長鏈非編碼RNA在心肌肥厚過程中的研究進展*

郝 靜 楊鵬杰 趙能君

1 內蒙古醫科大學，內蒙古呼和浩特市 010110； 2 內蒙古醫科大學附屬人民醫院胸外科； 3 內蒙古醫科大學附屬人民醫院心內科

心肌肥厚是心肌梗死及壓力超負荷后常見的適應性反應。雖然早期這一改變可以維持心輸出量，但持續性心肌肥厚常伴有適應性不良的心肌重塑，從而導致心肌順應性降低，心力衰竭及猝死的風險增加。雖然心衰的治療水平較前提高，但確診后5年內死亡率仍高達50%。研究表明，許多激素和細胞因子參與調節心肌肥厚的病理過程，但其完整病理分子機制尚未完全明了，這將成為心肌肥厚診療方法的發現及改進的一大障礙。因此，明確心肌肥厚關鍵分子機制是治療心衰過程中所要面臨的一大挑戰。在哺乳動物基因組中，蛋白質編碼基因僅占據約1.5%，非編碼RNA(non-coding RNAs,ncRNAs)占據了大部分，而長鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs，LncRNAs)又是ncRNAs的主要組成部分。最初，研究者認為lncRNAs是基因組轉錄噪聲，但后來證明其在多種生物學行為中起重要作用，并參與諸多疾病的病理過程[1]。lncRNA的作用方式及作用位置紛繁復雜，既可以在細胞核發揮轉錄調控作用，也可以在細胞質發揮轉錄后修飾作用，還可以介導RNA、蛋白質的細胞核內外穿梭；既可以發揮抑制作用，也可以作為促進因子。近年來，大量的體內外研究亦證實了lncRNAs在心肌肥厚中的作用，這將為心肌肥厚的治療開拓新的領域。本文綜述了lncRNAs在心肌肥厚過程中的作用，特別是lncRNA與其他RNA(主要是miRNA和mRNA)的相互作用。

1 與心肌肥厚相關的lncRNAs

有研究通過基因芯片分析確定了橫斷性主動脈縮窄(Transverse aortic constriction, TAC)誘導心肌肥厚大鼠模型中lncRNAs的差異表達譜，共檢測到6 969個lncRNAs，其中80個lncRNAs顯著上調，172個lncRNAs顯著下調。研究發現這些不同的lncRNAs與生物學過程、細胞成分及分子功能有關。這表明，在心肌肥厚的過程中lncRNAs的表達會發生變化，而這些lncRNAs與心肌肥厚的病理過程密切相關。

1.1 CHAIR 在CHAIR(Cardiomyocyte hypertrophic associated inhibitory RNA)敲除的小鼠中發現CHAIR缺失對心臟發育或生理功能沒有影響，表明CHAIR在生理上是多余的。然而，CHAIR的缺失加速了病理性心肌肥厚的進展，表明它對于保護心臟免受病理性損傷是必要的[2]。RT-qPCR結果表明CHAIR是一種富集在心臟的lncRNA，且CHAIR在胚胎心臟中表達水平較低，出生后立即升高，并在1周達到平穩水平，與胚胎心臟相比，成人心臟的CHAIR表達增加了30倍[2]。Qian等[2]實驗發現，在心肌肥厚模型中CHAIR表達下調高達70%并至少持續3個月。該研究還證實，人為恢復心肌肥厚和心衰的模型中CHAIR的表達水平時，心肌肥厚、心肌細胞纖維化均顯著減少，血漿BNP水平因CHAIR的再表達而大大降低，這說明CHAIR是心肌肥厚和心衰病理過程中的保護因素。

研究表明，DNA甲基轉移酶(DNA methyltransferase，DNMT3A)參與介導病理性肥大，但其分子機制尚不清楚。Qian等人通過染色質免疫沉淀(Chromatin immunoprecipitation, ChIP)實驗證明，CHAIR過表達會抑制DNMT3A與CHAIR啟動子的結合，且應激心臟中CHAIR啟動子上DNMT3A結合增加[2]。通過氮胞苷(Azacytidine, AZA)治療成人心臟以抑制DNA甲基化，經AZA處理后，CHAIR表達水平恢復到近50%[2]。因此，CHAIR和DNMT3A之間的動態平衡影響了心力衰竭的進展。此外，該研究還認為，CHAIR是一種后負荷應力早期傳感器，在小鼠模型中，過表達CHAIR可防止因后負荷過大而導致的心力衰竭，意味著我們可以通過這一途徑早期干預因后負荷過大而進展的心力衰竭。CHAIR通過影響DNA甲基化來抑制心力衰竭。此外，亦有研究發現lncRNA MHRT通過阻斷染色質重塑因子Brg1參與介導心肌肥厚[3]。lncRNA Chaer通過與多梳阻遏復合物2 (PRC2)相互作用參與調控DNA甲基化。這表明lncRNAs可能是肥厚基因表達所必需的表觀遺傳開關，通過表觀遺傳來參與介導心肌肥厚。

