長鏈非編碼RNA GAS5與冠心病相關病變的研究進展

董星明，張錦

(1.蘭州大學第一臨床醫學院，蘭州 730000； 2.蘭州大學第一醫院心內科 甘肅省心血管疾病重點實驗室，蘭州 730000)

冠心病是當前嚴重危害人類健康的心血管疾病之一，其患病率和病死率逐年升高，發病呈年輕化趨勢，給社會經濟帶來巨大負擔[1]。冠心病是一種多因素疾病，是動脈粥樣硬化(atherosclerosis，As)斑塊形成引起冠狀動脈管腔狹窄或閉塞導致的心肌缺血壞死性疾病。除年齡、性別、吸煙、高血壓、糖尿病、肥胖等傳統危險因素外，遺傳在冠心病發病中也起著非常重要的作用[2]。

長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)在基本生命活動中發揮至關重要的調節作用，其表達失調可能是某些疾病發生的重要原因[3-4]。lncRNA是一類長度大于200個核苷酸的RNA分子，不具有編碼蛋白質的功能，主要在表觀遺傳學、轉錄水平及轉錄后水平三個層面參與基因的表達調控[5]。生長阻滯特異性轉錄本5(growth arrest-special transcript 5,GAS5)是一種對細胞增殖和凋亡有重要調控作用的lncRNA，在人類組織中廣泛表達。GAS5具有抑制腫瘤細胞增殖、遷移和促進腫瘤細胞凋亡的作用。GAS5在多種腫瘤組織中低表達，其表達水平與腫瘤的發生、發展密切相關[6-8]。隨著研究的深入發現，GAS5在心血管疾病[9]、內分泌代謝性疾病[10]以及自身免疫性疾病[11]等非腫瘤性疾病中也發揮重要作用。現就GAS5在冠心病相關病變中作用的研究進展予以綜述。

1 GAS5的結構和生物學特性

GAS5最初從生長抑制NIH 3T3小鼠胚胎成纖維細胞系中被分離鑒定出來，其在生長受阻細胞中的表達水平明顯升高[12]。人GAS5基因定位于染色體1q25.1，長度約為630 nt，由12個外顯子和11個內含子組成，其中外顯子僅有一個較短的開放閱讀框，不具有編碼蛋白質的功能，但可以編碼兩種成熟形式的lncRNA：lncRNA GAS5a和lncRNA GAS5b，后者被認為是GAS5的主要產物[13-14]。GAS5基因除編碼lncRNA GAS5外，還編碼核仁小RNA、微RNA(microRNA，miRNA)和Piwi相互作用RNA。

GAS5屬于5′TOP RNA家族，其生物學特征由5′端寡聚RNA序列決定，轉錄受哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路和無義介導的信使RNA降解通路調控，對細胞的生長、發育、分化等過程起重要的調節作用[15-16]。此外，GAS5還可以模擬糖皮質激素應答元件，通過結合糖皮質激素受體上的DNA結合結構域阻止糖皮質激素應答元件與糖皮質激素受體的相互作用，抑制糖皮質激素靶基因的轉錄活性，進而抑制糖皮質激素依賴的細胞生長，使細胞凋亡增加，從而影響基因表達[17]。

2 GAS5與As

As是冠心病發生發展的主要病理基礎，目前普遍認為As是一種血管慢性炎癥性病變，脂質代謝紊亂、高血糖、高血壓、免疫炎癥損傷、血管功能障礙等因素相互作用導致As斑塊形成，促進了冠心病的進展。GAS5通過調控基因表達影響與疾病發生發展相關的危險因素，從而延緩或阻止疾病進展。

2.1GAS5與糖脂代謝紊亂 血脂異常是As的高危因素之一。在As早期，血漿增多的膽固醇、脂蛋白等沉積于動脈管壁內，引起血管壁結締組織增生，使管壁變硬、增厚，繼而形成脂質條紋、As斑塊。既往研究發現，多種lncRNA在脂質代謝中發揮重要作用，并通過影響血脂穩態調控As的進程[18]。Chen等[19]通過高脂飲食建立As大鼠模型，與正常飲食大鼠相比，As大鼠血液膽固醇水平更高、高密度脂蛋白水平更低、低密度脂蛋白水平更高；對大鼠As斑塊進行基因芯片分析發現，有339個lncRNA的表達水平發生改變，其中lncRNA GAS5的表達水平明顯上調；進一步研究發現，As患者As斑塊中GAS5的表達水平也高于正常人。Meng等[20]進一步探究GAS5在As中的潛在作用發現，lncRNA GAS5在人髓系白血病單核細胞THP-1(tohoku hospital pediatrics-1)巨噬細胞源性泡沫細胞中高表達，GAS5過表達通過調控膽固醇轉運使細胞內的脂質蓄積增加。沉默GAS5的表達后，As斑塊面積減小，血液三酰甘油、總膽固醇、低密度脂蛋白水平降低，說明沉默GAS5可能促進膽固醇的逆向轉運，抑制細胞內脂質聚積，從而減緩As進展[20]。另有研究發現，lncRNA可以調節低密度脂蛋白受體的活性，從而改變患者對他汀類藥物的反應[21]。GAS5可通過調節相關基因的表達影響脂質代謝，可能是治療As的藥物靶點。

