长链非编码RNA在重要组织器官缺血再灌注损伤中的研究进展

王怡 梁就庆 孙慧林 杨丹 张良清 胡喆

[摘要] 近年来，越来越多的研究表明，长链非编码RNA（lncRNA）能够通过多种作用机制参与各种细胞生命活动和许多疾病的发生与发展。然而，lncRNA在缺血再灌注损伤（IRI）这一病理过程中的调控作用仍未阐明。深入了解这些lncRNA在IRI中的作用有利于全面认识IRI后的分子调控网络，对于寻找IRI新的生物标志物和治疗靶点、保护重要组织器官、改善患者的临床预后有着重要意义。本文就目前已知的lncRNA在心、脑、肝、肾、肺等重要器官的IRI中的作用进行综述，并总结部分还未深入研究的lncRNA，为未来更深层次的机制研究提供方向。

[关键词] 长链非编码RNA；缺血再灌注损伤；心肌梗死；脑中风；急性肾损伤；肝缺血再灌注损伤；肺缺血再灌注损伤

[中图分类号] R730.23 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2018）06（b）-0021-04

[Abstract] In recent years， more and more studies have suggested that long non-coding RNAs （lncRNAs） can participate in the vital movement of all kinds of cells and the emergence and development of many diseases. However， the regulating effects of lncRNA in the pathological process of ischemia-reperfusion injury （IRI） have not been clarified. To further understand the role of these lncRNAs in IRI will help to know about the molecular regulatory network after IRI， which has great significance for seeking new biomarkers and therapeutic targets of IRI， protecting important tissue and organs， and improving the clinical prognosis of patients. This paper reviews the currently known effects of lncRNA in the IRI of important organs of heart， brain， liver， kidney and lung， and summarizes some lncRNAs those have not been researched deeply， so as to provide direction for future deeper mechanism research.

[Key words] Long non-coding RNAs； Ischemia reperfusion injury； Myocardial infarction； Stroke； Acute kidney injury； Hepatic ischemia reperfusion injury； Lung ischemia reperfusion injury

缺血再灌注（IR）是一種常见的病理过程，它参与了非常广泛的疾病过程，例如心肌梗死、急性缺血性脑卒中、急性肾损伤、创伤、循环衰竭等[1]。特别是像心肌梗死、脑卒中这类缺血缺氧性的心脑血管疾病，已成为我国发病率和死亡率最高的疾病。及时恢复缺血组织的血流供应是解救患者病情的最佳医治策略，但是随着血供的恢复，又给缺血的组织器官带来新的伤害，即缺血再灌注损伤（IRI）[1]。除此之外随着医疗技术的提高，心脏、肝脏、肾脏等重要器官移植手术、断肢再植等手术的需求日益增多，组织器官再植后如何减轻IRI也是如今移植手术面临的难题之一。

长链非编码RNA（lncRNA）是近年来的研究热点，已经有许多研究证明lncRNA参与了许多重要器官比如心、脑、肝、肾及血管内皮组织IRI的病理过程。一些lncRNAs已经被证明是心脏IRI的生物标志物，未来在临床上或许能够成为预防心肌IRI的潜在治疗目标[2]。全面探寻lncRNA的生物功能与分子机制，对我们研究怎样保护组织器官的IRI有着十分重要的意义。本文就lncRNA在重要器官包括心脏、脑、肝脏、肾脏、肺和血管内皮中IRI的研究进展作一综述。

1 lncRNA的概述

1.1 lncRNA的定义

在分子生物学的早期，RNA被分为两类，一类约2%的RNA为可以编码蛋白的mRNA，其余均为没有编码蛋白功能的非编码核糖核酸（non-coding RNAs，ncRNA）。lncRNA是指长度大于200个核苷酸的非编码核糖核酸，不过已有研究发现一些lncRNA可以编码小的多肽[3]。

