长链非编码RNA TUG1在血管相关疾病中的研究进展

王月霞，马媛，底煜

(中国医科大学附属盛京医院眼科，沈阳 110000)

全基因组分析显示，90%的人类基因可以被转录，其中仅不足2%的基因可编码蛋白质，其他均为非编码RNA；长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)是一类长度>200个核苷酸的DNA转录本，几乎没有编码蛋白质的潜能，最初仅被认为是无关紧要的转录“噪声”[1]。然而，随着大规模基因组测序的开展以及测序技术的不断发展，lncRNA受到越来越多的关注，目前已成为生物医学领域的研究热点之一。lncRNA在不同细胞和组织的多种生理病理过程中均发挥作用，包括染色质修饰、转录、转录后翻译以及表观遗传调控、细胞增殖、凋亡和迁移等[2]。其中，lncRNA牛磺酸上调基因1(taurine upregulated gene 1，TUG1)发现相对较早。研究表明，lncRNA TUG1参与器官发育以及多种系统疾病的生物学过程，包括细胞增殖、分化、侵袭、抗药性、抗辐射性、血管生成、炎症、肿瘤发生发展等[3-5]，尤其在肿瘤的病理性血管生成及恶性程度方面具有重要作用，严重影响患者预后[6]。血管相关疾病种类众多，目前已有大量关于lncRNA TUG1与血管疾病的研究[7-10]。现就lncRNA TUG1在血管相关疾病中的研究进展予以综述。

1 lncRNA TUG1的基本结构与生物学功能

lncRNA TUG1高度保守，定位于染色体22q12.2，其基因序列由7 598个核苷酸组成[11]，最早在体外培养的新生小鼠视网膜细胞中被发现[3]，是一个可被剪接、有多聚腺苷酸尾的lncRNA，由于lncRNA TUG1的表达随牛磺酸的加入而上调，被称为“牛磺酸上调基因1”。牛磺酸是一种含硫的氨基酸，主要产生于肝脏和肾脏，存在于视网膜、脑、心脏和胎盘等器官，在大脑发育、光学和免疫系统以及渗透调节、繁殖、膜稳定、心肌调节和炎症等生物学过程中发挥关键作用[12-13]。研究表明，TUG1在多种疾病的发生发展中具有重要作用，尤其在肿瘤(乳腺癌、胃癌、膀胱癌、骨肉瘤等)的发生发展中发挥关键作用[14-17]。

2 lncRNA TUG1在血管相关疾病中的研究

2.1lncRNA TUG1与肿瘤血管疾病 新生血管生成是肿瘤发生和转移的关键，不仅参与营养供应和代谢废物交换、促进肿瘤生长，还可促进肿瘤细胞进入血液循环，从而发生肿瘤转移。lncRNA TUG1可作为竞争性内源RNA发挥生物调节作用，并作为微RNA(microRNA，miRNA/miR)的海绵，调控下游信使RNA的表达[18]。lncRNA TUG1可通过海绵化miRNA抑制其功能，包括miR-1299、miR-186-5p、miR-212-3p、miR-145、miR-26a、miR-34a-5p等[19-21]。如lncRNA TUG1可作为miR-1299的海绵，通过竞争性内源RNA机制上调Notch 3基因的表达，并促进卵巢癌细胞的增殖和侵袭，抑制其周期停滞，形成miR-1299/Notch 3/TUG1反馈回路[20]。Zhan等[21]研究证实，lncRNA TUG1可通过miR-186-5p/锌指E盒结合蛋白1轴促进卵巢癌细胞增殖、侵袭、转移以及肿瘤干细胞特性。还有研究发现，敲低卵巢癌细胞lncRNA TUG1水平可显著抑制富亮氨酸α2糖蛋白1(一种介导血管生成的分泌因子)的表达，而lncRNA TUG1通过调节富亮氨酸α2糖蛋白1表达，实现对血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、血管生成素-1和肿瘤生长因子-β的调控，从而影响肿瘤血管的生成[9]。以上研究表明，lncRNA TUG1对同一肿瘤疾病有不同的调节机制，因此其参与调控的网络广泛。另有研究发现，lncRNA TUG1的表达与宫颈癌病灶大小、肿瘤分化程度及淋巴结转移有关，敲低lncRNA TUG1可通过miR-381-3p/鼠双微体2轴促进宫颈癌细胞凋亡、抑制肿瘤生长，并降低其迁移和侵袭能力[22]；敲低lncRNA TUG1还可显著抑制乳腺癌细胞增殖、迁移和侵袭，并促进其凋亡[14]。Yang等[23]研究发现，敲低lncRNA TUG1可抑制前列腺癌细胞增殖、迁移和侵袭，同时诱导其周期停滞和细胞凋亡。Niu等[24]发现，lncRNA TUG1在小细胞肺癌中表达升高，其表达水平与患者临床分期和生存时间有关，体外和体内lncRNA TUG1表达下调均可能抑制细胞增殖，并增加其对抗癌药的敏感性，敲低lncRNA TUG1则可显著促进细胞凋亡和细胞周期停滞，并在体外抑制细胞迁移和侵袭。而Lin等[25]发现，lncRNA TUG1在非小细胞肺癌中的表达降低，敲低lncRNA TUG1可促进非小细胞肺癌细胞增殖。由此可见，lncRNA TUG1与多种肿瘤有关，有望成为肿瘤治疗的靶基因和潜在的生物标志物。

