lncRNA与缺血性脑白质病的研究进展

杨 露 徐曼曼 韩露露 黄世敬

缺血性脑白质病是指由慢性脑缺血或低灌注造成的以脑白质区中枢神经脱髓鞘损害为主要特征的一类脑白质病变总称，多发于老年人。临床主要表现为认知障碍、情绪障碍、感觉运动障碍、尿失禁等症状，严重可导致脑卒中、痴呆甚至死亡。其中缺血性脑卒中发生率是正常人群的1.65～3.47倍，痴呆发生率是正常人群的1.40～2.43倍，病死率是正常人群的1.69～2.36倍[1]。缺血性脑白质病是血管-神经的一种慢性退行性病变，除了与年龄、脑血管发病危险因素等有关外，还受到脑缺血相关基因的表达调控。Li等[2]对慢性脑缺血白质损伤模型进行基因全转录组学分析发现358个差异表达的长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)，并且随脑缺血时间动态改变。由此提示lncRNA参与缺血性脑白质病的相关调控。

一、lncRNA概述

lncRNA是一类位于细胞核或细胞质中长度超过200nt无蛋白质编码作用的ncRNA。根据lncRNA在基因组中相对应编码基因的位置可分为5种类型，即正义lncRNA、内含子lncRNA、反义lncRNA、基因间lncRNA和双向lncRNA；或根据lncRNA功能分为4种类型，即信号型、诱饵型、引导型和支架型。随着对基因组学测序技术的深入研究发现，lncRNA是基因表达的重要调节因子,其主要是通过与多种细胞生物分子如其他RNA(miRNA、mRNA)、DNA和蛋白质相互作用形成lncRNA互作体在表观遗传、转录、转录后和翻译及翻译后修饰等层面参与多种生物学过程的基因调控，从而发挥在疾病中的调控作用。人类基因组中有70%～80%的基因组被转录，但只有2%以下的基因组编码蛋白质序列，剩余ncRNA的80%由lncRNA组成,而其中约有40%已识别的lncRNA在人类大脑中特异性表达，涉及4000～20000个lncRNA基因，这个数字表明lncRNA在人脑组织中高度丰富且稳定表达[3]。

二、lncRNA与缺血性脑白质病

急性和慢性脑缺血都会导致脑白质损伤，但随着慢性脑缺血的进展，慢性脑缺血白质的进行性损害更为严重，且在相当长时间内是不可逆的。目前缺血性脑白质病的致病机制尚未完全阐明，国内外研究一致认为由慢性脑缺血或脑低灌注所导致的免疫炎性反应、氧化应激损伤、内皮障碍和血-脑脊液屏障破坏、细胞自噬和凋亡等参与缺血性脑白质病的病理机制。

1.lncRNA与免疫炎性反应:小胶质细胞和星形胶质细胞是中枢神经系统内的免疫活性细胞，在慢性脑缺血过程中被激活，活化的小胶质细胞和反应性增生的星形胶质细胞，一方面对神经元具有营养支持作用；另一方面，持续活化的星形胶质细胞和小胶质细胞会合成、释放多种炎性细胞因子,诱导少突胶质细胞凋亡和髓鞘丢失，进而造成缺血性脑白质损伤，并阻碍白质修复。近年来研究表明lncRNA是炎性反应的潜在关键调控因子，通过调控炎性基因的转录表达参与炎性疾病的发生、发展。Zhong等[4]研究发现在大脑中动脉阻断/再灌注处理的大鼠和氧糖剥夺/复氧(OGD/R)诱导的PC12细胞中高表达的lncRNA SNHG14，通过负调控miR-136-5p上调Rho相关卷曲螺旋形成蛋白激酶1(ROCK1)的表达，诱导炎性反应和神经元损伤，而抑制或敲除lncRNA SNHG14可明显降低肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素6(IL-6)和IL-1β的表达水平，减少促凋亡半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶3的表达以及神经细胞死亡数量，并改善神经功能。此外，脑缺血后过表达的lncRNA SNHG14还通过负调控miR-145-5p上调胞质磷脂酶A2IVA蛋白的表达促进小胶质细胞活化，释放促炎性细胞因子TNF-α和NO，诱导神经细胞凋亡，加重缺血性脑损伤。核因子(NF)-κB通路是经典的炎症信号转导通路，Zhang等[5]研究证实上调脑缺血小胶质细胞中lncRNA-1810034E14Rik的表达，可通过抑制NF-κB通路激活，减少小胶质细胞活化以及促炎性细胞因子TNF-α和IL-1β的释放，增加抗炎性细胞因子IL-4和IL-10的表达,减轻缺血性脑损伤。

