长链非编码RNA的调控机制及其在心血管相关疾病发生中作用的研究进展

董星明，周善洁，王晓倩，王凯歌，张锦

1兰州大学第一临床医学院，兰州730000；2兰州大学第一医院

随着高通量测序技术的发展完善，非编码蛋白质基因对生命活动的调控作用逐渐引起重视。研究发现，基因组中超过90%的DNA序列可以转录，但转录产物中只有不到2%可以翻译为蛋白质[1]。长链非编码RNA(LncRNA) 是一类转录本长度超过200个核苷酸的非编码RNA分子，缺少开放阅读框，不具备编码蛋白质功能，主要由RNA聚合酶Ⅱ转录产生。关于LncRNA尚无统一的分类标准，St Laurent等[2]总结了基于转录本长度、与编码基因的位置关系、功能等10种分类方法。目前，通常根据与编码基因的位置关系分为正义LncRNA、反义LncRNA、双向LncRNA、内含子LncRNA、基因间LncRNA五类。LncRNA一度被认为是基因组转录的“噪音”，不具有生物学功能，但越来越多的证据表明,LncRNA参与剂量补偿效应、表观遗传、细胞周期调控和细胞分化等基本生命过程，其表达异常对包括肿瘤在内的多种疾病的发生发展具有重要的调控作用。因此，LncRNA可能成为疾病诊断的新型生物标志物和潜在的治疗靶点。近年来发现,LncRNA与动脉粥样硬化(AS)、心肌梗死(MI)、心力衰竭(HF)、高血压、心肌病等心血管相关疾病的发生密切相关，并可通过调节物质代谢、参与免疫和炎症反应、调控细胞增殖和凋亡等影响心血管相关疾病的发展和转归。本文就LncRNA的调控机制及其在心血管相关疾病发生中的作用作一综述。

1 LncRNA的调控机制

1.1 对表观遗传的调节 表观遗传是指DNA序列不发生变化而基因表达发生了可遗传改变，包括染色体修饰、基因组印记、染色体失活等。目前研究表明，LncRNA参与DNA甲基化或组蛋白修饰是其在表观遗传中发挥作用的机制之一[3, 4]。雌性哺乳动物体内存在两条X染色体，LncRNA Xist可以定位于其中1条X染色体，通过与RNA结合蛋白相互作用，导致整条染色体的空间结构发生改变，使之成为非活性X染色体，抑制X染色体表达，从而介导X染色体表达沉默[5]。LncRNA Mhrt可以直接与组蛋白修饰剂相互作用，对染色质修饰进行调节，其表达上调可以阻止病理性心肌肥大[6]。而LncRNA Upperhand可以以等位基因特异性和顺式调控的方式，调节与心脏发育相关的hand2基因表达[7]。

1.2 对转录的调节 转录是以DNA的一条链为模板，按照碱基互补配对原则，合成RNA的过程。LncRNA能够通过多种机制在转录水平上实现对基因表达的调控[8]。Xiong等[9]发现，lncRNA HOXB13-AS1在神经胶质瘤组织中表达上调，并且与HOXB13基因表达水平呈负相关关系，其机制与调节HOXB13启动子甲基化有关。LncRNA PYCARD-AS1是PYCARD基因沉默所必需的，在细胞核中LncRNA PYCARD-AS1可以定位于PYCARD基因的启动子上，并与染色质抑制蛋白DNMT1/G9a复合物相互作用，促进其结合到PYCARD基因的启动子上，从而影响目的基因表达[10]。

1.3 对转录后的调节 转录后是指在RNA水平上对基因表达的调控，主要体现在对mRNA前体剪接和加工、mRNA由细胞核转至细胞质的过程及定位等多个环节的调控。富含丝氨酸/精氨酸蛋白(SR蛋白)属于保守蛋白家族，由RNA识别序列和RS结构域两个部分组成，主要参与RNA剪接[11]。Cooper等[12]研究发现，LncRNA NEAT1可以与SR蛋白家族之一的SRp40相互作用，通过控制磷酸化和去磷酸化调节SRp40活性，从而实现对脂肪细胞分化过程中mRNA的可变剪接。

