长链非编码RNA 与帕金森相关性的研究进展

张 雪，张伊茗，颜天华

中国药科大学 基础医学与临床药学学院生理教研室，南京 210009

随着全球人口老龄化发展，老年性疾病日益增多已是不可忽视的现实。帕金森（parkinson's disease，PD）作为一种常见的老年性神经退行性疾病，仅次于阿尔兹海默症，是全球第二大神经退行性疾病，同时也是最为常见的神经功能障碍引起的运动障碍的疾病[1]。其临床表现主要有：静止性震颤、肌强直、运动迟缓等，该病多见于老年人，并且随着年龄的增加患病率明显增高。目前全球60 岁以上的人群患病率为1%。我国65 岁以上人群患病率高达1.7%；50 岁以上者发病率为500/10 万，60 岁以上者发病率为1 000/10 万；男性稍多于女性[2]。PD 致病因素尚未明确，遗传因素、年龄因素、环境因素、氧化应激及线粒体功能障碍等，均可能参与PD 多巴胺能神经元变性凋亡过程；并且目前治疗手段（药物治疗为主，手术治疗为辅）仅能改善疾病症状，不能阻止病情进展，更不能治愈该病[3，4]。因此，深入探究PD 的发生机制，寻找其潜在的干预节点对控制PD 发生发展具有重要的临床意义。

长链非编码RNA（Long non-coding RNA，LncRNA）是一类长度在200～100 000 nt 范围、不编码蛋白质，具有特定二级结构，在表达上具有组织特异性和时空特异性的RNA。研究表明，LncRNA 主要通过转录水平、转录后水平和表观遗传水平参与基因表达调控，影响细胞增殖、迁移和凋亡等过程，从而在人类生理病理等过程发挥重要作用[5，6]。本文主要从LncRNA 角度出发，为PD 的预防、早期诊断和预后提供新的策略。

1 长链非编码RNA

转录组学研究结果显示，人类基因中1%～2%能够编码蛋白，其余约98%不能够编码蛋白，称为非编码RNA（non-coding RNAs，ncRNAs），包括microRNA（miRNA）、LncRNA 等，其中数量最多的是LncRNA[7]。NONCODE 等数据显示，人类LncRNA 基因数有96 308 种，其转录本有172 216 个（http://www.noncode.org/analysis.php）；目前LncRNA 研究还处于初级阶段，仅鉴定其中约100 种功能[8]。与编码RNA 相比，LncRNA 长度较短，缺乏外显子和显著开放阅读框，编码蛋白能力弱[9]。随着高通量测序技术的应用与发展，大量具有丰富生物学功能LncRNA 被发现；LncRNA 可通过与DNA、RNA 和蛋白质相互作用，调控基因表达，进而发挥细胞效应。一般LncRNA 主要通过3 种水平参与基因表达调控：（1）转录水平，如调节转录因子与启动子结合、染色质重塑及组蛋白修饰等环节。（2）转录后水平，如：①LncRNA 可以作为内源性竞争物RNA（ceRNA），也称为miRNA 海绵，通过竞争性结合特定miRNA，干扰miRNA 与mRNA 相互作用，调节相关mRNA 翻译；②参与内含子的基因剪接，产生不同的mRNA；③通过miRNA 非依赖性方式，靶向mRNA 转录本，从而影响mRNA 稳定性。（3）表观遗传修饰水平，如DNA 及组蛋白甲基化、组蛋白乙酰化及泛素化等参与基因表达的调控[5，6]。见图1[10]。

图1 LncRNA 参与基因表达调控[10]

LncRNA 调节基因表达的方式：（1）染色质和染色体通过组蛋白修饰凝聚；（2）转录因子（TF）直接募集；（3）与RNA 聚合酶（pol）Ⅱ结合；（4）可变剪接；（5）mRNA 稳定性；（6）miRNA 可获得性；（7）多核糖体募集；（8）通过包装到细胞外囊泡中调节邻近细胞中的基因表达。

2 LncRNAs 与帕金森

研究显示，LncRNAs 在哺乳动物脑内含量非常丰富；脑内LncRNAs 主要用来维持其生长发育及功能，包括神经元生长分化、突触的形成及维持、学习与认知及记忆等过程[11]。近些年研究发现，LncRNA 在PD 患者体内异常表达，提示LncRNA 可能在PD 的发生发展中起着重要的调控作用。下面结合近些年相关研究结果，对PD 相关LncRNAs 进行简要阐述。

2.1 AS Uchl1

泛素羧基末端水解酶L1（Ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1，Uchl1）的反义链转录本LncRNA AS Uchl1，是Uchl1/PARK5 的合成位置[12]。PD 模型鼠中LncRNA AS Uchl1表达下调，AS Uchl1 通过调控Uchl1 mRNA 促进Uchl1 蛋白表达，AS Uchl1 表达下调会诱导PD 疾病进程。Carrier C等[13]研究表明，AS Uchl1 可以在转录水平调控基因表达，其在一个与多巴胺能细胞的分化和维持有关的转录因子Nurr1调控下，从而调节Uchl1 蛋白表达，进而影响PD 进程。

