长链非编码RNA在精神分裂症中的研究进展

陆彩莲 黄正元 陈弘旭 李珊 康林 熊鹏

昆明医科大学第一附属医院精神科（昆明650000）

精神分裂症（schizophrenia，SZ）属于多基因遗传病，是临床上常见的、复杂性异质性精神疾病，以高发病率、高复发率、高致残率为特点，且发病的病理机制不明［1］。精神分裂症常常发作在青年或者壮年时期，包括思维、感知觉、认知、行为、情感等方面的异常以及精神活动的不协调，往往伴有社会功能的严重下降，病程迁延，给家庭和社会带来长期且沉重的负担［2-3］。如何早期发现、精准诊断、寻找治疗新策略和改善预后一直是精神分裂症研究领域的重点。分子遗传学研究表明，精神分裂症遗传异质性极强，据估计精神分裂症的遗传力为0.64。近年来，有相当多的证据证实lncRNA 基因变异或异常表达与精神分裂症的相关性。

1 LncRNA 的生物学特征

LncRNA 是长度> 200 nt、不编码蛋白质的转录本，缺乏开放阅读框架，在多种层面上以RNA的形式调控基因的表达水平［4］。LncRNA 多存在于细胞核中，在哺乳动物大脑、基因组内高度表达，是基因组中含量最为丰富的非编码RNA［5］。根据基因组中lncRNA 的位置，可分为基因内lncRNA和基因间lncRNA，前者包括内含子lncRNA、天然反义转录子（natural antisense transcript，NAT）、基因调节区lncRNA 等［6］。研究发现，lncRNA 通过复杂的分子机制参与转录调控、转录后调控以及表观遗传调控等多种调控途径，与胚胎发育、细胞凋亡、干细胞分化、免疫调节等几乎全部生理或病理过程的调控密切相关，与多种疾病发生发展、诊断、治疗相关［7-8］。脑组织和外周血单核细胞的基因表达调节有着共同通路，因此在脑组织中高度表达的lncRNA 在外周血单核细胞中也有明显的表达，通过外周血单核细胞检测lncRNA 表达具有可行性和可靠性。LncRNA 的研究方法主要有CRISPR/Cas9、交联免疫共沉淀反应（CLIP）、RNA纯化染色质分离技术（ChIRP）、RNA 测序（RNA⁃Seq）、反义寡核苷酸（AOS）、RNA免疫沉淀（RIP）等。

2 LncRNA 影响精神分裂症发生发展

分子生物学研究显示，lncRNA 可能通过以下途径参与精神分裂症的发生：（1）通过变构、支架和重复元件诱导等方式改变染色质活性或者参与CpG 岛的甲基化过程，进而影响DNA 的结构和表观遗传［9-10］；（2）可以和转录因子结合，抑制RNA聚合酶Ⅱ和蛋白质修饰，干扰mRNA 的剪接，形成不同剪接体［11］；（3）与miRNA、circRNA 等RNA 分子相互作用，影响基因表达丰度、转录亚型和稳定，如利用竞争性内源RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）机制，通过“海绵吸附”作用，下调miRNA 的表达，进而上调mRNA 的表达［12-13］。

过去涉及精神分裂症的发生发展的lncRNA研究主要包括DISC（Disrupted in Schizophrenia）和Gomafu。最开始是精神分裂家系研究人员发现DISC2 作为一种lncRNA 能够调节DISC1 的表达，从而直接参与精神分裂症发病机制［14］；随后，PO⁃LESSKAYA 等［15］发现存在于精神分裂症患者前额叶皮质细胞中的lncRNA，rs6675281，可以有效调节DISC2 的表达，间接影响DISC1 剪切体的表达，与精神分裂症发生密切相关。LncRNA Gomafu 位于22q12.1，靠近多个与精神分裂症相关的位点，在精神分裂症患者颞上回和前额叶灰质表达量明显降低，其功能失调影响DISCl、v⁃erb⁃a 红白血病病毒癌基因同源物4（v⁃erb⁃a erythroblastie leuke⁃mia viral oncogene homolog 4，ERBB4）剪切模式的调节，参与精神分裂症的发生与发展［16］。

