长链非编码RNA与心血管疾病

2019-10-24

国际心血管病杂志 2019年5期

1 概述

长链非编码RNA(lncRNA)泛指长度>200 nt，没有蛋白编码能力的转录本。虽然这一概念不够准确，但是可以较好地区分lncRNA与mRNA的特点，仍被广泛应用。lncRNA与mRNA的相同点与不同点见表1。

表1 lncRNA与mRNA的比较

lncRNA的分类比较复杂，St Laurent等[3]总结了基于转录本长度、与编码基因的位置关系、重复序列、功能等10种分类方法，其中基于位置和功能的分类方法被广泛应用。由于lncRNA是数量庞大、异质性大的分子群体，目前的分类方法各有利弊，为了能够精确地描述和区分某个lncRNA的特性，往往需要几种方法联合使用。常用lncRNA分类见表2。

表2 lncRNA分类

lncRNA可在转录前水平、转录水平和转录后水平发挥作用，这主要取决于其在细胞内的分布[1]。Marchese等[4]将核内的lncRNA分为顺式调控lncRNA和反式调控lncRNA，顺式调控lncRNA发挥的功能主要与关联的基因位点有关，如作为增强子调控蛋白的元件参与调控增强子活性；或通过与编码基因竞争RNA聚合酶Ⅱ影响基因表达。反式调控lncRNA的作用方式多样，包括与染色质复合体作用、与DNA/RNA结合的蛋白质相互作用以及直接与DNA/RNA形成R环和三重螺旋等。胞质lncRNA也可通过多种方式发挥功能，它们可以充当微小RNA(miRNA)或蛋白质的诱饵分子，调控基因表达；也可以直接影响胞质内mRNA的翻译或干扰蛋白质的翻译后调控，导致胞质异常的信号转导。此外，还有研究证实有一小部分目前被归类为lncRNA的转录本可能会编码小分子蛋白质或有功能的微量多肽[1]。这也使胞质lncRNA的功能与作用机制更加复杂。

2 lncRNA与心脏发育

心脏发育是一个复杂的过程，涉及细胞增殖、分化和形态发生等多个阶段。许多lncRNA在心脏发育和先天性心脏病的发病方面有重要作用。Legnini等[5]发现linc-MD1可以通过海绵机制吸附miR-133，同时也是miR-133的前体，miR-133可以抑制HuR蛋白的翻译，而HuR蛋白则通过与Drosha蛋白竞争结合linc-MD1，提高linc-MD1的稳定性，防止其降解为miR-133。linc-MD1、miR-133、HuR之间形成了正反馈调节循环，在心肌分化的早期促进心肌分化，在分化的精细调控中发挥重要作用。此外，长链非编码RNA Braveheat (Bvht)在中胚层向心脏方向发育的过程中发挥着重要作用[6]。在小鼠心脏组织中特异性表达的Fendrr则可以通过对DNA的表观修饰影响侧中胚层的分化[7]。

3 lncRNA与冠状动脉粥样硬化

冠状动脉粥样硬化的主要病理过程为脂质斑块的形成，血管内皮细胞、巨噬细胞及平滑肌细胞均参与其中。

最早在非小细胞肺癌中发现的MALAT1主要在内皮细胞中表达，它可以通过招募SR家族成员，与PRC2复合体联合进行表观修饰，从而在内皮细胞的增殖、新生血管形成等病理过程中发挥作用[8]。一项临床对照研究也发现，MALAT1在冠状动脉粥样硬化性心脏病(冠心病)患者外周血中的表达明显高于非冠心病患者，提示MALAT1可作为冠心病患者的监测指标或新药开发靶点[9]。

血管平滑肌细胞(VSMC)的表型转化也是冠心病发生发展的重要机制。成年型的VSMC具有维持血管弹性的作用，但是在一些因素的刺激下可以去分化成为分泌表型；分泌型VSMC异常增殖、迁移、凋亡以及大量合成细胞外基质是粥样硬化过程中泡沫细胞形成的主要原因。NEAT1在平滑肌细胞表型转化中发挥重要作用。Ahmed等[10]的研究证明NEAT1可以与WDR5蛋白结合，WDR5的缺失会导致组蛋白的抑制修饰H3K27me3被强化，而活化修饰H3K4me3和H3K9ac被抑制，最终导致分化基因表达下降，促进平滑肌细胞的增殖和迁移。

在临床实践中，经皮冠状动脉介入术(PCI)后支架内再狭窄的发生率可达3%～20%，而参与这一过程的主要是平滑肌细胞。Wu等[11]发现linc-p21是p53信号通路中的重要调控分子，可以抑制平滑肌细胞增殖，促进其凋亡，并且在冠心病患者的血管组织和外周血中均显著下调。

4 lncRNA与心肌肥厚

既往的大量研究已经证明，lncRNA如Chaer、Chast、Mhrt、CHRF、ROR、H19、MIAT等在心肌肥厚的发生和进展中扮演着重要的角色。

Wang等[12]发现Chaer具有促心肌肥大的作用，它可以在心肌肥厚相关基因(Anf、Myh7、Acta1)的启动子区直接结合PRC2复合体，抑制H3K27的甲基化，进而活化这些基因的表达，加快心肌肥厚的进程。CHRF在胞浆高表达，最早由Wang等[13]提出它可以吸附miR-489，抑制miR-489与炎性介质MYD88结合，从而激活核因子κB(NF-κB)信号通路，促进心肌肥厚过程中的炎性反应，加重心力衰竭。此外还有心肌肥厚相关的H19，作为前体分子产生miR-675，在苯肾上腺素诱导的心肌肥厚模型中减轻心肌细胞的肥大程度[14]。

5 lncRNA与生物标记物

lncRNA可以进入循环血、尿液等体液中，是无创的、易于获取的生物标志物，有望成为心脏损伤及多种心血管疾病危险分层、诊断及预后评价的指标。2014年，Kumarswamy等[15]首次在心血管疾病中研究了lncRNA作为生物标记物的可能性。他们分离了788例心肌梗死患者的血液样本RNA，进行二代测序，挑选出候选lncRNA，分析了lncRNA与心肌梗死后左室重构、心力衰竭以及患者生存期之间的关系。最终发现线粒体LncRNA uc022BQS.1(LIPCAR)可作为独立危险因素，预测心肌梗死患者的3年生存期。2018年，Li等[16]的研究证明外周血LIPCAR水平可以作为ST段抬高型心肌梗死的诊断指标，并与传统的心肌梗死标志物有较好的相关性。Yan等[17]研究证明外周血UCA1水平在急性心肌梗死早期下降，而在心肌梗死后3 d升高。Gu等[18]则发现孕妇外周血lncRNA ENST00000436681、ENST00000422826、AA584040、AA709223、BX478947等的水平对产前诊断预测胎儿先天性心脏病有较高的敏感性和特异性。

此外，Shan等[19]发现miR-223可以由造血细胞分泌入血，入血后的miR-223进入血管内皮及平滑肌细胞，作用于靶基因IGF-1R并抑制其表达，进而抑制PI3K-Akt通路的开放。在这项研究中，短链非编码RNA miR-223以类似于激素的作用方式发挥作用，由此推测，血中的lncRNA或许也存在这种作用方式。lncRNA是一类数量庞大，分类、功能都十分复杂的非编码转录本。近年来发现的与心血管疾病相关的代表性lncRNA见表3。