長鏈非編碼RNA在癲癇發生發展中的作用及機制研究進展

黃小妹，李歡，刁麗梅

(1.廣西中醫藥大學研究生院，南寧 530000； 2.廣西中醫藥大學第一附屬醫院腦病科，南寧 530001)

癲癇是一種由多種原因引起的腦部神經元異常放電所致的短暫腦功能障礙，長期癲癇發作可導致不同程度的大腦功能減退，嚴重影響患者的生活質量[1]。流行病學調查顯示，癲癇的年發病率為50/10萬～70/10萬，癲癇患者病死率是一般人群的 2～3倍[2]。另有研究顯示，全球約有6 500萬癲癇患者，每年新增病例超過500萬，約占全球疾病負擔的0.5%[3]。目前我國癲癇患者已達1 000萬，給社會、家庭均帶來極大的經濟負擔[3-4]。其中20%～30%的癲癇患者會發展為難治性癲癇或藥物無法控制的癲癇，這可能與癲癇多病因、多靶點的疾病特點相關[5]。因此，尋求新的癲癇治療方法迫在眉睫。長鏈非編碼 RNA(long non-coding RNA，lncRNA)是一類重要的非編碼RNA，可通過轉錄、轉錄后水平或表觀遺傳學調控蛋白編碼基因的表達，在癲癇、阿爾茨海默病等神經系統疾病中發揮重要作用[6]。研究表明，lncRNA可通過誘導炎癥反應、神經元死亡、離子通道功能障礙、神經發生、應激信號轉導、神經元激發、樹突突觸形成和神經膠質增生等調控癲癇的發生或加重其進展[7-8]。因此，深入了解lncRNA在癲癇患者中的差異表達及其在相關病理機制中的作用，可以為癲癇的早期診治及預后判斷等提供理論依據。現就lncRNA在癲癇發生發展中的作用及機制研究進展予以綜述。

1 lncRNA的定義及功能

lncRNA是一類多樣化的轉錄RNA分子，占細胞內總RNA的70%～98%，且與微RNA(microRNA，miRNA/miR)相比，lncRNA具有更大的空間和時間特異性以及更低的種間保守性[9]。既往研究認為lncRNA是轉錄過程的副產品，較少或無蛋白編碼能力，但后來的研究發現lncRNA可參與細胞分化和生長過程以及多種疾病的發病機制[10]。根據基因組中與蛋白質編碼基因的相對位置，lncRNA被分為正義lncRNA、外顯子lncRNA、內含子lncRNA、基因間lncRNA和反義lncRNA等不同類型[11]。研究證實，lncRNA在轉錄、轉錄后水平以及表觀遺傳學的基因表達調控中發揮重要作用[12]。lncRNA的功能幾乎涵蓋了基因表達調控的各個層面：①與來自上游非編碼啟動子結合，抑制RNA聚合酶Ⅱ募集，干預其下游基因表達；②通過與特定蛋白質伴侶結合，調節蛋白質的活性或定位，以及作為亞細胞結構的組織框架將多個相關的轉錄因子結合在lncRNA分子上，形成核蛋白(核糖核蛋白體)行使特定功能；③誘導染色質重構和核小體修飾，影響下游基因的表達；④與正、反義轉錄本雜交，阻斷剪接體對剪接位點的識別，影響翻譯或產生內源性干擾小RNA等[13]。此外，lncRNA還可作為競爭性內源RNA，通過競爭性抑制miRNA使其與靶信使RNA互補配對，從而抑制靶基因的翻譯效率和(或)誘導靶基因信使RNA降解，在轉錄后水平調控其他RNA轉錄本的表達[14]。

