长链非编码RNA在心律失常中的作用研究进展

廖 蕾，沈秀芸，吕保江，蒋雅楠，2

（1.哈尔滨医科大学药学院药理学教研室，黑龙江省生物医药工程重点实验室-省部共建国家重点实验室培育基地，心血管药物研究教育部重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150081；2.黑龙江省医学科学院北方转化医学研究合作中心，黑龙江 哈尔滨 150081）

心律失常是心血管疾病常见的临床表现，尤其是心房颤动（简称房颤）等心律失常不但会加重原有心脏疾病，还可能诱发心源性猝死。然而，现有针对心律失常的治疗方法不能完全满足需要，因此亟待阐明心律失常发生机制，发现新的诊断和治疗靶点。长链非编码RNA（long noncoding RNA，lncRNA）是一类长度＞200 nt，且具备甲基鸟苷帽子和多聚腺苷酸尾结构的非编码RNA。大量文献证实，lncRNA在多种重大疾病中均发挥关键作用［1-3］。近年来，其在心血管疾病中的作用和机制进一步被揭示，本文综述lncRNA在心律失常中的研究进展，以期为心律失常的研究和治疗提供新思路。

1 lncRNA在房颤中的作用

房颤是最常见的心律失常，可导致缺血性卒中、高血压和心力衰竭。近年研究发现，lncRNA在房颤患者中异常表达，并参与疾病发展进程。多项研究分别在房颤患者或动物模型组织中鉴定出大量差异表达的lncRNA。这些lncRNA可能参与心脏电重构、结构重构、能量代谢障碍及自主神经重构。

1.1 参与心脏电重构

心脏电重构是心律失常发生的重要病理机制。近年研究发现，与电重构相关的lncRNA也参与了房颤的发生。Li等［4］通过对房颤模型兔的右心房lncRNA进行高通量RNA测序，共鉴定出1220个差异表达的lncRNA（表1）。其中，TCONS_00075467是一个相对保守的lncRNA，在房颤模型中表达显著下调。应用慢病毒敲减TCONS_00075467可缩短心房有效不应期，减弱L型钙电流（L-type Ca2+current，ICa-L），缩短动作电位时程，进而诱发房颤。机制研究发现，其作用与促进微RNA（microRNA，miR）-328表达进而抑制CACNA1C表达有关［4］。lncRNA KCNQ1OT1在血管紧张素Ⅱ诱导的房颤模型小鼠心肌组织中表达显著上调。而转录因子YY1可促进lncRNA KCNQ1OT1表达，进而通过影响miR-384b/CACNA1C通路参与房颤的发生［5］。lncRNA PANCR在人左心房组织中特异性表达，敲减lncRNA PANCR可抑制PITX2c表达［6］。而抑制PITX2c表达可增加房颤的易感性，该作用与K+通道编码基因Kcna3，Kcnc4和Kcnk5有关［7］。此外，lncRNA HOTAIR和lncRNA CamK-A（calcium-dependent kinase activation）均对Ca2+信号通路具有调节作用，但二者在房颤中的作用还有待揭示［8-9］。

1.2 参与心脏结构重构

心肌纤维化是房颤发生的重要病理基础，也是心肌重构的一个重要特征［10-11］。风湿性心脏病（风心病）是由风湿导致的心脏病变，易出现心肌纤维化并伴发房颤［12］。Ruan等［13］应用基因芯片检测房颤和非房颤风心病患者心房组织lncRNA表达，发现219个差异的lncRNA表达（变化倍数＞2），其中156个上调，63个下调（表1）。Mei等［14］在伴有房颤和窦性心律的风心病患者右心房组织中，鉴定出182个差异表达的lncRNA（变化倍数＞1.5），其中117个下调，65个上调（表1）。生物信息分析发现多个lncRNA可能参与房颤相关通路，如lncRNA CR608741参与调控转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）/Sma 和 Mad 相关蛋白（Sma-and mad-related protein，Smad）信号通路促进心肌纤维化。与此相似，Wu等［15］应用基因芯片检测房颤和窦性心律风心病患者lncRNA和mRNA表达谱，鉴定出16个差异表达的lncRNA（表1）和 5个差异表达的 mRNA（变化倍数＞2），lncRNA n336928上调最为显著。纤维化相关基因Smad2、TGF-β1、基质金属蛋白酶9和金属蛋白酶组织抑制物1在伴有房颤的风湿性心脏病患者心房组织中表达显著上调。