2.lncRNA与氧化应激损伤：氧化应激不仅对构成脑白质的少突胶质细胞及轴突等产生损害，还会抑制脑白质损伤后少突胶质前体细胞介导的少突胶质细胞更新再生，阻碍脑白质的内源性修复，进一步加重白质脱髓鞘病变。lncRNA ROR在缺氧/复氧的PC12细胞中表达上调，而干扰其表达会促进miR-135a-5p过表达抑制ROCK1/2激活，降低活性氧(ROS)的产生和丙二醛(MDA)的含量，提高乳酸脱氢酶和超氧化物歧化酶(SOD)水平以及细胞活力，减少细胞凋亡[6]。表明抑制lncRNA ROR的过表达通过正调控miR-135a-5p调节ROCK1/2表达抑制氧化应激减轻脑缺氧缺血损伤。研究证实，抑制lncRNA BDNF-AS的表达可明显提高淀粉样β肽25-35诱导的PC12细胞活力，增加SOD和过氧化氢酶的活性，降低ROS和MDA的活性，抑制氧化应激损伤减少神经细胞凋亡[7]。Zhang等[8]研究显示，上调脑缺血中lncRNA ZFAS1的表达可通过负调控miR-582-3p上调内皮型一氧化氮合成酶(eNOS/NOS3)表达来抑制氧化应激，保护神经细胞免受脑缺血再灌注损伤。而另一项研究表明抑制神经胶质细胞NOS3的活性可以维持线粒体结构和功能的完整性，减少少突胶质细胞凋亡，促进轴突功能恢复，从而保护缺血性脑白质损伤[9]。以上表明对于lncRNA ZFAS1调节NOS3表达在缺血性脑白质损伤的具体作用机制仍需进一步研究证实。

3.lncRNA与内皮障碍和血-脑脊液屏障破坏：在脑缺血期间，血管内皮细胞的结构和功能障碍会导致血-脑脊液屏障破坏, 血液及大分子物质缓慢渗漏到脑实质，引起脑水肿、神经胶质细胞损伤, 最终损害脑白质纤维。血-脑脊液屏障是由脑的连续毛细血管内皮及其细胞间的紧密连接、完整的基膜、星形胶质细胞脚板以及周细胞等构成的屏障结构,能够维持脑组织的微环境稳态。Gao等[10]采用慢病毒FAL1转染人原代脑微血管内皮细胞构建lncRNA FAL1过表达，其高表达减少了OGD/R诱导的细胞凋亡，抑制氧化应激损伤和炎性反应发生，更重要的是促进了eNOS的表达和NO的产生，这表明lncRNA FAL1高表达通过调节血管内皮功能障碍减轻脑血管内皮损伤。Li等[11]采用小鼠星形胶质细胞和脑微血管内皮细胞(BMEC)共培养建立血-脑脊液屏障模型，lncRNA LOC102640519在OGD/R处理的模型中表达上调，而敲除LOC102640519基因可通过正调控同源盒基因HOXC13的表达，上调紧密连接蛋白(ZO-1、occludin和claudin-5)的表达，减轻血-脑脊液屏障完整性破坏。主要在星形胶质细胞末端表达的水通道蛋白4是血-脑脊液屏障的重要调节因子，有研究发现，抑制lncRNA MALAT1和lncRNA TUG1表达可分别通过竞争结合miR-145正向调节水通道蛋白4的表达，减少OGD/R诱导的乳酸脱氢酶泄漏和星形胶质细胞凋亡，提示lncRNA MALAT1和lncRNA TUG1表达可能通过调节血-脑脊液屏障通透性参与脑缺血再灌注损伤[12，13]。

