长链非编码核糖核酸在心脏发育及心血管疾病中的作用研究进展*

刘岗综述，黄晓红审校

长链非编码核糖核酸在心脏发育及心血管疾病中的作用研究进展*

刘岗综述，黄晓红审校

长链非编码核糖核酸（long noncoding RNA, lncRNA）是一类长度大于200个核苷酸的非编码RNA。研究表明lncRNA能以RNA的形式在多种层面上（表观遗传、转录及转录后水平）调控基因的表达，参与了细胞凋亡、增殖，发育等重要生物学过程。近年来，lncRNA在心血管疾病中的作用获得关注。现将lncRNA在心脏发育及心血管疾病中的作用作一综述。

长链非编码核糖核酸；心脏发育；心血管疾病

长链非编码核糖核酸（long nocoding RNA, lncRNA）是一类转录本长度超过200个核苷酸的RNA分子， 并不具有编码蛋白的能力，起初被认为是基因转录的“噪音”[1]。然而，近年的研究表明，lncRNA能以RNA的形式在多种层面上（表观遗传、转录以及转录后水平）调控基因的表达，参与了剂量补偿效应、基因组印记、细胞发育分化等重要生物学过程。目前越来越多的研究揭示了lncRNA在心脏发育和心血管疾病中发挥了重要作用，本文就对lncRNA的功能以及在心脏发育和心血管疾病中的作用作一综述。

1 长链非编码核糖核酸的功能

1. 1长链非编码核糖核酸与表观遗传调控

基因组印记以及剂量补偿效应是表观遗传学的两个重要内容。哺乳动物为二倍体生物，每个基因都是双拷贝，一些基因的表达取决于来自父本还是母本，这种现象称为基因组印记，而剂量补偿效应表现为雌性个体细胞同型配子(XX) 中1 条染色体失活，其上等位基因完全沉默。研究证明lncRNA可与染色质修饰复合物结合引起特异性的组蛋白修饰模式，激活或抑制转录，在基因组印记和剂量补偿效应中发挥了关键作用。例如在胰岛素样生长因子-2受体印记区，由父方印记控制区转录而来的lncRNA Airn可与组蛋白修饰酶G9a结合，通过顺式作用关闭2个父源性印记基因—Slc22a2和Slc22a3的表达[2]。X 染色体失活特异转录因子（Xist）是另一种被人们所熟知的lncRNA，它在X染色体失活中具有重要作用。在雌性哺乳动物中，X失活中心是控制其中一条X染色体沉默的重要区域。Xist基因编码一种称为重复A的lncRNA，它可与多梳抑制复合体2（PRC2）结合形成复合体，并移动至X失活中心区，然后大量激活Xist的转录[3]。随着Xist与转录因子YY1结合并定位覆盖在X染色体上，引起广泛的组蛋白被甲基化，最终导致X染色体失活[4]。

1. 2长链非编码核糖核酸与转录调控

lncRNA能够通过多种机制在转录水平实现对基因表达的调控，表现如下：① lncRNA的转录能够干扰临近基因的表达。例如，酵母的SER3基因会受到其上游lncRNA SRG1的转录的干扰[5]； ② lncRNA能够通过封阻启动子区域来干扰基因的表达。例如，二氢叶酸还原酶基因上游的一个lncRNA能够和其启动子区域形成RNADNA3螺旋结构，阻止转录因子TFIID的结合，从而抑制二氢叶酸还原酶的表达[6]；③lncRNA能够与RNA结合蛋白作用，并将其定位到基因启动子区从而调控基因的表达。例如，细胞周期蛋白D1启动子上游一个lncRNA能够调节RNA结合蛋白TLs的活性，进而调控细胞周期蛋白D1的表达[7]；④ lncRNA还能够调节转录因子的活性，例如lncRNA Evf2能够与转录因子Dlx2形成转录复合体从而激活Dlx6的表达[8]。

1. 3长链非编码核糖核酸与转录后调控

lncRNA通过与mRNA形成双链复合物，以掩盖mRNA的主要顺式作用元件，从而在转录后水平调控基因表达。例如，转录因子Zeb2的表达依赖于内部核糖体进入位点的剪切[9]，后者包含有一个内含子的5’端剪切位点，lncRNA Zeb2能够和该内含子剪切位点形成双链，从而抑制该内含子的剪切，提高Zeb2 蛋白产量。