2 與癲癇發病相關的lncRNA

某些lncRNA在神經元功能、中樞神經系統發育和記憶的維持以及認知功能和突觸可塑性等方面發揮作用[15]。這些lncRNA異常表達可導致大腦功能障礙，進而導致某些神經發育和神經退行性疾病，如癲癇、肌萎縮側索硬化癥、阿爾茨海默病等[16]。Lee等[7]分別對紅藻氨酸與毛果蕓香堿誘導的顳葉癲癇模型小鼠進行全基因組lncRNA譜測序，結果發現，與正常對照小鼠相比，紅藻氨酸與毛果蕓香堿誘導的顳葉癲癇模型小鼠中分別有279個和384個lncRNA顯著失調，其中羧肽酶N2和色素框同源蛋白7上調可導致癲癇進展。Jang等[17]通過分析毛果蕓香堿誘導的癲癇模型小鼠特定大腦區域、海馬和皮質中的lncRNA發現，在海馬區有105個差異表達的lncRNA，其中22個上調、83個下調，在皮質中有705個差異表達的lncRNA，其中46個上調、659個下調。但以上研究均為動物實驗，關于人類海馬中lncRNA的報道尚少。有研究者首次分析人類顳葉內側癲癇(medial-temporal lobe epilepsy，MTLE)伴海馬硬化癥患者的lncRNA表達譜，結果發現，與正常海馬體患者相比，MTLE伴海馬硬化癥患者存在497個差異表達的lncRNA，其中294個上調、203個下調[18]。以上研究在動物模型和人類腦組織中均觀察到與癲癇相關的lncRNA的異常表達，因此lncRNA異常表達在癲癇中具有重要的臨床意義。lncRNA在癲癇中具有重要作用，可調節膠質細胞增生、神經炎癥、神經元死亡、突觸可塑性等。如lncRNA可通過調節細胞外谷氨酸潛在毒性積累的靜態與動態變化激活谷氨酸受體，導致神經元異常興奮，引起癲癇發作[19]。lncRNA還可作用于血腦屏障，使其功能受損，加重腦組織損傷；同時，lncRNA也可興奮神經元，使其損傷加重甚至凋亡，促進癲癇的形成和進展[20]。癲癇發作后，lncRNA可通過影響內在或外在細胞凋亡途徑激活死亡受體，導致死亡受體信號轉導復合物形成[21]。lncRNA還可通過調控蛋白質的表達與合成影響癲癇發作后的神經元突觸重構[22]。此外，lncRNA也可通過改變離子通道和遞質受體的沉默與翻譯引起癲癇發生[7-8，23]。有報道指出，癲癇患者存在lncRNA的特異性表達，且以調控靶基因的方式參與癲癇的生理病理過程[15-16]。因此，lncRNA在調控癲癇發生發展過程中具有重要作用。

2.1lncRNA尿路上皮癌胚抗原1(urothelial carcinoembryonic antigen 1，UCA1) lncRNA UCA1在乳腺癌、黑色素瘤、食管鱗狀細胞癌、結直腸癌等腫瘤中的表達均上調，被認為是一種致癌lncRNA，同時其在神經干細胞的增殖和分化中也起重要作用[24]。Miller-Delaney等[25]在MTLE患者手術切除的海馬中首次發現了lncRNA UCA1的差異甲基化，但其導致癲癇發病的潛在機制目前尚未闡明。Wang等[26]研究發現，lncRNA UCA1可通過與組織分化、凋亡密切相關的核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)的相互作用誘發大鼠癲癇甚至加重癲癇發作，且癲癇大鼠外周血中的lncRNA UCA1水平與腦組織中的lncRNA UCA1水平呈正相關。據報道，lncRNA UCA1在癲癇患兒血清中的表達水平較健康兒童顯著降低，且lncRNA UCA1水平與癲癇患兒病情嚴重程度相關[27]，提示外周血中的lncRNA UCA1水平變化可作為診斷癲癇的生物學標志物。但Geng等[28]研究顯示，癲癇患者海馬組織中的lncRNA UCA1和核轉錄因子E2相關因子2表達均下調、miR-495上調，且lncRNA UCA1過表達可通過下調miR-495表達抑制海馬神經元凋亡，表明lncRNA UCA1可通過miR-495/核轉錄因子E2相關因子2信號通路抑制海馬神經元凋亡，從而減輕由癲癇引起的腦損傷。另有研究發現，lncRNA UCA1過表達可通過調控miR-203的表達促進癲癇患者肌細胞增強因子2C表達、抑制NF-κB信號通路，從而抑制癲癇的發生[29]。Diao等[30]發現，癲癇小鼠海馬組織中的lncRNA UCA1和分泌型卷曲相關蛋白1表達均顯著下調，而miR-375的表達顯著上調；進一步分析發現，lncRNA UCA1過表達可通過降低miR-375水平促進分泌型卷曲相關蛋白1的表達、抑制Wnt/β聯蛋白通路激活，進而抑制癲癇小鼠神經元細胞的異常增殖。另有研究顯示，lncRNA UCA1過表達可抑制顳葉癲癇大鼠海馬星形膠質細胞的激活和谷氨酸/天冬氨酸轉運體表達，同時抑制Janus激酶/信號轉導及轉錄活化因子(signal transducer and activator transcription，STAT)信號通路的激活，可改善癲癇引起的不良反應[31]。楊誠等[32]研究表明，lncRNA UCA1可通過與轉化生長因子-β1相互作用誘發或加劇紅藻氨酸誘導的癲癇小鼠的癲癇癥狀，表明抑制lncRNA UCA1可上調轉化生長因子-β1的表達，減少細胞凋亡并緩解癲癇。綜上，lncRNA UCA1通過調節細胞的增殖和分化等參與癲癇的發生發展，為癲癇患者的診療及預后提供了潛在的治療靶點。