VEGF是肿瘤血管生成的重要组成部分，lncRNA TUG1高表达可显著抑制miR-299-3p的表达、促进VEGF生成，从而促进肾细胞癌的发展，而敲低lncRNA TUG1可显著抑制VEGF的表达，进而抑制人肾细胞腺癌细胞增殖、侵袭、迁移和上皮-间充质转化过程，同时诱导细胞凋亡[26]。lncRNA TUG1与miR-34a-5p、VEGFA共同构成一个相互竞争的内源性调控网络。在体内敲低lncRNA TUG1可抑制肝母细胞瘤的生长和血管生成，在体外敲低lncRNA TUG1可降低肝母细胞瘤细胞增殖、迁移和侵袭能力[27]。Li等[28]通过体外迁移实验发现，lncRNA TUG1可作为miR-29b的分子海绵调控髓细胞白血病因子、VEGFA和基质金属蛋白酶2的表达；lncRNA TUG1还可通过miR-26a-5p上调结肠癌细胞中基质金属蛋白酶14和VEGF的表达，从而促进结肠癌细胞的增殖、侵袭以及上皮-间充质转化[29]。由此可见，lncRNA TUG1可与不同肿瘤中的不同miRNA结合，调控VEGF的生成，进而调控肿瘤细胞的生长和肿瘤血管生成，为肿瘤以及其他血管相关疾病的预防和治疗提供理论基础。

2.2lncRNA TUG1与心肺血管疾病 血管重构是高血压的特征性病理改变，可导致血管阻力增加和顺应性降低。血管平滑肌细胞功能障碍是血管重构的重要基础。研究发现，lncRNA TUG1/miR-145-5p/重组人成纤维细胞生长因子-10通过激活Wnt/β联蛋白信号通路促进自发性高血压大鼠血管平滑肌细胞增殖和迁移[30]。缺氧性肺动脉高压是一种具有潜在破坏性的严重肺循环疾病，Yang等[31]发现，敲低lncRNA TUG1可抑制其与miR-374c的结合，从而下调叉头框转录因子C1的表达，抑制肺动脉平滑肌细胞增殖和迁移并促进其凋亡，进而通过Notch信号通路阻碍缺氧性肺动脉高压小鼠的肺血管重构。另有研究显示，lncRNA TUG1不仅可促进人肺平滑肌细胞增殖和血管重构，还可增加其细胞活力、促进增殖细胞核抗原的表达和细胞周期进程，而敲低lncRNA TUG1则可显著抑制肺动脉高压的发展[7]。lncRNA TUG1对血管平滑肌细胞增殖、迁移和活力等的影响也是其作用于血管的一种途径。

