长链非编码RNA在心脏疾病中的研究进展

严　静(综述)，刘学波，李纪明(审校)

(同济大学附属东方医院心内科，上海 200120)

长链非编码RNA在心脏疾病中的研究进展

严静△(综述)，刘学波，李纪明※(审校)

(同济大学附属东方医院心内科，上海 200120)

人类基因组的测序表明，在人类基因中只有不到2%的RNA编码蛋白质，其余均为非编码RNA[1]。非编码RNA又根据核苷酸长度分为短链/非编码微RNA(microRNA,miRNA)和长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)；核苷酸长度<200 nt的为miRNA，核苷酸长度>200 nt的为lncRNA[2]。在过去的几年中，对非编码RNA的研究主要集中在miRNA上，揭示了其在癌症、代谢、神经元、心血管疾病等方面的重要作用。研究表明，lncRNA参与了X染色体沉默、基因组印迹以及染色质修饰、转录激活、转录干扰、核内运输等多种重要的调控过程[3]。非编码RNA的表达和功能与心血管疾病(如心肌梗死、心脏肥大及冠状动脉疾病)关系密切[4-6]。目前研究最多的是miRNA，miRNA表达的失调在心血管疾病的发生、发展中发挥了显著作用[7]。最近的研究揭示，lncRNA在心脏发育和疾病中具有潜在的作用。现就lncRNA在心脏疾病中的研究进展予以综述。

1lncRNA的特性和功能

目前，lncRNA被定义为核苷酸长度>200 nt并且无蛋白编码功能的RNA[8]。lncRNA根据相对于相邻基因方向及位置的不同可进一步分为正义、反义、双向、基因内、基因间5类[9]。虽然目前大多数lncRNA的功能尚不清楚，但已经明确其参与了许多生物代谢过程。首先，lncRNA能通过多种机制调节基因表达，如DNA的表观遗传修饰、选择性剪接、转录后基因调控和调控信使RNA的稳定性和翻译[10-12]。鉴于lncRNA 在转录调控中的作用，其在细胞增殖、凋亡等多种活动中发挥了关键作用[13-14]。lncRNA现已被发现能调节蛋白编码基因的表达，且能正面或负面控制靶基因的表达；一部分lncRNA通过表观遗传机制参与了基因组区域的顺式失活；potassium voltage-gated channel,subfamily Q,member 1 overlapping transcript 1(Kcnq1ot1)是一个调节性的非编码反义RNA，其能在顺式印记基因簇中调节表观基因沉默[15]。胚胎组织中的这种lncRNA与邻近基因相互作用可导致转录后的基因沉默，近来研究发现，lncRNA能在心肌细胞的分化过程中通过顺式作用调节邻近基因的表达[16]。研究还发现，lncRNA不仅有顺式调控作用，也有部分lncRNA能通过反式作用机制调节基因的表达，比如AK143260，被称为“勇敢的心”，它能专门促进核心心血管基因网络激活[17]。另外，lncRNA还可以作为支架汇集多种蛋白质形成核糖核蛋白复合物。Tsai等[18]发现了一个称为HOTAIR的lncRNA，它能作为多梳蛋白抑制复合物2和lysine-specific demethylase 1/repressor element-1 silencing transcription factor corepressor/repressor element-1 silencing transcription factor(LSD1/COREST/REST)复合物的支架。lncRNA除了在染色质调控中起作用，还能作为转录基因和其他调节蛋白质的分子“诱饵”。例如lncRNA-PANDA，能与转录基因nuclear transcription factor Y,alpha(NF-YA)相互作用来限制促凋亡基因的表达[19]。另外，lncRNA 也能通过作为miRNA的内源性诱饵而发挥其生物学活性。有研究者指出，在小鼠和成人的成肌细胞中，一个肌肉特异性的lncRNA，称为linc-MD1，能与2个特异性的miRNAs(miR-133和miR-135)相互作用，通过一个竞争性内源性RNA而促进肌肉分化[20]。这些研究表明，lncRNA能在一些分子调控机制中产生较大的影响。尽管近年来对lncRNA的研究有了很大的进展，但lncRNA的功能还有待进一步研究。

