lncRNA-miRNA-基因调节机制及其在心血管疾病中的研究进展*

何永利, 黄澄, 周颖玲

广东省心血管病研究所、广东省人民医院(广东省医学科学院)心内科(广东广州 510080)

随着感染性疾病治疗的进展，人类寿命延长，人类与疾病的斗争战场已转至慢性非传染性疾病，其中以心脑血管疾病为主，其在我国和全球范围均是人口死亡的首位原因[1-2]。无论是出于延长寿命的永恒追求还是社会老龄化的医疗减负，对心脑血管疾病的机制研究始终热度不减。随着对疾病理解的逐步深入、高通量分子检测技术的出现和推广[3]，以及生物信息学分析方法的发展，疾病机制的研究已进入分子生物学时代。非编码RNA因为自身相对稳定且不编码蛋白质而检测内容单一，其研究方兴未艾，仍是目前疾病研究的热点之一。目前已有许多研究者进行心血管疾病的非编码RNA研究并发现多种调节模式和多条调节轴，最为广泛的是长链非编码RNA(lncRNA)-微小RNA(miRNA)-基因调节机制研究。

1 lncRNA、miRNA和mRNA的概念

1.1 lncRNA lncRNA最初是在2002年由Okazaki等[4]分析小鼠全长cDNA文库的测序结果中被首次提出来的，是一类长度大于200个核苷酸的调节性非编码RNA[5]。之后随着研究的进展，lncRNA被报道在冠状动脉粥样硬化[6]、扩张型心肌病[7]、心肌梗死[8]和心力衰竭[9]等心血管疾病中发挥作用。常见地，lncRNA在基因印记[10]、染色质重塑[11]、转录本剪接[12]、信使RNA(messenger RNA，mRNA)降解[13]和翻译过程调控[14]等过程中发挥调节性作用，从而影响下游乃至疾病表型。

1.2 miRNA miRNA是一类长度约为22个核苷酸的内源性非编码RNA[15-16]。miRNA不直接编码蛋白质行使生物功能，而一般是通过与mRNA的3′非编码区(3′-UTR)上的特定序列完全或不完全配对，直接降解mRNA或者抑制mRNA翻译为蛋白质，达到对mRNA或者该mRNA所对应的基因(即靶基因)的调控。单个miRNA可有多个靶基因，而同一个靶基因又可由多个不同的miRNA调控[17]。

1.3 mRNA mRNA是经基因转录后形成的并能进一步翻译成蛋白质的一种单链核糖核酸，其长度因基因而异。在原核生物的细胞质中，一条mRNA可包含多个基因的遗传信息，编码多个蛋白质；而在真核生物细胞质内，一条mRNA只包含一个基因的信息，只编码一个蛋白质，翻译过程更加精确。mRNA的蛋白质编码信息是从起始密码子AUG开始到终止密码子的碱基序列，翻译过程正是通过核糖体识别mRNA上的这种碱基序列而合成出特定的蛋白质，发挥相应的生物学功能。mRNA的5′UTR位于AUG之前，3′UTR位于终止密码子之后。

2 lncRNA、miRNA与mRNA的一般作用机制

2.1 miRNA调控mRNA的机制 miRNA通过碱基互补配对与mRNA的3′UTR中的特定序列结合，发挥调控mRNA(或者间接地说，调控其靶基因)的作用。miRNA在结合靶基因转录出的mRNA的过程中[17]：(1)若与3′UTR 不完全匹配时，miRNA直接抑制mRNA的翻译，但不影响mRNA的稳定性；(2)若与3′UTR完全匹配时，miRNA降低mRNA的稳定性，促进mRNA的降解，从而减少mRNA翻译成蛋白质。以上两种方式均最终导致特定的mRNA的翻译减少，即靶基因转录、翻译的蛋白质减少，表观上表现为靶基因的表达下调。此外，另有报道证明，miRNA与mRNA不完全配对后除了阻遏mRNA翻译外还可以促进mRNA的3′端多聚腺苷酸尾巴的去除，加快3′核酸外切酶对mRNA的水解，降低mRNA的稳定性[18]。

2.2 lncRNA和 miRNA之间相互调控 lncRNA和miRNA都是调控因子，两者本身又可以相互作用、相互调控。

2.2.1 lncRNA对miRNA的调控 主要通过主要通过以下3种方式：(1)lncRNA作为miRNA的前体[19]：lncRNA通过细胞内的剪切作用形成miRNA的前体，或部分基因在转录产生lncRNA的同时产生miRNA；这些均为非成熟的miRNA，需进一步加工生成成熟的miRNA，才能发挥调控靶基因的功能。(2)lncRNA与miRNA竞争性结合mRNA[20]：有些lncRNA、miRNA均结合同一个mRNA的3′ UTR，lncRNA间接地竞争性抑制了miRNA对靶基因的负向调控。(3)lncRNA的海绵效应(miRNA sponge)[21]：即lncRNA可以通过“诱饵”的方式吸附一些特定的miRNA，以减少miRNA与mRNA的结合，影响了miRNA与mRNA的作用 ；具有该作用的lncRNA 被称为竞争性内源RNA (competing endogenous RNA，ceRNA)。