近年来，MENG 等［17］通过生物信息学分析在精神分裂症的著名候选区域22q11.2 罕见拷贝区域（CNVs）中鉴定出一个称为DGCR5 的lncRNA，从头突变或差异表达相关的蛋白质编码基因；随后运用人诱导的多能干细胞技术进行DGCR5 敲除和过表达实验，确定DGCR5 具有调节某些精神分裂症相关基因的潜在作用，lncRNA DGCR5 参与精神分裂症发生发展的重要环节。胚腹前脑⁃2（embryonic ventral forebrain⁃2，EVF⁃2）又称为无远端同源盒6 反义1（distal⁃less horneobox 6 anfisense RNA 1，DLX6⁃ASl），研究发现［18-19］EVF⁃2 通过反式和顺式作用机制控制DLX、GADl 等基因的表达，DLX 基因的产物与下皮质前体细胞的迁移、分化密切相关，GABA 能中间神经元可由该细胞分化，而GAD1 的选择性剪接和表观遗传状态能够导致精神分裂症患者海马中的GABA 功能障碍，使得海马及齿状回中GABA 能中间神经元数量明显减少，大脑中依赖GABA 的神经元回路不能正确形成，间接导致精神分裂症的发生。

3 LncRNA 与精神分裂症临床症状的关联

精神分裂症临床症状复杂多样，目前主要以阳性症状、阴性症状、认知功能障碍三大核心症状为研究内容开展相关研究。

3.1 LncRNA 与精神分裂症阳性症状精神分裂症的阳性症状多以妄想、幻觉、思维混乱、行为异常、感知综合障碍等表现。对患有偏执型和未分化精神分裂症女性患者的研究发现，异常的ln⁃cRNA 基因甲基化可能会影响与精神分裂症相关的重要编码基因，同时高甲基化基因位点的差异可能提示DNA 甲基化控制或调节精神分裂症患者的行为［20］；随后对男性患者的研究也有同样的发现［21］。CHASE 等［22］和MELBOURNE 等［23］实验结果表明lncRNA TMEVPG1 和lncRNA NRON 的转录表达与IL⁃6 mRNA 表达之间存在关联，参与促炎细胞因子基因表达的调控并与阳性症状严重程度相关。过往的研究已经证明CNVs 会增加精神分裂症的风险［24］。HAUBERG 等［25］实验也发现CNVs中的lncRNA 可能在调控蛋白编码基因、神经活性受体和钙信号通路方面发挥重要的时空作用，与精神分裂症病理机制有关；进一步分析，发现CNV⁃lncRNA 的共表达模式在不同的神经元发育以及不同的人体组织类型中得以保留，与阳性症状有一定相关。

3.2 LncRNA 与精神分裂症阴性症状精神分裂症阴性症状包括情感反应淡漠、注意力难以集中、社会退宿、思维言语障碍等症状。现阶段，lncRNA与精神分裂症阴性症状的相关性研究还未深入，仅少数研究人员有所报道。最近研究显示lncRNA AC006129.1 在同卵双胞胎精神分裂症患者血液中过表达，通过调节炎症反应基因增加精神分裂症风险，同时敲除或沉默AC006129.1的小鼠与对照组小鼠相比，社会互动减少［26］。SAYAD等［27］实验发现lncRNA HOX转录反义基因间RNA（HOTAIR）与神经精神疾病存在联系，其中rs1899663 可以修改PAX4、SOX、SPZ1 和ZFP281 转录因子的结合亲和力，与情绪障碍和注意力缺陷相关。同时，CUI 等［28］通过基因芯片分析和RT⁃PCR也发现在精神分裂症中有三个上调lncRNA的表达模式与情感障碍相关。

