非編碼RNA在代謝性心血管疾病中的研究及治療現(xiàn)狀

林力 陳敏 梁明露 寧璐璐 王紫 黃愷

(1.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院心血管內(nèi)科，湖北 武漢 430022；2.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院人類基因組臨床研究中心，湖北 武漢 430022；3.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院梨園心血管臨床醫(yī)學(xué)中心，湖北 武漢 430062；4.湖北省心血管疾病防治中心，湖北 武漢 430062)

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展和居民生活習(xí)慣的改變，主要的疾病模式從傳染性疾病向非傳染性疾病轉(zhuǎn)變。在非傳染性疾病中，以血糖、血脂紊亂為基礎(chǔ)而導(dǎo)致的代謝性心血管疾病的發(fā)病是導(dǎo)致中國(guó)人口死亡的主要原因。1990—2013年，中國(guó)因心血管疾病死亡的人數(shù)增加了46%，其中缺血性心臟病導(dǎo)致的死亡人數(shù)增加了一倍。死亡人數(shù)的增加歸因于膽固醇水平大幅上升，以及人群中糖尿病和肥胖癥患病率的升高[1]。心血管疾病對(duì)中國(guó)的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)造成巨大不良后果，即高昂的直接醫(yī)療成本和由于過早死亡和殘疾導(dǎo)致的巨大的社會(huì)負(fù)擔(dān)。因此，闡明代謝性心血管疾病的潛在分子機(jī)制對(duì)其診斷和治療至關(guān)重要。

近年來，隨著轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)基因組的蛋白質(zhì)編碼和非編碼部分的理解呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。最近研究表明，雖然哺乳動(dòng)物中約2/3的基因組被主動(dòng)轉(zhuǎn)錄，但是其中編碼蛋白質(zhì)的約為1.9%，其余不編碼蛋白質(zhì)的RNA被稱為非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)。ncRNA主要分為微RNA(microRNA，miRNA)、長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non coding RNA，lncRNA)和環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)三類。ncRNA在糖尿病、肥胖癥、動(dòng)脈粥樣硬化、非酒精性脂肪肝等代謝性心血管疾病的病理生理途徑中起重要調(diào)節(jié)作用[2-3]。最新研究[4]表明，ncRNA主要通過調(diào)控基因表達(dá)調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、凋亡等生物學(xué)過程，進(jìn)而參與調(diào)控代謝性心血管疾病。因此，本文綜述了ncRNA在代謝性心血管疾病中的研究進(jìn)展，為下一步尋找新的治療靶點(diǎn)與藥物研發(fā)提供理論依據(jù)。

1 ncRNA與動(dòng)脈粥樣硬化

動(dòng)脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)被認(rèn)為是血管壁脂質(zhì)積累誘發(fā)的內(nèi)皮細(xì)胞功能受損、平滑肌細(xì)胞增殖的血管慢性炎癥。研究發(fā)現(xiàn)多種ncRNA與AS進(jìn)展有關(guān)。人AS斑塊中miR-146水平升高，miR-146缺乏會(huì)導(dǎo)致主動(dòng)脈斑塊面積減小以及血漿低密度脂蛋白水平降低，表明miR-146具有促AS的作用[5]。AS血管中負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)平滑肌細(xì)胞分化的miR-143和miR-145表達(dá)下降；反之，將miR-143和miR-145引入血管壁可抑制平滑肌細(xì)胞表型失調(diào)，從而促進(jìn)AS進(jìn)展[6]。miR-19降低內(nèi)皮細(xì)胞的增殖能力，增加了內(nèi)皮細(xì)胞血管損傷的易感性，促進(jìn)AS發(fā)展[7]。同時(shí)，研究[8]證實(shí)lncRNA MAARS通過與HuR相互作用來調(diào)節(jié)巨噬細(xì)胞凋亡和胞吐作用，lncRNA MAARS通過增加病變巨噬細(xì)胞的凋亡促進(jìn)AS發(fā)展。Pan的[9]研究表明lncRNA H19通過促進(jìn)絲裂原活化蛋白激酶和核因子激活的B細(xì)胞的κ輕鏈增強(qiáng)信號(hào)通路促進(jìn)AS的發(fā)展。

