長鏈非編碼RNA與心肌梗死的研究進展

宋知峰 綜述，錢海燕 審校

急性心肌梗死是全球范圍內致死、致殘的首要原因[1-2]。盡管藥物治療和血運重建（包括經皮冠狀動脈介入治療和冠狀動脈旁路移植術）方面的新技術、新策略、新器械等進展顯著，但均只能挽救缺血心肌，而不能促使已壞死心肌再生或修復，最終很多患者因心室重構、心力衰竭而死亡。近年來，生物療法展示出強大的心肌修復能力，其中長鏈非編碼RNA（lncRNA）在急性心肌缺血、缺氧時可發揮抗炎、抗纖維化、抗凋亡、促血管再生等作用，具有廣闊的應用前景[3]。

1 lncRNA 的定義、分類及作用機制

lncRNA 是一類長度超過200 個核苷酸、不編碼蛋白質的RNA 轉錄本。根據與對應基因的位置關系，可將其分為六類：正義lncRNA、反義lncRNA、基因間lncRNA、內含子lncRNA、雙向lncRNA 和增強子lncRNA[4]。研究發現，lncRNA 在不同水平調控基因表達，主要機制包括：（1）與染色質調節因子/染色體修飾復合物結合，作為“分子支架”引導后者識別染色體的三維構象和基因組位點，改變染色體的狀態；也參與細胞核內某些核糖核蛋白復合物的結構連接，保持復合物結構的完整性，維持染色體功能；（2）發揮“基因組印記”功能，直接招募特定蛋白質分子與染色體結合，控制親代基因在子代中的表達；（3）作為“微小RNA（miRNA）海綿”，通過與miRNA 結合，阻止miRNA 與其靶信使RNA（mRNA）結合，拮抗miRNA 的生物學作用，這一過程也被稱為“競爭性內源性RNA”；（4）作為mRNA 的“分子海綿”，阻礙mRNA 與其他蛋白質合成，干擾轉錄的正常進行；（5）可與轉錄因子、剪接蛋白等蛋白質分子相互作用，影響蛋白質的轉錄與轉錄后調控；（6）自基因的增強子區轉錄的lncRNA，又稱“超級增強子lncRNA”，可促進相應基因表達[5]。

2 lncRNA 在急性心肌梗死過程中的作用及機制

近年來，lncRNA 在急性心肌梗死過程中的作用及相關機制引發了諸多關注。急性心肌梗死后很多病理生理過程都有lncRNA 的參與，如細胞凋亡、炎癥反應、血管生成、瘢痕形成等過程。

2.1 lncRNA 與炎癥反應

免疫細胞浸潤與炎癥細胞因子的大量產生是急性心肌梗死后啟動心臟修復必需的過程[6]，受損或壞死的心肌細胞與細胞間基質大都于此階段被清除、分解與吸收。

不同lncRNA 發揮的效應及其機制并不相同。有些lncRNA 發揮抗炎效應，例如，Pei 等[7]的研究證實，lncRNA PEAMIR 通過調節miR-29b-3p 減輕空氣污染對梗死后心臟炎癥的不利影響；Guo 等[8]發現，lncRNA 肺腺癌轉移相關轉錄本1（MALAT1）通過miR-558/ UNC-51 樣激酶1（ULK1）信號通路可減輕大鼠胚胎心肌細胞的炎癥反應。

H19 是一種廣受關注的lncRNA 分子，在心肌梗死的發生、發展中起重要作用。Hobu? 等[9]的研究表明，缺氧條件下心臟組織內lncRNA H19 的含量顯著升高，明確H19 在心肌梗死中發揮獨特的作用。為了進一步研究H19 缺失對體內環境的影響，在敲除小鼠的H19 基因后，研究者發現，腫瘤壞死因子（TNF）-α、白細胞介素（IL）-1β 等促炎細胞因子豐度明顯提高，說明H19 內源性上調可能是心臟的一種內在保護作用。Zhang 等[10-11]在此基礎上深入研究lncRNA H19 的作用機制，發現過表達H19 可通過miR-22-3p/賴氨酸脫甲基酶3A（KDM3A）信號途徑減少IL-6、TNF-α 等炎癥細胞因子的水平。但Luo 等[12]發現，抑制H19/miR-675激活，反而可影響下游核因子（NF）-κB 信號轉導通路，減輕炎癥反應。以上研究表明，H19 調節心肌梗死后炎癥反應的通路是復雜、多向的，也提示H19 可能是心肌梗死后炎癥調節的關鍵分子。