1.2 lncRNA作用机制

lncRNA可以与DNA、RNA、蛋白质、ncRNA互相作用，参与广泛的生物过程以及几乎所有水平的基因调控，例如染色质重塑、组蛋白修饰、DNA甲基化、mRNA的拼接和翻译，也可作为转录因子或者转录增强子等[4]。其相互作用的模式可以总结为两种：一种是基于序列杂交的相互作用，lncRNA可以直接和mRNA的基因组绑定，调控mRNA的转录水平。lncRNA还可以扮演内源竞争RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）的功能，通过和microRNA相互竞争，调控其他RNAs的水平。第二种是基于二级结构和三级结构的相互作用，lncRNA可以形成二级和三级结构，能够和蛋白质产生更复杂的相互作用。

2 器官缺血再灌注损伤

组织器官IRI广泛存在于各种疾病和手术中，大多器官IRI应答的基本特征包括激活的内皮细胞、巨噬细胞和肥大细胞释放ROS、细胞因子和趋化因子，招募和激活中性粒细胞的内皮黏附以及血液当中的其他反应原件，造成血管内皮功能障碍和实质损伤[1]。然而不同的器官对IRI有着不同的敏感程度和严重程度，这些差异的生物学基础尚不完全清楚，还需要更多的研究去探索。

3 lncRNA与组织器官缺血再灌注损伤

3.1 lncRNA与心脏缺血再灌注损伤

缺血性心脏病是世界范围内发病率最高的疾病。除此之外，各种各样的外科手术，例如血管形成术、冠状动脉搭桥术和心脏移植术后心脏血供的恢复都会不可避免地带来心肌细胞损伤和血管损伤等伤害。

心肌细胞凋亡是心肌IRI的重要环节。抑制心肌IRI凋亡通路的激活，是预防和治疗心肌IRI的重要治疗策略。Wang等[5]在小鼠心肌细胞模型中新发现了lncRNA-MDRL可以通过下调miRNA361-miRNA484，控制线粒体分裂和凋亡，对心肌IRI产生保护作用。Liu等[6]研究发现，在小鼠心脏IRI模型中lncRNA-UCA1的水平下降，UCA1又可抑制肿瘤抑制因子p27蛋白水平。在心肌细胞实验中敲低UCA1的水平，可以促进心肌细胞的存活，增加心肌细胞的凋亡。Yu等[7]发现lncRNA-MALAT1可以通过海绵吸附作用调控miR-133，从而促进Nod样受体蛋白3炎性小体的表达，加重IRI。Zhao等[8]研究发现，阿片类药物芬太尼可以下调MALAT1的水平，而MALAT1又通过调控miR-145/Bnip3通路，抑制心肌细胞凋亡，对心肌细胞的IRI起到保护作用。Li等[9]发现，lncRNA-KCNQ1OT1可以通过调控脂联素1介导的炎性反应和凋亡通路、MAPK/NF-κB通路减轻IRI。

除了凋亡机制以外，自噬也是目前研究的热点之一，自噬在心肌IRI中起着重要的调控作用。自噬相关基因ATG7（autophagy-related gen，ATG）不仅是自噬的重要标志，也是促进自噬的重要因子。Wang等[10]研究发现，在心肌细胞模型和小鼠心肌IR模型中，敲低lncRNA-APF可以通过调控miR188-3p-ATG7，来调控心肌细胞的自噬和死亡，保护心梗后IRI。

既往研究表明，坏死也在心脏IRI中起着重要的作用，甚至比凋亡更为显著[11]。Wang等[11]在小鼠心肌IR模型中验证发现，过表达H19通过调控miR-103/107抑制FADD的表达，减轻IRI造成的心肌细胞坏死。Wang等[12]研究发现lncRNA-NRF可通过对miR-873的海绵吸附作用，直接与miR-873相结合，并且抑制miR-873水平，从而抑制RIP1/RIP3的翻译，减少RIP1/RIP3通路介导的心肌细胞坏死。