2 长链非编码核糖核酸与心脏发育及心血管疾病

2. 1长链非编码核糖核酸与心脏发育

非编码RNA Bvht是长度为590个核苷酸的lncRNA，其基因含3个外显子，保守性较差。研究发现[10]Bvht在胚胎干细胞中就已开始表达，而在成年小鼠心脏中也观察到Bvht的大量存在，提示Bvht可能参与了心肌细胞分化

过程。随后证实在胚胎干细胞中敲除Bvht后, 其分化为具有搏动能力的心肌细胞数量明显减少，并且心肌细胞标记物—肌钙蛋白T水平亦明显降低，而Bvht的缺失并不影响向其它组织分化的能力，表明Bvht能特异性地调控胚胎干细胞定向分化为心肌细胞。其机制是Bvht可以上调一些在心肌分化中起关键作用的转录因子包括MesP1及其下游调控因子（Gata4, Gata6, Hand1, Hand2, Tbx2, Nkx2. 5）的表达水平，从而使胚胎干细胞具有向心肌细胞分化的能力。和多数lncRNA一样[11]，Bvht可能通过与染色质修饰复合物结合发挥调控作用。众多的转录因子如MesP1都是PRC2的作用靶点[12]，而Bvht与PRC2的核心组分—SUZ12蛋白结合通过分子诱捕作用消除PRC2对这些靶基因的组蛋白修饰作用而保持激活状态[10]。然而，我们仍需从组织水平上进一步阐明Bvht在心脏发育中的调控作用。

非编码RNA Fendrr是小鼠侧板中胚层特异表达的一种lncRNA[13]，其基因含有7个外显子。体内研究表明敲出小鼠胚胎Fendrr后可引起心脏组织中的心肌细胞数量明显减少，表现为心室壁变薄，心室收缩功能严重下降，最终导致胚胎死亡。值得注意的是，在Fendrr缺失时，细胞凋亡并未增加，提示心肌细胞数目的减少可能是由于侧板中胚层向心肌细胞分化受阻所致。进一步研究发现Fendrr可直接与一些心肌细胞分化关键转录因子(Foxf1, Irx3, Pitx2)的启动子区结合并招募PRC2蛋白引起组蛋白H3赖氨酸27三甲基化水平增高而抑制这些基因的表达。与之相反，Fendrr还能通过其它机制增加一些转录因子（Nkx2. 5, Gata6）的启动子区组蛋白H3赖氨酸4三甲基化水平增加而激活转录。因此，我们相信Fendrr在心脏发育的调控网络中可能起着正负调控作用，协调（激活或抑制）相关转录因子的表达，从而使心肌细胞分化有序进行。

2. 2长链非编码核糖核酸与冠心病

染色体9p21区域是与冠心病患病风险密切相关的一个易感位点，在该区域上，其唯一的转录产物是lncRNA ANRIL。ANRIL 是一个可变剪接的RNA分子，可产生多个不同的转录本。研究表明[14]9p21区域上的单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms, SNPs）与ANRIL尤其是短的转录产物（EU741058, DQ485454）表达水平密切相关。在冠心病患者中[15]，短转录本还与动脉粥样斑块负荷的严重程度密切相关。干扰血管平滑肌细胞中不同的ANRIL转录本后发现[16]与调节细胞增生、凋亡、外基质重塑以及炎症反应有关的基因表达水平是不同的，提示不同的转录本可能在血管重塑中起着不同的调控作用。此外，在9p21变异人群还检测到一些具有非线性（环形）结构的ANRIL转录本[17]。

肿瘤抑制因子P15INK4b和P15INK4a通过抑制细胞周期蛋白依赖性激酶4阻碍血管平滑肌细胞由G期进入S期，从而抑制血管重塑，延迟动脉粥样硬化的形成。携带9p21易感位点的人群中，其血管平滑肌细胞中P15INK4b和P15INK4a的表达水平明显下降，且血管重塑明显[18]，而干扰ANRIL后[19]，两者表达水平明显增加。研究表明ANRIL可通过表观遗传作用抑制P15INK4b和P15INK4a基因的表达 。 ANRIL与PRC2蛋白复合体成分SUZ12蛋白结合[20]，将其招募至P15INK4b基因区，抑制P15INK4b的表达。此外，ANRIL还能与多梳抑制复合体1中的重要成员-CBX7蛋白结合[21]，诱导P15INK4a基因沉默。因此，我们推测在9p21区域的SNPs可能通过影响ANRIL的剪接，引起不同转录本表达水平及结构的变化，通过表观遗传作用降低具有抗动脉粥样硬化作用的P15INK4b和P15INK4a的表达，增加对冠心病的易感性。将来ANRIL可能成为冠心病的新的基因标记物，其不同转录本在全血中表达水平的改变，可能有助于疾病严重程度的监测以及预后评估。