此外，多項(xiàng)研究表明ncRNA在AS中具有保護(hù)作用。研究[10]發(fā)現(xiàn)lncRNA NORAD的下調(diào)促進(jìn)氧化低密度脂蛋白(oxidized low density lipoprotein，ox-LDL)誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷和AS，表明lncRNA NORAD上調(diào)對(duì)AS具有保護(hù)作用。Du等[11]研究表明，lncRNA Nron為AS斑塊穩(wěn)定性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，lncRNA Nron過表達(dá)促使動(dòng)脈斑塊結(jié)構(gòu)更不穩(wěn)定，進(jìn)而加速AS進(jìn)展，而敲低lncRNA Nron則抑制了AS的發(fā)展并有利于斑塊的穩(wěn)定性。Holdt等[12]研究表明，circANRIL在AS斑塊發(fā)展的早期階段抑制細(xì)胞增殖，發(fā)揮對(duì)AS的保護(hù)作用。另一項(xiàng)研究[13]也表明，在大鼠冠狀動(dòng)脈粥樣硬化模型中外源性表達(dá)circANRIL能降低大鼠總膽固醇、甘油三酯、ox-LDL、基質(zhì)金屬蛋白酶9以及內(nèi)皮細(xì)胞中促炎和促凋亡標(biāo)志物的水平，從而發(fā)揮有益作用。circRNA circ_0003204通過miR-370-3p/TGFβR2/phosph-SMAD3軸抑制AS的進(jìn)展[14]。目前ncRNA與AS的研究已取得一定進(jìn)展，下一步機(jī)制的研究仍需要進(jìn)一步探索。

2 ncRNA與非酒精性脂肪肝

非酒精性脂肪肝(nonalcoholic fatty liver disease，NAFLD)被定義為在未飲酒、病毒感染或其他特定肝病原因的情況下肝臟中脂肪的積累。NAFLD代表一系列疾?。簭母渭?xì)胞中甘油三酯的簡(jiǎn)單積累(肝脂肪變性)，到伴有炎癥的脂肪變性，到非酒精性脂肪性肝炎、肝臟纖維化，直至肝硬化[15]。除了肝臟或血液中脂質(zhì)的沉積，NAFLD還歸因于全身性促炎狀態(tài)，進(jìn)而加速動(dòng)脈硬化，導(dǎo)致心血管風(fēng)險(xiǎn)和相關(guān)的心血管事件增加。多項(xiàng)研究表明，ncRNA能夠調(diào)控肝臟脂質(zhì)浸潤(rùn)等反應(yīng)，在血脂代謝紊亂相關(guān)代謝性心血管疾病的進(jìn)展中發(fā)揮重要作用。

miR-34a通過激活過氧化物酶體增殖物激活受體(peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR)α和肝X受體激活單磷酸腺苷從而活化蛋白激酶來維持能量穩(wěn)態(tài)，抑制NAFLD的進(jìn)展[16]。Wu等[17]研究表明，miR-122的過表達(dá)會(huì)影響YY1-FXR-SHP調(diào)節(jié)軸，導(dǎo)致肝臟甘油三酯水平降低，從而延緩NAFLD進(jìn)展。此外，在高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠中抑制miR-122可降低肝臟甾醇和脂肪酸合成率，以及促進(jìn)肝臟脂肪酸氧化，從而降低肝臟脂肪變性和血漿膽固醇水平[18]。肥胖和NAFLD的小鼠肝臟中l(wèi)ncRNA Blnc1表達(dá)大幅升高，lncRNA Blnc1可響應(yīng)肝X受體激活，進(jìn)而誘導(dǎo)SREBP1c和肝脂肪生成基因表達(dá)。反之，lncRNA Blnc1的肝臟特異性失活可減輕高脂飲食誘導(dǎo)的肝脂肪變性和胰島素抵抗，保護(hù)小鼠免受非酒精性脂肪性肝炎[19]。Liu等[20]研究證實(shí)敲除lncRNA H19可抑制游離脂肪酸誘導(dǎo)的肝細(xì)胞中的脂肪變性和甘油三酯分泌。抑制lncRNA H19可以導(dǎo)致其與miR-130a結(jié)合下調(diào)，進(jìn)而下調(diào)NAFLD相關(guān)基因PPARγ、SREBP1、SCD1、ACC1和FASN來抑制脂質(zhì)積累，從而控制NAFLD的進(jìn)展。最近的一項(xiàng)研究[21]表明，circRNA_0046366拮抗miR-34a上調(diào)PPARα信號(hào)活性，從而改善NAFLD小鼠模型中肝臟脂肪變性。另一項(xiàng)研究[22]表明，circRNA_0046367消除了miR-34a對(duì)PPARα的抑制作用，從而改善了NAFLD的脂質(zhì)代謝相關(guān)基因表達(dá)和脂肪變性。

