長鏈非編碼核糖核酸在心血管疾病發生機制的研究進展

丘達綜述，伍貴富審校

綜述

長鏈非編碼核糖核酸在心血管疾病發生機制的研究進展

丘達綜述，伍貴富審校

長鏈非編碼核糖核酸（lncRNA）是轉錄本大于200個核苷酸長度、無蛋白編碼功能的非編碼核糖核酸（ncRNA），在轉錄、轉錄后及表觀遺傳學等細胞水平調控基因的表達。隨著研究進展，發現lncRNA的表達量異常與心血管疾?。ㄈ鐒用}粥樣硬化、慢性心力衰竭）的發生、發展密切相關，并且在人體血漿中已成功檢測到lncRNA，其有望成為心血管疾病的新型診斷學標記物或藥物治療靶點。本文就近年來對lncRNA在心血管疾病發生機制的研究進展作一綜述。

綜述；核糖核苷酸類；心血管疾病

哺乳動物基因組中，大約98%的轉錄產物為非編碼核糖核酸（ncRNA）[1]，其中長鏈非編碼核糖核酸（lncRNA）占ncRNA的大部分。lncRNA是長度大于200個核苷酸、無蛋白編碼功能的核糖核酸（RNA），在轉錄、轉錄后及表觀遺傳學等細胞水平調控基因表達[2]。心血管疾病是目前影響人類健康的最重大慢性疾病，就慢性疾病而言，全球近50%的人口死于心血管疾病[3]。研究發現lncRNA表達量異常與動脈粥樣硬化及心力衰竭等心血管疾病的發生、發展密切相關，有望成為心血管疾病的新型診斷學標記物或藥物治療靶點。本文就近年來對lncRNA在心血管疾病發生機制的研究進展作一綜述。

1 lncRNA的概述

lncRNA定義為至少200個核苷酸序列的ncRNA，反映出lncRNA的兩個基本特點，即長度和缺乏編碼蛋白功能[4]，其缺乏蛋白編碼功能是因為缺少開放閱讀框、啟動子和終止子。根據lncRNA在基因組的位置，分為正義、反義、雙向、基因內及基因間5類[5]。大部分lncRNA由RNA聚合酶Ⅱ轉錄而來，廣泛分布在真核生物的細胞核及細胞質，其表達量低并且超過95%的lncRNA保守性差，所以過去被認為是沒有生物學功能的轉錄噪音[6]。lncRNA通過多種機制在轉錄水平調控基因表達，如：干擾臨近基因的表達；封阻啟動子區域來干擾基因的表達；與RNA結合蛋白作用，將其定位到基因啟動子區從而調控基因的表達；調節轉錄因子的活性。而在轉錄后水平，lncRNA通過與信使核糖核酸（mRNA）形成雙鏈復合物，掩蓋mRNA的主要順式作用元件，從而調控基因表達。同時lncRNA可以與染色質修飾復合物結合引起特異性的組蛋白修飾模式，激活或抑制轉錄，調控基因組印記和劑量補償效應，在表觀遺傳學上發揮重要作用[7]。近年來發現lncRNA與心臟發育及多種心血管疾病的發病密切相關，lncRNA uc022bqs.1（LIPCAR）與心肌梗死后發生心肌重構和慢性心力衰竭的死亡風險性相關[8]，心肌梗死后患者血漿中一些lncRNA(aHIF、KCNQ1OT1和MALAT1)的表達量發生改變[9]。

2 lncRNA與心血管疾病發生機制的關系

2.1 lncRNA與動脈粥樣硬化

動脈粥樣硬化是造成心血管疾病死亡的主要原因，多種傷害性刺激如高血脂、高血糖和擾動血流等引起血管內皮細胞(ECs)的功能障礙，是導致動脈粥樣硬化發病的重要原因[10]，而血管平滑肌細胞（VSMCs）的遷移和增殖進一步加快動脈粥樣硬化的形成。早期對lncRNA在動脈粥樣硬化的研究集中在比較患者的基因組較正常人是否存在差異，如ANRIL和H19這兩種lncRNA與冠心病發病的風險性相關[11,12]。目前的研究是對各種lncRNA在ECs和VSMCs進行功能獲得和功能缺失實驗，探索lncRNA在動脈粥樣硬化發病機制中扮演的角色。

