長鏈非編碼RNA與心血管疾病的研究進(jìn)展

趙 洋,劉 洋，楊一波,廉 瑞,宋春莉

(吉林大學(xué)第二醫(yī)院 心血管內(nèi)科，吉林 長春130041)

長鏈非編碼RNA與心血管疾病的研究進(jìn)展

趙 洋,劉 洋，楊一波,廉 瑞,宋春莉*

(吉林大學(xué)第二醫(yī)院 心血管內(nèi)科，吉林 長春130041)

目前，心血管疾病已經(jīng)成為了嚴(yán)重威脅人類生命健康的重大慢性疾病之一。盡管日益發(fā)展的醫(yī)療技術(shù)使心血管疾病的患者經(jīng)過醫(yī)治后，癥狀能夠得到一定的緩解，生活質(zhì)量得到改善，但是至今仍無法從根本上使心血管疾病得到逆轉(zhuǎn)或終止其進(jìn)一步發(fā)展。不僅如此，相比于過去幾十年，人類新的不良生活習(xí)慣也漸漸成為心血管疾病新的危險(xiǎn)因素，使心血管疾病對人類健康的危害變得更加嚴(yán)重[1]。臨床上對心血管疾病的早期診斷方法和有效的治療手段的需求更加迫切。

隨著人類基因組計(jì)劃的完成，全基因組關(guān)聯(lián)分析(Genome-wide association study,GWAS)發(fā)現(xiàn)人類基因組中的編碼基因數(shù)量從預(yù)測中的至少200萬下降至20500，即蛋白質(zhì)編碼RNA不足全部RNA的3%，剩余絕大多數(shù)的RNA不具備編碼蛋白質(zhì)的功能[2]。起初，由于非編碼序列數(shù)量、種類和功能均不十分明確，這些非編碼轉(zhuǎn)錄本(ncRNA)也被認(rèn)為不會在基因表達(dá)調(diào)控中發(fā)揮任何作用。近期ENCODE公布了占人類基因組98%的非編碼序列解碼，明確了至少80%的基因轉(zhuǎn)錄本是具有生物學(xué)作用的，其中1.1%～1.5%的轉(zhuǎn)錄本可以編碼蛋白質(zhì)，剩余的絕大部分為ncRNA[3]。在ncRNA中，長度>200nt為長鏈非編碼RNA(lncRNAs)。迄今為止，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)十萬種真核生物的lncRNA，并且其中一小部分lncRNA被發(fā)現(xiàn)具備編碼微小肽鏈的作用[4]。近年來，研究發(fā)現(xiàn)lncRNA可通過調(diào)節(jié)基因的啟動子和增強(qiáng)子調(diào)節(jié)周圍基因表達(dá)，能夠從表觀遺傳學(xué)、轉(zhuǎn)錄調(diào)控及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)對基因表達(dá)的調(diào)控，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的增殖、凋亡、損傷和自噬，由此參與疾病的發(fā)生和發(fā)展[5-6]。盡管其具體的調(diào)控方式仍然不明確，但越來越多的證據(jù)表明lncRNA在基因表達(dá)的過程中起著嚴(yán)密的調(diào)控作用，并且在多學(xué)科多領(lǐng)域都具有活躍的功能。lncRNA有潛力成為新的生物學(xué)標(biāo)志物用于疾病的診斷、治療和預(yù)后評估，甚至作為新的靶點(diǎn)為疾病的診療提供新的途徑。

