長鏈非編碼RNA在帕金森病中的研究進展

敬聰 王志剛 丁向前 鄒楊鴻 余化霖 耿鑫

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)是影響中老年人健康的第二大神經退行性疾病，僅次于阿爾茲海默癥[1]。1817年，James Parkinson博士首次提出PD是一種以運動和非運動為特征的慢性、進行性神經退行性疾病[2,3]。PD的主要病理特征是大腦黑質中多巴胺能神經元(Dopaminergic neuron、DAN)的逐漸喪失，導致紋狀體中缺乏多巴胺(Dopamine，DA)，引起下游基底神經節回路的病理生理變化，繼而引起運動功能障礙[4-6]。PD的運動癥狀主要包括靜止性震顫、強直、姿勢不穩定和運動遲緩等[7,8]。在運動障礙之前還可能出現非運動癥狀，包括焦慮癥、記憶障礙、自主神經功能障礙以及情緒和記憶障礙[9]。據統計，PD影響了全世界約400萬人，發達國家患病率約為0.3%[10]，在我國，>60歲人群患病率高達1.0%[11]。PD在<40歲的人群中少見，其發病率隨年齡增加而增加。據估計，>80歲人群中，大約有超過80%都會受到影響[12]。此外，多項研究表明，帕金森病的發病與性別也有一定關系，男性發病的平均年齡比女性早2年，且男性的發病率是女性的2倍[13]。另外，流行病學研究表明，居住在農村地區和接觸農藥(特別是百草枯)是PD的危險因素[14]，吸煙和喝咖啡是保護因素[15]。隨著全球老齡化人口的日益增加，PD患者的人數逐年增加，這極大地影響了患者及其家庭的生活質量。因此，進一步了解PD的分子機制，提出有效的治療目標和治療方案仍然是重中之重。遺傳、環境、年齡等是目前公認與PD相關的發病因素。殘余神經元細胞質中的路易小體(Lewy body，LB)的形成和α-突觸核蛋白(α-Synuclein，α-Syn)的積累被認為是參與PD形成機制的主要因素[16]。小部分PD患者具有遺傳性或隱性遺傳的單基因(例如富亮氨酸重復序列激酶2(Leucine-rich repeat kinase 2，LRRK2)基因)。研究表明，黑質中DAN神經元的變性和凋亡與蛋白酶體功能異常、線粒體功能障礙、氧化應激、神經炎癥和轉錄信號變化密切相關[17]。近年來，隨著對PD各個方面的深入研究，使得我們對PD的發病機制有了更深一步的認識。長鏈非編碼RNA(Long non-coding RNA，LncRNA)是長度超過200個核苷酸(nt)的 RNA，位于細胞核或細胞質中[18]，盡管他們自身并不編碼蛋白質，但可以通過調節各種細胞生物過程(如細胞轉錄、組蛋白修飾和DNA甲基化)來發揮其獨特的作用[19]。lncRNA是一種具有生物功能的新的潛在生物標志物[20]。本文回顧了與PD相關的幾種常見LncRNA相關研究，為基于lncRNA的PD的診斷、治療及預后提供新的思路。

1 LncRNA

1.5%～2%的人類基因組是蛋白質編碼區，而其余約98%的轉錄成沒有蛋白質編碼能力的轉錄物，稱為非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)ncRNAs，近年來， ncRNA在神經發育、再生和神經退行性疾病過程中的作用成為研究的熱點。研究證明，其在正常細胞發育、功能以及各種疾病的發病機制中具有重要的調節作用，包括microRNA (miRNA)、LncRNA 等，其中數量最多的是LncRNA[3,21]。越來越多的證據清楚地說明了ncRNAs在多種生物過程(如大腦發育和分化)和各種疾病(如阿爾茨海默氏癥、亨廷頓氏癥、帕金森氏癥和脊髓小腦共濟失調病)中的關鍵作用[22]。如今關于LncRNA 研究還相對較少，被證實的作用機制不到100種[23]。與編碼RNA 相比，LncRNA編碼蛋白能力更弱[24]。在過去幾十年里，隨著高通量平臺技術的高速發展，哺乳動物基因組的轉錄方式得到了證明，之前未被研究人員發現的LncRNA逐漸被發掘出來。