2 LncRNA在心血管相关疾病发生中的作用

2.1 LncRNA在AS发生中的作用 AS是由高脂血症、高血压、炎症损伤等多种因素引起的慢性血管炎症疾病，主要表现为内皮损伤、内膜纤维化、脂肪斑块形成、血管平滑肌增殖和凋亡等病理过程。内皮细胞功能障碍是动脉粥样硬化的开端，先于血管造影或超声发现动脉粥样硬化斑块。Cho等[13]研究发现，LncRNA ANRIL在冠状动脉粥样硬化处表达下调，通过沉默和过表达ANRIL后发现，ANRIL可影响单核细胞对内皮细胞的黏附、跨内皮单核细胞迁移及内皮细胞迁移等过程，而这些恰巧是AS初始化的关键细胞过程，说明ANRIL可能参与了AS的发生。Li等[14]研究发现，氧化低密度脂蛋白(ox-LDL)处理后的内皮细胞(ECs)中LncRNA MALAT1表达上调，用短发夹RNA(shRNA)沉默MALAT1表达后，白细胞介素6(IL-6)和白细胞介素8(IL-8)等炎症因子释放进一步增加，导致炎症反应对ECs的损伤加重以及ECs增殖过程受阻、细胞凋亡数目增加。

血管平滑肌细胞(VSMCs)是血管壁的重要组成部分，其增殖和凋亡在AS血管腔狭窄中具有重要作用。Cui等[15]研究发现，lncRNA 430945在AS血管壁中表达上调，细胞实验发现过表达lncRNA 430945可促进VSMCs增殖和迁移。由此可见，LncRNA参与维持ECs和VSMCs的正常功能，其表达异常能够对AS的进程产生影响，但LncRNA的基因调控表达网络相对复杂，需要更多的实验去探索。

通过无创方法诊断冠心病(CAD)是目前探索的热点。Hu等[16]通过对230例接受诊断性冠状动脉造影的患者随访发现，CAD患者血浆中LncRNA ANRIL表达上调，其血浆表达水平的改变对CAD具有良好的诊断价值；与对照组相比，ANRIL表达上调的患者血管狭窄及炎症反应程度更重，总体生存率更低。此外，还有研究基于临床危险因素和单细胞水平的分子标记物(LncRNA SENCR和细胞表面标记物)来构建风险评分模型，以达到对早发CAD的早期诊断[17]。

2.2 LncRNA在MI发生中的作用 冠状动脉粥样硬化引起管腔狭窄或者闭塞可导致心肌缺血，严重时引起MI。Li等[18]采用基因芯片分析MI细胞与正常细胞中LncRNA是否存在表达差异，结果发现共有323个LncRNA表达异常，其中表达上调168个、表达下调155个；通过分析表达失调的LncRNA功能，预测这些LncRNA可能会促进MI的发生发展。Li等[19]研究发现，LncRNA AZIN2-sv在心肌细胞中表达上调，AZIN2-sv能够诱导心肌细胞凋亡、减少心肌细胞增殖，从而抑制血管生成；进一步实验发现，沉默大鼠AZIN2-sv表达可促进MI后心肌毛细血管的生成，有助于提高大鼠左心室射血分数(LVEF)和左心室缩短分数(LVFS)，从而有效改善MI大鼠的预后。该研究分析了AZIN2-sv的作用机制，结果显示AZIN2-sv可降低踝蛋白(Tln1)和整合素β1(ITGB1)蛋白表达，从而抑制血管生成；此外，AZIN2-sv还存在与miR-214结合的位点，可以通过miR-214/PTEN/AKT信号途径调节血管生成。以上研究表明，LncRNA参与了MI的发生、发展，并可影响患者预后，靶向LncRNA的治疗在临床应用中具有很大的潜能。

