非编码RNA在血管新生中的作用

闫文敏 尤艳利 袁影 周爽

非编码RNA在血管新生中的作用

闫文敏 尤艳利 袁影 周爽

随着遗传学与基因学的发展，对基因的研究越来越深入，曾经被认为无用的非编码RNA(non-coding RNA)逐渐得到人们的重视，关于非编码RNA在各种疾病中的机制及所发挥作用的研究也越来越多。近年来有许多关于非编码RNA在各种疾病血管新生机制中的研究，作为非编码RNA的重要成员的长链非编码RNA(lncRNA)和微小非编码RNA(microRNA、miRNA)在血管新生中发挥着怎样的作用，本研究对近年来关于非编码RNA在血管新生中的作用作一综述。

人类基因组DNA核苷酸序列中约93%能被转录为RNA，其中仅2%的转录产物被翻译为蛋白质，其余98%均为不能翻译为蛋白质的非编码RNA[1]。非编码RNA(non-coding RNA)是一类基因组转录过程中产生的具有多种功能而不翻译蛋白质的RNA，但却可从多种机制影响基因表达的RNA分子，比如影响RNA的转录或翻译来调控蛋白表达。根据核苷酸序列长度，非编码RNA可为两大类，即短链非编码RNA(short/small ncRNA)和长链非编码 RNA(long non-coding RNA,lncRNA)，其中短链非编码 RNA包括微小RNA(microRNA，miRNA)、小干扰 RNA(small interfering RNA，siRNA)、PiWi 蛋白相互作用 RNA(Piwiinteracting RNA，piRNA)、核仁小分子 RNA(small nucleolar RNA，snoRNA)等[2]。最近美国人类基因组研究所和欧洲生物信息研究所公布了DNA元件百科全书(ENCODE)，解码了占人类98%的DNA的非编码序列，确定了8800个microRNA、9640个长非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)和400万个基因调节开关[3]。

1 lncRNA概述

lncRNA是真核细胞生物中一类转录本长度大于200nt的非编码RNA分子，是非编码RNA的重要组成部分。根据LncRNA与编码基因的位置不同常被分为5类：(1)正义lncRNA(sense)，其转录方向与邻近蛋白编码基因转录方向相同；(2)反义lncRNA(antisense)，其转录方向与邻近蛋白编码基因转录方向相反；(3)双向 lncRNA(bidirectional)，lncRNA同时从邻近的蛋白编码基因分别向相同和相反2个方向进行转录；(4)基因间lncRNA(intergenic)，lncRNA从2个基因间转录得到；(5)基因内lncRNA(intronic)，lncRNA从基因的内含子区转录得到[4-5]。调节机制可能涉及(1)干扰邻近编码蛋白基因表达；(2)抑制聚合酶Ⅱ活性；(3)参与转录后修饰；(4)与功能性蛋白结合；(5)作为小分子RNA的前体物质；(6)与染色体结合，通过信号通路调节[6]。其最初被认为是RNA聚合酶Ⅱ转录后的副产物，为基因组转录的“噪声”，并且不具备生物学功能。随着研究的深入，人们发现lncRNA并非基因组转录的噪音，它能够与蛋白、DNA 及其他RNA相互作用，通过在表观遗传调控、转录及转录后水平调节基因表达，参与多种生物学过程，在机体正常生理过程中起重要的调节作用[7]。

2 miRNA概述

miRNA是广泛存在于真核细胞中的一类长度为21～25nt，参与转录后基因调控的内源性非编码小分子单链RNA，一般来源于染色体的非编码区。miRNA按照碱基互补配对原则结合到靶基因的3′非翻译区(3′-UTR)，发挥转录后的基因调节作用。miRNA既可和靶基因部分结合，抑制转录后翻译过程，也可与靶基因完全互补结合，从而直接降解靶mRNA来发挥负性调控作用[8]。且特定miRNA与血管生成过程密切相关,miRNA通过调节关键血管生成因子的表达来调节血管生成过程。研究表明miRNA的功能失调在多种血管性疾病的发生和发展中发挥极其重要的作用，并阐述了参与触发miRNA表达失调的因素，如缺氧诱导因子(HIF)、血管内皮生长因子(VEGF)、血小板衍生生长因子(PDGF)等[9]。

3 血管新生概述

血管新生是指在已有的毛细血管和毛细血管后静脉基础上微血管以出芽的方式通过内皮细胞的增殖、发芽和迁移而形成新的血管分支和毛细血管网的复杂过程。人体正常生理情况下血管新生只发生于伤口愈合、感染、子宫经期和胚胎发育期，但病理性血管新生则会在动脉粥样硬化( atherosclerosis，As)、糖尿病视网膜病变、类风湿关节炎以及肿瘤等疾病中发生。血管新生的过程虽然复杂，其中最重要的环节还是内皮细胞功能的变化，由内皮细胞释放的细胞因子在血管新生过程中调节内皮细胞的迁移和分化[10]。