Puthanveetil等[13]發現高糖刺激ECs的肺腺癌轉移相關轉錄因子1（lncRNA MALAT1）表達上調，而MALAT1通過促進炎癥介質血清淀粉樣蛋白抗原(SAA3)的表達，使白細胞介素-6（IL-6）和腫瘤壞死因子α（TNF-α）分泌增加，最終增強炎癥反應引起血管內皮的損傷。而Liu等[14]用小干擾RNA（siRNA）沉默視網膜內皮細胞的MALAT1，發現ECs的增殖能力下降，其機制是MALAT1通過p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號通路調節ECs的增殖能力。另一種lncRNA心肌梗死相關轉錄本（MIAT）通過充當競爭性內源RNA（ceRNA）形成微小RNA（miR）-150-5p和血管內皮生長因子（VEGF）的反饋回路，抑制ECs的增殖、遷移和管體形成功能[15]?？梢姸喾N損傷因素使lncRNA表達量發生改變，影響ECs的炎癥和增殖功能，從而促進或抑制動脈粥樣硬化的形成。

VSMCs是血管壁中膜的主要成分，在動脈粥樣硬化中扮演重要角色，研究發現lncRNA可以調控VSMCs的增殖和凋亡功能，減輕或加劇血管內皮斑塊的形成。Wu等[16]發現lncRNA-P21在小鼠動脈粥樣硬化模型中表達下調，導致E3泛素-蛋白連接酶（MDM2）與P53結合增加，使P53蛋白失活，促進小鼠VSMCs增殖和抑制VSMCs凋亡，加快動脈粥樣硬化的形成。同時在冠心病患者中lncRNA-P21表達也是下調，提示高表達lncRNA-P21可以抑制動脈粥樣硬化形成。Shan等[17]發現ECs和VSMCs的lncRNA-RNCR3在人類和小鼠的動脈粥樣斑塊及氧化低密度脂蛋白（ox-LDL）處理的細胞中表達上調。進一步實驗發現沉默小鼠的RNCR3，加快小鼠動脈粥樣硬化形成、增加高膽固醇血癥以及炎癥因子釋放、減弱ECs及VSMCs的增殖、遷移能力和促進細胞凋亡。其機制是RNCR3通過扮演ceRNA角色，形成Kruppel樣因子2和miR-185-5p的反饋回路調節ECs和VSMCs的功能，起到預防動脈粥樣硬化形成的作用。以上研究表明lncRNA在ECs和VSMCs的增殖、遷移及凋亡中扮演重要角色，有潛力成為動脈粥樣硬化的診斷學標記物或藥物治療的作用靶點。

循環血液中血脂和血糖的升高可以損傷血管內皮，是動脈粥樣硬化發生的高危因素，而許多研究表明lncRNA在血脂、血糖代謝中具有重要作用，進一步說明lncRNA與動脈粥樣硬化的發生密切相關。Li等[18]在小鼠發現一種特異性調控甘油三酯的lncRNA（lncLSTR），沉默此基因后使載脂蛋白C2（APOC2）表達增加和脂蛋白脂酶（LPL）活性增強，降低小鼠高血脂模型的血甘油三酯水平。Reddy等[19]發現巨噬細胞的lncRNAE330013P06在小鼠2型糖尿病模型中表達上調，使CD36表達增加，促進泡沫細胞形成，加快動脈粥樣硬化形成。最近研究發現ANRIL除了調節VSMCs的增殖功能，還可以調控脂肪酸、葡萄糖代謝和炎癥相關基因的表達，包括脂聯素受體1（ADIPOR1）、小泡相關膜蛋白3（VAMP3）和11號染色體開放閱讀框10（C11ORF10），最終影響動脈粥樣硬化的進程[20]。lncRNA在維持體內血脂和血糖平衡中扮演重要角色，但具體的作用機制需進一步的動物及細胞實驗去探索。

