长链非编码RNA与心血管疾病的研究进展

赵 洋,刘 洋，杨一波,廉 瑞,宋春莉

(吉林大学第二医院 心血管内科，吉林 长春130041)

长链非编码RNA与心血管疾病的研究进展

赵 洋,刘 洋，杨一波,廉 瑞,宋春莉*

(吉林大学第二医院 心血管内科，吉林 长春130041)

目前，心血管疾病已经成为了严重威胁人类生命健康的重大慢性疾病之一。尽管日益发展的医疗技术使心血管疾病的患者经过医治后，症状能够得到一定的缓解，生活质量得到改善，但是至今仍无法从根本上使心血管疾病得到逆转或终止其进一步发展。不仅如此，相比于过去几十年，人类新的不良生活习惯也渐渐成为心血管疾病新的危险因素，使心血管疾病对人类健康的危害变得更加严重[1]。临床上对心血管疾病的早期诊断方法和有效的治疗手段的需求更加迫切。

随着人类基因组计划的完成，全基因组关联分析(Genome-wide association study,GWAS)发现人类基因组中的编码基因数量从预测中的至少200万下降至20500，即蛋白质编码RNA不足全部RNA的3%，剩余绝大多数的RNA不具备编码蛋白质的功能[2]。起初，由于非编码序列数量、种类和功能均不十分明确，这些非编码转录本(ncRNA)也被认为不会在基因表达调控中发挥任何作用。近期ENCODE公布了占人类基因组98%的非编码序列解码，明确了至少80%的基因转录本是具有生物学作用的，其中1.1%～1.5%的转录本可以编码蛋白质，剩余的绝大部分为ncRNA[3]。在ncRNA中，长度>200nt为长链非编码RNA(lncRNAs)。迄今为止，人类已经发现了数十万种真核生物的lncRNA，并且其中一小部分lncRNA被发现具备编码微小肽链的作用[4]。近年来，研究发现lncRNA可通过调节基因的启动子和增强子调节周围基因表达，能够从表观遗传学、转录调控及转录后调控等多个方面实现对基因表达的调控，进而调节细胞的增殖、凋亡、损伤和自噬，由此参与疾病的发生和发展[5-6]。尽管其具体的调控方式仍然不明确，但越来越多的证据表明lncRNA在基因表达的过程中起着严密的调控作用，并且在多学科多领域都具有活跃的功能。lncRNA有潜力成为新的生物学标志物用于疾病的诊断、治疗和预后评估，甚至作为新的靶点为疾病的诊疗提供新的途径。

1 lncRNA 的特征和功能

大多数lncRNA由RNA聚合酶Ⅱ转录而来，有5’端帽子和3’端polyA尾的结构。相比于mRNA，lncRNA缺乏可以翻译的完整的开放阅读框，且表达水平较低，但其组织和细胞特异性相对较高[7]。此外，lncRNA在多种组织和细胞中广泛分布，大多数lncRNA分布于细胞核中，也有一小部分存在于细胞质中[8]，其在进化过程中具有低保守性和高灵活性、高适应性的特点。随着基因测序技术的发展和应用，人类体内越来越多的lncRNA不断被发现，但对于lncRNA的分类尚无统一的标准。目前主要根据lncRNA的编码序列在基因中的与蛋白质编码基因的相对位置把它分为5类：①正义lncRNA：与蛋白质编码序列的正义链部分重叠或完全将其覆盖。②反义lncRNA：与蛋白质编码序列的反义链部分重叠或完全将其覆盖。③双向lncRNA：位于与蛋白质转录起始点相差>1 000 bp的反义链上，二者转录方向相反。④基因内lncRNA：RNA序列完全位于另一个转录本的内含子区域内，也叫内含子lncRNA。⑤基因间lncRNA:lncRNA序列不与蛋白编码基因相邻，位于两蛋白编码基因之间的区域。另外根据与蛋白编码RNA的相似度可分为：mlnRNA和lincRNA。根据生物学功能可分为4类：①具有增强子作用的lncRNA；②miRNA的初级转录本lncRNA；③piRNA的初级转录本lncRnA；④竞争性内源RNA。此外，在生物体内，lncRNA根据其效应机制不同可分为信号分子、诱饵分子、引导分子、骨架分子[9]。

作为序列更长的lncRNA相比于snlRNA(short non-coding RNA)，其种类、数量较多，功能也更复杂，各片段发挥的作用目前尚不能系统阐明，大多数也没有有效的检测方法。

