長鏈非編碼RNA在重要組織器官缺血再灌注損傷中的研究進展

王怡 梁就慶 孫慧林 楊丹 張良清 胡喆

[摘要] 近年來，越來越多的研究表明，長鏈非編碼RNA（lncRNA）能夠通過多種作用機制參與各種細胞生命活動和許多疾病的發生與發展。然而，lncRNA在缺血再灌注損傷（IRI）這一病理過程中的調控作用仍未闡明。深入了解這些lncRNA在IRI中的作用有利于全面認識IRI后的分子調控網絡，對于尋找IRI新的生物標志物和治療靶點、保護重要組織器官、改善患者的臨床預后有著重要意義。本文就目前已知的lncRNA在心、腦、肝、腎、肺等重要器官的IRI中的作用進行綜述，并總結部分還未深入研究的lncRNA，為未來更深層次的機制研究提供方向。

[關鍵詞] 長鏈非編碼RNA；缺血再灌注損傷；心肌梗死；腦中風；急性腎損傷；肝缺血再灌注損傷；肺缺血再灌注損傷

[中圖分類號] R730.23 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2018）06（b）-0021-04

[Abstract] In recent years， more and more studies have suggested that long non-coding RNAs （lncRNAs） can participate in the vital movement of all kinds of cells and the emergence and development of many diseases. However， the regulating effects of lncRNA in the pathological process of ischemia-reperfusion injury （IRI） have not been clarified. To further understand the role of these lncRNAs in IRI will help to know about the molecular regulatory network after IRI， which has great significance for seeking new biomarkers and therapeutic targets of IRI， protecting important tissue and organs， and improving the clinical prognosis of patients. This paper reviews the currently known effects of lncRNA in the IRI of important organs of heart， brain， liver， kidney and lung， and summarizes some lncRNAs those have not been researched deeply， so as to provide direction for future deeper mechanism research.

[Key words] Long non-coding RNAs； Ischemia reperfusion injury； Myocardial infarction； Stroke； Acute kidney injury； Hepatic ischemia reperfusion injury； Lung ischemia reperfusion injury

缺血再灌注（IR）是一種常見的病理過程，它參與了非常廣泛的疾病過程，例如心肌梗死、急性缺血性腦卒中、急性腎損傷、創傷、循環衰竭等[1]。特別是像心肌梗死、腦卒中這類缺血缺氧性的心腦血管疾病，已成為我國發病率和死亡率最高的疾病。及時恢復缺血組織的血流供應是解救患者病情的最佳醫治策略，但是隨著血供的恢復，又給缺血的組織器官帶來新的傷害，即缺血再灌注損傷（IRI）[1]。除此之外隨著醫療技術的提高，心臟、肝臟、腎臟等重要器官移植手術、斷肢再植等手術的需求日益增多，組織器官再植后如何減輕IRI也是如今移植手術面臨的難題之一。

長鏈非編碼RNA（lncRNA）是近年來的研究熱點，已經有許多研究證明lncRNA參與了許多重要器官比如心、腦、肝、腎及血管內皮組織IRI的病理過程。一些lncRNAs已經被證明是心臟IRI的生物標志物，未來在臨床上或許能夠成為預防心肌IRI的潛在治療目標[2]。全面探尋lncRNA的生物功能與分子機制，對我們研究怎樣保護組織器官的IRI有著十分重要的意義。本文就lncRNA在重要器官包括心臟、腦、肝臟、腎臟、肺和血管內皮中IRI的研究進展作一綜述。

1 lncRNA的概述

1.1 lncRNA的定義

在分子生物學的早期，RNA被分為兩類，一類約2%的RNA為可以編碼蛋白的mRNA，其余均為沒有編碼蛋白功能的非編碼核糖核酸（non-coding RNAs，ncRNA）。lncRNA是指長度大于200個核苷酸的非編碼核糖核酸，不過已有研究發現一些lncRNA可以編碼小的多肽[3]。

