長鏈非編碼RNA在心血管疾病中的研究進展

湯 婭，石 蓓,趙然尊

心血管疾病已成為威脅人類健康的重要疾病[1]。盡管近年來心血管疾病治療取得重要進展，包括藥物治療、介入治療以及外科手術治療等，使心血管疾病患者生存率有了很大提高，但治療效果還遠遠不能令人滿意[2]。目前，多數心血管疾病的發病機制仍未完全闡明，比較一致的觀點認為這是多因素綜合作用的結果。近年來研究者們發現長鏈非編碼RNA(long noncoding RNAs， LncRNAs)屬于非編碼RNA(noncoding RNA， ncRNA)的重要一類，廣泛存在于多種組織和細胞中，參與腫瘤、神經疾病、代謝疾病和心血管疾病的發生和發展[3]。本文綜述近年來 LncRNAs在心血管疾病方面的研究進展如下。

1 LncRNAs生物學特性

LncRNAs是一類新發現的存在于機體體液中調節基因表達的分子，一般長度大于200 個核苷酸[4]，重要特點是“非編碼”，是指LncRNAs在轉錄本上缺乏開放閱讀框和(或)保守密碼子[5-6]；其生物學功能包括作為靶蛋白作用于特定基因組位點影響轉錄模式、調節蛋白質結合分子伴侶活性、作為小分子RNA(如miRNA、piRNA)前體分子、影響其他RNA加工以及起到一個作為結構RNA的作用[7]等。目前，LncRNAs尚無一致的分類標準，一般根據其在基因組中的位置或作用機制分為4類：信號分子、誘餌分子、指導分子以及骨架分子[4,8]。一般認為，屬于ncRNA的LncRNAs是沒有編碼蛋白質功能的，但最近有報道稱，一些LncRNAs可以編碼微肽[9]；亦有證據顯示，LncRNAs可被核糖體所攝取[6,10],其轉錄產物可以產生小的氨基酸[6]。

2 LncRNAs與心血管疾病

心血管疾病是當今世界嚴重威脅人類生命健康最主要的疾病。近年來，隨著基因學和疾病學的交叉研究，探討與疾病相關的基因已成為熱點，LncRNAs在心血管疾病的發生和發展中發揮著舉足輕重的作用，越來越受到研究者重視。

2.1LncRNAs與心臟發育 LncRNAs廣泛參與個體的生長發育以及某些器官的發育[1]，特別是心臟發育，其中最典型的一種LncRNAs是小鼠心臟發育中被命名為Braveheart(Bvht)的LncRNAs，是胚胎干細胞(embryonic stem cell， ESC)正常分化的必要條件，通過調控核心心血管網絡，在新生中胚層中參與心臟發育[11]。2019年，Wang等[12]發現高度保守的LncRNA NR045363主要在心肌細胞中表達，很少在非心肌細胞中表達，其低表達抑制了原代胚胎心肌細胞增殖，而過表達則促進了新生心肌細胞DNA合成和細胞分裂；進一步研究顯示該LncRNA通過與miR-216a相互作用促進心肌細胞增殖，miR-216a調控JAK2-STAT3通路。說明該LncRNA可能是一種對心肌細胞增殖至關重要的強效調節劑。

2.2LncRNAs 與心肌肥厚 心肌肥厚是一種適應性、代償性的細胞肥大，以應對各種各樣的刺激，包括血流動力學紊亂、神經激素激活及缺血或基因編碼心臟結構蛋白固有缺陷等[13]。人們最熟悉的LncRNAs，心肌肥厚相關因子(Chrf)，即作為一種競爭性RNA，通過靶向作用于miRNA-489，導致心肌肥厚[14]；其機制為Chrf、miR-489和髓樣分化主要反應基因88(Myd88)組成的新型心肌肥厚調節信號軸，Chrf能夠直接與miR-489結合，調節Myd88的表達和活性。因此，調控LncRNAs表達可為治療心肌肥厚提供一種新方法。此外，心臟特異性反轉錄LncRNAs，即肌鈣蛋白重鏈相關RNA轉錄產物(Mhrt)，在心肌細胞核中特異性表達，發揮保護心肌細胞功能作用[14]，Mhrt與轉錄激活因子(Brg1)的解螺旋酶域結合，兩者結合后阻止Brg1介導的染色質重塑與應激過程中相關基因表達[15]。通常情況下，在壓力負荷作用下抑制Mhrt表達則引起一系列心肌病變，而恢復Mhrt表達將阻斷或延緩心肌肥厚和心力衰竭。