lncRNA NRON最初在心衰患者血浆中被发现表达异常升高［16］。后续研究发现，lncRNA NRON在房颤患者心房组织中显著下调，其对心房纤维化也有抑制作用。机制研究发现，lncRNA NRON可促进NFATc3蛋白磷酸化，抑制Ⅰ型及Ⅲ型胶原的表达，进而抑制成纤维细胞增殖，减轻心房纤维化［17］。此外，lncRNA GAS5在大鼠心肌纤维化模型中表达显著下调，miR-21表达显著上调。成纤维细胞过表达lncRNA GAS5可通过负向调控miR-21抑制心肌纤维化［18］。而miR-21已被证实可通过促进纤维化诱发房颤［19］。这些研究提示lncRNA GAS5可能通过吸附miR-21进而抑制纤维化和房颤发生。

1.3 参与心脏能量代谢障碍

心脏能量代谢障碍与房颤的发生相关。有研究发现，线粒体功能障碍与心脏手术后诱导的房颤具有相关性，这种功能障碍主要是由于手术后缺血性应激造成的。Zhao等［21］从持续性非瓣膜性房颤和窦性心律患者中采集心外膜脂肪标本，用RNA测序法对lncRNA和mRNA的表达进行分析，共发现57个差异表达的lncRNA（17个上调，40个下调）（表1）和655个差异表达的mRNA（265个上调，390个下调）。生物信息学分析发现，这些差异表达的lncRNA与代谢和应激反应密切相关。Chen等［22］在对16例房颤患者肺静脉及周围左心房区和左心耳的组织中lncRNA表达的基因芯片分析中发现94个差异表达的lncRNA（变化倍数＞2）（表1）。其中，AK055347在房颤患者中表达显著上调。敲减AK055347基因可抑制H9c2细胞活力，同时下调细胞色素P450、ATP合成酶及代谢相关蛋白MSS51表达，从而导致线粒体能量代谢障碍，抑制心肌细胞能量产生，参与房颤的病理进程。李建华等［23］应用二代测序技术在兔房颤模型的右心房组织中筛选出1220个差异性表达的lncRNA（983个下调，237个上调）（表1）。其中，lncRNA TCONS_00016478在心房肌和肝中高表达，且在房颤时表达下调。沉默TCONS_00016478可导致心房肌糖脂代谢紊乱，缩短心房有效不应期，进而诱发房颤。其作用与抑制过氧化物酶增殖物激活受体γ辅助激活因子1α/过氧化物酶体增殖物激活受体γ信号通路，使能量代谢的相关酶肉碱棕榈酰基转移酶1和葡萄糖转运蛋白4的表达下调有关。

表1 房颤中差异表达长链非编码RNA的高通量检测

1.4 参与心脏自主神经重构

心脏自主神经重构参与心房颤动的发生［24］。Wang等［25］在快速右心房起搏诱导的房颤犬模型的心房前右脂肪垫中应用二代测序鉴定出166个下调和410个上调的lncRNA（变化倍数＞2）（表1）。生物信息学分析表明异常表达的基因与神经系统发育、细胞迁移和神经退行性疾病有关。TCONS_00032546和TCONS_00026102表达下调，二者可能与心房内的自主神经重构有关。TCONS_00032546下调使CCND1-FGF19-FGF4-FGF3基因簇表达上调，而且基因簇中的单个基因均可通过促丝裂原活化蛋白激酶通路促进神经生长，增加神经密度，缩短心肌细胞有效不应期，促进房颤的发生。相反，TCONS_00026102下调使SLC25A4表达上调，进而降低神经密度，延长心肌细胞有效不应期，降低房颤易感性。

2 lncRNA与长QT间期综合征

长QT间期综合征（long QT syndrome，LQTS）是一种心室细胞复极化延长导致的心律失常，临床表现为心电图QTc间期（按心率校正的QT间期）延长、尖端扭转型室性心动过速及室性心律失常。LQTS按病因可分为2类，一类是先天性或称家族性LQTS，另一类是获得性LQTS。目前已经发现的至少13个LQTS亚型，分别为LQT1～LQT13，主要与离子通道编码基因相关，包括Kcnq1（KvLQT1），Kcnh2（hERG）和 Scn5a（Nav1.5）等。 染 色 体11p15.5上的KvLQT1基因位点可转录出lncRNA Kchq1ot1，其可对KvLQT1位点基因起到顺式调控作用，包括普遍存在的印记基因Kcnq1，Cdkn1c，Phlda2和Slc22a18及胎盘特异性的印记基因Osbpl5，Tssc4和Ascl2［26］。11p15.5位点印记控制区 2（imprinting center region 2，ICR2）的Kcnq1ot1基因印记异常与人类过度生长性疾病贝克威思-威德曼综合征（Beckwith-Wiedemann syndrome，BWS）的发生密切相关。约50%BWS患者出现ICR2印记缺失（如母源Kcnq1ot1低甲基化）［27］。研究发现，一个ICR2印记缺失的病例出现了轻微的BWS症状和严重的LQTS症状［28］。因此，Kcnq1ot1可能同样参与LQTS的发生。