1.2 lncRNA作用機制

lncRNA可以與DNA、RNA、蛋白質、ncRNA互相作用，參與廣泛的生物過程以及幾乎所有水平的基因調控，例如染色質重塑、組蛋白修飾、DNA甲基化、mRNA的拼接和翻譯，也可作為轉錄因子或者轉錄增強子等[4]。其相互作用的模式可以總結為兩種：一種是基于序列雜交的相互作用，lncRNA可以直接和mRNA的基因組綁定，調控mRNA的轉錄水平。lncRNA還可以扮演內源競爭RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）的功能，通過和microRNA相互競爭，調控其他RNAs的水平。第二種是基于二級結構和三級結構的相互作用，lncRNA可以形成二級和三級結構，能夠和蛋白質產生更復雜的相互作用。

2 器官缺血再灌注損傷

組織器官IRI廣泛存在于各種疾病和手術中，大多器官IRI應答的基本特征包括激活的內皮細胞、巨噬細胞和肥大細胞釋放ROS、細胞因子和趨化因子，招募和激活中性粒細胞的內皮黏附以及血液當中的其他反應原件，造成血管內皮功能障礙和實質損傷[1]。然而不同的器官對IRI有著不同的敏感程度和嚴重程度，這些差異的生物學基礎尚不完全清楚，還需要更多的研究去探索。

3 lncRNA與組織器官缺血再灌注損傷

3.1 lncRNA與心臟缺血再灌注損傷

缺血性心臟病是世界范圍內發病率最高的疾病。除此之外，各種各樣的外科手術，例如血管形成術、冠狀動脈搭橋術和心臟移植術后心臟血供的恢復都會不可避免地帶來心肌細胞損傷和血管損傷等傷害。

心肌細胞凋亡是心肌IRI的重要環節。抑制心肌IRI凋亡通路的激活，是預防和治療心肌IRI的重要治療策略。Wang等[5]在小鼠心肌細胞模型中新發現了lncRNA-MDRL可以通過下調miRNA361-miRNA484，控制線粒體分裂和凋亡，對心肌IRI產生保護作用。Liu等[6]研究發現，在小鼠心臟IRI模型中lncRNA-UCA1的水平下降，UCA1又可抑制腫瘤抑制因子p27蛋白水平。在心肌細胞實驗中敲低UCA1的水平，可以促進心肌細胞的存活，增加心肌細胞的凋亡。Yu等[7]發現lncRNA-MALAT1可以通過海綿吸附作用調控miR-133，從而促進Nod樣受體蛋白3炎性小體的表達，加重IRI。Zhao等[8]研究發現，阿片類藥物芬太尼可以下調MALAT1的水平，而MALAT1又通過調控miR-145/Bnip3通路，抑制心肌細胞凋亡，對心肌細胞的IRI起到保護作用。Li等[9]發現，lncRNA-KCNQ1OT1可以通過調控脂聯素1介導的炎性反應和凋亡通路、MAPK/NF-κB通路減輕IRI。

除了凋亡機制以外，自噬也是目前研究的熱點之一，自噬在心肌IRI中起著重要的調控作用。自噬相關基因ATG7（autophagy-related gen，ATG）不僅是自噬的重要標志，也是促進自噬的重要因子。Wang等[10]研究發現，在心肌細胞模型和小鼠心肌IR模型中，敲低lncRNA-APF可以通過調控miR188-3p-ATG7，來調控心肌細胞的自噬和死亡，保護心梗后IRI。

既往研究表明，壞死也在心臟IRI中起著重要的作用，甚至比凋亡更為顯著[11]。Wang等[11]在小鼠心肌IR模型中驗證發現，過表達H19通過調控miR-103/107抑制FADD的表達，減輕IRI造成的心肌細胞壞死。Wang等[12]研究發現lncRNA-NRF可通過對miR-873的海綿吸附作用，直接與miR-873相結合，并且抑制miR-873水平，從而抑制RIP1/RIP3的翻譯，減少RIP1/RIP3通路介導的心肌細胞壞死。

