长链非编码RNA 在心血管疾病及病理过程中的研究进展

赵春燕 张树龙 江雪

长链非编码RNA(Long non-coding RNA,lncRNA)是长度大于200个核苷酸、非编码RNA 中的的一种,由RNA聚合酶II转录,多腺苷酸化和剪接形成。lncRNA 一度被认为是基因转录的“噪音音”、不具备生物学功能[1]。但最近的多项研究发现它参与体内多种细胞生物过程基因的调控,包括括表观遗传,转录和转录后调节[2]。人类基因组绝大多数被转录为非蛋白质编码RNA,包括99 640 个lncRNAs[3]。在人类很多疾病中可见其失调,如心血管疾病、视网膜病变、肿瘤、神经系系统退行性疾病等[4－7]。笔者围绕lncRNA 在心血管疾病及病理过程的调控进行阐述,为心血管疾病防治的研究提供新的靶点。

1 LncRNA对心肌肥厚的调控

Shao等[8]在建立的小鼠心脏肥大模型及细胞实验中,发现末端分化诱导的非编码RNA(LncRNA TINCR,编码3.7kb的lncRNA)的过表达通过表观遗传沉默钙调蛋白Ⅱ(CaMKII)来减轻心肌肥大,相反,抑制LncRNA TINCR 后,Ca MKII的表达增加导致心肌细胞肥大。另外,结合以往研究表明CaMKII明显促进心肌细胞肥厚和心肌纤维化[6],据此,可为后负荷引起的心脏肥大提供一种新的治疗策略。

同时,Liu等[9]研究发现LncRNA H19在心肌细胞中的表达比成纤维细胞更丰富,H19及其编码的miR-675(miRNA)的表达随年龄增长逐渐下调。体内、外实验均发现H19和miR-675抑制心肌细胞肥大,抑制H19或miR-675引起Ca MKIIδ的表达上调导致心肌细胞肥大,因此,H19-miR-675轴可能通过抑制Ca MKIIδ作为心肌细胞肥大的负调节因子。

研究显示重链相关RNA 转录物(lncRNA Mhrt)可以保护心脏降低病理性心脏肥大及纤维化[10];lncRNA Plscr4的过表达通过下调miR-214的表达,进而抑制心肌肥大,可作为心脏肥大治疗的靶点[11]。Zhang等[12]研究发现在心肌肥厚模型中lncRNA MEG3(在成纤维细胞中比肌细胞中的表达更丰富)和组蛋白脱乙酰酶9(HDAC9)高表达,同时miR-361-5p下调;抑制MEG3的表达后,心肌肥厚发生逆转(心肌肥厚标志物心房利钠因子(ANF),脑钠肽(BNP)表达降低),而抑制miR-361-5p和过表达HDAC9可以促进心肌肥厚。研究发现信号转导子和转录激活子(STAT3)是MEG3的上游转录因子,并正调控MEG3,MEG3 可以通过下调miR-361-5p的表达来正向调节HDAC9。结果表明STAT3上调lncRNA MEG3并通过miR-361-5p/HDAC9 轴正向调节心脏肥厚;相反,抑制MEG3 可以改善心肌肥厚。Li等[13]发现心肌肥厚模型中的心肌梗死相关转录物(lncRNA MIAT)和转录共激活因子(P300)表达水平增加,miR-150表达水平降低,P300是MIAT/miR-150-5p的下游靶标,提示MIAT 可通过抑制miR-150-5p表达而增加P300表达促进心肌肥大,即MIAT/miR-150-5p轴将P300作为心肌细胞肥大的正调节剂。

另外,有研究[14]表明,在心肌肥大的模型中,lncRNAROR负调节miR-133的表达发挥促心肌肥大作用;在体内、外的心肌肥厚模型中,lncRNA UCA1 表达上调,同时伴随miR-184表达下调,研究证实UCA1通过与miR-184竞争性结合来促进心脏肥大[15];lncRNA CHRF 竞争结合并下调miR-489的表达进而激活肥大反应[16]。

2 LncRNA对动脉粥样硬化及糖尿病心肌病的调控

研究显示,在动脉粥样硬化疾病的进展中发现654 个lncRNAs失调[17]。长非编码核糖核酸-心脏凋亡相关的lncRNA(lncRNA-CARL)可抑制动脉粥样硬化的发展,以及调节细胞增殖和凋亡[18]。有报道高脂饮食动物模型中lncRNA MIAT 表达增高,MIAT 在晚期动脉粥样硬化病变的巨噬细胞中上调,敲除后降低动脉粥样硬化斑块的进展和不稳定性,研究表明MIAT 通过竞争结合miR-149-5p正向调节抗吞噬分子CD47 的表达,表明巨噬细胞中MIAT/miR-149-5p/CD47通路确定为动脉粥样硬化病变的调节途径,MIAT 确定为动脉粥样硬化治疗新的靶点[19]。另外,有报道表明MIAT 在颈动脉斑块中高表达,表明MIAT 可能在动脉粥样硬化疾病中具有潜在作用[20]。