2.2lncRNA H19 lncRNA H19是一種印記基因，位于人類第11號染色體上，由母系遺傳的等位基因轉錄而來，是最早鑒定的印跡lncRNA之一[33]。在中樞神經系統中，lncRNA H19在膠質母細胞瘤組織中過表達，并可促進神經膠質瘤細胞的增殖、分化、遷移和侵襲[34]。但lncRNA H19在包括癲癇在內的非腫瘤性中樞神經系統疾病中的生物學功能目前尚不清楚。Han等[35]通過高通量微陣列和生物信息學分析發現，lncRNA H19在MTLE大鼠中的潛伏期上調，并參與多種致癇過程，包括細胞增殖、凋亡以及免疫和炎癥反應等。此外，lncRNA H19還可通過促進STAT3及其下游靶基因c-Myc的表達激活Janus激酶/STAT信號通路，參與星形膠質細胞和小膠質細胞的激活，并刺激海馬體中的促炎性細胞因子(如白細胞介素-1β、白細胞介素-6以及腫瘤壞死因子-α)釋放，在癲癇模型大鼠中樞神經系統損傷后的星形膠質細胞增殖以及炎癥反應中發揮重要作用[36]。Han等[8]在研究癲癇大鼠海馬區lncRNA的表達譜時發現，lncRNA H19可作為一種競爭性內源RNA海綿吸附miR-let-7b，進而調節胱天蛋白酶3的表達，促進海馬神經元凋亡，誘導癲癇發作。同時，lncRNA H19還可通過與let-7b競爭性結合并靶向STAT3，誘導癲癇大鼠海馬神經膠質細胞活化、炎癥反應和癲癇發作[37]。總之，lncRNA H19可介導癲癇發作，誘導神經元凋亡及炎癥反應發生，因此其可作為一個潛在治療靶點，為未來相關靶點藥物的研發提供新思路。

