lncRNA与心血管疾病的研究进展

张海涛 林文勇 王肖龙 解曼曼 王英杰

上海中医药大学附属曙光医院心血管科，上海 201203

虽然绝大多数基因组被转录成RNA，但这些转录产物中仅有小部分具有蛋白质编码潜力。大部分转录的RNA属于长链非编码RNA（lncRNA）。lncRNA是非编码RNA中的一类，长度大于200 bp。lncRNA由于功能和种类的不明确，曾被认为不具有生物学功能。随着高通量测序技术的发展，lncRNA的功能逐渐被发掘。lncRNA参与了染色体剂量代偿、基因组印记、表观遗传调控、细胞周期调控、细胞核质传递、转录翻译剪切、细胞分化和干细胞的维持等多种重要的调控过程[1-2]。我国心血管疾病的防治工作已取得初步成效，但仍面临严峻挑战。总体而言，中国心血管病患病率、死亡率均仍处于上升阶段，心血管疾病患者人数约为2.9亿。心血管疾病死亡占居民疾病死亡构成40%以上，居首位，高于肿瘤及其他疾病[3]。相关研究[4]表明，lncRNAs的异常与人类心血管疾病直接相关，lncRNA调控回路异常与心脏病理性肥大、血管疾病、动脉粥样硬化、血脂异常有关。

1 lncRNA分类与功能

1.1 lncRNA的分类

lncRNA的种类繁多，分类方式多种多样。传统的分类是基于其在基因中所处的位置，主要包括五大类：正义 lncRNAs、反义 lncRNAs、双向 lncRNAs、内含子lncRNAs、基因间lncRNAs[5]。随着新的 lncRNA不断被发现，传统的分类方式并不能涵盖所有的种类。Sandre等[6-7]将lncRNA分为更广泛的八大类：①趋异（divergent）；②趋同（convergent）；③内含子（intronic）；④基因间（intergenic）；⑤重叠正义（overlapping-sense）；⑥重叠反义（overlapping-antisense）；⑦增强 RNA（enhancer RNA）；⑧miRNA 宿主基因（miRNA host gene）。 与传统分类比较，后者更详细地描述了lncRNA和邻近基因之间的关系。然而，这种分类方式依旧只参考了一种标准。随着lncRNAs研究的不断深入，分类工作仍然有待完善，应当充分考虑更多的因素，如基因剪接方式或lncRNA的工作机制。

1.2 lncRNA的功能

lncRNA数量庞大，其生物学功能也呈现多样性。RIKEN团队[8]运用CAGE技术绘制了改进基因模型的人类长链非编码RNA（lncRNA）综合图谱，涵盖27 919个具有高度可信度的5′端的人lncRNA和1829个来自人类主要细胞类型和组织的表达谱，并发现了19 175个具有功能特性的lncRNA。lncRNA的功能可以概括成3类：第一类是染色体修饰以及调节编码基因的转录。如Xist作为顺式反应元件，通过与X染色体结合、吸引染色体修饰复合体多梳抑制复合物 2（polycomb repressive complex 2，PRC2），从而保持X染色体的失活状态。第二类是lncRNA可通过蛋白质直接结合，影响蛋白质的功能及蛋白质的稳定性[9]。通过与特定蛋白质结合，调节相应蛋白的活性；作为结构组分与蛋白质形成核酸蛋白质复合体；结合到特定蛋白质上，改变该蛋白质的细胞定位。第三类是LncRNA的编码功能。Nelson等[10]发现了一种肌肉特异性的LncRNA——DWORF，能编码含有34个氨基酸的短肽。DWORF主要位于肌质网，通过竞争性结合肌内质网钙ATP酶（SERCA），阻断SERCA与内源性抑制剂受磷蛋白、肌脂蛋白和肌调素的结合，增强SERCA的活性，从而调控小鼠的心脏收缩功能。

2 lncRNA与心血管疾病

2.1 lncRNA与病理性心肌肥厚

病理性心肌肥厚是多种心血管疾病如高血压、冠心病、瓣膜疾病等终末期共同的病理生理表现。病理性心肌肥厚是心衰的前期病变，是心力衰竭、脑卒中、冠心病、猝死等的独立危险因素。表观遗传重编程是心肌肥厚和重塑过程中病理性基因诱导的一个关键过程，但是潜在的调控机制仍有待于阐明[11]。Wang等[12]发现了一个在心脏富集的长链非编码lncRNAChaer，对心肌肥厚的发展起着至关重要的作用。从机制上来看，Chaer通过其中的一个66-mer的序列介导，与PRC2的催化亚基直接相互作用，干扰PRC2靶向基因组位点，从而抑制了心肌肥厚相关基因启动子区上的组蛋白H3赖氨酸27甲基化。进一步研究发现，抑制Chaer在心脏的表达，可大幅度减轻心肌肥厚和功能障碍。Wang等[13]发现LncRNA-Chrf能通过竞争性的结合miR-489，减少与miR-489结合的Myd88，从而使靶基因Myd88表达上调，诱导心肌肥厚。最新研究[14]发现，lncRNA-mhrt可以影响HDAC5对心肌素的乙酰化，从而抑制心肌素引起的心肌肥大。此外，心肌素还可以通过与CarG盒结合直接激活mhrt转录。因此，mhrt和心肌素在心脏肥大过程中形成调节环。这一发现可能对揭示心肌肥厚的完整机制起到积极的作用。