多种类型的抗肿瘤药具有心脏毒性，最常见的临床表现为心律失常，尤其是LQTS。哈尔滨医科大学张亭栋教授率先发现三氧化二砷对急性早幼粒细胞白血病具有治疗作用［29］。然而，三氧化二砷的毒性尤其是心脏毒性在一定程度上限制了其临床应用。LQTS是三氧化二砷心脏毒性的最常见表现［30-31］。研究表明，三氧化二砷于在体和离体水平均可抑制lncRNA Kcnq1ot1和IKs通道编码基因Kcnq1表达。而敲减lncRNA Kcnq1ot1同样可延长动作电位时程诱导LQTS，其作用与抑制Kcnq1表达有关［32］。该研究进一步揭示了三氧化二砷的作用机制，为其毒性防治提供潜在靶点。

3 IncRNA与心肌肥厚/心力衰竭诱导的心律失常

心肌肥厚和心力衰竭时常伴发心律失常。Sun等［33］在主动脉弓缩窄诱导的心肌肥厚模型中用基因测序技术检测出198个差异表达的lncRNA，其中64个上调，134个下调，AK045950在主动脉弓缩窄诱导的心肌肥厚中显著下调。在后续研究中，Zhang 等［34］将 AK045950 命名为心脏传导调控性RNA（cardiac conduction regulating RNA，CCRR），其在心力衰竭患者和主动脉弓缩窄诱导的心力衰竭模型心脏组织中表达均显著下降。敲除CCRR可导致心肌细胞间盘和缝隙连接被破坏，而过表达CCRR可改善心脏传导，降低室性心动过速的发生率，减少持续时间，因此促进lncRNA CCRR表达可能成为心律失常治疗的潜在策略。

4 lncRNA与心律失常的临床诊断

Xu等［35］应用基因芯片检测房颤患者和健康人全血中lncRNA和mRNA表达，检测的78 243个lncRNA中，177个lncRNA和153个mRNA有明显变化（变化倍数≥2），变化的lncRNA中有100个上调，77个下调（表1），其中NONHSAT040387和NONHSAT098586最显著。生物信息学分析发现，差异表达的lncRNA与氧转运体活性和蛋白质异聚活性相关，而转录因子GATA1，TAF7和EBF1可能与lncRNA在房颤中的异常表达密切相关。Su等［36］应用基因芯片技术检测阵发性房颤患者血中白细胞lncRNA表达，共检测出2095和1584个差异表达的lncRNA和mRNA（表1），生物信息学分析发现，lncRNA与心房电重构相关通路电压门控钾通道活性和钙通道活性相关，其中ENST00000559960和uc004aef.3对阵发性房颤有预测作用。这些研究为揭示lncRNA功能提供了新线索。同时提示血中lncRNA是潜在的心律失常诊断的生物标志物，通过检测lncRNA的水平有望辅助判断房颤的进程。

5 结语

随着科技的进步，基因的奥秘正逐渐被人类揭开，而lncRNA在疾病中的作用及潜在的诊断治疗意义已成为研究热点。多项研究通过高通量测序技术在房颤模型中筛选出大量差异表达的IncRNA，并应用生物信息学方法对其进行功能分析，这些差异表达的IncRNA可能参与房颤的发生发展过程，并具有重要的诊断和治疗价值。目前，关于风心病伴房颤的高通量研究较多，但结果差异较大，可能是由于所选患者人群以及阈值设定差异所致。关于内源性竞争RNA机制的研究较多，而关于lncRNA编码短肽及lncRNA的转录后修饰（如m6A修饰）的研究还很有限。尽管在心律失常中发现大量差异表达的lncRNA，但大部分lncRNA在心律失常中的作用与机制还未被揭示。深入揭示lncRNA的作用和机制将有望对今后心律失常的诊断和治疗带来革命性的变化。