2.3LncRNAs 與動脈粥樣硬化 動脈粥樣硬化是最常見的血管疾病之一。內皮細胞(endothelial cells， ECs)功能障礙和血管平滑肌細胞(vascular smooth muscle cells， VSMC)異常增殖共同促進了動脈粥樣硬化。Shan等[16]發現視網膜非編碼 RNA3(RNCR3)高表達于 ECs和 VSMCs，基因敲除 RNCR3則降低 ECs和VSMCs的增殖和遷移，并加速細胞凋亡和動脈粥樣硬化的發展。Arslan等[17]研究發現，動脈粥樣硬化血管中Cyclin-dependent kinase inhibitor 2B antisense RNA 1(ANRIL)和心肌梗死相關轉錄本(MIAT)表達顯著增高，表明 LncRNAs在動脈粥樣硬化發生和發展中具有重要作用。

2.4LncRNAs與缺血性心臟病 急性心肌梗死(acute myocardial infarction， AMI)后常發生不良心室重構和心力衰竭，影響患者預后。已證實多種LncRNAs在心肌梗死后特異性表達，并在血管生成和缺血性心肌損害中扮演重要角色[18]。在早期AMI患者中，LncRNA UCA1表達下調[19]。此外，Sun等[20]研究發現，在AMI的動物模型中，分別表達9種心肌梗死特異性LncRNAs，均無心肌梗死再復發，而降低其表達可能導致先天性免疫功能紊亂和炎癥反應加重，進而引起AMI再復發，這可能說明此9種LncRNAs與心肌先天性免疫功能和炎癥反應有關。Huang等[21]研究發現在缺血性心肌病(ischemic cardiomyopathy， ICM)中，許多LncRNAs表達是動態調節的。LncRNAs可以在ICM發展過程中調控細胞外基質和心肌纖維化，提示LncRNAs可能是心功能紊亂的重要調控分子。此外，Zhai等[22]應用聚合酶鏈反應和RNA微陣列芯片分析發現，與對照組相比，AMI患者外周血中檢測到3個LncRNAs表達存在差異，從而推測這些LncRNAs可能在AMI中具有潛在的調節作用，其機制可能是凋亡及其對應的 p53信號通路與炎癥信號通路和心肌細胞收縮、血管平滑肌細胞功能紊亂有關。此外，鈣穩態失衡是心肌梗死后心肌細胞死亡的重要原因之一，而SERCA2a蛋白對鈣穩態調控具有重要作用。2015年，有團隊首次研究發現LncRNA-ZFAS1可作為AMI的生物標志物，該團隊發現此LncRNA可作為SERCA2a蛋白天然抑制劑，影響心肌梗死后心肌鈣穩態和收縮功能；該團隊還發現在心肌梗死后心臟組織中和缺氧處理心肌細胞中ZFAS1 顯著升高；在細胞層面，過表達ZFAS1使心肌細胞收縮功能降低；在亞細胞層面，ZFAS1引起心肌細胞內鈣超載，通過負性調控心肌細胞內鈣瞬變；在分子層面，ZFAS1可以特異性與SERCA2a蛋白直接結合，從而抑制其表達和功能，且降低ZFAS1表達，可有效逆轉ZFAS1對心肌損傷作用[23]。2019年，Zhang等[24]研究發現miR-519d-3p在心肌梗死大鼠模型中表達增高，并在體外初步促進缺氧誘導的心肌細胞凋亡,其潛在機制可能是HOTAIR海綿樣結合miR-519d-3p，抑制心肌細胞凋亡和壞死，減輕大鼠心肌梗死。Guo等[25]研究發現LncRNA SLC8A1 AS1通過下調A1SLC8A1，激活cGMP-PKG信號通路，減輕心肌損傷，抑制促炎因子釋放，縮小梗死面積，最終保護心肌免受損傷。此外，Su等[26]研究發現LncRNA TUG1通過靶向miR-142-3p，上調HMGB1和Rac1，在缺血缺氧誘導的心肌細胞自噬細胞中發揮核心作用，下調TUG1或上調miR-142-3p可改善心肌損傷，預防AMI。以上研究結果表明LncRNAs可能涉及冠心病特別是心肌梗死發生和發展，但具體機制有待深入研究。