血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor、VEGF)是内皮细胞特异性促有丝分裂原和趋化因子，是促进血管新生的重要因子，结合于内皮细胞表面的特异性受体，激活相关的缺血缺氧转导通路，促进新生血管形成，脑缺血后VEGF在不同区域发挥不同作用[11]。VEGF和 Ang-1调节着血管新生和成熟，而VEGF受体(Flk-1)和Ang-1受体Tie-2均含有酪氨酸激酶亚基，在调节血管新生中发挥重要作用。徐玲等[12]发现VEGF在子宫内膜异位症(EM)血管新生中起到重要作用，通过影响VEGF达到治疗EM的目的。血管新生是肿瘤生长和转移的关键步骤，癌细胞通过新生血管提供营养支持、侵袭周围组织以及向远处转移，促血管新生作用最强且特异性最高的因子VEGF在肿瘤血管新生中就起到了关键作用[13]。郭刚等[14]验证了十全大补汤通过直接或间接降低VEGF及上调ES的水平来减少血管生成，达到抑制转移瘤生长的作用。

4 miRNA与血管新生

近年来许多研究结果表明非编码RNA在各种疾病血管新生中发挥较大的作用，miRNA通过直接或间接作用于VEGF及其信号通路而影响血管新生的进程。Soufizomorrod等[15]在人脐静脉血管内皮细胞(Human umbilical vein endothelial cells、HUVEC)转染mir-129-1和miR-133为模型的体外研究中证实了miR-129-1和miR-133可分别直接靶向VEGFR2和FGFR1，并抑制它们的表达，从而抑制HUVEC的血管新生。Li等[16]研究证实miR-107通过直接下调Dicer-1(编码处理miRNA前体必需的酶)的表达来促使VEGF mRNA的翻译减退，从而增加内皮细胞衍生的VEGF(VEGF165/VEGF164)的表达，进而增强脑卒中后血管的形成和内皮细胞的迁移，以增加体外和体内血管生成。Zeng等[17]在成年雄性C57BL/6小鼠立体定向注射携带miR-210(LV-miR-210)的慢病毒载体的实验中发现，miR-210是微RNA水平上促进血管生成和神经发生的关键因子，而且与局部增加的血管内皮生长因子(VEGF)水平相关。Braza-Boils等[18]观察到用腹膜液诱导治疗子宫内膜异位症可导致与血管生成相关的miRNA(miR-16，-17-5p，-20a，-125a，-221和-222)水平降低和VEGF-A蛋白水平增加，这6种miRNA直接或间接调节VEGF-A表达,miR-17-5p，miR-20a，miR-125a及miR-222与VEGF-A蛋白表达水平的增加之间存在显著的负相关，miR-16-5p和miR-424-5p可调节子宫内膜和子宫内膜异位细胞中的VEGF-A蛋白水平，这些结果表明腹膜液通过miRNA作用调节子宫内膜和子宫内膜异位基质细胞中的血管生成。Sun等[19]证实，在人多发性骨髓瘤细胞中miR-15a和mi-R16通过靶向VEGF-A的异位过表达降低骨髓瘤细胞的促血管生成活性，进而抑制血管新生。Hu等[20]发现在非小细胞肺癌细胞中miR-128可以直接抑制VEGF-C的表达，间接抑制VEGF-A、VEGFR-2、VEGFR-3的表达，同时还可以抑制 ERK、AKT及P38的磷酸化，最终起到抑制血管新生的作用。