2lncRNA在心脏发育中的作用

近年来，新一代测序技术的使用使不同细胞类型在同发育阶段的转录得以研究。研究发现，很多lncRNA是胚胎发育中必不可少的调节子，从控制多能性到谱系专项分化中均发挥作用[21-23]。例如，X-chromosome inactivation(XCI)与早期胚胎发育、胚胎干细胞的多能性以及诱导干细胞之间紧密相关[24]。剔除lncRNA，导致的结果不是出现胚胎干细胞多能性的丧失，就是上调谱系定型，表明了lncRNA在调控胚胎干细胞中起关键性的作用[14]。麻省理工学院、哈佛医学院等的研究人员发现了一种新型lncRNA，称为“勇敢的心”，这是一种在小鼠中发现的与心脏有关的lncRNA；研究人员利用多胚胎干细胞差异研究方法发现，这种RNA对新生中胚层发育成为心脏至关重要，并且其也是核心心血管基因网络激活以及中胚层后蛋白上游功能所必需的元件，而中胚层后蛋白是常见的多能心血管祖细胞的主要调控因子；此外，这项研究还表明，在心肌细胞分化过程中，“勇敢的心”能与SUZ12相互作用，后者是多梳抑制复合物2的组成部分，这表明“勇敢的心”参与了心脏决定的表观遗传调控；研究人员还证明了“勇敢的心”在维持新生小鼠心肌细胞发育方面的重要作用[17]。研究发现，lncRNA是胚胎发育中必不可少的调节子，研究人员将特异性的出现在心脏和腹侧体壁祖细胞中的一种lncRNA 称为Fendrr；小鼠下调Fendrr后，心脏和腹侧体壁会发生畸形，而这对于胚胎来说是致命的，且这种畸形出现的时间在祖细胞Fendrr下调的几天后，而一般转录因子所导致的畸形会在相应基因失活后迅速出现；研究人员指出，Fendrr表达改变与相应畸形出现之间存在时间上的延迟，这可能是lncRNA 的特殊调控机制造成的，这种lncRNA通过修饰组蛋白的蛋白复合体，对目的基因进行表观遗传学调控[25]。Li等[26]发现了一个新的反义lncRNA，称为tie-1AS lncRNA，它是含有免疫球蛋白和表皮生长因子结构域1基因的酪氨酸激酶(tie-1)转录调控所需要的；分析了tie-1和tie-1AS lncRNA 在正常胎盘组织和异常血管组织中的比率，发现它们的比率相反；tie-1AS lncRNA选择性地与tie-1 mRNA结合，引起tie-1蛋白的下调，造成了内皮细胞连接处独有的缺陷；另外，tie-1AS lncRNA的过度表达也会导致内皮细胞连接处的缺陷和管腔形成的缺陷。这些结果表明，lncRNA在血管发育中起到了潜在的功能调节的作用。

3lncRNA在心脏疾病中的作用

3.1lncRNA与冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病)的关系全基因组关联研究发现，在心肌梗死相关转录产物lncRNA (lncRNA-myocardial infarction associated transcript，lncRNA-MIAT)中6个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphisms，SNPs)与心肌梗死有关，一个SNP(A11741G)可造成1.3倍的MIAT体外转录；该研究指出，SNP引起的MIAT的表达水平的改变，能影响冠心病的发生[27]。染色体9p21的变异与冠状动脉疾病的风险相关，这个基因组区域包括了一个lncRNA，是INK4基因座上的反义非编码RNA，称为antisense noncoding RNA in the INK4 locus(ANRIL)；ANRIL是一个转录自INK4b-ARF-INK4a基因簇的长链反义非编码基因，INK4b-ARF-INK4a编码了3种肿瘤抑制蛋白，即p15INK4b、p14ARF和p16INK4a；ANRIL被发现在动脉粥样硬化的组织和细胞中表达，例如冠状动脉平滑肌细胞、血管内皮细胞、人单核源性巨噬细胞及颈动脉和动脉切除段中[28]。ANRIL转录表达的增加直接与冠状动脉疾病的严重程度相关[29]。尽管目前ANRIL与冠状动脉疾病之间病理生理的联系尚不清楚，但是，ANRIL与染色体9p21.3上的INK4B-ARF-INK4A基因座的表观遗传沉默相关[30]。ANRIL与p15转录物及polycomb repressive complex(PRC)绑定，抑制了基因的转录位点，因此，ANRIL的过度表达与P15表达的改变有可能导致了冠状动脉疾病；另一个与血管疾病相关的非编码RNA为天然反义转录物，被称为sONE，其关键的功能是在常氧和缺氧条件对内皮一氧化氮合酶的表达进行转录后调控[31-32]。在内皮细胞中，sONE的过度表达导致了血管内皮功能的障碍，这是动脉粥样硬化的前奏。因此，探讨反义lncRNA sONE在内皮一氧化氮合酶转录后调控中的作用有可能为心血管疾病找到潜在的治疗靶点。