缺血再灌注后處理（ischemic postconditioning，IPostC）是指在再灌注处理时给予一个或者几个周期短暂的缺血-再灌注处理的一个过程，能够降低心肌梗死面积，减轻IRI。Wu等[13]研究了在C57BCL小鼠心脏IPostC后lncRNA的表达谱变化，发现上调的lncRNA有AK144818、ENSMUST00000156637、ENSMU- ST00000118342、ENSMUST00000118149、Uc008ane.1、 ENSMUST00000164933、ENSMUST00000162347、E-NSMUST00000135945、ENSMUST00000176338、ENSMUST00000120587。下调的lncRNA有NSMUST000-00125121、ENSMUST00000155271和Uc008thl.1。这些差异表达的lncRNA有可能成为IRI的新的生物标志物以及未来治疗心血管疾病的潜在治疗靶点。

3.2 lncRNA与脑缺血再灌注损伤

大脑是对缺血反应最敏感的器官，在不到20 min的脑局部缺血都会造成脑组织的不可逆性的损伤。IR引起的脑微血管内皮细胞损伤是血脑屏障损伤的初始阶段，会导致缺血性脑中风患者预后较差。有研究证明自噬机制对于脑微血管内皮细胞的缺血损伤有保护作用[14]。Li等[15]研究发现Malat1在小鼠脑微血管内皮细胞IR模型中的水平显著增高，通过抑制miR-26b的水平下调ULK2的表达，促进脑微血管内皮细胞自噬和细胞存活。Xin等[16]在脑微血管内皮细胞IR模型中发现过表达Malat1时增加了PI3K的活性和AKT的磷酸化，减少了Caspase-3的活性，抑制了脑微血管内皮细胞凋亡。Zhang等[17]在脑微血管内皮细胞IR模型和小鼠脑IR模型中都检测到IR后MALAT1的水平明显增加。实验发现MALAT1可以通过抑制促凋亡因子BIM、促炎因子MCP-1、IL-6和内皮细胞选择素的水平，抑制凋亡，对脑中风的IRI产生保护作用。

广泛的研究表明，IRI除了造成脑微血管内皮损伤以外，脑组织的局部缺血还会触发一系列的神经事件，例如缺氧、氧化应激、兴奋性氨基酸神经毒性、炎性反应和水肿形成，导致缺血部位的神经元细胞死亡[18]。Wu等[18]检测了小鼠脑IRI模型中全基因组lncRNA的表达谱变化，新发现了lncRNA-N1LR可能通过抑制p53蛋白第15丝氨酸的磷酸化，从而抑制凋亡，对神经细胞产生保护作用。Li等[19]也对小鼠海马神经元IRI后lncRNA进行了高通量筛选，发现lncRNA-Tnxa-ps1通过抑制细胞凋亡来促进神经元的存活。

3.3 lncRNA与肝缺血再灌注损伤

肝脏的IRI是出血性休克、肝脏手术和肝移植的主要并发症，每年影响世界数百万的患者。Chen等[20]用基因芯片的方法首次揭示了在小鼠肝脏IRI模型中lncRNA和mRNA的表达谱变化。芯片一共分析了20 073个lncRNA，肝脏IR后，其中有71个上调、27个下调的lncRNA。作者研究团队随后又对lncRNA中上调倍数最大的lncRNA-AK139328进行了更深层的研究。实验发现敲低AK139328后，降低了肝脏中的巨噬细胞水平和Caspase-3的活化水平，同时还降低了NF-κB的活性，从而降低了炎性因子的表达，对肝IRI产生保护作用。沉默AK139328的表达或许可以作为肝脏手术或者移植手术时减轻肝IRI的新的治疗靶点。随后Chen等[21]又对小鼠肝脏IR后小鼠血浆内lncRNA的表达谱进行了分析，在此次基因芯片分析中，一共检测了10 206个lncRNA，其中有64个上调、244个下调的lncRNA。血浆中差异变化的lncRNA和前次肝脏差异变化的lncRNA相比，结果不尽相同，甚至在肝脏中变化最大的AK139328在血浆中也没有能检测到。根据这些发现推测小鼠肝脏IR后，在血浆中差异表达的lncRNA大多数可能来自其他组织，并不局限于肝脏本身，提示临床上对肝脏IRI的诊断和治疗时，其他组织和血细胞也应该被重视。此外，通过对这些血浆中差异表达的lncRNA的分析，能够对评估肝脏IRI的严重程度有所帮助。

