长链非编码RNA GAS5与冠心病相关病变的研究进展

董星明，张锦

(1.兰州大学第一临床医学院，兰州 730000； 2.兰州大学第一医院心内科 甘肃省心血管疾病重点实验室，兰州 730000)

冠心病是当前严重危害人类健康的心血管疾病之一，其患病率和病死率逐年升高，发病呈年轻化趋势，给社会经济带来巨大负担[1]。冠心病是一种多因素疾病，是动脉粥样硬化(atherosclerosis，As)斑块形成引起冠状动脉管腔狭窄或闭塞导致的心肌缺血坏死性疾病。除年龄、性别、吸烟、高血压、糖尿病、肥胖等传统危险因素外，遗传在冠心病发病中也起着非常重要的作用[2]。

长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)在基本生命活动中发挥至关重要的调节作用，其表达失调可能是某些疾病发生的重要原因[3-4]。lncRNA是一类长度大于200个核苷酸的RNA分子，不具有编码蛋白质的功能，主要在表观遗传学、转录水平及转录后水平三个层面参与基因的表达调控[5]。生长阻滞特异性转录本5(growth arrest-special transcript 5,GAS5)是一种对细胞增殖和凋亡有重要调控作用的lncRNA，在人类组织中广泛表达。GAS5具有抑制肿瘤细胞增殖、迁移和促进肿瘤细胞凋亡的作用。GAS5在多种肿瘤组织中低表达，其表达水平与肿瘤的发生、发展密切相关[6-8]。随着研究的深入发现，GAS5在心血管疾病[9]、内分泌代谢性疾病[10]以及自身免疫性疾病[11]等非肿瘤性疾病中也发挥重要作用。现就GAS5在冠心病相关病变中作用的研究进展予以综述。

1 GAS5的结构和生物学特性

GAS5最初从生长抑制NIH 3T3小鼠胚胎成纤维细胞系中被分离鉴定出来，其在生长受阻细胞中的表达水平明显升高[12]。人GAS5基因定位于染色体1q25.1，长度约为630 nt，由12个外显子和11个内含子组成，其中外显子仅有一个较短的开放阅读框，不具有编码蛋白质的功能，但可以编码两种成熟形式的lncRNA：lncRNA GAS5a和lncRNA GAS5b，后者被认为是GAS5的主要产物[13-14]。GAS5基因除编码lncRNA GAS5外，还编码核仁小RNA、微RNA(microRNA，miRNA)和Piwi相互作用RNA。

GAS5属于5′TOP RNA家族，其生物学特征由5′端寡聚RNA序列决定，转录受哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路和无义介导的信使RNA降解通路调控，对细胞的生长、发育、分化等过程起重要的调节作用[15-16]。此外，GAS5还可以模拟糖皮质激素应答元件，通过结合糖皮质激素受体上的DNA结合结构域阻止糖皮质激素应答元件与糖皮质激素受体的相互作用，抑制糖皮质激素靶基因的转录活性，进而抑制糖皮质激素依赖的细胞生长，使细胞凋亡增加，从而影响基因表达[17]。

2 GAS5与As

As是冠心病发生发展的主要病理基础，目前普遍认为As是一种血管慢性炎症性病变，脂质代谢紊乱、高血糖、高血压、免疫炎症损伤、血管功能障碍等因素相互作用导致As斑块形成，促进了冠心病的进展。GAS5通过调控基因表达影响与疾病发生发展相关的危险因素，从而延缓或阻止疾病进展。

2.1GAS5与糖脂代谢紊乱 血脂异常是As的高危因素之一。在As早期，血浆增多的胆固醇、脂蛋白等沉积于动脉管壁内，引起血管壁结缔组织增生，使管壁变硬、增厚，继而形成脂质条纹、As斑块。既往研究发现，多种lncRNA在脂质代谢中发挥重要作用，并通过影响血脂稳态调控As的进程[18]。Chen等[19]通过高脂饮食建立As大鼠模型，与正常饮食大鼠相比，As大鼠血液胆固醇水平更高、高密度脂蛋白水平更低、低密度脂蛋白水平更高；对大鼠As斑块进行基因芯片分析发现，有339个lncRNA的表达水平发生改变，其中lncRNA GAS5的表达水平明显上调；进一步研究发现，As患者As斑块中GAS5的表达水平也高于正常人。Meng等[20]进一步探究GAS5在As中的潜在作用发现，lncRNA GAS5在人髓系白血病单核细胞THP-1(tohoku hospital pediatrics-1)巨噬细胞源性泡沫细胞中高表达，GAS5过表达通过调控胆固醇转运使细胞内的脂质蓄积增加。沉默GAS5的表达后，As斑块面积减小，血液三酰甘油、总胆固醇、低密度脂蛋白水平降低，说明沉默GAS5可能促进胆固醇的逆向转运，抑制细胞内脂质聚积，从而减缓As进展[20]。另有研究发现，lncRNA可以调节低密度脂蛋白受体的活性，从而改变患者对他汀类药物的反应[21]。GAS5可通过调节相关基因的表达影响脂质代谢，可能是治疗As的药物靶点。