1 lncRNA 的特征和功能

大多數(shù)lncRNA由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄而來，有5’端帽子和3’端polyA尾的結(jié)構(gòu)。相比于mRNA，lncRNA缺乏可以翻譯的完整的開放閱讀框，且表達(dá)水平較低，但其組織和細(xì)胞特異性相對較高[7]。此外，lncRNA在多種組織和細(xì)胞中廣泛分布，大多數(shù)lncRNA分布于細(xì)胞核中，也有一小部分存在于細(xì)胞質(zhì)中[8]，其在進(jìn)化過程中具有低保守性和高靈活性、高適應(yīng)性的特點(diǎn)。隨著基因測序技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，人類體內(nèi)越來越多的lncRNA不斷被發(fā)現(xiàn)，但對于lncRNA的分類尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。目前主要根據(jù)lncRNA的編碼序列在基因中的與蛋白質(zhì)編碼基因的相對位置把它分為5類：①正義lncRNA：與蛋白質(zhì)編碼序列的正義鏈部分重疊或完全將其覆蓋。②反義lncRNA：與蛋白質(zhì)編碼序列的反義鏈部分重疊或完全將其覆蓋。③雙向lncRNA：位于與蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)相差>1 000 bp的反義鏈上，二者轉(zhuǎn)錄方向相反。④基因內(nèi)lncRNA：RNA序列完全位于另一個(gè)轉(zhuǎn)錄本的內(nèi)含子區(qū)域內(nèi)，也叫內(nèi)含子lncRNA。⑤基因間lncRNA:lncRNA序列不與蛋白編碼基因相鄰，位于兩蛋白編碼基因之間的區(qū)域。另外根據(jù)與蛋白編碼RNA的相似度可分為：mlnRNA和lincRNA。根據(jù)生物學(xué)功能可分為4類：①具有增強(qiáng)子作用的lncRNA；②miRNA的初級轉(zhuǎn)錄本lncRNA；③piRNA的初級轉(zhuǎn)錄本lncRnA；④競爭性內(nèi)源RNA。此外，在生物體內(nèi)，lncRNA根據(jù)其效應(yīng)機(jī)制不同可分為信號分子、誘餌分子、引導(dǎo)分子、骨架分子[9]。

作為序列更長的lncRNA相比于snlRNA(short non-coding RNA)，其種類、數(shù)量較多，功能也更復(fù)雜，各片段發(fā)揮的作用目前尚不能系統(tǒng)闡明，大多數(shù)也沒有有效的檢測方法。

2 長鏈非編碼RNA與心血管疾病的關(guān)系

2.1 lncRNA與冠狀動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化的一個(gè)重要發(fā)病機(jī)制就是血管平滑肌細(xì)胞的遷移和增值，血管平滑肌細(xì)胞的遷移和增值導(dǎo)致血管狹窄和痙攣，是動脈粥樣硬化發(fā)生的病理基礎(chǔ)。有研究表明，lncRNA-ANRIL能夠通過調(diào)控血管平滑肌細(xì)胞的行為引起動脈粥樣硬化的改變。其基因序列位于染色體9p21上一段不包含任何已知的蛋白編碼基因的序列上，因其與冠狀動脈疾病(Coronary Artery Disease，CAD)發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，故有“CAD區(qū)間”之稱[10]，其中ANRIL在基因上橫跨126300bps。ANRIL基因位于INK4基因座上，包含了19個(gè)外顯子，可轉(zhuǎn)錄成一段與INK4b-AFR-INK4a基因座呈轉(zhuǎn)錄反方向的RNA。作用于位于ARF基因轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)上游約300bps 的一個(gè)外顯子的5’端，導(dǎo)致INK4位點(diǎn)的基因沉默。從而促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞增殖和動脈粥樣斑塊的形成。最近研究表明[11]，ANRIL還可通過反向調(diào)節(jié)靶基因，增加VSMC增殖、黏附、減少細(xì)胞凋亡，這些行為是冠狀動脈粥樣硬化發(fā)生的必經(jīng)過程。這種反式調(diào)控依賴一個(gè)特有的散在分布的重復(fù)序列(Alu結(jié)構(gòu)單元)，這一特有序列存在于ANRIL靶基因的啟動子和ANRIL的反義轉(zhuǎn)錄物中。此外，9p21區(qū)域上的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNPs)與lncRNA-ANRIL轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的表達(dá)水平也有著密切關(guān)系。其中一個(gè)較短的CAD風(fēng)險(xiǎn)SNP等位基因(rs10757278)，能夠干擾轉(zhuǎn)錄因子STAT1結(jié)合，從而抑制ANRIL的表達(dá)[11,12]。因ANRIL基因在冠狀動脈平滑肌細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞、單核-巨噬細(xì)胞系統(tǒng)等許多與冠心病相關(guān)的組織中均有不同程度的表達(dá)，所以我們推測LncRNA可能在調(diào)控冠心病發(fā)生發(fā)展的全新機(jī)制中發(fā)揮作用，也有理由期待其成為冠狀動脈粥樣硬化性心臟病新的診斷及防治手段研究的重要線索。