1.2 CASC7 CASC7 (Cancer Susceptibility Candidate 7)是一個長度約9kD的lncRNA。作為核組分中常見的lncRNA，CASC7可以與位于細胞質中的大型多聚體復合物結合，從而影響CASC7在基因翻譯中的調節作用[3-4]。在Panizo等[5]進行的一項研究中，miR-30c的表達是心臟纖維化的潛在血清生物標志物，它可以通過維生素D受體激活劑進行調節，從而減輕心臟纖維化。在SY-SH-5Y細胞中，NaSH可以在有CASC7存在的情況下調節miR-30c的表達，從而阻止OGD/R處理引起的SY-SH-5Y細胞的凋亡[6]。

Xu等[7]研究發現，在心力衰竭患者的血漿和外周血單核細胞中miR-30c表達下調，lncRNA-CASC7表達上調。該研究通過序列分析發現lncRNA-CASC7、lncRNA-CCAT1和lncRNA-AK017368上均存在miR-30c的潛在靶向位點。此外，該研究發現miR-30c對H9C2細胞中IL-11 mRNA的表達具有靶向作用，而IL-11在心臟成纖維細胞中具有很強的促纖維化作用，增加心臟成纖維細胞的細胞外基質合成，從而影響心臟成纖維細胞的遷移和侵襲[8]。進一步研究表明，用lncRNA-CASC7、lncRNA-CCAT1和lncRNA-AK017368分別轉染H9C2細胞后，lncRNA-CASC7過表達明顯抑制了細胞中miR-30c的表達且IL-11 mRNA和蛋白的表達均顯著升高，lncRNA-CCAT1和lncRNA-AK017368過表達則沒有明顯影響。

該研究認為CASC7是miR-30c的競爭性內源性RNA，CASC7可通過miR-30間接調節IL-11的表達從而參與介導心肌肥厚。這一結果為lncRNA指導心衰的診斷和治療提供了新的視角。

1.3 OIP5-AS1 OIP5-AS1位于2號染色體上的兩個蛋白編碼基因Chp1和OIP5之間，它在核糖體轉錄組圖譜中缺失，因此是真正意義上的非編碼RNA。研究發現，OIP5-AS1參與調節特異性miRNAs的豐度，從而影響細胞增殖、自我更新和分化。研究證明，與大多數lncRNA不同，OIP5-AS1在包括人類在內的哺乳動物物種之間的核苷酸序列中有多個區域具有高度同源性。據研究，在嚙齒類動物和人類細胞中，與心臟成纖維細胞(Fibroblasts, Fbs)相比，OIP5-AS1在心肌細胞(Cardiomyocytes, CMs)中的表達更高[9]。小鼠Fb和CM數據集的轉錄組測序(RNA-seq)數據證明OIP5-AS1轉錄本與代表心室收縮、肌肉形態發生和線粒體功能的基因網絡相關[10]。此前有報道稱，心肌梗死模型的大鼠心臟中OIP5-AS1表達減少[11]。

Zhuang等[10]認為，lncRNA OIP5-AS1通過調節心臟線粒體功能來參與介導心肌肥厚的病理過程。該課題組通過實驗證明，OIP5-AS1在小鼠心力衰竭和心肌病的發生過程中表達下調，與野生型和雄性基因敲除小鼠相比，OIP5-AS1的缺失使雌性小鼠更易發生心臟超負荷引起的心力衰竭，且敲除OIP5-AS1后只在雌性小鼠TAC后導致心臟基因表達的特異性改變，其中與心臟能量代謝相關的基因表達大量缺失。變化最顯著的兩種基因為Ppargc1a (PGC1alpha表達減低約30%)和Esrrg (ERRgamma表達減低約25%)[10]，這兩個基因已被證實是能量生產(包括線粒體在內)關鍵的基因轉錄調節因子，同時也是心臟代謝及其他功能的必要協調者。OIP5-AS1缺失潛在改變了雌性小鼠心臟在應激狀態下的線粒體網絡，但是在基礎非應激狀態下，OIP5-AS1的缺失并不影響線粒體的功能。此外，該研究還發現與野生型小鼠相比，基因敲除組的雌性小鼠發生心房血栓的比例更高。Niu等[11]證明，大鼠心臟和心肌細胞培養物中OIP5-AS1的過度表達對短暫性心肌梗死引起的缺血再灌注損傷具有保護作用，這種保護作用是由線粒體功能的改變介導的。