同时,在糖尿病心肌病(DCM)模型中发现MIAT 表达上调,研究显示miR-22-3p的下调通过增加死亡相关蛋白激酶2(DAPK2)的表达促进心肌细胞凋亡,MIAT 可以逆转miR-22-3p对DAPK2的抑制作用。另外,敲除MIAT 通过下调DAPK2的表达而抑制心肌细胞凋亡,继而改善左室功能。提示MIAT 竞争性结合miR-22-3p 进而上调DAPK2表达,促进DCM 中的心肌细胞凋亡参与DCM 的发病机制[21]。

3 LncRNA对心肌梗死和缺血/再灌注的调控

lncRNA 基因芯片分析急性缺血缺氧心肌中lncRNA 的差异表达,共鉴定出323个lncRNAs,其中包括168个上调,其中155个下调[22]。在2支或3支血管病变的ST 段抬高型心肌梗死(MI)患者,血液中MI相关lncRNA(LIPCAR)的表达水平与心肌酶相似,而在闭塞血管再通后LIPCAR降低,表明血浆LIPCAR 的动态变化反映了心肌缺血和冠状动脉病变的情况。另外,LIPCAR 在ROC 曲线中显示出对急性MI诊断的最佳灵敏度和特异度,而且LIPCAR 和Gensini评分(冠状动脉病变评分)之间呈正相关,表明lncRNA LIPCAR 升高的程度反映了冠状动脉狭窄的严重程度[23]。目前,关于LIPCAR 在心血管疾病方面的研究比较少,LIPCAR 是否可成为ST 段抬高型MI患者不良心血管事件的独立预测因子还有待进一步研究。

Liu等[24]的研究显示,心肌素在心肌缺血/再灌注(I/R)损伤期间激活心肌细胞中的自噬依赖性细胞死亡,心脏自噬抑制因子(lncRNA CAIF)与p53结合阻断p53介导的心肌素转录,导致心肌素表达降低,减弱心肌I/R 损伤。同时,Wang等[25]在研究中发现坏死相关因子(lncRNA NRF)结合并抑制miR-873表达,受体相互作用的丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶1(RIPK1)和受体相互作用的丝氨酸/苏氨酸-蛋白激酶3(RIPK3)参与H2O2诱导的心肌细胞坏死,miR-873能够抑制RIPK1/RIPK3的表达,继而减少I/R 损伤后的MI面积,即NRF竞争性结合并抑制miR-873的表达,进而上调RIPK1/RIPK3的表达来促进心肌细胞损伤、坏死,敲除NRF可减少I/R 损伤后的坏死和心肌梗死。p53转录激活NRF,p53-NRF-miR-873-RIPK1/RIPK3途径为I/R中lncRNA 生物学提供了新的见解。此外,下调lncRNA MBNL1-AS1(lncRNA 肌肉样1-反义RNA 1,在小鼠骨骼肌细胞中过表达)的表达可能通过激活cGMP-PKG 信号通路上调钾钙激活通道亚家族M alpha 1(KCNMA1)的表达来促进骨骼肌细胞的增殖和抑制细胞凋亡,减少I/R 损伤[26]。

4 LncRNA对心力衰竭(简称心衰)的调控

研究显示,lncRNA(CDKN2B-AS1/ANRIL,H19,HOTAIR,LOC285194/TUSC7,RMRP,和SRA1等)在心力衰竭((简称心衰))终末期和非终末期发挥一致调节作用。CDKN2B-AS1,HOTAIR 和LOC285194在外周血单核细胞(PBMC)和心脏组织中显示出相似的失调,表明lncRNA 具有作为心衰生物标志物的潜力,HOTAIR 可能参与心衰的心室重塑[27]。心衰RVs(心衰RV 文库)鉴定了2085 个总lncRNA 基因,其中48 个差异表达的lncRNAs中,35 个表达下调,13个表达上调[28]。

心衰患者发生心律失常的易感性增加,Long等[29]研究表明充血性心衰(CHF)大鼠心室lncRNA Kcna2表达减少,Kcna2反义RNA(Kcna2 AS)增加,过表达lncRNA Kcna2可增加CHF诱导的延迟整流钾电流(IKs),动作电位(AP)缩短,并减少室性心律失常的发生。Kcna2 AS 通过下调Kcna2导致IKs减少、AP延长和室性心律失常的发生;抑制Kcna2 AS降低了CHF诱导的IKs下调和APs的延长。表明过表达Kcna2 或敲除Kcna2 AS 抑制的心律失常,提示Kcna2 AS可能是预防和治疗心衰患者室性心律失常的新靶点。