LncRNA通常被5’加帽，剪接和3’-聚腺苷酸化，并被RNA聚合酶Ⅱ轉錄[25]。在許多方面，lncRNA與編碼蛋白質的mRNA相似，但轉錄數較低，主要存在于細胞核中，特異性序列保守性很差[26]。根據lncRNA編碼序列和蛋白質編碼基因的相對位置，可分為5類[27]：(1)正義lncRNA(sense lncRNA)：與蛋白質編碼基因重疊的lncRNA序列；(2)反義lncRNA(antisense lncRNAs)：與蛋白質編碼基因的反義鏈重疊的lncRNA序列；(3)雙向lncRNA(bidirectional lncRNAs)：相對于蛋白質編碼基因從不同的雙向啟動子轉錄的lncRNA序列; (4)基因內lncRNA(intronic lncRNA)：完全來源于轉錄物內含子的lncRNA序列，其可以是真正的獨立轉錄物或前體mRNA的加工產物； (5)基因間lncRNA(intergenic lncRNAs)：位于蛋白編碼基因之間但不重疊的lncRNA序列。

lncRNA與DNA、RNA或蛋白質分子相互作用，以調節基因表達，并通過多種機制發揮作用。作為基因表達的調節器，lncRNA功能根據調控方式大致分為三類[27]：(1)轉錄調控：lncRNA可以誘導染色質重構和修飾，充當蛋白質或染色質的支架或橋。(2)轉錄后調控：lncRNA可通過堿基互補對與mRNA結合，以阻斷剪接體的剪接位點，從而導致剪接的轉錄本，mRNA變性，翻譯抑制或endo-siRNAs的產生。(3)與其他生物分子的相互作用：lncRNA可以與特定的蛋白質伴侶結合以調節蛋白質的活性，充當誘餌來改變蛋白質的定位，用作支架以允許形成更大的RNA-蛋白復合物，或作為miRNA海綿與miRNA相互作用。

2 lncRNA與PD

大量的lncRNA在成人和發育中的大腦高度表達。研究人員利用高通量技術、原位雜交、微陣列分析和RNA測序(RNA-seq)，發現lncRNA在中樞神經系統(Central Nervous System，CNS)中高度表達[28]，被發現的lncRNA(1 328種中的849個)以特定細胞、亞細胞類型在大腦的不同區域表示[29,30]，通過組蛋白修飾、轉錄輔助因子、mRNA衰變和替代[31]在神經發育和大腦進化中發揮作用，從而調節行為和認知功能[31-33]。盡管目前對lncRNA在PD中的作用的研究非常有限，但其巨大的潛力是不容忽視的。下面從幾個常見的lncRNA與PD的關系做一回顧。

2.1 Malat1 肺癌轉移相關轉錄本1(Metastasis associated lung adenocarcinoma transcript1，Malat1)是一個8.5 kb的lncRNA，位于11q13，是Ji等[34]在早期非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)研究中最先發現的，之所以被命名為MalaT1(又名α基因)，是因為它在預測早期NSCLC轉移和生存方面具有臨床意義。隨后的一項研究表明，MalaT1在哺乳動物中高度保守，在正常神經組織中廣泛表達，并與突觸的形成和維持有關，暗示在發育和進化中具有潛在的重要功能[35]。α-Syn是一種突觸前神經元蛋白，在LB中強勢表達，參與了從遺傳和神經病理到神經退行性疾病的研究[36]。Zhang等[37]研究結果顯示，MALAT1與α-Syn結合以增強其穩定性，導致α-Syn的高蛋白表達。同時也發現，β-細辛醚(β-Asarone)通過降低α-Syn的表達對MPTP誘導的神經元損傷起到保護作用，這種作用可以被MALAT1的過度表達所逆轉。Kraus等[38]研究發現，PD 患者體內的Malat1表達是正常人體內的3倍。Liu等[39]研究發現，在PD動物模型和細胞模型中，MALAT1通過負向調節miR-124，抑制MPTP誘導的DA神經元及MPP+誘導的SH-SY5Y細胞凋亡，在PD中可能具有保護作用。Chen等[40]研究表明，MALAT1的過度表達，可以miR-205-5p水平下調，使MPP+誘導的MN9D細胞凋亡，導致LRRK2的表達水平上調。在果蠅中，LRRK2的過表達加劇了氧化應激損傷，誘導DAN的凋亡，加重PD的進展[41]。在PD小鼠模型中，Lu等[42]發現MALAT1呈高表達，而miR-124-3p低表達，通過上調miR-124-3p，下調MALAT1和凋亡相關蛋白激酶1(death associated protein kinase 1,DAPK1)，可以改變PD小鼠的行為，減少PD細胞模型的凋亡。在未來，通過抑制MALAT1的表達，或許能改變PD的病理生理結局。

