长链非编码RNA在眼部疾病的研究进展

郑久胜，姚静虹，刘光明，李淑婷

0引言

近年来随着基因组计划的完成、分子生物学技术的飞速发展以及新的基因检测技术日趋成熟和完善，新的研究发现，长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)广泛参与生物体内多种重要的生理及病理过程，而其异常表达与人类多种重大疾病的发生及进展过程密切相关[1]，如恶性肿瘤、炎症、免疫性疾病等。最近的研究显示，lncRNA与眼科疾病也息息相关，本文旨在对近年来关于lncRNA的异常表达与眼部疾病的研究现状做一综述。

1 lncRNA概述

lncRNA是指长度大于200个核苷酸且不参与蛋白质编码过程的RNA，随着研究的不断深入，发现其具有多种多样的重要生物学功能。

1.1 lncRNA结构及其特征根据GENECODE数据库分析统计显示，人类目前有13870个基因可以通过转录生成lncRNA，其lncRNA目前已知数量达到24000多条[2]，lncRNA可在任何基因组部位进行转录，类似于mRNA，具有5’帽子结构和3’多聚腺苷尾结构，但其开放阅读框较短或者不存在，在生物细胞内整体水平表达较低，约为mRNA的1/10，具有复杂的二级或三级结构，无较高的序列保守性[3]。

lncRNA根据其生物学功能，主要分为两大类：调控性非编码RNA和基础结构性非编码RNA。lncRNA属于调控性非编码RNA中的一类。小非编码RNA包括小干扰RNAs、微小RNAs(microRNAs)等，其中microRNAs是近年来研究较热门，转录本长度约由19～24个核苷酸组成的内源性单链小RNA[4]。与其相关的microRNAs相比较，lncRNA转录本序列更长、空间结构更加复杂，因此其所包含的信息量也更加丰富。lncRNA依据其在基因组上的位置关系，可分为基因区间、双向型、天然反义、天然顺义及内含子区等5种类型，具有重要的生物学功能，对其进行深入研究将有助于我们更好地探索相关疾病的发生发展机制，并为相关疾病的治疗提供新的策略和思路。

1.2 lncRNA的生物学功能lncRNA的生物学功能主要表现在以下几个方面：(1)通过招募染色质重塑复合体到特定的基因组位点使其发生催化活性，从而介导表观遗传发生变化。如人体内的二氢叶酸还原酶基因DHFR，其上游启动子启动lncRNA的转录并补充下游启动子的碱基以形成复合物的稳定结构，可以阻止启动子与TFIIB结合，最终抑制下游基因转录[5]。也可以通过组蛋白修饰以远程调控的方式沉默基因的转录[6]。(2)通过影响增强子和启动子的转录过程等作用机制在转录水平发挥重要的调控作用。其调控基因表达的方式非常多样化，既可以通过参与组蛋白修饰、mRNA拼接的方式，又可以通过结合转录因子来激活或抑制目的基因的表达。当细胞被破坏，应激反应通过启动细胞周期蛋白D1基因的上游lncRNA转录，转录产物可与结合蛋白TLS结合，通过其结合后的变构效应来调控蛋白CBP/p300并抑制组蛋白乙酰转移酶的活性，进而进一步抑制细胞周期蛋白D1的转录[7]。(3)lncRNA参与转录调控。作为直接的转录激活因子或转录抑制因子参与靶基因的调控。lncRNA Evf-2[8]与Dlx-2特异性协作以提高Dlx-5/6增强子的靶转录活性和同源异型结构特异性方式。Evf-2和Dlx-2蛋白的稳定复合物在体内形成，表明Evf-2通过直接影响Dlx-2活性来激活转录活性。(4)lncRNA也可以通过转录后调控，包括转录后的剪切、拼接、转运、折叠、翻译及降解等多个步骤，如mRNA-Zeb2，受lncRNA直接调控，其翻译起始点位于非编码区的内含子中，lncRNA可与其互补而保护其不受剪切，以此调控Zeb2基因的表达[9]。

1.3 lncRNA与microRNAs的相互作用近年研究表明，lncRNA可以通过竞争内源性RNA与microRNAs而相互干扰，影响mRNA与microRNAs的结合。如在肝纤维化[10]发展过程中lncRNA与microRNAs共同参与了肝纤维化中蛋白质编码基因表达的调节，研究肝纤维化中失调的lncRNA表达和lncRNAs-microRNAs相互作用机制，将有助于开发新的肝纤维化治疗靶标和生物标记物。在胆囊癌[11]中lncRNA PVT1通过其对miR-143的竞争内源性RNA活性正调控HK2的表达，即PVT1/miR-143/HK2轴通过调节胆囊癌细胞中的有氧葡萄糖代谢来促进细胞增殖和转移，这可能为胆囊癌提供新的治疗靶标。