通过模拟慢性缺氧条件小鼠发现，成年小鼠心脏成纤维细胞中lncRNA TUG1水平较高，而敲低lncRNA TUG1则可改善心脏成纤维细胞向肌成纤维细胞的转化，表明lncRNA TUG1可作为miR-29c海绵调节缺氧时的心脏纤维化[32]。在缺氧和常氧条件下培养心肌细胞系H9C2，结果发现，过表达lncRNA TUG1可通过下调miR-145-5p表达加重缺氧引起的心肌细胞损伤[33]。敲低lncRNA TUG1可缓解低氧诱导的AC16心肌细胞的增殖减少，同时抑制其凋亡[34]。通过血清检测发现，lncRNA TUG1在动脉硬化患者的血清样本中高表达，动物实验也证实其在小鼠动脉硬化斑块及血管平滑肌细胞中高表达；进一步研究发现，lncRNA TUG1通过与第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因竞争性结合miR-21促进血管平滑肌细胞增殖并诱导细胞凋亡[35]。另有研究发现，与健康对照者相比，在冠心病患者外周血单个核细胞样本中lncRNA TUG1水平显著升高，而敲低lncRNA TUG1可抑制人脐静脉内皮细胞凋亡，减少低氧及肿瘤坏死因子-α刺激的内皮细胞损伤，降低细胞间黏附分子、血管细胞黏附分子信使RNA和蛋白水平，同时抑制p38促分裂原活化的蛋白激酶通路活化，提示lncRNA TUG1参与血管内皮细胞功能紊乱[36]。Tang等[8]研究显示，敲低lncRNA TUG1可通过调节miR-141-3p/受体酪氨酸激酶样孤儿受体2轴抑制经氧化低密度脂蛋白处理的血管平滑肌细胞的增殖、迁移和侵袭，从而抑制体外动脉粥样硬化的发展。此外，过表达的lncRNA TUG1可通过Wnt通路刺激内皮细胞增殖、迁移，从而促进糖尿病动脉粥样硬化的发生发展[37]。动脉粥样硬化和血管重构过程均涉及血管内皮细胞增殖、凋亡、迁移以及炎症反应，lncRNA TUG1对细胞增殖、凋亡及炎症反应的影响有望使其成为治疗临床血管相关疾病的重要靶点。

2.3lncRNA TUG1与脑部神经血管疾病 脑部神经血管具有调控人类生命活动及行为的功能，脑部神经血管的健康与人类认知水平及整体生活质量密切相关。研究发现，lncRNA TUG1可通过海绵化miR-145正向调节脑缺血再灌注损伤大鼠水通道蛋白4的转录后表达，而通过小干扰RNA敲低lncRNA TUG1可降低水通道蛋白4的表达，从而对脑缺血再灌注大鼠的神经起到保护作用[38]。另有研究表明，有氧运动可缓解脑血管性认知障碍小鼠的认知障碍，并有效抑制其海马凋亡，但过表达lncRNA TUG1可在一定程度上逆转有氧运动对认知障碍的疗效[39]。还有研究发现，敲低lncRNA TUG1可提高帕金森小鼠的运动协调能力，同时抑制炎症因子的表达，表明lncRNA TUG1是帕金森病患者潜在的生物标志物[40]。另外，作为miR-6321的竞争性内源RNA，lncRNA TUG1可通过靶向激活转录因子2抑制内皮祖细胞的迁移和分化，故有望成为动脉瘤的潜在治疗靶点[41]。胶质瘤是脑部常见的恶性肿瘤，敲低lncRNA TUG1可抑制胶质瘤细胞的增殖、迁移和侵袭，促进其凋亡，并影响其周期停滞；此外，lncRNA TUG1还可通过抑制miR-299增强肿瘤诱发的血管生成和VEGF表达，故可能成为胶质母细胞瘤治疗的新靶点[42-43]。研究发现，敲低缺氧-葡萄糖剥夺损伤下培养的神经元细胞中的lncRNA TUG1可降低皮质神经元细胞凋亡比例，促进细胞的体外存活，这可能是由miR-9水平升高以及促凋亡基因重组Bcl-2样蛋白11水平降低所致，这一发现为缺血性脑卒中的治疗提供了新靶标[44]。血液肿瘤屏障限制了化疗药物向脑肿瘤组织的输送，敲低lncRNA TUG1则可抑制其与miR-144的结合，增加血液肿瘤屏障的通透性，并通过靶向热激转录因子2降低内皮细胞紧密连接蛋白的表达，因此，lncRNA TUG1可能成为增强血液肿瘤屏障通透性、提高化疗效果的有效靶基因[45]。