糖尿病患者冠心病的發病率是非糖尿病患者的數倍，且病變更加復雜嚴重[22-23]。Jin等[24]研究發現，糖尿病小鼠胰腺中GAS5的表達減少，沉默GAS5可抑制小鼠胰島β細胞增殖和胰島素分泌。細胞實驗證實，GAS5可能通過影響胰島β細胞特定轉錄因子的表達維持胰島β細胞的功能、調控胰島素的合成[24]。Zhao等[25]發現，高糖增加了AC16細胞中GAS5的表達，敲除GAS5可以減輕高糖對AC16細胞的損傷。可見，GAS5可能在維持血糖平衡、減少糖尿病心血管病發生風險等方面有重要作用，但其相關機制需要更多研究進一步探究。

2.2GAS5與免疫炎癥反應 免疫炎癥反應貫穿As發生發展的始終，As斑塊形成、破裂的過程均有炎癥細胞參與。多種有害因素導致血管內皮受損時，單核巨噬細胞聚集于內皮下并被激活，吞噬脂質后形成泡沫細胞，釋放多種炎癥因子并形成正反饋，聚集更多巨噬細胞，最終導致管腔狹窄和斑塊破裂。巨噬細胞對脂質的攝取是As形成的重要環節，而巨噬細胞的凋亡和壞死加劇了斑塊的不穩定性。目前炎癥調控的分子機制尚未完全闡明，但研究發現lncRNA可作為炎癥反應的調節因子，通過介導炎癥信號轉導，在炎癥的發生和調控中發揮重要作用[26]。Chen等[27]發現，敲除THP-1巨噬細胞的GAS5能夠減少氧化低密度脂蛋白誘導的細胞凋亡；相反，GAS5過表達增加了THP-1巨噬細胞的凋亡，同時GAS5表達的增加促進了多種凋亡相關蛋白的表達，表明GAS5在調節巨噬細胞凋亡中發揮重要作用。

GAS5的表達水平對斑塊的穩定具有重要意義。研究發現，氧化低密度脂蛋白刺激的THP-1巨噬細胞中GAS5表達水平升高，過表達GAS5促進了巨噬細胞中白細胞介素-6、白細胞介素-1β和腫瘤壞死因子-α等促炎因子和單核細胞趨化蛋白1的分泌，而GAS5表達沉默后這種促進作用被抑制[28]。在機制上，GAS5作為miR-221的“分子海綿”，調控促炎因子和基質金屬蛋白酶的表達，促進As斑塊纖維帽降解，加劇斑塊的不穩定[28]。為了進一步研究As炎癥反應中lncRNA GAS5的作用機制，Shen等[29]通過建立高脂飲食喂養的載脂蛋白E敲除小鼠模型發現，沉默GAS5表達小鼠血液中炎癥因子的表達水平明顯低于未沉默GAS5表達小鼠；在氧化低密度脂蛋白刺激的THP-1巨噬細胞模型中，沉默GAS5表達后，炎癥因子釋放減少，說明沉默GAS5表達可抑制炎癥反應；此外，GAS5可以靶向結合并抑制miR-135a的表達，而miR-135a表達增加消除了GAS5沉默對炎癥和脂質代謝紊亂的緩解作用。GAS5將脂質代謝和炎癥反應聯系起來，為理解As中炎癥反應的作用提供了依據，同時GAS5也可能成為抑制炎癥反應的藥物靶標，抑制As中的炎癥反應。