2.2 lncRNA與心力衰竭

心力衰竭是各種心血管疾病的終末階段，它的發生率和病死率高，占用我國大量醫療資源。盡管在蛋白介導轉錄調控和信號通路導致心力衰竭的理解有了重大進展，但對心力衰竭患者的治療方案仍沒有創新性突破[21]。心肌細胞肥大是心臟對超負荷的適應性調節，在早期可以維持心臟的正常工作，但持續心肌肥厚伴有適應不良的心臟重構，降低心臟協同性和增加心力衰竭及猝死的風險。探索lncRNA在心肌細胞肥大的作用機制有助于開發更有效的新型治療方式，減緩或逆轉心肌細胞肥大，改善患者的生活質量。目前多個研究表明lncRNA參與調節心肌細胞肥大，一種被稱為心肌肥厚相關因子的lncRNA CHRF，它和miR-489結合后，抑制miR-489靶向結合Myd88，最終誘導心肌細胞肥大[22]。在小鼠心力衰竭模型的研究發現，過度壓力抑制肌球蛋白重鏈相關RNA轉錄產物（Mhrt）的表達，進而激活Brg1-Hdac-Parp染色質重塑復合體及心臟異常的胎兒基因心房利鈉肽（ANP）及B型利鈉肽（BNP）的重新表達，導致心肌細胞肥大[23]。

Jiang等[24]發現lncRNA-ROR在小鼠心力衰竭模型及培養的肥大心肌細胞中表達明顯上調，同時RT-PCR及免疫印跡方法檢測到ANP、BNP心力衰竭指標明顯升高。用siRNA沉默lncRNA-ROR后，肥大心肌細胞減小及ANP、BNP心力衰竭指標值下降。進一步研究發現大鼠lncRNA-ROR基因序列上有miR-133的結合位點，兩者存在負性調控關系，沉默lncRNA-ROR后miR-133表達上調，而過表達miR-133可以阻止lncRNA-ROR上調和ANP、BNP再表達，表明lncRNAROR是通過抑制miR-133表達，引起胎兒基因ANP、BNP再表達和心肌細胞肥大。另一種被稱為心肌肥大相關轉錄本的lncRNA Chast在小鼠心力衰竭模型中表達上調，同時它在主動脈瓣狹窄引起的肥大心肌細胞及培養的肥大心肌細胞中表達也是上調。研究發現過表達Chast可引起心肌細胞肥大，而沉默Chast阻止或減弱心肌細胞肥大，其機制是Chast通過負性調控包含蛋白質家族成員M 1的普列克底物蛋白同源結構域（Chast的反義鏈），阻礙心肌細胞的自噬和肥大[25]。同時一種被稱為心肌肥大相關表觀遺傳調控因子的lncRNA（Chaer），通過與PRC2亞基的EZH2增強子發生作用，干擾PRC2靶向結合基因組位點，抑制基因組啟動子區域H3K27的甲基化，最終調控心肌細胞的肥大[26]。以上研究表明lncRNA-ROR、Chast和Chaer可能成為抗心肌細胞肥大的新型藥物治療靶標，減緩或逆轉心力衰竭的進程。