糖尿病患者冠心病的发病率是非糖尿病患者的数倍，且病变更加复杂严重[22-23]。Jin等[24]研究发现，糖尿病小鼠胰腺中GAS5的表达减少，沉默GAS5可抑制小鼠胰岛β细胞增殖和胰岛素分泌。细胞实验证实，GAS5可能通过影响胰岛β细胞特定转录因子的表达维持胰岛β细胞的功能、调控胰岛素的合成[24]。Zhao等[25]发现，高糖增加了AC16细胞中GAS5的表达，敲除GAS5可以减轻高糖对AC16细胞的损伤。可见，GAS5可能在维持血糖平衡、减少糖尿病心血管病发生风险等方面有重要作用，但其相关机制需要更多研究进一步探究。

2.2GAS5与免疫炎症反应 免疫炎症反应贯穿As发生发展的始终，As斑块形成、破裂的过程均有炎症细胞参与。多种有害因素导致血管内皮受损时，单核巨噬细胞聚集于内皮下并被激活，吞噬脂质后形成泡沫细胞，释放多种炎症因子并形成正反馈，聚集更多巨噬细胞，最终导致管腔狭窄和斑块破裂。巨噬细胞对脂质的摄取是As形成的重要环节，而巨噬细胞的凋亡和坏死加剧了斑块的不稳定性。目前炎症调控的分子机制尚未完全阐明，但研究发现lncRNA可作为炎症反应的调节因子，通过介导炎症信号转导，在炎症的发生和调控中发挥重要作用[26]。Chen等[27]发现，敲除THP-1巨噬细胞的GAS5能够减少氧化低密度脂蛋白诱导的细胞凋亡；相反，GAS5过表达增加了THP-1巨噬细胞的凋亡，同时GAS5表达的增加促进了多种凋亡相关蛋白的表达，表明GAS5在调节巨噬细胞凋亡中发挥重要作用。

GAS5的表达水平对斑块的稳定具有重要意义。研究发现，氧化低密度脂蛋白刺激的THP-1巨噬细胞中GAS5表达水平升高，过表达GAS5促进了巨噬细胞中白细胞介素-6、白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子-α等促炎因子和单核细胞趋化蛋白1的分泌，而GAS5表达沉默后这种促进作用被抑制[28]。在机制上，GAS5作为miR-221的“分子海绵”，调控促炎因子和基质金属蛋白酶的表达，促进As斑块纤维帽降解，加剧斑块的不稳定[28]。为了进一步研究As炎症反应中lncRNA GAS5的作用机制，Shen等[29]通过建立高脂饮食喂养的载脂蛋白E敲除小鼠模型发现，沉默GAS5表达小鼠血液中炎症因子的表达水平明显低于未沉默GAS5表达小鼠；在氧化低密度脂蛋白刺激的THP-1巨噬细胞模型中，沉默GAS5表达后，炎症因子释放减少，说明沉默GAS5表达可抑制炎症反应；此外，GAS5可以靶向结合并抑制miR-135a的表达，而miR-135a表达增加消除了GAS5沉默对炎症和脂质代谢紊乱的缓解作用。GAS5将脂质代谢和炎症反应联系起来，为理解As中炎症反应的作用提供了依据，同时GAS5也可能成为抑制炎症反应的药物靶标，抑制As中的炎症反应。