缺血再灌注后處理（ischemic postconditioning，IPostC）是指在再灌注處理時給予一個或者幾個周期短暫的缺血-再灌注處理的一個過程，能夠降低心肌梗死面積，減輕IRI。Wu等[13]研究了在C57BCL小鼠心臟IPostC后lncRNA的表達譜變化，發現上調的lncRNA有AK144818、ENSMUST00000156637、ENSMU- ST00000118342、ENSMUST00000118149、Uc008ane.1、 ENSMUST00000164933、ENSMUST00000162347、E-NSMUST00000135945、ENSMUST00000176338、ENSMUST00000120587。下調的lncRNA有NSMUST000-00125121、ENSMUST00000155271和Uc008thl.1。這些差異表達的lncRNA有可能成為IRI的新的生物標志物以及未來治療心血管疾病的潛在治療靶點。

3.2 lncRNA與腦缺血再灌注損傷

大腦是對缺血反應最敏感的器官，在不到20 min的腦局部缺血都會造成腦組織的不可逆性的損傷。IR引起的腦微血管內皮細胞損傷是血腦屏障損傷的初始階段，會導致缺血性腦中風患者預后較差。有研究證明自噬機制對于腦微血管內皮細胞的缺血損傷有保護作用[14]。Li等[15]研究發現Malat1在小鼠腦微血管內皮細胞IR模型中的水平顯著增高，通過抑制miR-26b的水平下調ULK2的表達，促進腦微血管內皮細胞自噬和細胞存活。Xin等[16]在腦微血管內皮細胞IR模型中發現過表達Malat1時增加了PI3K的活性和AKT的磷酸化，減少了Caspase-3的活性，抑制了腦微血管內皮細胞凋亡。Zhang等[17]在腦微血管內皮細胞IR模型和小鼠腦IR模型中都檢測到IR后MALAT1的水平明顯增加。實驗發現MALAT1可以通過抑制促凋亡因子BIM、促炎因子MCP-1、IL-6和內皮細胞選擇素的水平，抑制凋亡，對腦中風的IRI產生保護作用。

廣泛的研究表明，IRI除了造成腦微血管內皮損傷以外，腦組織的局部缺血還會觸發一系列的神經事件，例如缺氧、氧化應激、興奮性氨基酸神經毒性、炎性反應和水腫形成，導致缺血部位的神經元細胞死亡[18]。Wu等[18]檢測了小鼠腦IRI模型中全基因組lncRNA的表達譜變化，新發現了lncRNA-N1LR可能通過抑制p53蛋白第15絲氨酸的磷酸化，從而抑制凋亡，對神經細胞產生保護作用。Li等[19]也對小鼠海馬神經元IRI后lncRNA進行了高通量篩選，發現lncRNA-Tnxa-ps1通過抑制細胞凋亡來促進神經元的存活。

3.3 lncRNA與肝缺血再灌注損傷

肝臟的IRI是出血性休克、肝臟手術和肝移植的主要并發癥，每年影響世界數百萬的患者。Chen等[20]用基因芯片的方法首次揭示了在小鼠肝臟IRI模型中lncRNA和mRNA的表達譜變化。芯片一共分析了20 073個lncRNA，肝臟IR后，其中有71個上調、27個下調的lncRNA。作者研究團隊隨后又對lncRNA中上調倍數最大的lncRNA-AK139328進行了更深層的研究。實驗發現敲低AK139328后，降低了肝臟中的巨噬細胞水平和Caspase-3的活化水平，同時還降低了NF-κB的活性，從而降低了炎性因子的表達，對肝IRI產生保護作用。沉默AK139328的表達或許可以作為肝臟手術或者移植手術時減輕肝IRI的新的治療靶點。隨后Chen等[21]又對小鼠肝臟IR后小鼠血漿內lncRNA的表達譜進行了分析，在此次基因芯片分析中，一共檢測了10 206個lncRNA，其中有64個上調、244個下調的lncRNA。血漿中差異變化的lncRNA和前次肝臟差異變化的lncRNA相比，結果不盡相同，甚至在肝臟中變化最大的AK139328在血漿中也沒有能檢測到。根據這些發現推測小鼠肝臟IR后，在血漿中差異表達的lncRNA大多數可能來自其他組織，并不局限于肝臟本身，提示臨床上對肝臟IRI的診斷和治療時，其他組織和血細胞也應該被重視。此外，通過對這些血漿中差異表達的lncRNA的分析，能夠對評估肝臟IRI的嚴重程度有所幫助。