2.2 長鏈非編碼RNA與心肌梗死

研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA-MAIT可以影響人類心肌梗死(Myocardial Infarction,MI)的易感性。Ishii[13]等最早發(fā)現(xiàn)MI相關(guān)轉(zhuǎn)錄本(Myocardial Infarction associated transcript,MIAT)也稱Gomafu，它位于人類染色體22q12.1區(qū)，該基因包含5個(gè)外顯子，其中第5個(gè)外顯子SNP位點(diǎn)的變異增加了MIAT的表達(dá)，且與MI的易感性呈正相關(guān)。Vausort[14]等臨床研究發(fā)現(xiàn)非ST段抬高型心肌梗死患者M(jìn)IAT的表達(dá)水平高于ST段抬高型心肌梗死患者。但MIAT是如何參與MI的發(fā)病過程、提高M(jìn)I發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的，目前尚不明確，還需要進(jìn)一步的研究。有報(bào)道稱，MIAT功能是通過Wnt信號通路調(diào)控心肌狀態(tài)和影響MI易感性的，但調(diào)節(jié)機(jī)制尚不明確。Vausort等[14]對比研究心肌梗死患者組與健康者組LncRNA的表達(dá)發(fā)現(xiàn)了心肌梗死后MALAT1(metastasis-assosiated lung adenocarcinoma transcript 1)表達(dá)水平比健康組更高。Wang等[15]研究證實(shí)了lncRNA-APF(自噬促成因子)通過與miR-188-3p作用影響心肌梗死的嚴(yán)重程度。研究人員發(fā)現(xiàn)外周血中LncRNAs的表達(dá)水平在MI發(fā)生后受到了調(diào)控。多項(xiàng)研究表明，lncRNA可通過動態(tài)表達(dá)的變化，參與多種生物學(xué)過程。如LIPCAR(long intergenic noncoding RNA predicting caidiac remodeling),在心肌梗死發(fā)生后表達(dá)下調(diào)，而在終末期心衰的患者中LIPCAR表達(dá)上調(diào)[16]。由此可見，進(jìn)一步的研究將有望使得這些lncRNA幫助我們找到能夠更早提示心肌梗死的發(fā)生、早期識別發(fā)病嚴(yán)重程度的相關(guān)生物學(xué)指標(biāo)，從而通過對外周血的分析測得該指標(biāo)的相關(guān)數(shù)據(jù)，將對臨床診療提供新方法具有重大意義。

2.3 lncRNA與心肌肥厚

組織學(xué)分析發(fā)現(xiàn)MYH6(alpha-myosin.heavy chain)的表達(dá)下調(diào)和NPPA(natriuretic peptide precursor A)在mRNA水平的的調(diào)節(jié)與心肌肥厚的發(fā)生有密切的關(guān)系。Liu等研究表明[17]，NPPA-antisence 可通過調(diào)控NPPA的基因選擇性剪切調(diào)節(jié)心房鈉尿肽的濃度。進(jìn)而對心血管系統(tǒng)產(chǎn)生影響，盡管嬰兒期以后NPPA在人體內(nèi)已停止表達(dá)，但在心力衰竭及心肌細(xì)胞增大的患者中NPPA可被再次激活進(jìn)而在心血管疾病的終末階段發(fā)生和發(fā)展中扮演重要角色。Liu等[17]通過心肌肥厚的小鼠模型與臨床研究發(fā)現(xiàn)，h19、rmrp、hotair在人類心肌肥厚患者中的調(diào)節(jié)作用是相似的。Wang等[18]在主動脈狹窄和心衰患者中還檢測到CHRF(cardiac hypertrophy related factors)表達(dá)上調(diào)，區(qū)別于其廣泛分布于其他組織中的是，在心血管細(xì)胞中可以通過相應(yīng)調(diào)控機(jī)制引起心肌細(xì)胞肥厚和心肌細(xì)胞凋亡。CHRF與miR-489結(jié)合，使miR-489水平下調(diào)。而miR-489具有抗心肌細(xì)胞肥厚的作用。miR-489的下調(diào)同時(shí)也抑制了其與MyD88的結(jié)合從而導(dǎo)致NF-kB信號通路被激活，進(jìn)而調(diào)控心肌肥厚和心力衰竭的發(fā)生。