2.2 SNHG1 小核糖體管家基因RNA1 (Small nucleolar RNA host gene1，Snhg1)，又名linc00057，是由UHG轉錄而來的一種長的非編碼RNA，位于染色體的11p12.3區域，長度約為3 927個堿基，主要參與細胞凋亡、轉移等過程[43]。Kraus等[38]研究發現，Snhg1在PD 患者體內表達增加，表明Snhg1可能是PD中的關鍵因素。Chen等[44]研究發現LncRNA SNHG1直接與miR-15-5p結合以抑制其表達，從而促進α-Syn聚合和α-Syn誘導的細胞凋亡，這一過程與LB形成機制及其在PD中神經元丟失中的作用有關。Zhao等[45]研究表明， SNHG1的過度表達會抑制了miR-153-3p的表達，從而調節PTEN/AKT/mTOR信號轉導，降低了MPP+處理的SH-SY5Y細胞的活力并增強了細胞凋亡。自噬已被證明與PD的核心機制有關。Qian等[46]研究表明，SNHG1與miR-221/222簇競爭性結合，并間接調節p27/mTOR的表達，減弱了MPP+誘導的LC3-Ⅱ(自噬標志物)水平和細胞毒性的降低，表明SNHG1可能是治療PD中的保護性因素。

2.3 LncRNA-p21 基因間長鏈非編碼RNA(Long intergenic noncoding RNA，LincRNA)-p21是依賴p53通路的重要下游效應分子，位于細胞周期關鍵調節基因p21/Cdknla上游約15 kb處，長約3.0 kb，參與細胞凋亡和DNA 損傷應答等過程。Kraus等[38]研究發現，PD患者體內LincRNA-p21是正常人的2倍。Ding等[47]研究發現lincRNA-p21通過刺激miR-625并上調SH-SY5Y細胞中的受體電位M2(transient receptor potential melastatin 2，TRPM2)，從而減輕MPP+(+)誘導的神經元損傷，因此LincRNA-p21/miR-625/TRPM2通路在PD進展中具有重要作用。Xu等[48]研究表明lincRNA-p21 通過降低miR-1277-5p 并間接增加α-Syn的表達，以抑制MPP+誘導的SH-SY5Y細胞的凋亡。微膠質促進持續神經炎在PD發病和進展中的作用已明確，Ye等[49]研究證實p53/lincRNA-p21與miR-181/PKC-δ共同形成了雙負反饋環，促進了持續的小膠質細胞活化和神經變性的惡化。

2.4 NEAT1 核富含豐富的轉錄本1(nuclear enriched abundant transcript1，NEAT1)，又稱Men ε/β，轉錄自人第11號染色體上的多位內分泌腫瘤1型位點。NEAT1基因編碼兩個轉錄異構體[50]，即 NEAT1+1(長度 3.7 kb)和 NEAT1+2(長度 23 kb)，參與了paraspeckles的組裝，而paraspeckle的形成和神經退行性疾病有直接關聯。Liu等[51]研究證實，NEAT1表達的減少可促進細胞活力并抑制細胞凋亡，并且NEAT1的下調也降低了Bax/Bcl-2的比例、caspase-3的活性以及α-Syn的表達，表明NEAT1的低表達對MPTP誘導的PD小鼠具有保護作用。Yan等[52]研究表明，NEAT1通過抑制PINK1蛋白降解來積極調節PINK1的蛋白水平，從而緩解MPP+對SH-SY5Y細胞的影響。而且NEAT1組合可有效抑制MPTP誘導的自噬，減輕DAN神經元損傷。Sun等[53]的研究也證實，NEAT1表達的降低可以有效抑制了MPP+誘導的神經元凋亡，同時證明NEAT1的下調通過靶向途徑miR-1301-3p抑制了GJB1的表達，從而抑制了α-Syn誘導的NLRP3炎性小體的激活。