2.3lncRNA核富集轉錄本(nuclear enriched abundant transcript，NEAT)1 lncRNA NEAT1是哺乳動物細胞核中高度豐富的lncRNA之一，在神經元和膠質細胞分化過程中lncRNA NEAT1表達顯著上調[38]。lncRNA NEAT1在中樞神經系統疾病中表達異常，參與癲癇相關的神經元分化過程。研究發現，紅藻氨酸誘導小鼠癲癇發作后1～4 h，短變異體lncRNA NEAT1 1和長變異體lncRNA NEAT1 2在齒狀回的表達均上調，延長其上調時間，小鼠表現出不同的癲癇發作后動態[39]。同時，lncRNA NEAT1還可通過結合鉀通道相互作用蛋白調節頑固性癲癇患者神經元興奮性及活力；此外，lncRNA NEAT1在大腦皮質組織中的表達也上調，且與低峰值區域相比，高峰值區域表達顯著[40]。Wan和Yang[41]運用實時熒光定量聚合酶鏈反應檢測6例癲癇患者與6例正常對照者顳葉組織中的lncRNA NEAT1水平，結果發現，與正常對照者相比，癲癇患者的lncRNA NEAT1表達顯著上調，而lncRNA NEAT1過表達可顯著增加炎癥細胞因子(白細胞介素-6、環加氧酶2和腫瘤壞死因子-α)的表達水平，抑制癲癇患者的細胞活力；該研究還證實，lncRNA NEAT1可通過抑制miR-129-5p的表達調控癲癇細胞模型的Notch信號通路，從而抑制癲癇引起的炎癥反應。屈會霞等[42]研究發現，無鎂細胞外液誘導的MTLE模型大鼠海馬神經元中的lncRNA NEAT1表達上調，而下調lncRNA NEAT1表達則可促進miR-29b-3p表達，阻斷Toll樣受體4/NF-κB信號通路的激活，抑制MTLE模型大鼠海馬神經元凋亡。然而，在毛果蕓香堿或海藻酸誘導的癲癇模型大鼠海馬神經元中，當急性活動刺激反應發生時，lncRNA NEAT1表達顯著下調，但lncRNA NEAT1對慢性刺激反應不敏感，導致癲癇發作的風險增加[39]。總之，lncRNA NEAT1通過多種機制參與癲癇的病理過程，尤其在炎癥反應中起重要作用，有望成為疾病治療的潛在分子標志物。

2.4lncRNA肺腺癌轉移相關轉錄本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1) lncRNA MALAT1也被稱為NEAT2，是研究最廣泛的lncRNA 之一，在哺乳動物中高度保守。lncRNA MALAT1位于染色體11q13上，首次發現于非小細胞肺癌轉移和患者生存相關轉錄物的篩選中[43]。lncRNA MALAT1可調控多個參與突觸、樹突發育基因的表達，通過其選擇性剪接以及轉錄和轉錄后調節發揮分子功能[44]。lncRNA MALAT1在神經元中高表達，敲除lncRNA MALAT1基因可降低突觸密度，上調lncRNA MALAT1表達則可導致突觸不受控制地激增[45]。還有研究發現，lncRNA MALAT1下調可通過激活磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)信號通路，保護毛果蕓香堿誘導的癲癇模型大鼠海馬神經元過度自噬和凋亡。另有研究顯示，在癲癇大鼠的海馬中lncRNA MALAT1顯著富集，抗lncRNA MALAT1干擾小RNA介導的lncRNA MALAT1耗竭可導致PI3K/Akt信號通路激活和海馬神經元丟失，而LY294002作為PI3K/Akt信號通路的抑制劑，可逆轉lncRNA MALAT1敲除引起的海馬神經元變性和壞死，延長癲癇發作潛伏期[46]。雖然lncRNA MALAT1可能在突觸形成、骨骼肌生成和血管生長中發揮重要作用，但僅通過簡單的沉默或過表達使lncRNA MALAT1在病理條件下成為治療靶點仍較困難。