目前在慢性心力衰竭患者血漿中可以檢測出多種lncRNA，Kumarswamy等通過全基因轉錄組分析心肌梗死后發生左心室重構患者的血漿RNA，發現LIPCAR在心肌梗死后早期表達下調，而晚期則上調。同時在慢性心力衰竭患者血漿中LIPCAR表達也是上調，隨后3年臨床隨訪結果提示高LIPCAR水平患者的心血管死亡率更高，表明LIPCAR是一個判斷心肌梗死后患者是否發生左心室重構及評估慢性心力衰竭患者預后的新型生物學標記物。Greco等[27]在非終末期心力衰竭患者的心肌組織中發現有14個lncRNA表達明顯失調，其中9個lncRNA（CDKN2B-AS1/ANRIL、EGOT、H19、HOTAIR、LOC285194/TUSC7、RMRP、RNY5、SOX2-OT和SRA1）在終末期心力衰竭患者的心肌組織中得到進一步明確。CDKN2B-AS1/ANRIL、HOTAIR和LOC285194/TUSC7在心肌組織和外周血單核細胞的表達情況相同，是診斷心力衰竭的潛在生物學標志物。Liu等[28]對lncRNA H19在心力衰竭的作用做了進一步研究，發現H19和miR-675在肥大心肌細胞中表達上調，而功能獲得和功能缺失實驗表明H19和miR-675有抑制心肌細胞肥大的作用，其機制是H19通過miR-675靶性結合鈣/鈣調素依賴蛋白激酶2D（CaMKIIδ），負性調節心肌細胞肥大，其有望成為心力衰竭藥物治療的靶點。

2.3 lncRNA與主動脈瘤、肥厚型心肌病

血管壁的VSMCs過度凋亡與動脈瘤的發生密切相關，Wang等[29]發現染色質重塑因子（BRG1）在胸主動脈瘤組織的表達量較正常胸主動脈組織明顯上調，而細胞實驗過表達BRG1可以增加VSMCs的凋亡和減少VSMCs的增殖，通過分析95種凋亡相關的lncRNA在VSMCs中沉默和過表達BRG1時的表達情況，發現缺氧誘導因子1α反義RNA（HIF1α-AS1）的表達受BRG1正性調控，沉默HIF1α-AS1可以抑制VSMCs凋亡和促進VSMCs增殖，表明BRG1通過正性調控HIF1A-AS1來調節VSMCs的凋亡和增殖，這一通路可能是lncRNA參與主動脈瘤發病的機制之一。

Yang等[30]從7位肥厚型心肌病和健康人群獲取心肌組織，用lncRNA微陣列芯片和RT-PCR技術分析確定lncRNA和mRNA的表達差異情況，結果顯示肥厚型心肌病患者大約有1 426種lncRNA和1 715種mRNA的表達量較正常心肌組織的表達量差異大于2倍。這些差異表達的lncRNA幾乎分布在所有染色體，與順式作用元件結合，調節所在染色體鄰近區域的基因表達。同時它們參與眾多通路的調節，包括氧化磷酸化、腎素-血管緊張素、細胞凋亡和p53信號通路等。提示lncRNA通過多種致病通路參與肥厚型心肌病的發病，但具體作用機制仍需進一步細胞和動物實驗去研究。

3 結語與展望

隨著研究進展，已發現lncRNA在動脈粥樣硬化、慢性心力衰竭等多種心血管疾病進程中扮演重要角色，部分作用機制得到明確，多個lncRNA具有潛力成為心血管疾病的診斷學標記物以及藥物治療靶點，但它在臨床的診斷與治療價值需要更多的動物及臨床實驗去證實。同時lncRNA在心律失常、高血壓、心肌病等心血管疾病的相關研究仍然缺乏，需要更多的實驗研究去探索。隨著基因測序技術的不斷進步，越來越多lncRNA將被發現，通過功能獲得及功能缺失的細胞、動物疾病模型和臨床患者的實驗研究，lncRNA在心血管疾病發生、發展的調控機制和信號通路將會得到更好地探索。

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2016-11-15）

（編輯：王寶茹）

518033 廣東省深圳市，廣東醫科大學附屬深圳市福田區人民醫院 心內科

丘達 碩士研究生 主要從事切應力敏感lncRNA對血管內皮炎癥的調控機制研究 Email：qiuda999@163.com 通訊作者：伍貴富Email：wuguifu@mail.sysu.edu.cn

R54

A

1000-3614（2017）03-0310-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2017.03.026