非编码RNA与血管内皮功能障碍的研究进展

2017-03-14栾桂霞贤惠敏郭译远赵雪丽张继巍

东南大学学报（医学版） 2017年5期

栾桂霞，贤惠敏，郭译远，赵雪丽，张继巍

(1.青岛胶州市人民医院心内二科，山东青岛 266300；2.哈尔滨医科大学附属第二医院内泌二科，黑龙江哈尔滨 150001；3.哈尔滨医科大学附属第一医院眼一科，黑龙江哈尔滨 150001；4.青岛市南墅中心卫生院心内科，山东青岛 266300；5.哈尔滨市传染病院五病区，黑龙江哈尔滨 150001)

·综述·

非编码RNA与血管内皮功能障碍的研究进展

栾桂霞1，贤惠敏2，郭译远3，赵雪丽4，张继巍5

血管内皮功能障碍(vascular endothelial dysfunction，VED)是动脉粥样硬化、心肌梗死、代谢综合征等多种疾病的前期阶段，研究表明，VED与非编码RNA(noncoding，ncRNA)关系密切，ncRNA主要包括微小RNA(microRNA，miRNA)、长链非编码RNA(long noncoding RNA，lncRNA)、环状RNA(circular RNA，circRNA)等，本文中作者就miRNA、lncRNA、circRNA与血管内皮的关系作一综述。

血管内皮；内皮细胞功能障碍； ncRNA； miRNA； lncRNA； circRNA; 综述

高通量测序结果显示，人类基因组中只有2%的序列能够编码蛋白质，其余4%～9%的基因稳定转录成非编码RNA(noncoding, ncRNA)[1]。ncRNA在真菌、动物、病毒中广泛存在，主要包括核糖体RNA(ribosomal RNA，rRNA)、转运RNA(transfer RNA，tRNA)、微小RNA(microRNA，miRNA)、长链非编码RNA(long noncoding RNA，lncRNA)、环状RNA(circular RNA，circRNA)等，各种RNA通过RNA- RNA对话形成复杂网络，在调节生物体的生理病理过程中发挥重要作用。大量研究表明，miRNA、lncRNA、circRNA均能调节血管内皮稳态，作者就三者与血管内皮的关系作一综述。

1 血管内皮与疾病

血管内皮是一种高度分化的扁平鳞状细胞，呈单层覆盖于血管腔内表面，可以选择性地允许血液中的一些气体分子和血细胞等进入内皮下和组织液，完成物质交换，起到通透屏障的作用。同时，内皮细胞也是一种分泌细胞，可以通过内分泌、自分泌、旁分泌等多种方式分泌血管活性物质和细胞因子，以调节血管张力、介导血管炎症、抑制血小板的聚集与黏附、参与血管新生。内皮细胞分泌的血管活性物质包括血管舒张因子和血管收缩因子，其中，血管舒张因子主要包括一氧化氮(nitric oxide，NO)、环前列腺素、内皮衍生超极化因子等，血管收缩因子主要包括内皮素、血管紧张素Ⅱ、血栓烷、活性氧等[2]。NO和内皮素分别作为最强的舒张因子和收缩因子，可同时由血管内皮分泌，二者相互制约，共同调节血管张力，控制血流速度与血流量。血管内皮生长因子(VEGF)是内皮细胞分泌的特异性促内皮细胞有丝分裂原，具有直接诱导内皮细胞增殖和开放侧支循环等多重生理作用。

当发生了血管内皮细胞功能障碍(vascular endothelial dysfunction，VED)时，尤其是NO和内皮素的分泌平衡被打破，各种疾病接踵而来。如当血管内皮损伤后，内皮下脂质入侵、血栓形成、炎症反应激活，形成动脉粥样硬化斑，若斑块不加以及时控制，则会导致急性心梗、脑梗等危急症的发生。代谢综合征(metabolic syndrome，MS)是以“中心性肥胖、血脂紊乱、高血压、胰岛素抵抗”为特点的症候群，参与糖尿病、心脑血管疾病的发生发展，已有大量研究表明，MS的始动环节即为VED，VED与胰岛素抵抗关系密切。所以，深入了解与内皮细胞相关的调控机制，积极修复内皮损伤，具有重要的临床意义。