2 长链非编码RNA与心血管疾病的关系

2.1 lncRNA与冠状动脉粥样硬化

动脉粥样硬化的一个重要发病机制就是血管平滑肌细胞的迁移和增值，血管平滑肌细胞的迁移和增值导致血管狭窄和痉挛，是动脉粥样硬化发生的病理基础。有研究表明，lncRNA-ANRIL能够通过调控血管平滑肌细胞的行为引起动脉粥样硬化的改变。其基因序列位于染色体9p21上一段不包含任何已知的蛋白编码基因的序列上，因其与冠状动脉疾病(Coronary Artery Disease，CAD)发病风险相关，故有“CAD区间”之称[10]，其中ANRIL在基因上横跨126300bps。ANRIL基因位于INK4基因座上，包含了19个外显子，可转录成一段与INK4b-AFR-INK4a基因座呈转录反方向的RNA。作用于位于ARF基因转录起始位点上游约300bps 的一个外显子的5’端，导致INK4位点的基因沉默。从而促进血管平滑肌细胞增殖和动脉粥样斑块的形成。最近研究表明[11]，ANRIL还可通过反向调节靶基因，增加VSMC增殖、黏附、减少细胞凋亡，这些行为是冠状动脉粥样硬化发生的必经过程。这种反式调控依赖一个特有的散在分布的重复序列(Alu结构单元)，这一特有序列存在于ANRIL靶基因的启动子和ANRIL的反义转录物中。此外，9p21区域上的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNPs)与lncRNA-ANRIL转录产物的表达水平也有着密切关系。其中一个较短的CAD风险SNP等位基因(rs10757278)，能够干扰转录因子STAT1结合，从而抑制ANRIL的表达[11,12]。因ANRIL基因在冠状动脉平滑肌细胞、血管内皮细胞、单核-巨噬细胞系统等许多与冠心病相关的组织中均有不同程度的表达，所以我们推测LncRNA可能在调控冠心病发生发展的全新机制中发挥作用，也有理由期待其成为冠状动脉粥样硬化性心脏病新的诊断及防治手段研究的重要线索。

2.2 长链非编码RNA与心肌梗死

研究发现，lncRNA-MAIT可以影响人类心肌梗死(Myocardial Infarction,MI)的易感性。Ishii[13]等最早发现MI相关转录本(Myocardial Infarction associated transcript,MIAT)也称Gomafu，它位于人类染色体22q12.1区，该基因包含5个外显子，其中第5个外显子SNP位点的变异增加了MIAT的表达，且与MI的易感性呈正相关。Vausort[14]等临床研究发现非ST段抬高型心肌梗死患者MIAT的表达水平高于ST段抬高型心肌梗死患者。但MIAT是如何参与MI的发病过程、提高MI发生风险的，目前尚不明确，还需要进一步的研究。有报道称，MIAT功能是通过Wnt信号通路调控心肌状态和影响MI易感性的，但调节机制尚不明确。Vausort等[14]对比研究心肌梗死患者组与健康者组LncRNA的表达发现了心肌梗死后MALAT1(metastasis-assosiated lung adenocarcinoma transcript 1)表达水平比健康组更高。Wang等[15]研究证实了lncRNA-APF(自噬促成因子)通过与miR-188-3p作用影响心肌梗死的严重程度。研究人员发现外周血中LncRNAs的表达水平在MI发生后受到了调控。多项研究表明，lncRNA可通过动态表达的变化，参与多种生物学过程。如LIPCAR(long intergenic noncoding RNA predicting caidiac remodeling),在心肌梗死发生后表达下调，而在终末期心衰的患者中LIPCAR表达上调[16]。由此可见，进一步的研究将有望使得这些lncRNA帮助我们找到能够更早提示心肌梗死的发生、早期识别发病严重程度的相关生物学指标，从而通过对外周血的分析测得该指标的相关数据，将对临床诊疗提供新方法具有重大意义。

