了機體引起自噬進行神經保護的作用過程。Sawada等[24]發現缺血后部分內源性神經干細胞(neural progenitor cell,NPC)遷向缺血區并漸漸分化為神經元和膠質細胞。有研究發現30多種lncRNA在成熟神經元中高表達,其中lncRNA N1參與調控基因表達及NPC的分化，lncRNA N2可以間接介導神經細胞的發生[25]。轉錄因子SOX2的表達能夠促進NPC向神經細胞分化，有實驗發現lncRNA RMST能夠結合在SOX2靶基因的啟動子區，影響NPC的分化方向[26]。近年有研究表明lncRNA還可以通過調節神經再生過程中的靶蛋白進而調控神經元的再生和分化[27]。

膠質細胞廣泛分布于中樞和周圍神經系統中，具有支持和引導神經元的遷移，參與神經系統的修復和再生作用分為星形膠質細胞、少突膠質細胞和小膠質細胞。少突膠質細胞的主要功能是包繞軸突、形成髓鞘結構以及協助神經電信號傳遞，進而維持和保護神經元的正常功能。MERCER等[28]人研究發現lncRNA SOXOT可與具有調控少突膠質細胞成熟的轉錄因子SOX8共用一個啟動子，進而影響到少突膠質細胞的轉錄，表明SOXOT調控少突膠質細胞成熟。有實驗對損傷后大鼠坐骨神經的lncRNA和mRNAs表達譜分析后發現105個lncRNA出現差異性表達，膠質細胞遷移受到影響，表明lncRNA可調節膠質細胞的遷移。另外，降低細胞內lncRNA BC089918表達水平后神經細胞軸突變長，實驗說明lncRNA對神經再生有抑制作用[29]。

3 問題與展望

綜上所述，lncRNA與腦缺血密切相關。lncRNA的結構和功能有高度多樣性，在多種人類疾病中具有重要作用。我們已經初步了解lncRNA的調控機制以及它們與腦缺血的關系。lncRNA的調控機制復雜、種類繁多，而目前的研究只是冰山一角，我們尚需對疾病發生發展過程中lncRNA所介導的基因表達調控網絡及其作用機制進一步探索，現今在腦缺血領域中尚缺乏突破性的研究成果或發現與某特定疾病相關的lncRNA，lncRNA與腦缺血的研究潛力巨大，期望面向研究lncRNA的創新技術不斷涌現，以支持該領域的迅速發展。

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(2016-03-31收稿)

國家自然科學基金(NO.81574059，NO.81503647)

200433 上海，第二軍醫大學長海醫院中醫系[袁影 尤艷利 靳蘭潔 周爽(通信作者)]

R743

A

1007-0478(2016)06-0459-03

10.3969/j.issn.1007-0478.2016.06.020