2 lncRNA与人类疾病

2010年，作为在乳腺癌中判断预后及转移的重要指标—HOTAIR[12]的发现使人们将疾病发病机制的研究转向lncRNA，随后的研究发现，越来越多的疾病与lncRNA的差异表达密切相关。研究最多的是lncRNA与肿瘤发病之间的关系，涉及肺癌[13]、肝癌[14]、结直肠癌[15]、宫颈癌[16]、乳腺癌[17]、膀胱癌[18]、白血病[19]等多种恶性肿瘤疾病的发生。此外，研究表明，lncRNA与糖尿病及其并发症(如糖尿病性肾病、糖尿病性视网膜病变)、自身免疫性疾病(如系统性红斑狼疮)、心血管疾病、神经系统疾病(如阿尔茨海默氏病)等多种疾病的发生发展也息息相关。

3 lncRNA与眼科相关疾病

目前，lncRNA与眼部疾病的相关研究表明，lncRNA参与视网膜发育，其异常表达可能与角膜新生血管的形成、翼状胬肉、青光眼、白内障、增殖性玻璃体视网膜病变(PVR)、糖尿病性视网膜病变、年龄相关性黄斑变性(ARMD)、视网膜母细胞瘤、葡萄膜黑色素瘤(UM)等的发病机制密切相关。

3.1 lncRNA与角膜新生血管正常角膜是透明无血管的，当角膜遭受病原体感染、外伤或炎症等因素刺激时会导致角膜新生血管的形成。已有研究表明，角膜新生血管的形成是多种炎症因子及细胞因子共同作用的病理过程。Huang等[20]通过建立鼠角膜新生血管模型，采用微阵列分析发现，炎症性新生血管的鼠角膜与正常透明的鼠角膜相比，有154个lncRNA表达差异显著，其中包括60个下调的lncRNA和94个上调的lncRNA，提示角膜新生血管形成可能与相关lncRNA异常表达有关，其可能成为角膜新生血管疾病预防和治疗的潜在靶点。

3.2 lncRNA与翼状胬肉翼状胬肉的确切发病机制尚不明确，其可能的发病因素有以下几个：(1)血管内皮生长因子受体(VEGFR)[21]控制病理性血管生成并增加眼内血管通透性；(2)白细胞介素[22]；(3)基质金属蛋白酶及基质金属蛋白酶组织抑制因子[23]，基质金属蛋白酶可促进翼状胬肉的生长，而基质金属蛋白酶组织抑制因子与基质金属蛋白酶功能恰恰相反；(4)肿瘤抑制基因[24]，如P53的异常表达能够促进翼状胬肉细胞增殖；(5)增殖相关蛋白[25]，如Ki-67、细胞周期蛋白D1在翼状胬肉细胞增殖过程中发挥重要作用。Liu等[26]发现在翼状胬肉组织中lncRNA参与调节关键基因表达，并提出相关lncRNA可能是治疗翼状胬肉的新型分子靶点。

3.3 lncRNA与青光眼青光眼是一组以视神经萎缩和视野缺损为特征的疾病，是致盲的主要原因之一，具有一定的遗传性。病理性眼压升高是青光眼的一个重要的危险因素。lncRNA CDKN2B-AS又称为ANRIL，是一种以CDKN2A和CDKN2B的反义方向转录的lncRNA。这些基因座上多态性的发生改变了调节细胞周期或通过表观遗传机制对靶基因的表达，随后诱导视网膜神经节细胞凋亡和诱发青光眼的发生[27]。另有研究表明，lncRNA MALAT1可以通过激活PI3K/Akt信号通路抑制青光眼中的视网膜神经节细胞凋亡[28]。

3.4 lncRNA与白内障Shen等[29]研究发现，与年龄相匹配的透明晶状体受检者相比，白内障患者有38个lncRNA表达异常，lncRNA在白内障患者的全血血浆和房水中的表达量明显增加；而敲除MIAT可通过氧化应激反应影响人晶状体上皮细胞的凋亡、增殖、迁移，敲除MIAT可抑制肿瘤坏死因子-α的异常表达及晶状体上皮细胞的迁移，在后发性白内障的发病过程中可能具有重要作用。

3.5 lncRNA与增殖性玻璃体视网膜病变Zhou等[30]利用微阵列分析研究显示，PVR患者的视网膜前膜中有78个lncRNA存在异常表达(48个上调，30个下调)。PVR患者外周血细胞和血浆部分lncRNA MALAT1明显上调；PVR术后患者MALAT1表达明显减少，体外实验提示MALAT1调节视网膜色素上皮(RPE)细胞的增殖和迁移，这对于视网膜前膜形成具有关键作用，表明MALAT1可能作为PVR的诊断和潜在预后指标，也可能成为PVR基因治疗的潜在靶点。