肌钙蛋白(cTn)等传统诊断标志物容易受多种因素的影响，有必要寻找新的特异性心肌标志物。研究表明，LncRNA能够稳定存在于血浆中，而外周血具有方便获取、容易检测等特点，因此循环血液中的LncRNA可能成为急性心肌梗死(AMI)诊断的生物标志物。Li等[20]对急性ST段抬高型心肌梗死(STEMI)患者进行连续监测，结果发现与健康志愿者相比，STEMI患者血浆LncRNA LIPCAR表达在STEMI症状发作4 h内明显升高，12～24 h达到峰值，到第7天时逐渐恢复到基线水平；根据LIPCAR升高程度进行亚组分析，结果发现LIPCAR表达与冠状动脉病变评分(Gensini评分)之间呈正相关关系，说明LIPCAR升高的程度可以作为反映冠状动脉病变严重程度的指标之一。Gao等[21]研究发现，LncRNA HOTAIR在早期AMI患者血浆中表达下调，且血浆HOTAIR表达与肌钙蛋白T(cTnT)水平呈负相关关系。进一步研究发现，心肌细胞中LncRNA HOTAIR的基因序列上有miR-1结合位点，两者存在负性调控关系；过表达HOTAIR可以抑制miR-1表达上调和相关凋亡蛋白表达，说明HOTAIR可以抑制心肌细胞凋亡，具有心肌保护作用。以上研究为MI的早期诊断提供了新的生物标志物，也为治疗MI提供了新的靶点。

2.3 LncRNA在HF发生中的作用 HF是各种心脏疾病的终末阶段，具有较高的发病率和病死率。B型脑钠肽(BNP)已经被证实与HF的发生密切相关，是目前HF诊断的主要生物学标志物，而LncRNA的出现为探索HF的发病机制和诊治开辟了新途径。Kumarswamy等[22]首次将血浆LncRNA用于心血管疾病的诊断，结果显示慢性心力衰竭(CHF)患者循环血液中LncRNA LIPCAR表达明显升高，随访发现LIPCAR表达升高与患者心血管不良事件的发生有关；表明LIPCAR可能是心功能不全的新型生物标志物，也是CHF预后不良的重要指标。

HF患者心肌肥大是对心脏负荷增大的一种适应性改变，早期可以维持心脏的正常功能，但持续负荷过大可导致心室重塑，患者猝死风险升高。Zhou等[23]研究发现，LncRNA UCA1可以与miR-184结合，而miR-184能够直接靶向HOXA9 mRNA；进一步实验发现，LncRNA UCA1可通过与miR-184竞争性结合来促进HOXA9 mRNA表达，从而促进心肌肥大的疾病进程。转化生长因子β1(TGF-β1) 可以调控细胞增殖、分化及细胞外基质合成，与HF患者心肌纤维化、心室重构密切相关。研究发现，CHF患者血浆TGF-β1水平升高、LncRNA GASL1表达降低，两者呈负相关关系，GASL1过表达可抑制TGF-β1mRNA和蛋白表达，从而改善CHF患者的预后[24]。

重组人脑利钠肽(rhBNP)可以减轻心脏负荷，从而缓解HF患者的临床症状。Zhang等[25]观察了低氧诱导的H9c2心肌细胞中LncRNA EGOT表达，结果发现低氧可加重心肌细胞损伤，并下调EGOT表达；对患者给予rhBNP后可改善心肌细胞损伤，并上调EGOT表达；进一步研究发现，EGOT可通过激活心肌细胞中的PI3K/AKT/mTOR途径而减轻低氧诱导的细胞损伤。以上研究均有助于我们更好地理解HF的分子机制，为将来HF的治疗提供新的策略。