2.2 lncRNA与心肌梗死

心肌梗死是指心肌的缺血性坏死，是在冠状动脉病变的基础上，冠状动脉的血流急剧减少或中断，使相应的心肌出现严重而持久地急性缺血，最终导致心肌的缺血性坏死。Ishii等[15]最早发现了与心肌梗死相关的LncRNA-MIAT，进一步研究发现MIAT基因中6个单核苷酸多态性（SNP）的表达改变可能赋予对心肌梗死的遗传易感性。此外，一项研究[16]表明MIAT的表达水平在急性心肌梗死患者的外周血细胞中发生改变。研究人员特别研究了心肌梗死患者lncRNA水平与炎症标志物之间的关系，发现MIAT水平与淋巴细胞呈正相关，与嗜中性粒细胞和血小板呈负相关。Gao等[17]发现LncRNA-HOTAIR与心肌梗死相关，研究发现HOTAIR是心肌细胞的保护因子，其心脏保护功能部分基于miR-1的负调控。与健康对照比较，急性心肌梗死患者血清中HOTAIR表达显着降低。经冠状动脉结扎的小鼠的血清和在暴露于缺氧的培养的心肌细胞中HOTAIR均下调。HOTAIR的血浆浓度可以作为人类急性心肌梗死诊断的生物标志物。Wang等[18]在研究中发现自噬促进因子（APF）可以通过影响miR-188-3p和miR-188-3p下游靶标ATG7的活性来调节自噬性细胞死亡。自噬是降解有缺陷的大分子和细胞器以及在缺氧和营养缺乏期间提供生物能中间体的关键细胞应激反应，对心肌具有一定的保护作用[19-20]。ATG7是一种重要的自噬促进基因，参与缺血/再灌注（I/R）诱导的心肌损伤。I/R的病理条件下可以诱导APF的表达水平显著增加，抑制miR-188-3p活性和ATG-7表达，最终导致自噬。

2.3 lncRNA与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是指内膜下脂质沉积，伴有平滑肌细胞和纤维基质成分的增殖，逐步发展形成动脉粥样硬化斑块的广泛性动脉病变。UCLA领导的研究团队[21]发现了与动脉粥样硬化相关的lncRNA-MeXis，而MeXis控制着关键蛋白Abca1的表达。Abca1是一种依赖ATP进行物质转运的膜蛋白，其可将动脉血管壁上细胞内的胆固醇泵出细胞，对高密度脂蛋白（HDL）的形成至关重要。血浆HDL水平与动脉粥样硬化性心血管疾病呈负相关。与HDL显著相关的动脉粥样硬化保护作用是通过促进动脉壁内的巨噬细胞去除胆固醇，并将其递送到肝脏进行排泄，实现胆固醇的逆向转运[22]。缺失MeXis的小鼠血管堵塞的概率是正常小鼠的两倍。此外，增加MeXis表达可以使细胞更有效地清除过量胆固醇。lincRNA-p21是动脉粥样硬化过程中细胞增殖和凋亡的关键调节因子[23]。其机制是lincRNA-p21和鼠双微体基因（MDM2）的相互作用释放MDM2，抑制p53的能力，而p53的失活能促进动脉粥样硬化。ApoE基因敲除小鼠的动脉粥样硬化斑块、冠状动脉疾病患者的lincRNA-p21的表达均显著下调。lincRNA-p21在体外抑制血管平滑肌细胞和小鼠单核巨噬细胞中的细胞增殖，并可诱导细胞凋亡。

2.4 lncRNA与心力衰竭

绝大多数心血管疾病最终会导致心力衰竭的发生，心肌梗死、心肌病、血流动力学负荷过重、炎症等引起的心肌损伤，均可造成心肌结构和功能的变化，最后导致心室泵血和/或充盈功能低下。lncRNA为诊断和预防心力衰竭开辟了新的途径[24]。Gao等[25]通过建立缺血性心力衰竭大鼠模型，取左心室组织进行lncRNA基因芯片筛选，比较实验组和对照组lncRNA、mRNA的表达，发现并证实了4对与心力衰竭相关的lncRNA-mRNA，即 MRAK140148-KCND2、MRAK07-8262-CCRK、MRAK018538-CS 以及 MRAK053119-Corin。这些lncRNA通过调控相应mRNA的表达，从而促进心力衰竭的发展。心脏祖细胞（CPC）具有在心肌梗死后再生功能性心肌的能力，然而CPC很容易失去在梗塞心肌中的增殖能力。Li等[26]发现CoCl2诱导的缺氧可以促进CPC的增殖和迁移，且lncRNAMALAT1表达在CoCl2诱导的缺氧CPC模型中显著上调；进一步研究表明，MALAT1可以通过miR-125/JMJD6轴调节缺氧状态下CPC增殖和迁移潜能。这为心肌梗死诱导的心力衰竭治疗提供了新的靶点。

3 问题与展望

lncRNAs的发现使我们对疾病调控环路的理解产生了变革性影响，并促进了分子诊断技术的发展。随着研究的深入，被发现的与心血管生理病理学相关的lncRNA越来越多。我们充分利用这些新型生物调节剂的治疗潜力前，一些重要问题仍有待解决。首先，我们对如何将lncRNA靶向特定的基因位点仍然知之甚少。其次，大量lncRNA与诸如PRC2等高度混杂因子相互作用，lncRNA效应的时空特异性仍未可知。类似于mRNA的lncRNA被保留在细胞核中的生物化学原理和结构基础也是未知的；lncRNA的诊断和治疗潜力最终能否运用于临床医疗当中；这些都有待于进一步发掘与验证。