4.lncRNA与细胞自噬和凋亡：适度的细胞自噬可以清理受损的细胞器、蛋白质折叠错误或聚集，保护细胞免受损害从而促进细胞存活；而应激状态下的过度自噬则会诱导包括细胞凋亡在内的细胞死亡。长期慢性脑缺血会导致自噬在脑白质中被过度激活，破坏白质完整性；而自噬抑制剂渥曼青霉素可通过抑制自噬减轻慢性脑缺血所致的白质损伤并改善认知障碍[14]。Zhou等[15]研究发现，lncRNA RMRP在OGD/R诱导的SH-SY5Y细胞中表达上调，而敲除RMRP基因可以显著降低微管相关蛋白1轻链3-Ⅱ/Ⅰ(LC3Ⅱ/Ⅰ)比值，提高细胞自噬受体蛋白p62表达水平，诱导神经细胞的增殖和迁移，抑制神经细胞凋亡和细胞周期阻滞,这表明抑制lncRNA RMRP的表达通过抑制细胞自噬和凋亡改善缺血性神经元损伤。Beclin1是一种能强烈诱导自噬的关键自噬相关蛋白，lncRNA MALAT1的下调可通过上调miR-30a的表达抑制脑缺血诱导LC3Ⅰ向LC3Ⅱ和Beclin1的转化以及自噬体形成，促进神经细胞存活，表明抑制lncRNA MALAT1的表达通过负调控miR-30a抑制细胞自噬减轻神经元细胞死亡[16]。然而另有研究表明，lncRNA MALAT1是一种有效的自噬诱导剂，其过表达通过与miR-200C-3p竞争结合上调自噬介质沉默信息调节因子1的表达激活细胞自噬促进细胞存活，进而减轻缺血性脑损伤[17]。以上说明lncRNA通过调控脑缺血后的细胞自噬和凋亡，参与神经细胞损伤和神经细胞保护两种不同作用机制发挥对缺血性脑损伤的作用,而这可能与自噬发生的时间以及程度有关。

三、lncRNA与缺血性脑白质病的治疗

1.lncRNA对血管再生的作用：脑缺血发生后的代偿性血管生成可以改善区的脑血流供应，减轻缺血性脑白质损伤，促进脑白质修复和认知功能恢复，因此促进脑缺血后的血管再生和改善脑血流量对缺血性脑白质病的治疗具有重要意义。研究表明lncRNA SNHG1在OGD/R处理的BMEC中表达上调，其通过负调控miR-199a的表达上调缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)和血管内皮生长因子(VEGF)mRNA及蛋白的表达水平，促进血管内皮细胞的增殖和迁移以及毛细血管样结构的形成，提示lncRNA SNHG1与脑缺血后的血管重塑有关[18]。VEGF是血管生成的主要诱导因子，HIF-1α通过与VEGF启动子的缺氧反应元件结合而成为VEGF转录激活的主要调控因子，两者共同作用可促进新生血管的形成。另外，lncRNA SNHG12的上调也可通过负调控miR-199a增加VEGFA和成纤维细胞生长因子的表达，以及脑血管密度和毛细血管样管形成，进而促进血管生成减轻OGD/R诱导的脑血管内皮细胞损伤[19]。Deng等[20]研究发现，抑制OGD/R诱导的BMEC损伤中lncRNA MIAT的高表达,通过竞争性结合miR-204-5p下调高迁移率族蛋白B1的表达，显著促进VEGF和血管生成素-1的表达，并增加脑微血管密度和血管管腔形成数量。综合以上，lncRNA参与调控脑缺血后的血管生成。