控制心脏传导能力的lncRNA CCRR 是一种抗心律失常的lncRNA,在心衰中下调时导致心脏传导减慢、室性心律失常增加和合胞体破坏,通过破坏缝隙连接产生细胞间解偶联。过表达CCRR 通过阻断连接蛋白43(Cx43)的反向运输来改善心脏传导,认为CCRR 可能是心脏病理状态下心律失常的前瞻性治疗方法[30]。

5 LncRNA对心肌纤维化、心肌细胞再生与修复的调控

近年来对心肌纤维化的多项研究表明,转化生长因子-β1(TGF-β1)、肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)系统以及炎症反应、LncRNA 等多种机制共同参与心肌纤维化的发生与发展[31－32]。抑制miR-223可降低MI后心室肌纤维化指标(胶原蛋白Ⅰ、胶原蛋白Ⅲ和α平滑肌肌动蛋白(α-SMA))的表达水平,提示抑制miR-223可改善MI后的心脏功能[33]。

Wang等[34]的研究中发现LncRNA n379519 在MI大鼠心脏和纤维化CFs 中的表达均上调,敲除lncRNA n379519明显增加左室射血分数(LVEF)和短轴缩短分数(FS),减少梗死面积,同时减少胶原蛋白产生进而减弱心肌纤维化的发生。lncRNA n379519的敲除减轻胶原沉积作用可被miR-30抑制剂逆转,表明敲除lncRNA n379519 通过靶向调控miR-30抑制心肌间质纤维化和改善收缩功能,具有心脏保护作用。

也有研究[35]表明在动物和细胞模型(MI小鼠及用血管紧张素Ⅱ(Ang Ⅱ)处理的CFs)中发现促纤维化lncRNA(PFL)显著上调和胶原沉积。敲除PFL 可降低纤维化相关基因m RNA 和蛋白质水平的表达并抑制心肌间质纤维化,改善了MI小鼠的LVEF 和FS。过表达转录因子—let-7d减轻了MI小鼠的心脏纤维化。PFL的过表达通过降低let-7d的表达和活性促进小鼠CFs的增殖,成纤维细胞向肌成纤维细胞转变和纤维化的发生。敲除PFL 导致let-7d的上调。血小板活化因子受体(Ptafr)的敲除减轻了PFL 对胶原产生和肌成纤维细胞形成的影响。心脏纤维化期间上调的PFL竞争性地结合let-7d并释放靶向Ptafr的抑制作用,这导致Ptafr的上调并促进纤维发生,表明抑制PFL 可作为心脏纤维化的新疗法。

另外,lncRNA Wisper在转录和转录后调控过程中发挥作用。Wisper促进心肌纤维化和重塑的发生[36]。而Crnde是一种心脏特异性lncRNA,过表达时增加DCM 模型中的LVEF和FS,减轻心脏纤维化和增强心脏功能[37]。

Chen等[38]研究表明lncRNA CRRL有较弱的蛋白质编码潜力。敲除CRRL 促进心肌再生,降低梗死后心脏重塑。过表达CRRL降低miR-199-3p对其靶基因Hopx的抑制作用,抑制心肌细胞(CM)增殖。表明CRRL 通过结合并抑制miR-199a-3p,上调靶基因Hopx,进一步负调节CM 增殖,抑制心肌细胞再生,提示CRRL 是一种新的有效基因靶点,抑制CRRL可以诱导心肌细胞再生。此外,沉默信息调节因子1(Sirt1)反义lncRNA 主要参与表观遗传水平的mRNA稳定性,与Sirt1 mRNA 3＇非翻译区(3＇-UTR)结合,增加Sirt1 mRNA 的稳定性,并上调Sirt1 mRNA 和蛋白表达,促进CM 增殖,降低MI面积,抑制CM 凋亡,减轻MI后的心脏重塑,改善心脏功能,表明其是CM 增殖的正调节因子,可作为CM 增殖和心脏再生的新型调节因子[39]。

6 展望与前景

近年来lncRNA 的研究发现其在心血管方面有重要的调节作用,但仍缺乏统一标准及更多有针对性的研究。目前对于lncRNA 在心血管方面的研究还处于初级阶段,作用机制复杂及费用较高成为限制其发展的重要因素,今后还需要更多的研究来证实其在心血管方面的调节作用,lncRNA 将来有望成为心血管疾病的更准确、快速诊治的新的因子。