2 miRNA与血管内皮功能障碍

miRNA是一类长度约22个核苷酸的ncRNA，通过与靶mRNA的3′非翻译区(3′- untranslated region，3′UTR)互补配对，抑制靶mRNA的翻译或直接降解靶mRNA来调控基因表达[3]。miRNA在生命新陈代谢、细胞生长发育、基因组稳定性中发挥了重要作用。目前在人类基因组中已经发现了有2 000多种基因编码miRNA[4]。miRNA的合成是一个精细调控的生物学过程。miRNA基因首先在细胞核内转录出一个较长的转录产物pri- miRNA，pri- miRNA再经Drosha- DGCR8复合物剪切成为70～80 个核苷酸长度的带有茎- 环结构的pre- miRNA，然后pri- miRNA被运输到细胞质中并经Dicer 酶剪切成约22个核苷酸长度的双链miRNA。最后在解旋酶作用下双链miRNA中一条链被降解，另一条则变成成熟的miRNA发挥调控作用。

内皮细胞型一氧化氮合酶(endothelial NO synthase，eNOS)是NO合成的关键酶，eNOS于内皮小凹处在四氢生物蝶呤的辅助下，将精氨酸转化为瓜氨酸和NO，若eNOS受影响势必会减少NO的合成。研究发现，miR- 155过表达时人脐静脉内皮细胞中eNOS的合成降低，NO合成减少，人乳内动脉内皮依赖性血管舒张受损[5]。此外，miR- 146b、miR- 217、miR- 221/222、miR- 182等也会通过影响eNOS进而影响NO的合成[6- 8]。

miR- 126、miR- 181b、miR- 155、miR- 17- 3p等通过影响血管黏附分子- 1(vascular cell adhesion molecule 1，VCAM- 1)、细胞间黏附分子(Intercellular adhesion molecule 1，ICAM- 1)、E- 选择素的合成增加了白细胞对血管内皮细胞的黏附，介导内皮细胞炎症[9- 11]。除此之外，miR- 27a和miR- 200c分别通过激活NF- κB和p38 MAPK信号通路增加活性氧的产生，引起内皮细胞氧化应激[12- 13]。在人脐静脉内皮、主动脉内皮、冠状动脉内皮中miR- 217均能通过抑制SirT1 和FoxO1 损害血管新生。miR- 126、miR- 329等也会影响血管新生，降低毛细血管密度[14- 15]。

目前关于miRNA与血管内皮功能障碍的研究众多，从中可以发现miRNA主要从影响eNOS合成、诱发炎症反应、介导氧化应激、抑制血管新生等多个角度影响血管内皮功能。近年来，人们关注于纳米颗粒联合miRNA进行靶向基因治疗，如miRNA- 126- 纳米支架显著地抑制了血管内膜增生[16]，这为miRNA的应用打开了新大门。

3 lnc RNA与血管内皮功能障碍

lnc RNA是一类转录本长度超过200个核苷酸的线性ncRNA，在染色体组主要定位于外显子和启动子区域，具有较强的进化保守性。根据lnc RNA与编码基因的相对位置关系，可分为正义lnc RNA、反义lnc RNA、双向lnc RNA、基因间lnc RNA和内含子lnc RNA。lnc RNA类型的多样性暗示其可能存在多种功能，从而广泛参与细胞内的生命活动。lnc RNA一直以来被认为是基因转录的“噪音”，不具有任何生物学功能，随着基因组学的发展，发现lnc RNA能在表观遗传、转录水平、转录后水平、剪接等多个层面调控基因表达。例如，lnc RNA可作为竞争性内源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)竞争性结合miRNA，从而在转录后水平上影响miRNA与mRNA的结合。

He等[17]报道了lnc RNA p21能调控血管内皮细胞的增殖和凋亡，通过过表达和敲除小鼠SVEC4血管内皮lnc RNA p21，观察对内皮细胞增殖和凋亡的影响，结果发现，过表达lnc RNA p21后，与对照组相比，内皮细胞增殖减少、凋亡增加，敲除lnc RNA p21则反之；进一步研究发现，lnc RNA p21是作为ceRNA竞争性结合miR- 130b，进而影响内皮细胞的增殖。此外，lnc RNA H19敲除后使内皮细胞的增殖停留在G1期，降低了内皮细胞形成毛细血管样结构的能力[18]。lnc RNA HULC 通过调节 miR- 9和炎症因子TNF- α的表达，影响内皮凋亡[19]。lnc RNA LOC100129973靶向 miR- 4707- 5p 和 miR- 4767抑制内皮细胞凋亡[20]。