2.3GAS5與血管功能 內皮細胞構成血管內膜，在維持人體內環境穩態中發揮重要作用。高血脂、高血糖、免疫炎癥反應等有害刺激損傷內皮細胞，導致內皮細胞功能障礙。而內皮細胞功能障礙是As早期的病理特征之一，是As進程中必不可少的過程。Diao等[30]通過高同型半胱氨酸誘導心肌微血管內皮細胞損傷發現，血管內皮細胞中GAS5表達減少，氧化應激損傷加重、增殖活性減弱、凋亡增加、遷移能力降低，而GAS5過表達能逆轉上述過程，說明GAS5可能通過介導氧化應激減輕同型半胱氨酸誘導的內皮細胞損傷，GAS5的正常表達對維持內皮細胞功能有重要作用。Liang等[31]通過生物信息學分析發現，GAS5中存在可以與miR-26a直接結合的位點，GAS5與miR-26a結合后相互抑制，發揮抑制內皮細胞凋亡和自噬保護的作用。Yao等[32]研究發現，miR-223能夠直接靶向煙酰胺磷酸核糖轉移酶，并進一步激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信號轉導通路，調節血管內皮祖細胞的增殖和凋亡，而GAS5可作為miR-223的競爭性內源RNA，通過介導miR-223表達精準調控內皮祖細胞的增殖和凋亡。另有研究發現，THP-1巨噬細胞外泌體中lncRNA GAS5富集表達，外泌體可以被內皮細胞攝取，從而實現單核巨噬細胞與內皮細胞之間的信號交流[27]。可見，多種因素可使GAS5的表達發生改變，影響內皮細胞的增殖和凋亡，從而促進或抑制As形成，因此干預GAS5的表達可能是預防As的有效策略。

平滑肌細胞也是血管壁的主要組成之一，在血管損傷、血管重塑、血管生成等中發揮重要作用。平滑肌細胞的增殖、遷移、表型轉換和凋亡是As管腔狹窄的重要原因，而lncRNA在平滑肌細胞增殖和遷移過程中發揮重要作用，可以調控細胞功能，減少斑塊形成[33]。高血壓時動脈管壁增厚，平滑肌細胞增生，血管功能失衡，促進As發生。Wang等[34]發現，在自發性高血壓大鼠模型中，GAS5參與血壓調節并影響動脈管壁重塑，而GAS5主要在內皮細胞和平滑肌細胞中表達；進一步沉默GAS5表達后發現，內皮細胞和平滑肌細胞活性提高可促使平滑肌細胞表型轉換，并抑制氧化應激導致的內皮細胞和平滑肌細胞凋亡。GAS5可通過β聯蛋白通路調節內皮細胞和平滑肌細胞的功能，而這種調節功能通過控制β聯蛋白的核異位實現[34]。Tang等[35]在原代培養平滑肌細胞中對GAS5的作用機制進行研究發現，GAS5能夠通過p53通路發揮負向調控平滑肌細胞的作用，GAS5直接結合p53蛋白并募集蛋白p300，增強了p53蛋白的穩定性，提高了p53蛋白在平滑肌細胞中的活性，導致細胞周期抑制和凋亡相關基因表達增加，從而調控平滑肌細胞的增殖周期和凋亡。GAS5/miR-21/細胞程序性死亡基因4通路也可以控制平滑肌細胞的增殖和遷移[36]。綜上，GAS5可通過不同的機制和通路調節平滑肌細胞的功能。GAS5有潛力成為冠心病治療的新靶點，但其作用復雜，實現GAS5對疾病的調控及精準預測還需要更多研究。

3 GAS5與心肌梗死

As導致管腔狹窄或閉塞時，血氧供需失衡，表現為心肌缺血，嚴重時可發生心肌梗死。目前普遍認為，心肌梗死后心肌細胞的壞死和凋亡及過度炎癥反應是心肌損傷的主要原因。研究lncRNA在心肌梗死后細胞凋亡中的作用機制有助于探索新的治療方式，改善心肌梗死預后，提高患者生活質量。

黃芪甲苷是黃芪的主要提取物，有研究報道黃芪甲苷Ⅳ具有心血管保護作用[37]，但其具體作用機制尚不完全明確，限制了黃芪甲苷Ⅳ的臨床應用。Du等[38]探究黃芪甲苷Ⅳ對缺氧預處理H9c2心肌細胞的影響發現，黃芪甲苷Ⅳ減弱了缺氧導致的心肌細胞活性降低，且細胞凋亡、凋亡相關蛋白表達減少，lncRNA GAS5表達下調，推測黃芪甲苷Ⅳ可能通過影響GAS5調控缺氧心肌細胞。Zhang等[39]通過實時熒光定量聚合酶鏈反應檢測發現，心肌梗死細胞中GAS5的表達上調，沉默GAS5表達后，心肌細胞活力升高，G0/G1期心肌細胞數量明顯減少，G2/M期心肌細胞數量顯著增加，提示GAS5下調可顯著提高細胞增殖能力，抑制細胞凋亡；且GAS5基因序列上有miR-525-5p的結合位點，miR-525-5p可直接與鈣調蛋白2結合，提示GAS5可能通過miR-525-5p/鈣調蛋白2通路實現對心肌細胞增殖、凋亡和分裂周期阻滯的精確調控[39]。Zhang等[40]對皮下注射異丙腎上腺素構建的心肌梗死大鼠模型進行研究發現，大鼠心肌組織中GAS5的表達增加，而沉默GAS5表達后，大鼠心功能顯著改善，心肌細胞凋亡減少、心肌組織損傷減輕、心肌纖維化改善。另有研究發現，心肌梗死小鼠圍梗死區lncRNA GAS5的表達上調，而信號素3A表達下調，提示GAS5通過降解信號素3A調控細胞凋亡，而非作用于信號素3A的信使RNA[41]。