2.2 AS MAPT

微管相关蛋白tau（microtubule-associated protein tau，MAPT）是胞内纺锤体主要组成部分，编码基因位于17q21.3，能促进细胞骨架微管聚合及稳定，与神经退行性疾病有关[14]。LncRNA AS MAPT 是由tau 蛋白（Microtubule-associated protein tau，MAPT）编码基因的反义转录的产物，可通过甲基化MAPT 启动子，进而下调MAPT 表达。Coupland KG 等[15]研究发现，在PD 中AS MAPT 可以通过在转录水平后调控tau 蛋白表达，AS MAPT 在PD 中表达显著降低，MAPT 启动子甲基化减少，从而使MAPT 表达增多，增多的MAPT 表达可能与PD 疾病状态有关，具体机制有待进一步研究。

2.3 LncRNA H19

H19 是目前研究较多的LncRNA 之一，位于染色体11p15.5 的H19/IGF2 的基因簇上，全长2.5 kb，含有5 个外显子及4 个内含子[16]。H19 基因编码一段没有明显开放阅读框mRNA 样的RNA 分子，但不编码蛋白。H19 一直以来是肿瘤研究中的热点，如H19 在多发性骨髓瘤患者血清中高表达，其通过抑制下游靶基因miR-29b-3p 的表达，从而解除后者对抗凋亡Bcl-2 家族中Mcl-1（Myeloid cell leukemia sequence 1，Mcl-1）转录的抑制，抑制肿瘤细胞凋亡，促进肿瘤细胞生长[17]。近些年有研究发现，其在PD 患者体内表达异常。Kraus TFJ 等[18]研究发现，PD 患者体内H19 上游保守序列1 和2（Huc 1 and 2）相较于对照组显著性降低2 倍。由此推测，H19 与PD 具有一定的相关性，根据其在肿瘤疾病中的研究，推测其在PD 中可能作为ceRNA 在转录后水平调控有关基因表达，但其中具体机制尚不明确，有待深入研究。

2.4 LincRNA-p21

基因间长链非编码RNA（Long intergenic noncoding RNA，LincRNA）-p21 是p53 依赖性通路的重要下游效应分子，位于细胞周期调节关键基因p21/Cdknla 上游约15 kb处，长3.0 kb，参与细胞凋亡和DNA 损伤应答等过程[19]。Kraus TFJ 等[18]研究发现，作为p53 和缺氧诱导因子1α（Hypoxia-inducible factor 1α，HIF-1α）转录靶LincRNA-p21 在PD 患者体内相较于正常组表达显著性上调2 倍。Ding XM等[20]研究显示，LincRNA-p21 作为ceRNA 在转录后水平调控TRPM2 表达,其通过miR-625 调控瞬时受体电位M2（transient receptor potential melastatin 2，TRPM2）通道蛋白表达，诱导细胞凋亡、氧化应激及炎症反应，至此，LincRNA-p21/miR-625/TRPM2 在PD 进程中起到重要作用。另有研究发现，在PD 发生发展过程中，活化的小胶质细胞内p53 依赖性的LincRNA-p21 表达上调，LincRNA-p21 竞争性吸附并下调miR-181，解除后者对蛋白激酶C-δ（Protein Kinase C-δ，PKC-δ）的抑制，间接上调PKC-δ 表达；同时PKC-δ 反过来促进p53 的表达，诱导LincRNA-p21 表达。至此，p53/LincRNA-p21/miR-181/PKC-δ 形成一个正反馈环路，协同促进小胶质细胞持续活化，加重PD 病理损伤[21]。

2.5 Malat1

肺癌转移相关转录本1（Metastasis associated lung adenocarcinoma transcript1，Malat1），位于染色体11q13.1，长 约6.7 kb，具有高度保守的LncRNA。最初研究发现，其在肿瘤组织中高表达，参与调节细胞生长、凋亡及迁移等[22]。研究显示Malat1 在神经元中表达丰富，并与突触的形成和维持有关。Kraus TFJ 等[18]研究发现，Malat1 在PD 患者的体内表达上调3 倍。Xia D 等[23]研究发现，Malat1 作为ceRNA 在转录后水平调控α-突触核蛋白表达，其与miR-129 存在一段互补序列；在PD 小鼠模型中，Malat1 通过与miR-129 结合，下调其表达，进而解除后者对SNCA（Synuclein-Alpha）基因表达的抑制，SNCA 参与负责α-突触核蛋白（α-synuclein，α-syn）合成；显示Malat1/miR-129/SCNA 通路在PD 发展中起重要作用。Chen Q 等[24]研究表明，Malat1 还可以通过与miR-205-5p结合，下调其表达，解除miR-205-5p 对LRRK2（Leucinerich repeat kinase，LRRK2）表达的抑制；LRRK2 进一步诱导氧化应激损伤及多巴胺能神经元凋亡，加重PD 病情的发展。