另有一些lncRNA 發揮促炎效應。Tong 等[13]的研究顯示，過表達lncRNA 叉頭框家族D3（FOXD3）的反義RNA1（FOXD3-AS1）通過NF-κB/誘導型一氧化氮合酶（iNOS）/環氧合酶-2（COX2）信號途徑加重再灌注后H9c2 細胞的炎癥反應。Liang等[14]發現，參與miR-124-3p/TNF 受體相關因子6（TRAF6）途徑激活過程的lncRNA 重編碼調節因子（ROR）過表達時，可加重炎癥反應。

2.2 lncRNA 與心肌纖維化

急性心肌梗死炎癥反應啟動后，心肌組織中部分成纖維細胞激活并轉變為肌成纖維細胞，后者分泌大量細胞外基質，形成纖維瘢痕，防止心臟進一步破損。但瘢痕過度形成會極大地影響心功能，不僅無法進行正常的收縮功能，甚至因為瘢痕過薄而有心臟破裂的風險。在這一過程中，成纖維細胞內的lncRNA 對心肌纖維化的調控起著重要作用。

2.2.1 抑制心肌纖維化的lncRNA

Luo 等[15]發現，成纖維細胞核內存在一種可與核基質結合因子（SAFB）相互作用的lncRNA（SAIL），其過表達可減輕心肌纖維化，可減少SAFB 與RNA 聚合酶Ⅱ的接觸，進而抑制纖維化相關的轉錄過程。Zhang 等[10]的研究發現，過表達H19 可通過H19/miR-22-3p/KDM3A 信號通路，減少成纖維細胞的激活和瘢痕生成。

2.2.2 促進心肌纖維化的lncRNA

一些研究顯示，lncRNA 生長阻滯特性轉錄本5（GAS5）可促進心肌梗死后的心肌纖維化過程。Zhang 等[16]發現，在異丙腎上腺素處理的心肌梗死小鼠模型中，減少GAS5 的表達可以減輕小鼠心臟組織纖維化程度，可能與miR-21 的上調相關。Zhou 等[17]在此基礎上進一步證實，過度激活的lncRNA GAS5/miR-21/程序性細胞死亡因子4（PDCD4）信號通路可加速心肌纖維化進程。Hao 等[18]的研究顯示，敲低心肌梗死小鼠心肌組織成纖維細胞核中富集的lncRNA Safe,可減少其與分泌型卷曲相關蛋白2（Sfrp2）的mRNA 互補結合，此過程會加重轉化生長因子（TGF）-β 誘導成纖維細胞表型轉化、增殖及細胞外基質蛋白分泌。此外，還有lncRNA 如：促纖維lncRNA PFL[19]、Gpr19[20]、Ang362[21]等也參與了成纖維細胞的激活、遷移和轉化過程，調節細胞外基質的分泌，促使這些lncRNA水平的正常化可能是治療心肌梗死誘導的心肌纖維化的一種選擇。

2.3 lncRNA 與血管生成

血管新生在梗死后心肌組織修復過程中起著極其重要的作用。心肌梗死后良好的毛細血管網形成可以促進氣體交換、營養物質運輸、代謝廢物清除，以滿足炎癥狀態下組織細胞的高代謝需求，挽救梗死區邊緣的心肌細胞免于壞死或凋亡[22]。新生的毛細血管由梗死邊緣殘存的內皮細胞萌發形成，因此內皮細胞在心肌梗死后血管新生過程中扮演重要角色。