3 ncRNA與糖尿病相關(guān)心血管疾病

糖尿病相關(guān)心血管疾病是糖尿病患者發(fā)病和死亡的主要原因，大約80%的糖尿病患者死于心血管并發(fā)癥。ncRNA已被證實(shí)是各種心血管事件中的關(guān)鍵參與者，因此，更好地明確ncRNA在糖尿病相關(guān)心血管疾病中的作用及機(jī)制，對(duì)于早期診斷和開發(fā)糖尿病相關(guān)心血管并發(fā)癥的新治療靶點(diǎn)具有重要意義。

研究[23]表明1 型糖尿病模型中miR-133a水平顯著降低，研究人員用miR-133a模擬物轉(zhuǎn)染高葡萄糖暴露的心肌細(xì)胞，觀察到心肌細(xì)胞肥大的減弱以及SGK1和IGF1R mRNA的下調(diào)。研究[24]表明miR-373受絲裂原活化蛋白激酶通路中p38轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，miR-373通過抑制肥大蛋白MEF2C表達(dá)來防止高葡萄糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞肥大。此外，腺病毒介導(dǎo)miR-223在新生大鼠心室肌細(xì)胞中的過表達(dá)會(huì)促進(jìn)Glut4蛋白表達(dá)，從而促進(jìn)葡萄糖攝取，改善糖尿病心肌病中的葡萄糖代謝[25]。Wang等[26]研究發(fā)現(xiàn)沉默lncRNA MALAT1可減輕心肌細(xì)胞凋亡，lncRNA MALAT1有望成為糖尿病心肌病的潛在治療靶點(diǎn)。敲除lncRNA AK139328可緩解糖尿病心肌病患者心肌缺血再灌注損傷，抑制心肌細(xì)胞自噬和凋亡，改善糖尿病心肌病[27]。沉默lncRNA Kcnq1ot1通過靶向miR-214-3p和caspase-1減輕糖尿病心肌細(xì)胞焦亡、細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)異常和鈣超載，并改善糖尿病小鼠心臟功能[28]。circRNA ZNF532在糖尿病應(yīng)激下的周細(xì)胞、糖尿病小鼠模型的視網(wǎng)膜血管中表達(dá)上調(diào)，過表達(dá)circRNA ZNF532可減輕糖尿病玻璃體誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜周細(xì)胞變性和血管功能障礙[29]。circRNA cPWWP2A可通過抑制 miR-579活性減輕糖尿病誘導(dǎo)的視網(wǎng)膜血管功能障礙，有望成為改善糖尿病視網(wǎng)膜血管病變治療的靶點(diǎn)[30]。

4 ncRNA與心肌梗死

急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)是冠狀動(dòng)脈急性、持續(xù)性缺血缺氧導(dǎo)致的心臟功能障礙，是世界范圍內(nèi)對(duì)人類生命的主要威脅。miR-133a是心臟中最豐富的miRNA之一，AMI患者血清中miR-133a的表達(dá)水平顯著升高。miR-133a在缺氧大鼠心肌細(xì)胞H9c2細(xì)胞中顯著下調(diào)，miR-133a是心肌缺血后的一種凋亡抑制因子，可抑制TAGLN2、HSP60、HSP70、Apaf-1、caspase-3/8/9表達(dá)，并促進(jìn)抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)，從而減少心肌缺血缺氧后損傷導(dǎo)致的心肌細(xì)胞凋亡，證明miR-133a對(duì)心肌梗死后維持心臟功能至關(guān)重要[31]。Zheng等[32]研究表明miRNA-488-3p在AMI小鼠中表達(dá)下調(diào)；同時(shí)，miRNA-488-3p在缺氧處理的原代心肌細(xì)胞中表達(dá)呈時(shí)間依賴性下降。過表達(dá)miRNA-488-3p的AMI小鼠的梗死面積和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域明顯更小，并顯著下調(diào)心肌細(xì)胞中caspase-3的蛋白水平，表明miRNA-488-3p對(duì)心肌梗死具有保護(hù)作用。lncRNA Chaer在缺氧處理的心肌細(xì)胞和AMI小鼠心臟中均顯著下調(diào)。體外腺病毒過表達(dá)lncRNA Chaer可減少缺氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡；反之，lncRNA Chaer的沉默促進(jìn)了心肌細(xì)胞凋亡。體內(nèi)過表達(dá)lncRNA Chaer可減緩心肌細(xì)胞凋亡，減少梗死面積并改善AMI小鼠的心臟功能，表明lncRNA Chaer對(duì)心肌梗死具有保護(hù)作用[33]。lncRNA Nron在AMI患者外周血和缺氧刺激的H9c2細(xì)胞中表達(dá)升高。lncRNA Nron敲低促進(jìn)細(xì)胞活力并抑制缺氧刺激的H9c2細(xì)胞的凋亡；同時(shí)，通過腺相關(guān)病毒進(jìn)行l(wèi)ncRNA Nron敲低顯著減輕了AMI小鼠的心臟損傷，并改善心臟功能。從機(jī)制上來說，敲低Nron通過上調(diào)低氧誘導(dǎo)因子-1表達(dá)來減緩缺氧誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞凋亡[34]。circSNRK在AMI大鼠中顯著下調(diào)，心肌細(xì)胞中circSNRK的過表達(dá)可抑制細(xì)胞凋亡并促進(jìn)細(xì)胞增殖。心肌梗死后心臟中circSNRK的過表達(dá)可減少心肌細(xì)胞凋亡、促進(jìn)心肌細(xì)胞增殖、增強(qiáng)血管生成和改善心臟功能。總體而言，circSNRK可促進(jìn)AMI后的心臟存活和功能恢復(fù)[35]。