2.4 LncRNA與心力衰竭

Greco[19]等通過對非終末期心力衰竭患者和條件與之匹配的健康者組成的對照組提取左心室心肌組織進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)了14個(gè)lncRNA在心衰患者組中對非終末期心衰發(fā)生起到了重要的調(diào)節(jié)作用，其中有10個(gè)lncRNA上調(diào)，4個(gè)lncRNA下調(diào)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)了9個(gè)lncRNA(CDK2B-ASI、EGOT、H19、HOTAiR、Loc285194、RMRP、RNY5、SOX2-OT和SRA1)在非終末期心衰與終末期心衰中的調(diào)節(jié)具有一致性。但RMST的表達(dá)水平在非終末期心衰患者中表達(dá)上調(diào)而在終末期心衰患者中表達(dá)下調(diào)，這提示了RMST在兩組患者中的表達(dá)水平存在差別，雖然其在心力衰竭過程中的作用機(jī)制尚不得而知，但其有潛力成為判斷心衰患者疾病進(jìn)展程度的新指標(biāo)。Liu等[17]采用微列陣檢測和qPCR證實(shí)的方式，通過結(jié)扎大鼠冠狀動脈前降支制成心肌梗死后缺血再灌注損傷模型進(jìn)行研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)有64個(gè)lncRNA上調(diào)和87個(gè)lncRNA下調(diào)。其中一個(gè)下調(diào)的lncRNA被命名為UAC-1，研究發(fā)現(xiàn)UAC-1與細(xì)胞過氧化引起的細(xì)胞凋亡相關(guān)。研究還發(fā)現(xiàn)UAC-1的表達(dá)水平與p27的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。進(jìn)一步研究證實(shí)了UAC-1表達(dá)水平的下調(diào)可刺激p27的過度表達(dá)，進(jìn)而使p27蛋白過度生成，促使心肌細(xì)胞凋亡，最終可導(dǎo)致心衰發(fā)生。

盡管在科學(xué)家的不斷努力下越來越多的心衰相關(guān)的lncRNA還在不斷的被發(fā)現(xiàn)，但是對大多數(shù)lncRNA的認(rèn)識還處于對疾病相關(guān)性的研究層面，其調(diào)控機(jī)制尚不十分明確，還需要更多的實(shí)驗(yàn)帶領(lǐng)我們進(jìn)一步去探索。

3 結(jié)語和展望

隨著lncRNAs的作用和種類被不斷地研究和闡明，lncRNA與心血管系統(tǒng)疾病的關(guān)系也越來越密切、越來越復(fù)雜。從心臟的發(fā)育、心臟細(xì)胞的生長化生到心臟衰老、凋亡以及心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展都可以發(fā)現(xiàn)與lncRNA調(diào)控作用有著千絲萬縷的聯(lián)系。CAD相關(guān)的ANRIL的變異，對VSMC的增生和CAD發(fā)生的影響，可以推測其未來可能成為AS新的診斷標(biāo)志物、CAD的重要危險(xiǎn)相關(guān)因子而被檢測并應(yīng)用至臨床工作中。MI發(fā)生后MIAT與MALAT1的特征性改變可作為MI的新的標(biāo)志物。心肌肥厚和心衰作為高發(fā)病率及高死亡率的多種心臟病終末期表現(xiàn)得的疾病，與相當(dāng)多種lncRMA(CHRF、UCA-1等)的調(diào)控密不可分，只是其中不論是上調(diào)因子還是下調(diào)因子的具體調(diào)控機(jī)制目前還不清楚，這些都提示我們，lncRNA這個(gè)龐大的家族，需要我們進(jìn)一步去認(rèn)識、分析及應(yīng)用的還有許多。然而，目前關(guān)于lncRNA的研究還處于疾病相關(guān)性的層面，在未來lncRNA將幫助我們明確更多的疾病發(fā)生、發(fā)展機(jī)制及應(yīng)用更先進(jìn)的手段診斷和治療心血管疾病。對LncRNA的研究讓心血管疾病及其他更多的威脅人類健康的疾病的診斷和治療有了新的希望。