2.3.1 抑制血管新生的lncRNA

Liu 等[23]發現，MALAT1 在缺氧時通過調節miR-19b-3p/缺氧誘導因子-1（HIF-1）α 信號通路參與內皮細胞的自噬與凋亡。

2.3.2 促進血管新生的lncRNA

急性心肌梗死后小核仁RNA宿主基因1（Snhg1）表達增加，而過表達的Snhg1 與c-Myc 形成正反饋通路，維持磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）信號傳導通路的激活，促進血管生成[24]。Zhao 等[25]發現，在小鼠梗死心肌組織和缺氧處理的人臍靜脈內皮細胞（HUVEC）兩種模型中，DNA損傷誘導的lncRNA（NORAD）可與miR-590-3p 相結合，增強下游數種促血管生成因子[如血管內皮生長因子（VEGF）A、成纖維細胞生長因子（FGF）1、FGF2]的促血管生成能力。Qin 等[26]的研究顯示，lncRNA ROR 可能通過結合miR-26 抑制NF-κB 和酪氨酸蛋白激酶1（JAK1）/信號轉導和轉錄激活因子3（STAT3）通路，促進血管內皮細胞增殖和遷移。

2.4 lncRNA 與心肌細胞增殖和凋亡

急性心肌梗死后缺氧誘導心肌細胞凋亡，抑制凋亡則是改善心臟功能、縮小心肌梗死面積、挽救瀕死心肌的有效手段之一。

2.4.1 抗細胞凋亡的lncRNA

近年來，關于lncRNA H19 的一些研究顯示，H19 可通過多條途徑減少心肌梗死后心肌細胞凋亡[9,27]。Zhang 等[10]的研究顯示，過表達的H19 與miR-22-3p 結合，可抑制KDM3A 的激活，減少心肌細胞凋亡。此外，H19 的抗凋亡作用還可通過調節PI3K/AKT、細胞外信號調節激酶（ERK）/p38 得以實現[28]。

HOX 反義基因間RNA（HOTAIR）是一種具有心肌保護作用的lncRNA。Meng 等[29]發現，過表達HOTAIR 可以減輕缺血再灌注（I/R）誘導的氧化應激、細胞凋亡和心功能障礙。Fang 等[30]發現，HOTAIR 可通過miR-130a-3p/鼠雙微體4（MDM4）通路抑制H2O2誘導的心肌細胞凋亡。急性心肌梗死患者血漿中HOTAIR 濃度顯著升高。Zhang 等[31]發現，HOTAIR 可下調miR-519d-3p，保護梗死心肌。另外，還有諸多其他lncRNA 參與抗凋亡作用，如Snhg1[26]、尿路上皮癌胚抗原1（UCA1）[32]、白介素增強結合因子3 反義RNA1（ILF3-AS1）[33]等，但相關的機制研究較少。

2.4.2 促細胞凋亡的lncRNA

目前，lncRNA GAS5 在腫瘤和非腫瘤領域調控細胞凋亡的作用已被廣泛報道。Zhang 等[16]發現，下調GAS5 可改善急性心肌梗死大鼠的心功能及減少心肌細胞凋亡，可能與miR-21 水平上調相關。Zhou 等[17]通過雙熒光素酶報告實驗驗證了上述發現，在缺氧/復氧誘導的心肌細胞凋亡模型中，GAS5 作為miR-21 的“分子海綿”，可增強PDCD4介導的心肌細胞凋亡。在I/R 大鼠模型中，Wu 等[34]發現，上調GAS5 表達水平，可激活下游的miR-335/ Rho 相關蛋白激酶1（ROCK1）/AKT/糖原合成酶激酶（GSK）-3β 信號通路，促進細胞凋亡。Han等[35]的研究顯示，GAS5 作為miR-532-5p 的“分子海綿”，通過PI3K/AKT 通路減少細胞凋亡。Du 等[36]的研究提示，敲低GAS5 可減少GAS5 對miR-142-5p的吸附，激活PI3K/AKT 和絲裂原活化的細胞外信號調節激酶（MEK）/ERK 通路，使H9c2 細胞免受缺氧誘導而凋亡。但Han 等[35]與Du 等[36]的研究并未正面驗證GAS5 的促凋亡作用，還需要進一步驗證。總之，GAS5 是一種具有促細胞凋亡作用的lncRNA,它的表達影響了抗凋亡蛋白B 淋巴細胞瘤2（Bcl-2）和促凋亡蛋白Bcl 相關X 蛋白（Bax）等分子的動態平衡，抑制GAS5 表達可以提高細胞存活率、減少凋亡，提示GAS5 可能是改善急性心肌梗死患者預后的潛在靶分子。