2.4 LncRNA在高血压发生中的作用 高血压是由多种因素共同作用而导致的复杂心血管病，除环境因素外，遗传因素在高血压发病过程中也具有重要作用。随着基因测序技术的发展，LncRNA在高血压发病机制中的作用也越来越明确。Wang等[26]研究发现，LncRNA GAS5参与了血压调节，在自发性高血压大鼠中GAS5沉默会导致其收缩压、舒张压和平均动脉压升高，动脉管壁厚度及管腔直径也发生了改变，提示GAS5可影响高血压发病过程中的动脉管壁重塑。Jin等[27]对高血压患者外周血液LncRNA差异表达谱进行检测，确定了LncRNA AK098656与高血压发病相关，其在高血压患者外周血液中表达上调，且主要表达于人主动脉平滑肌细胞(HASMCs)，在ECs中表达较少。动物实验表明，AK098656转基因大鼠可自发发展为高血压，其中动脉α-平滑肌肌动蛋白、肌球蛋白重链11和纤连蛋白1表达均降低，而胶原蛋白沉积增加，这些变化可能是导致动脉阻力升高的原因，且与原发性高血压患者的早期病理过程相似，说明LncRNA表达异常可能是导致高血压发生的原因之一。

血管重塑是高血压的重要病理特征，可以导致血管阻力增加及顺应性降低，VSMCs增殖、迁移和表型转换是血管重塑的重要原因。Mantella等[28]通过机械拉伸诱导的HASMCs来模拟高血压血管重塑模型，并对LncRNA表达进行检测，发现筛查的30 586个LncRNA中有580个存在差异表达，说明高血压血管重塑与LncRNA表达异常有关。Shi等[29]研究发现，LncRNA TUG1可以促进高血压大鼠VSMCs增殖、迁移并抑制细胞凋亡，其机制可能是TUG1充当内源竞争性RNA(ceRNA)，与miR-145-5p和成纤维细胞生长因子10(FGF-10)形成反馈环，从而实现对VSMCs的调控并参与高血压发生发展。以上发现为LncRNA通过参与血管重塑而在高血压的发病中发挥作用提供了理论证据和支持。

2.5 LncRNA在心肌病发生中的作用 心肌病是一组异质性心肌疾病，由不同病因引起心肌病变导致心肌机械和(或)电功能障碍，常表现为心肌肥厚或扩张。肥厚型心肌病(HCM)主要由遗传性因素引起，是青少年心源性猝死的主要原因之一。已有研究表明，lncRNA参与了心肌细胞紊乱、心肌肥大和心肌间质纤维化等过程，而这些均是心肌病的常见病理改变[30]。Liu等[31]通过转录测序分析发现，HCM心肌组织与正常心肌组织中编码RNA及LncRNA均存在表达差异，这为基因层面理解HCM的发病机制提供了参考。Gomez等[32]对405例HCM患者和505例健康对照者进行对比分析发现，LncRNA H19的三个常见基因分型与HCM发病风险之间有显著相关性，但仅限于无肌节致病变异的患者，提示HCM发病机制的复杂性和基因调控的丰富性。

遗传也是扩张型心肌病(DCM)的重要病因。Li等[33]研究发现，DCM患者心肌组织LncRNA RP11-544D21.2表达上调最明显，其可能是DCM的特异性LncRNA，并且LncRNA RP11-544D21.2能调节心肌细胞中与DCM相关的基因表达，从而参与DCM的发生。也有研究发现，在阿霉素诱导的DCM大鼠模型中，LncRNA H19表达沉默可以减弱心肌细胞凋亡并改善左心室功能[34]。提示同一种LncRNA可以参与不同的疾病过程，也可以通过不同的途径参与疾病的发生发展，其作用机制仍需要进一步研究。

综上所述，LncRNA在心血管相关疾病中的研究尚处于起步阶段，还有许多与心血管相关LncRNA的结构、功能及作用机制需要去探索发现。随着技术的发展，相信会有更多的与心血管相关疾病发病相关的LncRNA被发现。对LncRNA进行深入研究有助于了解心血管相关疾病发病的分子机制，为心血管相关疾病的诊治提供基因靶向方面的依据。