2.6 Snhg1

小核糖体管家基因RNA1（Small nucleolar RNA host gene1，Snhg1），由位于11 号染色体UHG 基因转录而来，约3.9kb[25]。Snhg1 主要参与调控细胞凋亡、转移等过程。Kraus TFJ等[18]研究发现，PD 患者体内Snhg1 表达显著性上调，表明Snhg1可能在PD 发生发展中起关键作用。研究显示，LncRNA Snhg1 作为ceRNA 在转录后水平调控有关基因表达,如其可通过直接与miR-15b-5p 结合，下调其表达，一方面促进miR-15b-5p 下游靶基因SIAH1（Seven in absentia homolog 1）表达，促使α-syn 聚集，诱导路易小体的形成，加重PD 病理损伤[26]；另一方面逆转miR-15b-5p 对糖原合成酶激酶-3β（Glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）的抑制，促进氧自由基（Reastive oxygen species，ROS）生成，抑制自噬而加速PD的发生发展[27]，表明Snhg1 在PD 发病中至关重要。Cao B 等[28]研究发现，PD 小鼠中Snhg1 与miR-7 结合，促进小胶质细胞及NLRP3 炎性小体的激活，使PD 病情发展；因此LncRNASnhg1/miR-7/NLRP3 在PD 发生中起重要作用。

2.7 HOTAIR

HOX 反义基因间RNA（HOX antisense intergenic RNA，HOTAIR），位于人类染色体12q13.13[29]。目前研究表明，HOTAIR 在多种疾病中表达上调，参与调控细胞分化及凋亡等过程[30，31]。Wang S 等[32]研究发现，在PD 小鼠模型中，HOTAIR表达上调；而HOTAIR 可在转录后水平调控基因表达，如与其通过增强LRRK2 mRNA 稳定性、促进多巴胺能神经元凋亡相关；沉默HOTAIR 抑制caspase-3 的激活，抑制神经细胞凋亡。Chen Z 等[33]研究表明，HOTAIR 作为内源性竞争物RNA（ceRNA）与miR-126-5p 相互作用，解除后者对Rab3a 相互作用蛋白（Rab3a interacting protein，RAB3IP）的抑制，从而促进多巴胺神经元丢失和细胞凋亡，加重PD 进程；敲减HOTAIR 后，PD 鼠体内TH 增多、α-syn 累积减少及多巴胺凋亡率下降，延缓PD 进程；因此HOTAIR/miR-126-5/RAB3IP在PD 发生发展中起重要作用。

2.8 Neat1

LncRNA Neat1（Nuclear paraspeckle assembly transcript1，Neat1），主要编码Neat1-1 和Neat1-2；Neat1 主要参与调控细胞凋亡、转移等过程[34，35]。Yan W 等[36]研究发现，Neat1 可在表观遗传水平调控基因表达，其可通过与磷酸酶张力蛋白诱导激酶1（PTEN induced putative kinase1，PINK1）结合，调节其泛素化水平，增加稳定性，促进MPTP 诱导的自噬，加重多巴胺能神经元损伤、诱导PD。Liu Y 等[37]研究发现，PD 小鼠Neat1 表达上调；敲减Neat1 后，Bax/Bcl-2、caspase-3 活性降低，减少α-syn 及其磷酸化水平。具体机制有待深入研究。

2.9 其他LncRNA

LncRNA PINK-AS 是PINK1 基因的反义转录产物，可通过增强其靶基因转录产物的稳定性、阻碍线粒体呼吸链功能，诱导神经细胞凋亡，加重PD 的发展[38]。已有研究表明，LncRNA AL049437 敲减可增加细胞活力、线粒体跨膜电位及酪氨酸羟化酶的分泌；LncRNA AK021630 敲减可产生相反效果，推测出LncRNA AL049437 可能促进PD 的发生发展，而LncRNA AK021630 可能参与抑制PD 的发生[39]。

3 小结与展望

随着技术发展及对LncRNA 深入研究，曾被认为是基因转录副产物或“暗物质”，不具有任何生物学功能的LncRNA，可以通过多种途径参与细胞生长、增殖、分化及稳态维持等重要生命活动的调节，与各种疾病的发生发展有着密切关系，已成为继miRNA 后又一新的研究热点。LncRNA 不仅为疾病机制的理解提供新视角，而且为疾病的诊断及治疗提供新方法；相对于编码蛋白的基因，其表达更具组织特异性和时空特异性，因此可作为疾病生物标记物和治疗靶标，在PD的预防、诊断及预后判断中有着不可忽视的应用前景。目前对LncRNA 研究还处于初步阶段，相信随着LncRNA 的深入研究，LncRNA 有望成为延缓PD 病情进展的潜在新靶点。