MALAT1 除了調控血管新生，還可促進心肌細胞凋亡。Sun 等[37]的研究顯示，MALAT1 作為競爭性內源性RNA 吸收miR-200a-3p 而上調PDCD4，促進缺氧誘導的心肌細胞凋亡。Sun 等[38]在I/R 大鼠模型中發現，下調MALAT1 可顯著改善I/R 誘導的心肌損傷，減少心肌細胞凋亡，可能與AKT 信號通路的激活有關。MALAT1 的促凋亡作用還可以通過下調β-連環蛋白（β-catenin）水平實現[39]。

此外，尚有多種促細胞凋亡、抑制心肌細胞增殖的lncRNA，如X 染色體失活特異性轉錄本（XIST）可通過miR-130a-3p/磷酸二酯酶4D（PDE4D）通路促進心肌細胞凋亡[40]。Cao 等[41]發現，沉默心肌梗死相關轉錄本（MIAT）后可依賴miR-10a-5p/早期生長反應基因2（EGR2）信號通路發揮抗心肌細胞凋亡的作用。

2.5 lncRNA 與急性心肌梗死標志物

急性心肌梗死的早期診斷和治療是挽救瀕臨壞死的心肌細胞和預防猝死或心力衰竭的重要環節。Wang 等[42]評估外周血單個核細胞衍生的lncRNA作為急性心肌梗死生物標記物的可能性，通過檢測236 例急性心肌梗死患者的心肌梗死相關lncRNA 水平，發現急性心肌梗死組H19、MIAT 和MALAT1水平顯著升高，提示它們有可能成為急性心肌梗死的生物標志物。另外一個潛在的新型標志物是lncRNA LIPCAR。在一項納入86 例ST 段抬高型心肌梗死（STEMI）患者的臨床研究中，Li 等[43]發現，患者發病時LIPCAR 水平顯著升高，而在經皮冠狀動脈介入治療后水平顯著下降；相關性分析顯示，該lncRNA 水平與心肌酶水平呈正相關，與左心室射血分數呈負相關，可作為主要不良心血管事件的獨立預測因子和STEMI 診斷的預警信號。

目前，雖然lncRNA H19、MALAT1、MIAT 等廣受關注并開展了深入研究，但其他lncRNA 的相關研究卻仍維持在miRNA 水平，對于潛在、復雜的分子機制無更深入的研究，需要進一步揭示lncRNA與急性心肌梗死其他信號通路之間的聯系。探索lncRNA、miRNA 和mRNA 相互作用調控急性心肌梗死發生、發展的分子機制，有助于深入了解急性心肌梗死后心肌凋亡的機制，并為針對性干預提供新的思路和方向。

3 lncRNA 在急性心肌梗死后干細胞修復心肌過程中的應用

及時迅速開通閉塞冠狀動脈、挽救瀕死心肌，是急性心肌梗死最重要的治療措施，但是開通冠狀動脈不能修復已經壞死的心肌細胞，而干細胞及其衍生的外泌體可通過心肌再生、血管新生、抗炎、調控纖維化等效應抑制心室重構、改善心功能，轉化應用前景光明。迄今心肌再生修復領域比較一致的觀點是，干細胞的作用是通過旁分泌途徑（外泌體）實現的，而向心肌細胞分化在其中所起的作用有限。外泌體是由干細胞分泌的內含多種蛋白質和核酸等小分子的囊泡結構，在細胞間傳遞信號，直徑介于50～150 nm，其中包括多種lncRNA。