3.6 lncRNA与糖尿病性视网膜病变Liu等[31]在链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病大鼠动物模型中发现，lncRNA MALAT1在视网膜的表达量明显上调，提示糖尿病血管内皮细胞功能障碍与其相关。Yan等[32]通过建立STZ诱导的糖尿病性视网膜病变大鼠动物模型发现，早期糖尿病性视网膜病变大鼠存在303个lncRNA异常表达(214个表达下调，89个表达上调)，提示lncRNA可能通过多个致病途径介导糖尿病性视网膜病变的发病机制，其中MALAT可能是早期诊断、治疗及判断其预后的一个潜在治疗靶标。

3.7 lncRNA与年龄相关性黄斑变性RPE细胞去分化已被认为是萎缩性ARMD病理变化的关键因素。因此，阻断RPE去分化是治疗萎缩性AMRD的有效策略。Chen等[33]使用微阵列筛选出217个差异表达的lncRNA。其中lncRNA ZNF503-AS1在RPE细胞的细胞质中表达，且ZNF503-AS1表达水平与RPE分化一起持续上调，并且在萎缩性ARMD患者的RPE脉络膜中被下调。该研究表明ZNF503-AS1失调与萎缩性ARMD的RPE去分化和病理过程有关，提示其可作为萎缩性ARMD的生物标志物和治疗靶标。

3.8 lncRNA与眼部肿瘤

3.8.1 lncRNA与视网膜母细胞瘤研究发现，lncRNA MEG3启动子的高甲基化及MEG3的失活与视网膜母细胞瘤患者的预后相关，该研究揭示MEG3是视网膜母细胞瘤中的肿瘤抑制基因，并通过调节Wnt/β-连环蛋白途径的活性抑制视网膜母细胞瘤细胞的增殖[34]。另有研究发现，lncRNA H19可通过结合miR-17-92簇的位点抑制视网膜母细胞瘤的进展，这有望成为视网膜母细胞瘤的治疗策略[35]。

3.8.2 lncRNA与葡萄膜黑色素瘤UM是成人中最常见的原发性眼部恶性肿瘤，可导致严重的视觉障碍。Xu等[36]研究发现遗传扩增和DNA甲基化是UM中异常lncRNA PVT1表达的机制，提示lncRNA PVT1的表达可能在UM的发生发展过程中具有重要意义，其可作为特异性的预后生物标志物。Zheng等[37]研究发现，lncRNA FTH1P3的表达与UM组织中miR-224-5p表达呈负相关，miR-224-5p的异位表达降低了UM细胞的增殖，阻滞细胞周期和抑制细胞迁移，表明lncRNA FTH1P3在UM中起关键作用。

4展望

随着研究的深入，大量lncRNA功能逐渐被挖掘，为明确相关疾病的发病机制提供了可能，然而lncRNA研究前景仍然存在着众多挑战：(1)lncRNA功能及作用机制研究。lncRNA类似于mRNA，具有5’帽子结构和3’多聚腺苷尾结构，但其开放阅读框较短或者缺失，在生物细胞内整体水平上表达较低，约为mRNA的1/10，具有复杂的二级或三级结构，无较高的序列保守性，这在极大程度上限制了对lncRNA功能的详尽阐述和研究。(2)lncRNA基因测序的准确性。传统的lncRNA筛选方法效率低下，假阳性率高，目前研究lncRNA的高通量技术手段主要有芯片、二代测序、三四代测序。然而基因芯片虽然具有覆盖全面、高效、准确的特点，但lncRNA的表达量远低于mRNA。此外，利用测序的方法需要特异性建库和较高的数据量，这使得测序的准确性要求更加严格。(3)lncRNA特异性表达仍未完全阐明。随着技术的快速发展，人们对lncRNA的差异性表达认识也日趋完善，但在眼部疾病方面研究较少，仍需要进一步阐明和完善。

5总结

随着对lncRNA研究的深入，对基因的定义又有了更加深入的认识，分子遗传学的经典理论“中心法则”的内容变得更加丰富，人们对生命的运行规律，包括正常和疾病状态下的认知，也将会随着越来越多的lncRNA的发现而变得更加丰富。研究lncRNA与眼部疾病发生发展之间的关系，将有助于人们对众多眼部疾病的发病机制、诊断、预后及转归予以新的认识，并对眼部疾病的治疗药物开发提供新的策略。