2.3 lncRNA与心肌肥厚

组织学分析发现MYH6(alpha-myosin.heavy chain)的表达下调和NPPA(natriuretic peptide precursor A)在mRNA水平的的调节与心肌肥厚的发生有密切的关系。Liu等研究表明[17]，NPPA-antisence 可通过调控NPPA的基因选择性剪切调节心房钠尿肽的浓度。进而对心血管系统产生影响，尽管婴儿期以后NPPA在人体内已停止表达，但在心力衰竭及心肌细胞增大的患者中NPPA可被再次激活进而在心血管疾病的终末阶段发生和发展中扮演重要角色。Liu等[17]通过心肌肥厚的小鼠模型与临床研究发现，h19、rmrp、hotair在人类心肌肥厚患者中的调节作用是相似的。Wang等[18]在主动脉狭窄和心衰患者中还检测到CHRF(cardiac hypertrophy related factors)表达上调，区别于其广泛分布于其他组织中的是，在心血管细胞中可以通过相应调控机制引起心肌细胞肥厚和心肌细胞凋亡。CHRF与miR-489结合，使miR-489水平下调。而miR-489具有抗心肌细胞肥厚的作用。miR-489的下调同时也抑制了其与MyD88的结合从而导致NF-kB信号通路被激活，进而调控心肌肥厚和心力衰竭的发生。

2.4 LncRNA与心力衰竭

Greco[19]等通过对非终末期心力衰竭患者和条件与之匹配的健康者组成的对照组提取左心室心肌组织进行研究，发现了14个lncRNA在心衰患者组中对非终末期心衰发生起到了重要的调节作用，其中有10个lncRNA上调，4个lncRNA下调。进一步研究发现了9个lncRNA(CDK2B-ASI、EGOT、H19、HOTAiR、Loc285194、RMRP、RNY5、SOX2-OT和SRA1)在非终末期心衰与终末期心衰中的调节具有一致性。但RMST的表达水平在非终末期心衰患者中表达上调而在终末期心衰患者中表达下调，这提示了RMST在两组患者中的表达水平存在差别，虽然其在心力衰竭过程中的作用机制尚不得而知，但其有潜力成为判断心衰患者疾病进展程度的新指标。Liu等[17]采用微列阵检测和qPCR证实的方式，通过结扎大鼠冠状动脉前降支制成心肌梗死后缺血再灌注损伤模型进行研究。结果发现有64个lncRNA上调和87个lncRNA下调。其中一个下调的lncRNA被命名为UAC-1，研究发现UAC-1与细胞过氧化引起的细胞凋亡相关。研究还发现UAC-1的表达水平与p27的表达呈负相关。进一步研究证实了UAC-1表达水平的下调可刺激p27的过度表达，进而使p27蛋白过度生成，促使心肌细胞凋亡，最终可导致心衰发生。

尽管在科学家的不断努力下越来越多的心衰相关的lncRNA还在不断的被发现，但是对大多数lncRNA的认识还处于对疾病相关性的研究层面，其调控机制尚不十分明确，还需要更多的实验带领我们进一步去探索。

3 结语和展望

随着lncRNAs的作用和种类被不断地研究和阐明，lncRNA与心血管系统疾病的关系也越来越密切、越来越复杂。从心脏的发育、心脏细胞的生长化生到心脏衰老、凋亡以及心血管疾病的发生、发展都可以发现与lncRNA调控作用有着千丝万缕的联系。CAD相关的ANRIL的变异，对VSMC的增生和CAD发生的影响，可以推测其未来可能成为AS新的诊断标志物、CAD的重要危险相关因子而被检测并应用至临床工作中。MI发生后MIAT与MALAT1的特征性改变可作为MI的新的标志物。心肌肥厚和心衰作为高发病率及高死亡率的多种心脏病终末期表现得的疾病，与相当多种lncRMA(CHRF、UCA-1等)的调控密不可分，只是其中不论是上调因子还是下调因子的具体调控机制目前还不清楚，这些都提示我们，lncRNA这个庞大的家族，需要我们进一步去认识、分析及应用的还有许多。然而，目前关于lncRNA的研究还处于疾病相关性的层面，在未来lncRNA将帮助我们明确更多的疾病发生、发展机制及应用更先进的手段诊断和治疗心血管疾病。对LncRNA的研究让心血管疾病及其他更多的威胁人类健康的疾病的诊断和治疗有了新的希望。

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吉林省发改委产业技术研究与开发项目(2015Y030-3,2016C044-2), 吉林省中青年科技创新领军人才及团队项目(20150519025JH),2017吉林省财政厅卫生专项项目,吉林省新型冠脉支架技术创新中心项目

1007-4287(2017)08-1463-04

2017-05-09)

*通讯作者