Michalik等[21]发现，内皮缺氧状态时lnc RNA MALAT1表达明显增加，体外沉默MALAT1后内皮增殖受抑，体内敲除MALAT1后内皮增殖减少，视网膜血管化降低，药物抑制MALAT1后下肢缺血血流恢复减慢，毛细血管密度降低。lnc RNA TGFB2- OT1尚能调节内皮细胞自噬和炎症，研究发现，TGFB2- OT1作为ceRNA结合miR- 3960、miR- 4488和miR- 4459，这3个miRNA分别靶向神经酰胺合成酶1(ceramide synthase 1，CERS1)、N- 乙酰基转移酶8(N- acetyltransferase 8- like[GCN5- related, putative]，NAT8L)和核糖核蛋白域家族成员1(La ribonucleoprotein domain family member 1，LARP1)，其中CERS1 和NAT8L 通过影响线粒体功能参与自噬过程，LARP1促进 SQSTM1的表达并激活NFKB RELA与CASP1，最终增加内皮细胞白介素(interleukin,IL)6、IL8、IL1B的表达[22]。研究发现MALAT1还可通过激活SAA3调节高糖诱导的肿瘤坏死因子- α(tumor necrosis factor- α，TNF- α)、IL6等炎症因子的表达。除此之外，还发现lnc RNA SENCR能控制多潜能干细胞向内皮细胞的分化[23]。

简而言之，目前发现的调控内皮细胞的lnc RNA主要通过影响细胞的增殖和凋亡而发挥作用，但是确切的分子机制仍不明确，需要进一步探索。Lnc RNA有望为VED的早期诊断和基因治疗提供更有效的依据。

4 circRNA与血管内皮功能障碍

circRNA是一种闭合环状的ncRNA，主要由外显子构成，在真核细胞中广泛存在，高度保守。circRNA一直被认为是错误剪接的副产品，随着研究的深入，发现大部分的信使RNA(messenger RNA，mRNA)先切除外显子再连接内含子，形成线性RNA，小部分mRNA的外显子和内含子被反向剪接，形成具有一定的组织、时序和疾病特异性的circRNA。circRNA有套索内含子、Y结构内含子、ciRNA 3种表现形式。与线性RNA相比，circRNA结构更稳定，不易被酶降解。circRNA同样可以作为ceRNA充当miRNA海绵，解除miRNA对靶基因的抑制，上调靶基因的表达。

circRNA作为ceRNA家族中一颗冉冉升起的新星，和内皮细胞关系的研究亦较少。Boeckel等[24]发现，缺氧状态下人脐静脉内皮细胞中circRNA cZNF292、cAFF1、cDENND4C表达增加，cTHSD1表达减少。其中，cZNF292沉默后显著地抑制了内皮细胞的增殖和血管管腔的形成，转染质粒增加cZNF292的水平后能提高内皮细胞的增殖，以上结果均证明cZNF292能够调节血管新生。然而，当进一步探索cZNF292是否能作为miRNA海绵调节靶mRNA时，却遗憾地发现cZNF292沉默后并不能增加ZNF292 mRNA基因的表达。

目前关于circRNA和血管内皮的研究甚少，具体机制亦不明确。circRNA的保守性、普遍性、特异性、稳定性等特征，使得circRNA或许可以作为VED的新型标志物和药物治疗的重要靶点。

综上所述，ncRNA作为一种非编码RNA，在调控人类正常生命活动和疾病中发挥了巨大作用，但是ncRNA尤其是lnc RNA和circRNA生物学特点和调控机制尚未明确，需要我们深入研究探索。ncRNA作为多种疾病的预警因子和治疗靶点，有望为临床治疗提供新方向。

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2016- 12- 04

2017- 06- 12

栾桂霞(1967-)，女，山东青岛人，副主任医师。E- mail: luanguixia@126.com

栾桂霞，贤惠敏，郭译远，等. 非编码RNA与血管内皮功能障碍的研究进展.东南大学学报:医学版,2017,36(5)：860- 863.

R543; Q75

1671- 6264(2017)05- 0860- 04

10.3969/j.issn.1671- 6264.2017.05.036

(本文编辑：何彦梅)