5 ncRNA與代謝性心血管疾病治療現(xiàn)狀

ncRNA因調(diào)控基因表達(dá)和疾病進(jìn)展成為藥物開發(fā)的潛在靶點(diǎn)，開發(fā)針對(duì)ncRNA的靶向藥物正成為包括代謝性心血管疾病在內(nèi)的多種疾病的具有重要意義的治療方法。主要針對(duì)肝臟的RNA藥物是目前心血管領(lǐng)域最成功的開發(fā)，通過靜脈內(nèi)注射封裝在納米顆粒中的RNA干擾(RNA interference，RNAi)藥物來靶向PCSK9基因，實(shí)現(xiàn)了ox-LDL和膽固醇水平的降低從而延緩NAFLD的進(jìn)展[36-37]。優(yōu)化PCSK9-干擾小RNA(small interfering RNA，siRNA)肝臟遞送的一個(gè)重要的最新進(jìn)展是與GalNAC聚糖的結(jié)合，允許皮下給藥以及siRNA藥物的劑量減少和療效的延長(zhǎng)[38]。另外美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局最近也批準(zhǔn)了一種針對(duì)載脂蛋白B的反義寡核苷酸藥物Mipomersen，用于治療家族性高膽固醇血癥[39]。轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白基因的RNAi沉默作為轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白心臟淀粉樣變性的新治療方法也正在進(jìn)一步評(píng)估中[40]。然而，盡管ncRNA的治療潛力已被認(rèn)可多年，但只有少數(shù)藥物獲得批準(zhǔn)用于治療代謝性心血管疾病，其主要待解決的問題包括如何減少脫靶效應(yīng)、改善藥物動(dòng)力學(xué)、改善遞送方式等。最近，針對(duì)miRNA模擬物的靶向傳遞開發(fā)了一種新策略。腫瘤抑制基因 let-7g miRNA模擬物以未配制寡核苷酸的形式與致癌酪氨酸激酶受體特異的受體結(jié)合，得到的受體-miRNA偶聯(lián)物保留了細(xì)胞特異性、結(jié)合親和力和抑制功能，并且能夠成功靶向靶組織中的let-7g[41]。盡管尚未擴(kuò)展到心血管領(lǐng)域疾病，但疾病特異性miRNA與細(xì)胞特異性受體的聯(lián)合靶向顯示ncRNA在代謝性心血管疾病治療領(lǐng)域具有極為廣闊的前景。

6 結(jié)論與展望

正如本文綜述，大量研究表明ncRNA調(diào)控代謝性心血管疾病，然而在近年來已鑒定的大量ncRNA中，只有少數(shù)被確定對(duì)代謝性心血管疾病起至關(guān)重要的作用。更進(jìn)一步研究并確定調(diào)節(jié)代謝性心血管疾病的關(guān)鍵ncRNA種類是必要和關(guān)鍵的，這將對(duì)代謝性心血管疾病有更為深入的理解。

ncRNA治療代謝性心血管疾病主要是使用siRNA作為治療工具去抑制靶基因的表達(dá)從而治療疾病。此外，將miRNA作為靶標(biāo)治療也是其治療途徑的一種。ncRNA治療代謝性心血管疾病的報(bào)道仍較少見，未來仍需要更多安全性高、耐受性強(qiáng)、組織特異性遞送和表達(dá)ncRNA的藥理學(xué)工具來特異性且有效地作用預(yù)期靶標(biāo)，進(jìn)而發(fā)揮對(duì)代謝性心血管疾病的治療功能。

隨著ncRNA在代謝性心血管疾病作用機(jī)制探索的逐步深入及靶向ncRNA的治療技術(shù)的飛躍發(fā)展，代謝性心血管疾病的診斷和治療將獲得新的思路，為相關(guān)疾病新興藥物的研發(fā)提供新的靶標(biāo)。