4 GAS5與心肌缺血再灌注損傷

血管再通是目前心肌梗死的重要治療方法，但血液復流引起的缺血再灌注損傷可能進一步加劇心肌損傷。缺血再灌注損傷可能由氧化應激、鈣離子超載、炎癥反應加劇等導致。近年研究發現，lncRNA與心肌缺血再灌注損傷中的細胞凋亡關系密切[42]。Liu等[43]通過缺氧/復氧H9c2心肌細胞模擬缺血再灌注損傷發現，缺氧/復氧后GAS5表達明顯上調，乳酸脫氫酶、丙二醛、超氧化物歧化酶等心肌損傷標志物的活性升高，通過定量逆轉錄聚合酶鏈反應及蛋白質印跡技術發現，GAS5過表達后相關促凋亡基因Bcl-2相關X蛋白和細胞色素C的信使RNA和蛋白質表達水平均升高，而抗凋亡基因B細胞淋巴瘤-2的表達下調，表明GAS5表達水平升高可以促進缺血再灌注損傷過程中的心肌細胞凋亡。Wu等[44]研究發現，沉默GAS5表達提高了缺氧/復氧心肌細胞的活性，降低乳酸脫氫酶和肌酸激酶同工酶水平，同時減少心肌梗死面積和缺血再灌注損傷引起的細胞凋亡；進一步研究發現，GAS5表達下調通過miR-335/ Rho蛋白激酶1/蛋白激酶B/糖原合成酶激酶3β信號通路改善心肌缺血再灌注損傷。

磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信號通路是調節細胞周期的經典通路之一，在細胞增殖與凋亡過程中發揮關鍵的調節作用[45]。Han等[46]發現，缺血再灌注損傷細胞中GAS5的表達較正常細胞明顯增加；GAS5表達沉默后，細胞活性恢復，細胞損傷減輕。后續研究發現，GAS5作為內源競爭RNA調節miR-532-5p與人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因的表達，促進磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信號通路的激活，從而發揮抗心肌細胞凋亡的作用[46]。GAS5表達的改變激活了下游信號通路，說明GAS5可能在心肌梗死后再灌注早期發揮作用。從基因層面進行干預，改善再灌注后心肌細胞的存活能力，減少心肌細胞凋亡，可能是未來冠狀動脈介入治療后減輕缺血再灌注損傷的有效措施之一。

5 GAS5作為冠心病診斷生物標志物的潛能

與冠狀動脈造影相比，循環lncRNA在冠心病診斷方面具有更大優勢，尤其在非侵入性方面具有更大的臨床應用潛能。Kumarswamy等[47]首次證明，血漿lncRNA預測心臟重構可以作為預測心肌梗死后心室重構及慢性心力衰竭預后的重要指標。循環lncRNA可作為疾病診斷的生物標志物。一項研究發現，血漿GAS5表達水平降低可能與糖尿病的發生相關，通過評估血漿GAS5的表達水平可以提前發現糖尿病風險個體[48]。Yin等[49]發現，與健康對照者相比，冠心病患者血漿GAS5的表達水平特異性下調，因此GAS5可能是診斷冠心病的潛在生物標志物。GAS5可在循環血液中穩定存在并被檢測出，但GAS5的細胞來源難以確定，且其與其他疾病的關系不能排除，因此循環lncRNA作為冠心病診斷生物標志物的特異性和敏感性仍需深入研究。

6 結 語

LncRNA作為非編碼RNA的重要成員，參與調節多種生理及病理過程，探索lncRNA的生物學功能可能有助于解釋疾病的發病機制，從而為臨床診斷和治療提供新方法。鑒于GAS5是細胞增殖和凋亡的重要調控因子，未來其可能成為心血管疾病的治療靶點之一。盡管GAS5在冠心病等心血管疾病的發生、發展及臨床診治等方面的作用取得了重大進展，但目前其在臨床診治中的應用較局限，需要更多實驗探究GAS5的作用機制及調控網絡，以為臨床應用提供依據。