3.3 LncRNA 与精神分裂症认知功能障碍精神分裂症认知功能障碍涉及记忆力、执行能力、信息整合能力、视觉广度等多个认知领域，在疾病早期即可出现，会迁延整个病程，与预后水平相关。BDNF（脑源性神经营养因子）在神经元生长发育、存活、分化中扮演重要角色，参与神经元受损、死亡等病理状态的预防和改善以及损伤神经元再生和分化等过程［29］。LncRNA BDNF⁃AS 是BDNF 的反义RNA，可调控BDNF 表达，有研究报道，精神分裂症患者血清中lncRNA BDNF⁃AS 表达上调，BDNF基因表达下调，两者呈负相关；LncRNA BDNF⁃AS 可通过下调BDNF 基因表达降低对患者的神经保护，导致患者抽象思维能力及执行能力降低［30］。此外，Gomafu 基因和DISC1 基因可能在神经元发育、调节突触可塑性等方面发挥作用，影响精神分裂症的认知功能［31-32］。主要表达在新皮层发育期Cajal⁃Retzius 细胞高加速区的lncRNA HAR1，定位在参与神经发育的蛋白质编码基因附近，通过顺式调节发挥作用，与认知相关的reelin 共同表达，从而影响认知功能［33］。LncRNA H19 通过Wnt 信号传导通路介导海马神经元和突触体的凋亡，敲减H19 可使实验动物的学习和记忆能力得到明显改善［34］。有研究显示［35］过表达lncRNA SNHG20 的小鼠出现明显的学习记忆功能障碍，进一步分析发现SNHG20 通过调控c⁃Fos mRNA 的转录，参与通路下游靶基因，特别是Annexin A2（ANXA2）的水平调控，进而影响认知功能。评估精神分裂症患者外周血中MALAT1 等lncRNA 的表达情况［36］，在精神分裂症患者海马、额叶皮质区发现MALAT1 的沉默降低了神经元突触密度，lncRNA MALAT1 可能参与精神分裂症患者神经元突触的生长过程，影响学习、记忆，但机制尚不清楚。

4 LncRNA 与精神分裂症治疗的相关性

临床上，精神分裂症的治疗主要是针对多巴胺受体、5⁃羟色胺受体和GABA 能受体三大治疗靶点，以药物治疗为主。CHEN 等［37］通过培养人神经母细胞瘤细胞模拟精神分裂症患者实验发现，lncRNA NONHSAT089447 参与多巴胺信号传导途径，具有正反馈作用，其过度表达能够使得多巴胺受体3、多巴胺受体5 增加，有望成为精神分裂症新的治疗靶点。关于染色体1p21.3 的生物信息学分析鉴定出一种新的、表达于中枢神经细胞的lncRNA，EU358092，一般与MIR⁃l37 共同表达，其碱基序列包含多个与精神分裂症相关的单核苷酸多态性调控因子，研究还在人类神经细胞实验中发现EU358092 的表达可改变精神活性药物的效果，表明EU358092 参与精神分裂症相关分子途径的可能［38-39］。小鼠模型实验显示，免疫脂质体纳米复合物通过运铁蛋白受体介导的细胞吞噬作用，可将siRNA 跨过血脑屏障传入中枢神经系统，促使特定靶基因如ncRNA 表达上调或下调［40］。以上研究都表明筛选和识别精神分裂症病例中的关键lncRNA，实施药物靶向治疗精神分裂症患者在理论上是可行的。

5 总结和展望

综上所述lncRNA 会对中枢神经系统发育产生影响，参与基因调控过程，与精神分裂症发生发展、临床症状及治疗密切相关。LncRNA 结构及功能的探索有助于理解精神分裂症的发病机制，还有助于寻找精神分裂症诊断和预后评估的生物标志物以及治疗靶点。目前对于lncRNA 与精神分裂症相关性的研究仍存在许多不足：首先，精神分裂症阴性症状、预后评估等方面，也许是缺乏有价值的检测方法和衡量标准，研究热度并不高；同时，研究已证实精神分裂症阴性症状与认知损害之间相互影响，但将二者共同研究的很少。其次，精神分裂症遗传异质性极强，但大多研究集中在lncRNA 单核苷酸多态性上，很少考虑与其他基因的共同作用。第三，许多研究样本量较小，地区、民族、年龄、性别等纳入标准并不统一，而目前的研究表明民族、性别等在精神分裂症上是存在较大差异的，研究结果的一致性、可重复性不高。因此，接下来的研究要在突破和完善以上限制的基础上加强lncRNA 参与精神分裂症发生发展、临床症状乃至治疗的机制研究，更加深入的揭示ln⁃cRNA 与精神分裂症在分子生物学上的关联，以期能够早日探索出lncRNA在精神分裂症中的关键环节。总之，继续挖掘lncRNA 及其基因多态性与精神分裂症的关系，对于精神分裂症发病风险、临床症状的阐明和诊断、治疗、预后评估等新策略的提出有重大意义。