2.5 AS UCHL1 反義(Antisense，AS) 泛素羧基末端水解酶L1(Ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1，Uchl1)是對Uchl1的反義轉錄而成的。研究顯示，在罕見的早發性家族性PD中和許多神經退行性疾病中UCHL1活性降低。Carrieri等[54]表研究明，在PD的的動物和細胞模型中AS Uch1 RNA水平下調明顯，而AS Uchl1 RNA在轉錄因子Nurr1的調控下，影響Uchl1蛋白表達，其中Nurr1是與DAN細胞的維持和分化有關的一個重要因子。

2.6 HOTAIR HOX 反義基因間RNA(HOX antisense intergenic RNA，HOTAIR)，在人類染色體位于12q13.13，長度約2.2 kb，在大多數疾病中均表現過度表達[55,56]。Lin等[57]研究表明，HOTAIR通過調節相互作用蛋白(Rab3a interacting protein，RAB3IP)和miR-126-5p促進了PD的進展。Wang等[58]在PD小鼠模型中腦以及SH-SY5Y細胞中觀察到HOTAIR表達的上調，而HOTAIR的上調增加LRRK2的表達、促進DAN的凋亡。同時沉默HOTAIR可以抑制caspase 3活性，為MPP++誘導的DA神經元凋亡的提供了保護作用。Chen等[59]研究也發現，HOTAIR與miR-126-5p相互作用，減少miR-126-5p對RAB3IP的抑制，促進DAN丟失和細胞凋亡，導致PD進展；敲除HOTAIR基因后，PD 鼠體內酪氨酸羥化酶增多、α-Syn累積減少及DAN凋亡率下降，延緩了PD進展過程。

2.7 HAGLROS 抑制HAGLRO可降低體內和體外PD模型中的細胞凋亡和自噬HAGLRO負調控miR-100表達[60]。HAGLROS的抑制通過激活PI3K/AKT/mTOR途徑減輕了MPP++中毒的SH-SY5Y細胞損傷。

2.8 其他LncRNA Coupland等[61]研究表明，MAPT-AS1和DNMT1為PD中跨四個不同大腦區域的MAPT表達的潛在表觀遺傳調控因子。同時，增加MAPT表達可能與PD疾病狀態有關，但與 PD 神經病理學嚴重程度不相關。帕金森病通常伴有過度炎癥。心肌梗塞相關轉錄本2(Myocardial infraction associated transcript 2，Mirt2)抑制TNF-α，誘導的miR-101積累，表現出抗炎特性。同時，通過下調miR-101，Mirt2可以阻斷TNF-α觸發的NF-κB/p38MAPK通路[62]。LncRNA H19可以通過調節miR-585-3p/PIK3R3，減輕MPTP誘導PD小鼠以及MPP+治療的神經母細胞瘤細胞的神經元凋亡[63]。通過抑制PI3K/Akt信號通路，可以下調lncRNA UCA1的表達，從而減輕DAN的損傷，減少PD大鼠的氧化應激和炎癥[64]。

總之，lncRNA具有廣泛的組織表達和多種生物學功能。多種觸發因素共同作用會導致蛋白質錯誤折疊和聚集，失調的蛋白質降解，線粒體功能障礙，氧化應激，自噬，細胞凋亡和神經發炎，最終解釋了PD的病理表現和臨床癥狀。某些lncRNA在PD中起保護作用(如UCHL1，MAPT-AS1和Mirt2)，而其中一些加劇了疾病的進展(例如HOTAIR，MALAT1，NEAT1，lincrna-p21和SNHG1)。由于疾病的復雜性，不同的病理過程通常伴隨著多個lncRNA的變化。由于PD涉及基因及其調控因子的復雜相互作用，而lncRNA介導復雜的共表達調控網絡，單個生物學標志物的診斷價值在PD的診斷和治療中受到限制。因此，多種生物學標志物的聯合應用以提高診斷和治療的可靠性和有效性成為當今研究的重點。由于對lncRNA機制研究的深入，PD的早期篩查能更加準確，從而提高了治療的效率和準確性。