2.2.2 miRNA对lncRNA的调控 (1)直接作用：lncRNA 的转录成熟过程与mRNA类似(包括RNA的剪接和编辑)，成熟的lncRNA通常也有Poly-A，即有5′ UTR和3′UTR；因此，类似于作用于mRNA，miRNA也可以通过直接与lncRNA的3′ UTR不完全匹配，对lncRNA作负性调节[22-23]。(2)间接作用：lncRNA与miRNA调节网络存在着重叠；miRNA的基因座可位于编码区或非编码区基因组，lncRNA与miRNA在基因组中存在着物理位置的联系。这些因素都是lncRNA、miRNA之间相互牵连、间接调控的基础。

3 lncRNA-miRNA-基因调节机制在心血管疾病中的研究进展

lncRNA与miRNA之间、miRNA与mRNA(或基因)之间，通过上述的调控机制形成了庞大的、错综复杂的分子生物学调控网络。在这个调控网络当中，最经典的调节模式是lncRNA-miRNA-基因调节轴。

3.1 众多与心血管疾病相关的lncRNA、miRNA被发现 Zangrando等[24]通过芯片技术发现，相比于假手术组，心肌梗死组小鼠心肌组织标本中有20个表达上调的lncRNA和10个表达下调的lncRNA(变异倍数大于2倍)。其中MIRT1(myocardial infarction-associated transcript 1)和MIRT2 这2个lncRNA显著升高，且被qRT-PCR证实。

Yang等[25]用深度RNA测序的方法检测了缺血性心力衰竭(以下简称心衰)、非缺血性心衰患者(各8例)在使用左室辅助装置(LVAD)之前和之后心肌组织中的miRNA、mRNA以及lncRNA的表达含量。同样的，非心衰患者作为对照组(8例)也进行了这些检测。结果发现，相对于非心衰对照组，缺血性心衰组和非缺血性心衰组中分别检测出160和147个差异性表达的miRNA，其中缺血性心衰组中有2个miRNA、非缺血性心衰组中有5个miRNA在使用左室辅助装置之后表达水平恢复正常。RNA测序同样在左室心肌标本中共检测了18 480个lncRNA，其中包括113个新型lncRNA。相较于非心衰对照组，缺血性心衰组中检测出679个差异性表达的lncRNA，非缺血性心衰组中检测出570个差异性表达的lncRNA，其中约有10%的lncRNA表达水平在使用左室辅助装置后有所改善或者完全恢复正常。

Saddic等[26]通过RNA测序、qRT-PCR等方法在人的心肌组织标本上检测了心肌缺血前后13 871个lncRNA的表达含量变化，其中128个lncRNA在心肌缺血后有差异性表达。研究提示多种lncRNA与心肌缺血相关并且能很好地预测缺血程度。

3.2 心血管疾病中的lncRNA-miRNA-mRNA(或基因)调节轴 在发现心血管疾病中的差异性表达的lncRNA、miRNA的基础上，进一步研究发现了多条lncRNA-miRNA-mRNA(或基因)调节轴。

Wang等[28]发现，在心肌肥厚的病理生理调节中，Myd88是 miR-489的靶基因，受miR-489的负性调控。而心肌细胞凋亡相关lncRNA(cardiac apoptosis-related lncRNA, lncRNA CHRF)作为一个内源性的“海绵RNA”“吸附”miR-489，从而抑制了miRNA的活性，因此发现了CHRF-miRNA-489-Myd88调节通路。

在心肌细胞凋亡相关的无氧诱导的线粒体分裂和凋亡调节过程中，Wang等[29]通过实验发现并证实，lncRNA CARL具有miR-539的结合位点，CARL可特异性抑制miR-539。而miR-539与PHB2具有特异性结合位点，miR-539能够特异性地负性调节抑制素2(prohibitin 2, PHB2)。最终，研究者总结出CARL-miR539-PHB2调节通路。

Jiang等[30]发现，在心肌肥厚的心肌重构病理生理过程中，lncRNA-ROR特异性结合并负性调节miR-133。而另一方面miR-133又可抑制lncRNA-ROR的表达，且同时抑制心房利钠肽(atrial natriuretic peptide,ANP)、脑利钠肽(brain natriuretic peptide,BNP)、胎儿基因等心衰相关基因的表达。最终归纳出lncRNA-ROR-miR-133-心衰相关基因的调节通路。

4 展望

非编码RNA与基因之间的调控网络错综复杂，lncRNA-miRNA-基因调节仅仅是该调控网络中的一种简单模式。这种调节模式直观、简洁，将来极有希望成为临床干预疾病的理论工具。

随着检验技术的进步，检测miRNA 和lncRNA 的方法越来越多、精度越来越高。在血浆、唾液、泪液、尿液、精液、羊水、母乳、浆膜腔积液、支气管灌洗液、脑脊液等体液中均可检测出miRNA和lncRNA，并且lncRNA、miRNA在体液环境中不被降解，符合作为生物标志物的检测稳定性要求[27,31-32]。因此，miRNA、lncRNA有望成为疾病诊断和判断预后的重要生物标志物，而miRNA 与lncRNA之间的调控关系也将因研究方法的改进而被探索得更加透彻，并最终应用于临床。