此外，通过全基因组关联研究发现[22]lncRNA MIAT转录区多个SNPs与心肌梗死易感性相关。MIAT主要存在于特殊的核小体中，与剪接因子 SF1有高度的亲和力，可能在转录后水平（剪接）调节基因表达[23]，但MIAT在心梗的作用机制仍不明确。

2. 3长链非编码核糖核酸与心肌病

扩张型心肌病以左心室或双心室扩张并伴收缩功能受损为特征，是致死性心力衰竭的常见病因。在三个独立人群中，通过全基因组关联研究证实[24]在转录非编码RNA SRA1的基因区的变异是扩张型心肌病的一个易感位点；在斑马鱼中，敲除lncRNA SRA1可明显降低心室的收缩功能，但其在心肌收缩功能的调节作用机制仍需进一步阐明。

肥厚性心肌病以室间隔不匀称肥厚为特征，是诱发恶性心律失常引起心源性猝死的常见病因。患病风险与α-和β 肌球蛋白重链（MYH6, MYH7）基因变异密切相关[25]。许多lncRNA能以天然反义RNA 的形式通过顺式作用调控基因的表达，MYH7的表达即受其反义RNA的调控[26]。MYH7反义RNA与MYH7基因部分重合并延伸至MYH7启动子区，通过转录干扰这一机制阻止转录起始复合物（RNA聚合酶Ⅱ）的延伸，抑制转录，而MYH6的表达不受影响。因此，在病理因素或基因突变下，反义RNA的异常表达可能导致MYH6和MYH7两者的表达水平比例失衡，从而影响心肌的收缩性能，最终导致病理性心肌肥厚。

2. 4长链非编码核糖核酸与肥胖

肥胖是心血管疾病的一个重要危险因素，了解脂肪细胞的形成机制是我们控制肥胖发生的关键，而lncRNA可能在脂肪细胞的形成过程中发挥了重要作用。运用高通量测序技术发现[27]在前脂肪细胞与成熟的脂肪细胞中相比有将近上百个lncRNA的差异表达，并且在前脂肪细胞中高度表达的一些lncRNA基因启动子区具有脂肪细胞形成的关键转录因子PPARγ的结合位点。在对这些lncRNA进行干扰后，发现前脂肪细胞向成熟脂肪细胞分化过程明显受阻，表现为脂肪的聚集明显降低以及成熟标记物表达水平下降。此外，成熟脂肪细胞与前脂肪细胞的蛋白表达谱差异也消失了。以上研究有力地证明了lncRNA可能是脂肪细胞形成及成熟的关键调控因子。

3 展望

目前已越来越清楚的知道lncRNA的许多分子功能，如调节转录模式、调控蛋白活性，作为小RNA的前

体和改变RNA的稳定性、维持细胞结构和保持其有序性等。但目前面临的主要问题是，lncRNA的分子功能是如何影响有机体即影响疾病发生与发展的，这就涉及到对lncRNA立体的、多层次的调控模式的研究，为研究者提出了一个从未涉足的调控领域。lncRNA在心血管领域的研究也刚刚开始，但其意义的挖掘潜力巨大，随着其在心脏发育及心血管疾病中作用机制的阐明，相信不久将来会成为新的靶标和治疗策略。

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2014-01-07）

(助理编辑：曹洪红)

国家自然科学基金（基金编号：81241007）

100037 北京市，北京协和医学院 中国医学科学院 心血管病研究所 阜外心血管病医院 特需医疗诊治中心

刘岗 博士研究生 主要从事心血管病研究 Email：liugang327@126. com 通讯作者：黄晓红 Email：huangxhong12@gmail. com

R541

A

1000-3614（2014）04-0312-03

10. 3969/j. issn. 1000-3614. 2014. 04. 020