3.2lncRNA与心力衰竭的关系Kcnq1是一个编码钾通道的基因，在心脏的转录中依赖lncRNA Kncq1ot1。Kncq1ot1是一个未拼接的约60 kb的lncRNA，它的转录开始于Kcnq1基因内含子10，并沿着宿主基因的相反方向转录；在小鼠中，一个被截短的Kcnq1ot1的表达可引起Kcnq1表达的增加，因为正常的钾通道的活性是正常心脏功能所需要的，所以研究指出，Kcnq1ot1介导的Kcnq1的任何改变均可造成心脏功能的异常[33]。另外，也有研究发现，在有主动脉缩窄的小鼠心脏模型中，15个lncRNA调控心力衰竭的过程，通过建立压力超负荷，导致代偿性肥大，然后引起心力衰竭[34]。

3.3lncRNA与扩张性心肌病的关系类固醇受体RNA激活子是一种既能编码类固醇受体RNA激活子蛋白，又具有非编码转录功能的多功能基因[35]。目前作为lncRNA的类固醇受体RNA激活子有约20个非编码转录本被发现在肝脏、心脏、骨骼肌中高表达；类固醇受体RNA激活子蛋白能与自身的RNA形成复合物而作为成肌细胞分化的效应器，促进肌肉肌原分化[36]。也有研究发现，剔除斑马鱼的类固醇受体RNA激活子基因，心室的心肌收缩出现明显的紊乱，这表明类固醇受体RNA激活子与扩张性心肌病之间可能存在相关性[37]。

4小结

lncRNA参与了许多疾病的病理生理过程、影响疾病的发生发展。最近，lncRNA在心血管方面的作用已经越来越被关注。尽管人类对lncRNA的研究进展迅速，但由于lncRNA的结构和功能的多样性，对于lncRNA在心血管病理生理学中的作用依旧了解甚少。lncRNA参与了细胞等的代谢功能，因此，进一步研究lncRNA在心脏发育和心脏疾病中的作用，有助于探索心血管疾病治疗的新靶点。鉴于lncRNA在心脏疾病领域的巨大潜力，未来研究lncRNA在心血管组织中的表达以及分子机制是很有必要的。

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摘要：大规模的哺乳动物转录分析确定了一类相当数量的不编码蛋白质的RNA分子，称为非编码RNA。长链非编码RNA(lncRNA)是一种核苷酸长度>200 nt的功能性RNA分子，没有蛋白质编码能力。lncRNA参与调控机体的生长发育、细胞凋亡、增殖、分化等，广泛地参与机体的生理与病理过程，与多种疾病密切相关。目前lncRNA的数量、功能和作用机制尚不清楚。最近的研究揭示，lncRNA 在心脏发育和心脏疾病中起着潜在作用。

关键词：心脏疾病；心脏发育；长链非编码RNA

Long Non-coding RNA：Research Progress in Cardiac DiseaseYANJing，LIUXue-bo，LIJi-ming.(DepartmentofCardiovascularMedicine，EastHospital，TongjiUniversitySchoolofMedicine，Shanghai200120，China)

Abstract：Large-scale analyses of mammalian transcriptomes have identified a significant number of different RNA molecules that are not translated into protein，called non-coding RNA.Long non-coding RNA (lncRNA) is a functional RNA molecule longer than 200 nt,with little or no protein-coding capacity.They are involved in development,apoptosis,proliferation and differentiation,widely participation in physiological and pathological processes of the body，and closely associated with many diseases.The numbers,functions and mechanisms of lncRNA remain unclear.A recent study reveals lncRNA plays a potential role in cardiac development and diseases.

Key words：Cardiac diseases; Cardiac development； Long non-coding RNA

收稿日期：2014-09-24修回日期：2015-01-12编辑：郑雪

基金项目：国家自然科学基金青年基金(81100166)；浦东新区卫生系统优秀青年医学人才培养计划项目(PWRq2011-01)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.15.002

中图分类号：R541

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)15-2691-04