miRNA除了可以通过作用于VEGF调控各种疾病中的血管新生外，亦可以通过作用于与血管新生相关的其它血管生成因子来达到促进或抑制血管新生的作用。翁春华等[21]发现miR-1208，miR-196b，miR-296，miR-4093p，miR-570和miR-641这6个miRNA可以不同程度地抑制血管生成素的mRNA和蛋白质表达水平，其中miR-196b，mi-R296，miR-4093p和miR-641可以直接结合Ang mRNA的3'端非编码区，过表达后可以抑制HUVEC的细胞增殖，而miR-196b，miR-296 和 miR-4093p 可以抑制HUVEC的管腔形成，表明细胞内有多个miRNA调控血管生成素的表达，它们可能协调调节血管生成或在血管生成的不同阶段发挥作用。戴运等[22]研究miR-372对新血管生成因子AGGF1基因的表达调控的结果显示，miR-372可通过靶向结合AGGF1基因的3′-UTR 并下调AGGF1表达，进而抑制内皮细胞血管生成。艾丽菲热等[23]首次证实miR-106b在内皮细胞中通过下调信号转导及转录激活因子3而非血管内皮生长因子发挥抑制血管新生的功能。Li等[24]在测试由胰腺癌内皮细胞(CEC)调节的微小RNA(miRNA)表达可调节血管生成的假说时得出miR-139和miR-200c表达的上调可以增加CEC迁移和血管形成，表明这些miRNA可以调节胰腺肿瘤血管生成。Mao等[25]的研究结果显示MiR-494通过HIF-1α介导的转录调节的肿瘤细胞中的缺氧刺激上调，上调的miR-494从肿瘤细胞分泌到微环境中，并通过MVs递送到内皮细胞中，再下调内皮细胞中的PTEN和活化的Akt /eNOS通路，最后通过促进血管生成加剧肿瘤发展，在肿瘤内施用miR-494拮抗剂可有效地减少血管生成。

5 lncRNA与血管新生

现在已有很多关于miRNA调控血管内皮细胞功能、血管生长和重塑的报道，但人们对lncRNA在内皮细胞中的功能知之甚少。张铭等[26]发现相对于正常HUVEC，在ox-LDL诱导损伤HUVEC表达上调和下调超过2倍的lncRNA和mRNA分别有139种和113种，lncRNA上调和下调超过4倍的分别有27种和8种，mRNA上调和下调超过4倍的分别有21种和7种，损伤血管内皮细胞的关lncRNA 表达谱的发生变化，提示lncRNA在血管内皮细胞损伤中也发挥了一定作用。最近研究发现作为IncRNA家族重要成员的MALAT1参与调控内皮细胞的血管生成，在血管生成过程中发挥重要作用[27]。Michalik等[28]发现了在HUVEC高度表达许多lncRNA，包括在人和小鼠中具有保守性的lncRNA MALAT1，TUG1，MEG3和linc00657及MALAT1对内皮细胞和血管生成的功能性作用，敲除MALAT1会抑制基底内皮细胞的细胞周期，损害内皮细胞增殖，阻断体内外的血管新生。朱栋良等[29]在结直肠癌细胞株SW48中转染质粒过表达MALAT1(最早在非小细胞肺癌中发现的lncRNA)的实验结果显示，过表达 MALAT1的SW48细胞培养液上清中的VEGF水平明显上升，表明肿瘤细胞通过旁分泌VEGF，作用于血管内皮细胞上的VEGF受体，促进内皮细胞的增殖和迁移，形成更多的微血管。亦用Western blot法证实过表达MALAT1可促进SW48细胞中HIF-1α蛋白的表达，HIF-1α可以特异性地结合于VEGF基因的启动子区域，调控VEGF的转录活性，促进血管形成。

Jia等[30]的研究证实lncRNA H19通过上调miR-29a抑制胶质瘤诱导的内皮细胞增殖、迁移和血管形成，通过调节胶质瘤血管内皮细胞的生物学行为调节胶质瘤的发生。Liu等[31]研究结果显示lncRNA-Meg3的过表达明显减少内皮细胞增殖和迁移，抑制缺血性脑卒中后的功能恢复和减少毛细血管密度；lncRNA-Meg3的沉默增加了内皮细胞增殖、迁移、发芽和血管形成，证明lncRNA-Meg3下调可促进缺血性脑卒中后局部缺血后的血管生成，并减轻脑损伤。

6 结束语

总之，随着科学技术的发展及对遗传学、基因学研究的深入，关于非编码RNA与血管新生之间关系的研究更是层出不穷，血管新生参与多种疾病发生、发展、变化的过程，只有研究清楚非编码RNA在各种疾病中血管新生系统各种细胞因子功能和结构的改变，并阐明这种改变受非编码RAN调控的机制，才能针对不同疾病中非编码RNA对血管新生的不同调控机制制定出预防和治疗的新方案。目前关于miRNA与肿瘤细胞血管新生的研究非常多，但是lncRNA与血管新生关系的研究相对较少，而且非编码RNA在其他疾病如心脑血管疾病新生血管中的作用的研究极其有限，还需要加强对非编码RNA在其他疾病血管新生中调控机制的研究。

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R543.4

A

1007-0478(2017)06-0578-03

10.3969/j.issn.1007-0478.2017.06.030

国家自然科学基金(NO.81503647，81574059)；上海市进一步加快中医药事业发展三年行动计划(CC-3-7002)资助

201203 上海中医药大学(闫文敏)；第二军医大学长海医院中医系[尤艳利 袁影 周爽(通信作者)]

(2017-02-24收稿)