2.5lncRNA FTX(five prime to Xist) lncRNA FTX是一種進化上保守的lncRNA，可在X-失活中心區域調節Xist的表達和染色質結構[47]。雖然lncRNA FTX在腫瘤發生過程中表達失調，但其在不同腫瘤中的作用不同，lncRNA FTX在腫瘤細胞增殖、遷移和侵襲等過程中起重要作用[48]。但lncRNA FTX在癲癇中的表達譜和生物學功能目前尚不清楚。Li等[49]研究發現，持續癲癇大鼠海馬體中的lncRNA FTX表達顯著下調，提示癲癇發作引起的腦缺氧可能抑制lncRNA FTX的表達；進一步研究發現，lncRNA FTX下調可縮短癲癇發作潛伏期，加劇海馬神經元凋亡；此外，lncRNA FTX還可調節癲癇發生過程中miR-21-5p的表達，而miR-21-5p過表達可通過調節海馬神經元中的SOX7(SRY related high mobility group box 7)表達降低lncRNA FTX的抗凋亡特性，表明海馬中的lncRNA FTX上調通過調節miR-21-5p/SOX7軸參與癲癇持續狀態誘導的神經元損傷，從而調節細胞凋亡。還有研究表明，lncRNA FTX在癲癇患兒血清中的表達水平較健康兒童顯著降低，表明lncRNA FTX與小兒癲癇具有相關性，且與小兒癲癇發作頻率有關[27]。因此，未來有望通過檢測外周血中的特異性lncRNA FTX水平協助癲癇的診斷。

2.6其他lncRNA 除上述lncRNA外，還有許多lncRNA與癲癇的進展密切相關。如有研究發現，毛果蕓香堿誘導的癲癇模型大鼠海馬組織中的lncRNA漿細胞瘤變異易位1(plasmacytoma variant translocation 1，PVT1)表達增加，沉默lncRNA PVT1則可通過下調Wnt信號通路減少神經元丟失、TUNEL陽性細胞數量以及胱天蛋白酶3和B細胞淋巴瘤/白血病-2相關X蛋白的表達，并增加前體胱天蛋白酶3和B細胞淋巴瘤/白血病-2蛋白的表達，表明lncRNA PVT1在神經元凋亡中具有重要作用；同時，抑制lncRNA PVT1基因表達可增加海馬組織中腦源性神經營養因子的表達，而腦源性神經生長因子對神經元的存活非常重要，參與軸突、樹突的生長和突觸發生[50]。此外，AntagoNATs可通過介導癲癇相關Dravet綜合征模型的電壓門控鈉離子通道α1亞基基因表達上調，改善癲癇發作頻率和嚴重程度[51]。還有研究發現，大鼠海馬神經元癲癇樣放電模型和MTLE大鼠母系表達基因3(materally expressed gene 3，MEG3)的表達均下調，而lncRNA MEG3過表達可降低MTLE大鼠海馬神經元促炎性細胞因子水平、氧化應激和海馬神經元凋亡率，并抑制PI3K/Akt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路；此外，MEG3還可通過激活自發性復發性癲癇樣放電中的PI3K/Akt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路增強細胞活力并抑制其凋亡[52]。因此，調節MEG3/PI3K/Akt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白軸可作為治療癲癇的新手段。Zhu等[53]發現，癲癇持續狀態的海馬組織和戊四氮誘導的星形膠質細胞中的lncRNA癌易感候選基因2(cancer susceptibility candidate 2，CASC2)及人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因的表達均下調；lncRNA CASC2過表達可通過靶向人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因的表達抑制戊四氮誘導的癲癇，從而在癲癇發生過程中抑制星形膠質細胞活化和腺苷代謝。另據報道，lncRNA生長抑制特異性基因5作為競爭性內源RNA可通過調控miR-135a-5p的表達增加電壓門控鉀離子通道亞基3基因的表達，而沉默lncRNA 生長抑制特異性基因5則可抑制癲癇的發生和發展[54]。

3 小 結

lncRNA參與癲癇發病的多個過程，特別是在神經細胞分化、炎癥反應、細胞凋亡、突觸可塑性、神經通道功能障礙等過程中的研究已較為成熟。lncRNA失衡可調控癲癇的發生發展，并通過直接或間接方式調節癲癇相關基因的表達，因此其可能為癲癇患者的診治以及預后提供幫助，有助于提高患者的生活質量。但目前關于癲癇發生與lncRNA相關性的研究仍存在局限，且lncRNA與癲癇發病機制的研究仍處于起步階段，仍有待進一步探索。相信隨著研究的深入，lncRNA一定會成為癲癇診斷生物標志物和新的治療靶點，同時其與癲癇患者的診治及預后相關性的研究也將進一步豐富人們對該疾病的認識。