2.3GAS5与血管功能 内皮细胞构成血管内膜，在维持人体内环境稳态中发挥重要作用。高血脂、高血糖、免疫炎症反应等有害刺激损伤内皮细胞，导致内皮细胞功能障碍。而内皮细胞功能障碍是As早期的病理特征之一，是As进程中必不可少的过程。Diao等[30]通过高同型半胱氨酸诱导心肌微血管内皮细胞损伤发现，血管内皮细胞中GAS5表达减少，氧化应激损伤加重、增殖活性减弱、凋亡增加、迁移能力降低，而GAS5过表达能逆转上述过程，说明GAS5可能通过介导氧化应激减轻同型半胱氨酸诱导的内皮细胞损伤，GAS5的正常表达对维持内皮细胞功能有重要作用。Liang等[31]通过生物信息学分析发现，GAS5中存在可以与miR-26a直接结合的位点，GAS5与miR-26a结合后相互抑制，发挥抑制内皮细胞凋亡和自噬保护的作用。Yao等[32]研究发现，miR-223能够直接靶向烟酰胺磷酸核糖转移酶，并进一步激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信号转导通路，调节血管内皮祖细胞的增殖和凋亡，而GAS5可作为miR-223的竞争性内源RNA，通过介导miR-223表达精准调控内皮祖细胞的增殖和凋亡。另有研究发现，THP-1巨噬细胞外泌体中lncRNA GAS5富集表达，外泌体可以被内皮细胞摄取，从而实现单核巨噬细胞与内皮细胞之间的信号交流[27]。可见，多种因素可使GAS5的表达发生改变，影响内皮细胞的增殖和凋亡，从而促进或抑制As形成，因此干预GAS5的表达可能是预防As的有效策略。

平滑肌细胞也是血管壁的主要组成之一，在血管损伤、血管重塑、血管生成等中发挥重要作用。平滑肌细胞的增殖、迁移、表型转换和凋亡是As管腔狭窄的重要原因，而lncRNA在平滑肌细胞增殖和迁移过程中发挥重要作用，可以调控细胞功能，减少斑块形成[33]。高血压时动脉管壁增厚，平滑肌细胞增生，血管功能失衡，促进As发生。Wang等[34]发现，在自发性高血压大鼠模型中，GAS5参与血压调节并影响动脉管壁重塑，而GAS5主要在内皮细胞和平滑肌细胞中表达；进一步沉默GAS5表达后发现，内皮细胞和平滑肌细胞活性提高可促使平滑肌细胞表型转换，并抑制氧化应激导致的内皮细胞和平滑肌细胞凋亡。GAS5可通过β联蛋白通路调节内皮细胞和平滑肌细胞的功能，而这种调节功能通过控制β联蛋白的核异位实现[34]。Tang等[35]在原代培养平滑肌细胞中对GAS5的作用机制进行研究发现，GAS5能够通过p53通路发挥负向调控平滑肌细胞的作用，GAS5直接结合p53蛋白并募集蛋白p300，增强了p53蛋白的稳定性，提高了p53蛋白在平滑肌细胞中的活性，导致细胞周期抑制和凋亡相关基因表达增加，从而调控平滑肌细胞的增殖周期和凋亡。GAS5/miR-21/细胞程序性死亡基因4通路也可以控制平滑肌细胞的增殖和迁移[36]。综上，GAS5可通过不同的机制和通路调节平滑肌细胞的功能。GAS5有潜力成为冠心病治疗的新靶点，但其作用复杂，实现GAS5对疾病的调控及精准预测还需要更多研究。

3 GAS5与心肌梗死

As导致管腔狭窄或闭塞时，血氧供需失衡，表现为心肌缺血，严重时可发生心肌梗死。目前普遍认为，心肌梗死后心肌细胞的坏死和凋亡及过度炎症反应是心肌损伤的主要原因。研究lncRNA在心肌梗死后细胞凋亡中的作用机制有助于探索新的治疗方式，改善心肌梗死预后，提高患者生活质量。

黄芪甲苷是黄芪的主要提取物，有研究报道黄芪甲苷Ⅳ具有心血管保护作用[37]，但其具体作用机制尚不完全明确，限制了黄芪甲苷Ⅳ的临床应用。Du等[38]探究黄芪甲苷Ⅳ对缺氧预处理H9c2心肌细胞的影响发现，黄芪甲苷Ⅳ减弱了缺氧导致的心肌细胞活性降低，且细胞凋亡、凋亡相关蛋白表达减少，lncRNA GAS5表达下调，推测黄芪甲苷Ⅳ可能通过影响GAS5调控缺氧心肌细胞。Zhang等[39]通过实时荧光定量聚合酶链反应检测发现，心肌梗死细胞中GAS5的表达上调，沉默GAS5表达后，心肌细胞活力升高，G0/G1期心肌细胞数量明显减少，G2/M期心肌细胞数量显著增加，提示GAS5下调可显著提高细胞增殖能力，抑制细胞凋亡；且GAS5基因序列上有miR-525-5p的结合位点，miR-525-5p可直接与钙调蛋白2结合，提示GAS5可能通过miR-525-5p/钙调蛋白2通路实现对心肌细胞增殖、凋亡和分裂周期阻滞的精确调控[39]。Zhang等[40]对皮下注射异丙肾上腺素构建的心肌梗死大鼠模型进行研究发现，大鼠心肌组织中GAS5的表达增加，而沉默GAS5表达后，大鼠心功能显著改善，心肌细胞凋亡减少、心肌组织损伤减轻、心肌纤维化改善。另有研究发现，心肌梗死小鼠围梗死区lncRNA GAS5的表达上调，而信号素3A表达下调，提示GAS5通过降解信号素3A调控细胞凋亡，而非作用于信号素3A的信使RNA[41]。