3.4 lncRNA與腎缺血再灌注損傷

急性腎損傷（AKI）是一種主要的腎臟疾病，發病率和死亡率都在上升[22]。臨床上，AKI發生的原因是腎或其他器官手術引起的缺血再灌注損傷、敗血癥、腎毒性等。迫切需要研究新的治療策略來改善AKI的預后。

在腎臟IRI中，缺血組織的炎性反應造成了急性腎損傷的不良預后。研究表明趨化因子RANTES可以招募循環中的白細胞，能夠增加炎性反應。Yu等[23]發現，在小鼠腎IRI模型中，RANTES在小鼠腎小管細胞中的表達水平顯著提高。實驗發現HIF-1α可以通過調控lncRNA-PRINS的水平，從而調控RANTES的水平，對急性腎損傷保護起到調控作用。

交感神經的傳入和傳出系統在調節腎功能中起著至關重要的生理作用，腎交感神經系統的激活與AKI的缺血性損傷密切相關。Larkin等[24]報道，刺激T9脊髓使腎血流量減少，導致了急性腎功能衰竭。在腎IRI誘導的急性腎衰時，腎交感神經系統興奮性增強。因此，阻斷腎交感神經系統的激活或許能夠減輕缺血后的腎損傷。Liu等[25]首次用高通量測序的方法檢測了大鼠IR誘導的急性腎損傷模型中下胸段（T8～T12）脊髓的mRNA和lncRNA的表達譜。高通量測序一共檢測到了3894個lncRNA，與正常組相比，IR組有35個上調、17個下調的lncRNA。這表明下胸段脊髓確實參與了對腎臟IRI的神經調控，雖然其中大多數lncRNA的功能尚不清楚，但是對lncRNA參與調控AKI提出了新的見解。

3.5 lncRNA與肺缺血再灌注損傷

IR引起的肺損傷被認為是導致原發性移植物失敗的主要原因之一。它的特點是在肺移植72 h內發生的非特殊的肺泡損傷、肺水腫和低氧血癥。盡管在肺移植方面進行了改進，但在肺移植后，IRLI仍然是早期發病率和死亡率的重要原因。研究人員花了數年時間來研究肺缺血性損傷的發病機制，但具體的細胞和分子機制仍不清楚。直至今日，lncRNA調控肺IRI的研究還是一片空白，亟待更多的研究去探索和發現這兩者之間的關系。

4 小結

綜上所述，lncRNA廣泛參與了心、腦、肝、腎等重要器官缺血再灌注過程中凋亡、自噬、壞死、炎性反應等各種調控通路，發揮著重要作用。lncRNA作為生物學標志物和治療靶點已經在腫瘤學領域中廣泛地研究和應用，但lncRNA在IR中的研究仍處于起步階段，很多lncRNA的具體工作機制尚不明了。尤其是lncRNA在肺組織IRI中的作用更是一片空白，亟待更多的學者去深入探索。隨著科學技術的快速發展，高通量測序為lncRNA的研究提供了非常便捷的途徑，有越來越多的研究使用基因芯片這一技術來發現在IRI中差異表達的已知和未知的lncRNA，并進一步探究它們的功能作用，這一技術的普及也是未來研究lncRNA的必然趨勢。深入了解這些lncRNA的功能與機制，有望能夠闡明其在IRI中復雜的調控機制，對我們改善IRI治療策略、發現新的治療靶點來保護組織器官的IRI有著重要的意義。

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