3.4 lncRNA与肾缺血再灌注损伤

急性肾损伤（AKI）是一种主要的肾脏疾病，发病率和死亡率都在上升[22]。临床上，AKI发生的原因是肾或其他器官手术引起的缺血再灌注损伤、败血症、肾毒性等。迫切需要研究新的治疗策略来改善AKI的預后。

在肾脏IRI中，缺血组织的炎性反应造成了急性肾损伤的不良预后。研究表明趋化因子RANTES可以招募循环中的白细胞，能够增加炎性反应。Yu等[23]发现，在小鼠肾IRI模型中，RANTES在小鼠肾小管细胞中的表达水平显著提高。实验发现HIF-1α可以通过调控lncRNA-PRINS的水平，从而调控RANTES的水平，对急性肾损伤保护起到调控作用。

交感神经的传入和传出系统在调节肾功能中起着至关重要的生理作用，肾交感神经系统的激活与AKI的缺血性损伤密切相关。Larkin等[24]报道，刺激T9脊髓使肾血流量减少，导致了急性肾功能衰竭。在肾IRI诱导的急性肾衰时，肾交感神经系统兴奋性增强。因此，阻断肾交感神经系统的激活或许能够减轻缺血后的肾损伤。Liu等[25]首次用高通量测序的方法检测了大鼠IR诱导的急性肾损伤模型中下胸段（T8～T12）脊髓的mRNA和lncRNA的表达谱。高通量测序一共检测到了3894个lncRNA，与正常组相比，IR组有35个上调、17个下调的lncRNA。这表明下胸段脊髓确实参与了对肾脏IRI的神经调控，虽然其中大多数lncRNA的功能尚不清楚，但是对lncRNA参与调控AKI提出了新的见解。

3.5 lncRNA与肺缺血再灌注损伤

IR引起的肺损伤被认为是导致原发性移植物失败的主要原因之一。它的特点是在肺移植72 h内发生的非特殊的肺泡损伤、肺水肿和低氧血症。尽管在肺移植方面进行了改进，但在肺移植后，IRLI仍然是早期发病率和死亡率的重要原因。研究人员花了数年时间来研究肺缺血性损伤的发病机制，但具体的细胞和分子机制仍不清楚。直至今日，lncRNA调控肺IRI的研究还是一片空白，亟待更多的研究去探索和发现这两者之间的关系。

4 小结

综上所述，lncRNA广泛参与了心、脑、肝、肾等重要器官缺血再灌注过程中凋亡、自噬、坏死、炎性反应等各种调控通路，发挥着重要作用。lncRNA作为生物学标志物和治疗靶点已经在肿瘤学领域中广泛地研究和应用，但lncRNA在IR中的研究仍处于起步阶段，很多lncRNA的具体工作机制尚不明了。尤其是lncRNA在肺组织IRI中的作用更是一片空白，亟待更多的学者去深入探索。随着科学技术的快速发展，高通量测序为lncRNA的研究提供了非常便捷的途径，有越来越多的研究使用基因芯片这一技术来发现在IRI中差异表达的已知和未知的lncRNA，并进一步探究它们的功能作用，这一技术的普及也是未来研究lncRNA的必然趋势。深入了解这些lncRNA的功能与机制，有望能够阐明其在IRI中复杂的调控机制，对我们改善IRI治疗策略、发现新的治疗靶点来保护组织器官的IRI有着重要的意义。

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