4 GAS5与心肌缺血再灌注损伤

血管再通是目前心肌梗死的重要治疗方法，但血液复流引起的缺血再灌注损伤可能进一步加剧心肌损伤。缺血再灌注损伤可能由氧化应激、钙离子超载、炎症反应加剧等导致。近年研究发现，lncRNA与心肌缺血再灌注损伤中的细胞凋亡关系密切[42]。Liu等[43]通过缺氧/复氧H9c2心肌细胞模拟缺血再灌注损伤发现，缺氧/复氧后GAS5表达明显上调，乳酸脱氢酶、丙二醛、超氧化物歧化酶等心肌损伤标志物的活性升高，通过定量逆转录聚合酶链反应及蛋白质印迹技术发现，GAS5过表达后相关促凋亡基因Bcl-2相关X蛋白和细胞色素C的信使RNA和蛋白质表达水平均升高，而抗凋亡基因B细胞淋巴瘤-2的表达下调，表明GAS5表达水平升高可以促进缺血再灌注损伤过程中的心肌细胞凋亡。Wu等[44]研究发现，沉默GAS5表达提高了缺氧/复氧心肌细胞的活性，降低乳酸脱氢酶和肌酸激酶同工酶水平，同时减少心肌梗死面积和缺血再灌注损伤引起的细胞凋亡；进一步研究发现，GAS5表达下调通过miR-335/ Rho蛋白激酶1/蛋白激酶B/糖原合成酶激酶3β信号通路改善心肌缺血再灌注损伤。

磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信号通路是调节细胞周期的经典通路之一，在细胞增殖与凋亡过程中发挥关键的调节作用[45]。Han等[46]发现，缺血再灌注损伤细胞中GAS5的表达较正常细胞明显增加；GAS5表达沉默后，细胞活性恢复，细胞损伤减轻。后续研究发现，GAS5作为内源竞争RNA调节miR-532-5p与人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因的表达，促进磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信号通路的激活，从而发挥抗心肌细胞凋亡的作用[46]。GAS5表达的改变激活了下游信号通路，说明GAS5可能在心肌梗死后再灌注早期发挥作用。从基因层面进行干预，改善再灌注后心肌细胞的存活能力，减少心肌细胞凋亡，可能是未来冠状动脉介入治疗后减轻缺血再灌注损伤的有效措施之一。

5 GAS5作为冠心病诊断生物标志物的潜能

与冠状动脉造影相比，循环lncRNA在冠心病诊断方面具有更大优势，尤其在非侵入性方面具有更大的临床应用潜能。Kumarswamy等[47]首次证明，血浆lncRNA预测心脏重构可以作为预测心肌梗死后心室重构及慢性心力衰竭预后的重要指标。循环lncRNA可作为疾病诊断的生物标志物。一项研究发现，血浆GAS5表达水平降低可能与糖尿病的发生相关，通过评估血浆GAS5的表达水平可以提前发现糖尿病风险个体[48]。Yin等[49]发现，与健康对照者相比，冠心病患者血浆GAS5的表达水平特异性下调，因此GAS5可能是诊断冠心病的潜在生物标志物。GAS5可在循环血液中稳定存在并被检测出，但GAS5的细胞来源难以确定，且其与其他疾病的关系不能排除，因此循环lncRNA作为冠心病诊断生物标志物的特异性和敏感性仍需深入研究。

6 结 语

LncRNA作为非编码RNA的重要成员，参与调节多种生理及病理过程，探索lncRNA的生物学功能可能有助于解释疾病的发病机制，从而为临床诊断和治疗提供新方法。鉴于GAS5是细胞增殖和凋亡的重要调控因子，未来其可能成为心血管疾病的治疗靶点之一。尽管GAS5在冠心病等心血管疾病的发生、发展及临床诊治等方面的作用取得了重大进展，但目前其在临床诊治中的应用较局限，需要更多实验探究GAS5的作用机制及调控网络，以为临床应用提供依据。