2.5LncRNAs與心室重構 心室重構是心臟的代償性改變，最終導致心力衰竭。Kumarswamy等[27]證實線粒體長鏈非編碼 RNA uc022bqs.1(LIPCAR)是一種新型的心臟重塑生物標志物，被證明與后續的心室重塑發生和發展有關，并有可能獨立用于預測慢性心力衰竭患者的心血管疾病病死率高低。 Micheletti等[28]發現，Wisp 2 super-enhancer-associated RNA(Wisper)的表達與小鼠心肌梗死模型和主動脈狹窄患者的心肌纖維化有關，在體外使用改良的反義寡核素(ASOs)的功能方法證明了Wisper是心肌成纖維細胞增殖、遷移和存活的特異性調節器；在體內，由 ASOs 介導的抑制Wisper的表達降低了心肌梗死誘導的心肌纖維化和心臟功能障礙。

2.6LncRNAs與心肌細胞凋亡 心肌梗死后心肌細胞存活率直接關系到心肌梗死面積及后續的心功能。Li等[29]用大鼠AMI模型，研究LncRNA Gm2691在體內的作用；結果發現LncRNA Gm2691在體內可改善心功能，減輕炎癥反應以及降低缺氧系統處理的新生大鼠心室心肌細胞的凋亡，提高細胞存活率。其潛在機制可能是LncRNA Gm2691通過降低Akt和ERK1/2活性發揮作用。Wang等[30]研究發現在心肌梗死模型中，LncUCA1的表達降低，而miR-143的表達增加。LncUCA1的過表達通過抑制miR-143來保護心肌細胞免受缺氧復氧誘導的凋亡，miR-143通過靶向MDM2/p53通路調控凋亡。然而，沉默LncUCA1后，miR-143表達上調，缺氧復氧誘導的細胞凋亡增加。此外，miR-143被證明是LncUCA1的競爭性靶點，說明lncUCA1可能通過抑制miR-143，調控下游MDM2/p53信號通路，保護心肌細胞免受缺氧復氧誘導的凋亡。最近幾年，有報道稱線粒體異常分裂參與了心肌梗死的發病機制；線粒體動態相關 LncRNAs(MDRL)通過調控 miR-361和miR-484的表達和活性，從而調節線粒體分裂和細胞凋亡[31]。2014年，Wang等[32]證實抑制素蛋白1(PHB1)和miR-361都參與了心肌細胞凋亡和線粒體分裂，miR-361通過靶向作用于 PHB1調節線粒體分裂和心肌細胞凋亡。

2.7LncRNAs與其他心血管相關疾病 LncRNAs已成為調控基因表達和影響多種生物過程的關鍵表觀遺傳因子。越來越多的研究成果表明，LncRNAs參與了其他心血管相關疾病的發生和發展，如糖尿病心肌病、先天性心臟病、心律失常、高血壓以及擴張性心肌病等[33-37]。

3 小結

目前研究者已對心肌表達的LncRNAs進行了較深入研究，證實在心臟發育和多種心血管疾病中存在數百種差異性表達的LncRNAs，但對這些LncRNAs的功能與作用的詳細描述是一個巨大的任務。盡管過去幾年間，LncRNAs在細胞內的研究已經趨于成熟，但LncRNAs在體內的調控網絡仍知之甚少。到目前為止，許多有意義的方法通過調節LncRNAs水平涉及疾病治療，都已經進入臨床前階段，LncRNAs表達模式通常與一種疾病類型相關，并能提供特定的診斷或預后臨床信息。因此，對于LncRNAs的深入研究將對疾病的認識和發展乃至治療用藥都產生巨大影響。