綜上，未來對人類心力衰竭進展的性別差異的研究，可以考慮分析lncRNAs(如OIP5-AS1)作為潛在調節器在線粒體功能中的調節作用。

1.4 MALAT1 轉移相關肺腺癌轉錄本1 (Metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1,MALAT1)首次在非小細胞肺癌中被報道，并與不良預后呈正相關。近年來，有報道稱MALAT1在心肌組織中大量表達，亦有研究表明，MALAT1可通過減少心肌細胞凋亡改善大鼠左心室功能。此外，有研究表明，MALAT1通過調節急性心肌梗死(AMI)后再灌注損傷心肌細胞的自噬參與疾病進展[12]。

Hu等[13]研究確定了有氧運動對充血性心衰模型大鼠的治療作用，其具體表現為抑制氧化應激和炎癥反應，導致心肌細胞凋亡減少，自噬增加。有氧運動降低了大鼠心肌組織中lncRNA MALAT1的表達，提高了miR-150-5p的水平，抑制了下游PI3K/Akt信號通路。這些結果表明有氧運動通過抑制心衰病理過程中的lncRNA MALAT1表達從而改善心功能，其潛在機制可能通過miR-150-5p/PI3K/Akt信號通路介導。闡明有氧運動對心力衰竭的作用機制為疾病的防治提供新的靶點分子。但該研究尚未證實miR-150-5p是MALAT1的直接靶點。

1.5 NEAT1 lncRNA核富集轉錄本-1(Nuclear-rich transcript 1, NEAT1)是一種已知與心肌功能密切相關的lncRNA。干擾NEAT1的水平可保護心肌細胞免受缺氧損傷[14]。NEAT1能夠競爭性地結合心肌細胞中的miR-129-5p，從而促進凋亡并抑制細胞增殖。研究表明miR-129-5p能夠改善充血性心力衰竭模型大鼠的心功能，并具有抑制心肌細胞凋亡的生物學功能[15]。

有研究者提出NEAT1可以調節炎癥趨化因子和細胞因子的表達，從而影響系統性紅斑狼瘡中的MAPK通路。研究人員通過激活PI3K/AKT/mTOR通路下調自噬相關的表達水平，確定miR-129-5p能夠部分抑制過氧化氫誘導的細胞自噬和凋亡[16]。miR-129-5p能夠通過介導NEAT1調控過氧化氫誘導的心肌細胞損傷。然而，NEAT1和miR-129-5p的臨床應用仍有待確定[17]。在Zhang等[18]的研究中發現，NEAT1和miR-129-5p與心衰的診斷標志物(BNP、LVEF)呈線性相關。因此，NEAT1/miR-129-5p軸可能作為一種新的心衰標志物，高水平的NEAT1和低水平的miR-129-5p與心衰患者的不良預后密切相關。NEAT1、miR-129-5p和BNP聯合使用可提高診斷準確性，NEAT1高表達或miR-129-5p低表達的患者總生存期較差。多變量Cox分析顯示，NEAT1和miR-129-5p是心衰患者生存的獨立預后因素。Zhang等[18]的研究結果亦表明，心衰患者NEAT1表達增加，miR-129-5p表達降低。上述結果表明，lncRNA NEAT1和miR-129-5p可以作為心力衰竭防治的又一重要生物標志物。

除上述lncRNA之外，還有許多已經被報道的與心肌肥厚調控相關的lncRNAs，按照其與心肌肥厚的關系可分為兩類[19](表1)。

表1 心肌肥厚相關lncRNAs及miRNAs

2 小結

當前lncRNAs在心血管疾病中的作用及機制研究，進行得如火如荼，展示出了潛在的臨床運用前景，例如提供臨床生物標志物及治療靶點。然而，作為生物標志物，需要具有快速、易測等特點，但是當前RNA的檢測手段定量PCR，卻花費多、周期長、不能做到絕對定量，因此，在新的技術手段出現之前，尚不足以大規模展開運用。當前發現的lncRNA，其發揮作用的主要方式均是間接作用，例如作為分子支架，調控功能蛋白的工作效應，間接調控其靶基因。但是基因治療的一大難點是如何保證轉染的病毒、寡核苷酸準確的送達目標組織及細胞，并且定位表達，以及如何逃避肝臟及腎臟的代謝消除。綜上，lncRNA的臨床轉化工作盡管困難重重，但前景依然無可比擬。