2.lncRNA对髓鞘修复的作用：慢性脑缺血诱导产生的少突胶质细胞减少或凋亡、髓鞘脱失、轴突变性以及白质疏松等病理改变是导致脑白质病变的主要原因。脑白质主要由成熟少突胶质细胞形成的髓鞘包裹轴突组成，少突胶质细胞是中枢神经系统唯一的成髓鞘细胞。研究报道lncRNA通过调控少突胶质细胞谱系发育阶段和相关转录机制以及少突胶质细胞命运决定等方面参与髓鞘形成进而修复脑白质损伤。性别决定区Y相关的HMG盒8(SRY-related HMG-box8,SOX8)基因是调控少突胶质细胞成熟的重要转录因子，其互补编码链lncRNA SOXOT通过与SOX8共享启动子序列调节少突胶质细胞的成熟以及髓鞘基因的表达参与髓鞘再生[21]。He等[22]研究发现，lncOL1是一种少突胶质细胞限制性lncRNA，其过表达会促进少突胶质细胞分化和髓鞘形成相关基因(髓鞘蛋白脂蛋白、髓鞘相关糖蛋白、髓鞘碱性蛋白、髓鞘基因调控因子)的表达以及溶血酯酶诱导白质损伤脱髓鞘后的再髓鞘化过程，而lncOL1基因缺失则会导致少突胶质细胞分化和髓鞘形成的障碍，进一步研究发现,lncOL1是通过与多梳抑制复合物2的核心成分多梳蛋白Suz12相互作用，使Suz12在其靶基因位点沉积进而促进少突胶质细胞的分化。以上表明lncOL1通过与Suz12结合形成复合体调节少突胶质细胞的分化、髓鞘形成以及再髓鞘化修复。lncOL1基因位于蛋白质编码Pcdh17基因内含子2中，而lncRNA Pcdh17it位于Pcdh17基因内含子1中，lncRNA Pcdh17it在未成熟的少突胶质细胞中特异表达，其通过调控Pcdh17基因的表达调节F-肌动蛋白组装参与髓鞘形成[23]。

3.lncRNA对突触可塑性的调节作用:脑白质的修复除了髓鞘再生和轴突重塑之外，还包括对突触可塑性的调节。突触可塑性主要包括突触结构和突触传递效能两方面，其对正常白质束的发育和形成至关重要。Tan等[24]研究发现，敲除lncRNA Meg3会抑制N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体依赖的皮质神经元表面α-氨基-3-羟基-5-甲基-4-异恶唑丙酸(AMPA)受体GluA1亚基的增加,阻断甘氨酸刺激长时程增强作用(LTP)的诱导和维持，表明lncRNA Meg3的表达通过调节突触增强过程中神经元表面AMPA受体的最佳数量调控突触可塑性。lncRNA Atlas是突触蛋白Ⅱ(Syn2)的反义lncRNA，抑制lncRNA Atlas的表达可通过促进CUGBP Elav样家族成员4与Syn2b的3′-UTR结合，抑制Syn2b基因的可变聚腺苷酸化并降低其表达，增加Syn2a的表达，促进突触后膜上AMPA受体介导的兴奋性突触传递，增强突触强度和突触可塑性[25]。Raveendra等[26]研究表明，lncRNA GM12371是突触功能的转录调节因子,其正常表达是维持海马神经元兴奋性突触传递的必要条件，而敲除lncRNA GM12371会导致海马神经元突触总密度和树突树复杂性降低,棘突密度和蘑菇状棘突数量减少，突触长时程抑制和谷氨酸受体信号通路下调，以及腺苷酸环化酶激活剂诱导的突触通讯增强也受到抑制。由此可见，lncRNA GM12371的表达参与突触可塑性的调节，对突触传递依赖性活动改变至关重要。LoNA是一种核仁特异性lncRNA，其缺失会促进核糖体向突触的转运，提高局部突触后致密蛋白95、钙调蛋白依赖性激酶Ⅱα、AMPA受体和NMDA受体水平，增强LTP和突触可塑性，最终巩固记忆[27]。

四、展 望

综上所述，lncRNA对慢性脑缺血后的免疫炎性反应、氧化应激损伤、内皮障碍和血-脑脊液屏障破坏、细胞自噬和凋亡等具有调控作用，同时亦通过调控血管再生、髓鞘修复以及突触可塑性等方面发挥治疗作用。此外，基于lncRNA的复杂多态性，笔者还发现一种lncRNA可以直接或间接靶向多个靶标形成调控网络，而一个靶标也可以对应多个lncRNA,在慢性脑缺血白质损伤过程这种作用机制是同时发生，还是存在竞争择优，这一点有待于深入研究。目前lncRNA的研究还处在初期阶段，在已识别有限的lncRNA图谱中，无法阐明其具体的体内调控机制。基因转录组学和高通量测序技术的发展必然会筛选出更多与脑白质病变相关的差异表达lncRNA，通过对其在动物实验、细胞实验以及临床试验方面的全面深入研究和验证，使lncRNA应用于缺血性脑白质病的临床治疗成为可能。