3.1 人間充質干細胞（hMSC）

hMSC 是干細胞心肌修復研究領域最常用的供體細胞，但由于其在梗死心肌組織中的低駐留率、低存活率和低心肌分化能力等特點，使得其轉化應用受限。

3.1.1 lncRNA 與hMSC 促血管生成

Hou 等[44]的研究表明，lncRNA H19 可以作為競爭性內源性RNA 與miR-199a-5p 結合，上調VEGF A 的表達，增強間充質干細胞（MSC）體外存活和血管新生的能力。Yuan 等[45]的研究也證實，H19 可增強人羊膜MSC 的血管新生作用。Wu 等[46]的研究顯示，干細胞起源的促血管生成lncRNA（SCDAL）在MSC 中過表達也可促進血管生成和心功能恢復。

3.1.2 lncRNA 與hMSC 抗心肌凋亡

巨噬細胞遷移抑制因子（MIF）是一種心肌保護因子。Chen 等[47]的研究顯示，經過MIF 處理的MSC所產生的外泌體中富集lncRNA 核旁斑組裝轉錄本1（NEAT1）；NEAT1 作為miR-142-3p 的競 爭性RNA上調叉頭框蛋白O1（FOXO1），保護心肌細胞免于凋亡。lncRNA-UCA1 與hMSC 外泌體的心肌保護作用密切相關，其主要通過RNA 海綿作用吸附miR-873，降低miR-873 對靶蛋白X 連鎖凋亡抑制蛋白（XIAP）的抑制作用，促使抗凋亡蛋白Bcl-2 升高，發揮抗凋亡作用[48]。Xia 等[49]的研究顯示，lncRNA P21 可通過Wnt/β-catenin 途徑顯著改善心肌梗死后移植MSC的存活率，減輕氧化應激對MSC 的打擊。

3.2 心臟祖細胞（CPC）

研究表明，lncRNA 可能在CPC 的增殖和遷移過程中發揮作用，而CPC 在梗死組織中易失去增殖能力。Li 等[50]發現，在缺氧環境下，過表達結直腸腫瘤差異表達lncRNA（CRNDE）可通過miR-181a/LYRM1 通路促進CPC 的增殖和遷移。Li 等[51-52]的研究表明，CPC 的增殖和遷移潛能也可通過MALAT1/miR-125/組蛋白去甲基化酶（JMJD6）通路得以提高；H19 可介導miR-200a-3p 靶蛋白沉默信息調節因子1（Sirt1）的表達，調控CPC 的增殖和遷移。Su 等[53]發現，洛伐他汀通過抑制母系表達基因3（MEG3）/miR-22/高遷移率族蛋白1（HMGB1）信號通路，保護CPC 免受缺氧誘導的凋亡。

3.3 其他干細胞

MALAT1 在內皮祖細胞（EPC）和心臟干細胞（CSC）的增殖和凋亡中發揮重要作用。Zhu 等[54]發現，在EPC 中過表達MALAT1 可以激活哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路，抑制EPC 自噬，提高細胞活力。Wang 等[55]通過碳酰氯誘導的CSC 缺氧模型發現，MALAT1 與miR-155 結合，促進肌細胞增強因子2A（MEF2A）的表達，抑制CSC 的增殖和遷移。

上述研究顯示，lncRNA 可延長干細胞的存活時間，提高其增殖和遷移能力，進一步提高干細胞修復心肌的效應。同時，借助干細胞的旁分泌機制，具有心肌保護作用的lncRNA 及時、充分地在心肌梗死部位富集，減少心肌細胞的凋亡。相對于各種干細胞及其相應爭議，外泌體介導的無細胞療法具有更大的轉化應用潛力。但現今干細胞外泌體中lncRNA 在急性心肌梗死后的精確分類、效應和機制尚未得到深入闡明，未來需要在這些方面開展更廣泛、更深入的研究。

4 展望

lncRNA 在心肌梗死后炎癥反應、血管新生、細胞凋亡和干細胞修復等過程中發揮重要的作用。在這些病理過程中，lncRNA-miRNA-mRNA 網絡之間通過相互作用產生的影響尤其突出，提示lncRNA在心肌梗死的預防、診斷和治療中有著重要的臨床價值。lncRNA 在急性心肌梗死后血運重建和藥物治療中的作用、相關機制及如何轉化利用等問題，有待進一步深入研究。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突