[1]Mozaffarian D,BenjaminEJ,Go AS,et al.,Heart disease and stroke statistics-2015 update: a report from the American Heart Association[J].Criculation,2015,131(4):e29.

[2]Rinn JL,Chang HY.Genome regulation by long noncoding RNAs[J].Annu Rev Biochem,2012.81:145.

[3]ENCODE Project Consortium.An integrated encyclopedia of DNA elements in the human genome[J].Nature,2012,489:57.

[4]AndersonDMS,Anderson KM,Chang CL,et al.,A micropeptide encoded by a putative long noncoding RNA regulates muscle performance[J].Cell,2015,160(4):595.

[5]Kapranov P,Cheng J,Dike S,et al.RNA maps revel a new RNA classes and apossible function for pervasive transcription[J].Science,2007,316:1484.

[6]Qureshi IA,Mehler MF.Emerging roles of noncoding RNAs in brain evolution,development,plasticity and disease[J].Nature Reviews Neuroscience,2012,13:528.

[7]Gloss BS,Dinger ME.The specificity of long noncoding RNA expression[J].Biochim Biophys Acta,2016,1859(1):23.

[8]Rizki G,Boyer LA,Lncing epigenetic control of transcription to cardiovascular development and disease[J].Circ Res,2015,117(2):192.

[9]Wang KC,Chang HY,Molecular mechanisms of long noncoding RNAs[J].Mol Cell,2011,43(6):904.

[10]Holdt LM,Beutner F,Scholz M,et al.ANRIL expression is associated with atherosclerosis risk at chromosome 9p21[J].Artrioscler Thromb VASC Biol,2010,30:620.

[11]Congrains A,Kamide K,Ohishi M,et al.ANRIL: molecular mechanisms and implications in human health[J].Int J Mol Sci,2013,14(1):1278.

[12]Francesca A,Serena DC,Martin J.Long non-coding RNA ANRIL and polycomb in human cancers and cardiovascular disease[J].Curr Top Microbiol Immunol,2016;394:29.

[13]Nobuaki I,Kouichi O,Hiroshi S,et al.Identifacation of a novel non-coding RNA,MIAT,that confers risk of myocardial infarction[J].Hum Genet,2006,51:1087.

[14]Vausort M,Wagner DR,Devaux Y.Long noncoding RNAs in patients with acute myocardial infarction[J].Circ Res,2014,115(7):668.

[15]Wang K,Liu CY,Zhou LY,et al.APF lncRNA regulates autophagy and myocardial infarction by targeting miR-188-3P[J].Nat Commun,2015,6:6779.

[16]Kumarswamy R,Bauters C,Volkmann I,et al.Criculating long noncoding RNA,LIPCAR,predicts survival in patients with heart failure[J].Cric Res,2014,114:1569.

[17]Liu Y,Shen Y,Zhu J,et al.Cardiacspecific PID1 overexpression enhances pressure overload-induced cardiac hypertrophy in mice[J].Cell Physiol Biochem,2015,35:1975.

[18]Wang K,Liu F,Zhou LY,et al.The long noncoding RNA CHRF regulates cardiac hypertrophy by targeting miR-489[J].Circ Res,2014,114:1377.

[19]Simona G,Germana Z,Alessandra P,et al.Long noncoding RNA dysregulationg in ischemic heart failure[J].Transl Med,2016,14:183.

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1007-4287(2017)08-1463-04

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