2.4lncRNA TUG1与眼部血管疾病 眼部的神经血管发育与脑部发育基本保持一致，早产儿视网膜病变、糖尿病视网膜病变以及视网膜静脉阻塞等均是常见的视网膜血管疾病。此外，老年性黄斑变性、新生血管性青光眼以及角膜新生血管等病理性新生血管疾病也属于视网膜血管疾病。Young等[3]研究发现，敲低lncRNA TUG1可导致新生小鼠视网膜转染的光感受器外部片段畸形或缺失，可见，视网膜中lncRNA TUG1是发育中啮齿动物眼部光感受器正常形成所必需的。通过评估lncRNA TUG1与糖尿病视网膜病变的易感性、疾病严重程度以及玻璃体内注射阿柏西普治疗早期反应的相关性推测，lncRNA TUG1可能与眼部其他血管疾病相关[46]。Gong等[47]研究发现，绿原酸可通过lncRNA TUG1/核因子E2相关因子2通路增加氧化应激损伤后视网膜神经节细胞的活力、降低活性氧类水平、抑制细胞凋亡，从而保护细胞免受氧化应激损伤。氧化应激在视网膜缺血/缺氧的发病机制中发挥重要作用，而视网膜缺血/缺氧与早产儿视网膜病变和糖尿病性视网膜病等视网膜血管疾病密切相关[48]。目前早产儿视网膜病变的具体发病机制尚不清楚，有研究认为，早产儿视网膜病变是一种视网膜血管发育异常的血管增生性病变[49]。因此，未来能否通过调节lncRNA TUG1的表达水平控制早产儿视网膜病变或其他视网膜疾病的发生发展仍需深入探讨。

综上所述，lncRNA TUG1对多种系统发育及血管相关疾病的发生发展均有显著作用，但以上研究多通过lncRNA TUG1诱导细胞增殖、迁移、新生血管生成等促进疾病发展，而敲低lncRNA TUG1可减轻部分病理改变。但在某些疾病中，lncRNA TUG1呈低表达，lncRNA TUG1过表达可减少部分病理改变，如败血症诱发的急性肺损伤小鼠模型的lncRNA TUG1表达降低，而lncRNA TUG1过表达可改善小鼠肺损伤，减轻细胞凋亡和炎症[50]。此外，lncRNA TUG1过表达还可减少脂多糖诱导的人脐静脉内皮细胞凋亡、自噬和炎症反应[10]。还有研究表明，lncRNA TUG1过表达可通过阻止miR-127/核因子κB/p38促分裂原活化的蛋白激酶轴保护人胚肺成纤维细胞免受脂多糖诱导的炎症损伤[51]。敲低lncRNA TUG1还可显著促进非小细胞肺癌细胞的增殖[25]。目前关于血管相关疾病中lncRNA TUG1的研究相对较少，但不同器官、疾病中lncRNA TUG1的作用效果并不同，其在各种血管相关疾病中的作用机制还需进一步研究。

3 小 结

lncRNA TUG1可通过多种通路调节组织中VEGF和其他相关血管生成调控因子的表达，还可通过与多种miRNA结合调控细胞增殖、凋亡、迁移、血管生成和炎症等；同时，lncRNA TUG1对氧环境变化敏感，缺血、低氧均可诱导其表达改变，从而引起相应病变，因此lncRNA TUG1可作为血管相关疾病诊断的生物标志物。未来，可以从基因角度研究lncRNA TUG1在某些疾病发生发展中的作用，并研发抑制或促进lncRNA TUG1与靶点结合的靶基因药物，从而缓解疾病的发生发展。随着研究的深入，lncRNA TUG1在血管相关疾病中的作用将更加清晰，了解其作用机制有助于在基因层面预防并治疗相关疾病。