ceRNA调控网络在眼部疾病中的作用和机制研究进展△

王 斌 张 燕

眼部疾病是全球人类健康重要负担之一，目前在全球有近10亿人受各种形式眼部疾病困扰，其中失明人数约4000万[1]。我国眼部疾病患者约1.9亿，占总人数的27%[2]。随着人口老龄化加剧，眼部疾病负担愈发显著。因此，眼部疾病的防治成为生命科学研究领域的重要任务。常见眼科疾病包括糖尿病视网膜病变(DR)、年龄相关性黄斑变性(AMD)、白内障、青光眼和角膜相关疾病等。大多数常见眼部疾病可通过手术和/或药物治疗得到改善和控制，甚至治愈，但仍有很多顽固性眼病的发病机制不明，治疗手段有限，治疗效果欠佳。随着生命科学的迅速发展，分子靶点药物有望成为眼部疾病治疗的新策略。近20年来，大量研究证实，非编码RNA具有广泛的生物学功能[3-5]。Salmena等[6]首次提出竞争性内源RNA(ceRNA)假说，极大的改变和补充了中心法则，其结果显示，ceRNA不仅参与疾病的发生发展，而且可以作为治疗靶点。目前，关于ceRNA调控网络在眼部疾病中的研究仍处于探索阶段，聚焦ceRNA在眼部疾病中的调控作用对于阐明疾病发病机制和开发新的治疗靶点具有积极的意义。为此，本文综述ceRNA调控网络在常见眼科疾病中的研究进展，并对现存问题和未来研究方向进行讨论和展望。

1 非编码RNA参与ceRNA网络组成及其作用机制

人类基因组中只有不到2%的基因参与编码蛋白质。不编码蛋白质的基因被称为非编码RNA，可参与编码基因的表达调控[7]。目前研究最为深入的非编码RNA主要包括微小RNA(miRNA)、长链非编码RNA(lncRNA)和环状RNA(circRNA)。miRNA是指一类由内源基因编码的长度约22个核苷酸的非编码单链RNA，主要通过与目标靶基因的3’端非翻译区特异性结合，降解靶基因mRNA或抑制其翻译过程，参与转录后基因表达调控[8]。miRNA已被证实可影响细胞增殖、生长和代谢过程，在各类眼部疾病中的研究深入确切[9]。同时，miRNA在ceRNA调控网络中扮演了“中央枢纽”作用。lncRNA是长度大于200个核苷酸且无编码潜能的内源性RNA[10]。lncRNA作用机制多样，可招募染色质重构和修饰复合体到特定位点，控制相关基因的表达；一些lncRNA也可作为配体，与转录因子结合，调控基因转录活性。也有研究证实，lncRNA可发挥miRNA海绵作用，以此调控miRNA表达，影响其靶基因的表达，参与病程演变[11]。circRNA具有特殊的结构，其3’ 端和5’端相连形成一个共价闭合的连续环状结构。近年来，circRNA作为miRNA海绵调控各类疾病进展相继被报道[12-13]。这些可以充当miRNA海绵的lncRNA、circRNA和mRNA被称为ceRNA，其自身均携带miRNA应答元件，可通过竞争性结合miRNA位点进行相互调节[14]。lncRNA和circRNA通过与miRNA结合，削弱miRNA对靶基因的抑制作用，调控靶基因表达并行使生物学作用。

2 ceRNA调控网络与眼部疾病

2.1 DRDR是一种糖尿病诱发的眼部并发症，也是糖尿病微血管病变中最重要的表现和患者致盲原因[15]，其病理特征主要表现为视网膜微血管内皮细胞(REC)异常增殖、迁移和血管新生，微血管渗出、黄斑水肿及视网膜血管新生，引起血管内皮生长因子(VEGF)异常高表达及相关氧化应激产物增加[16]。DR是当前眼科领域研究的热点。ceRNA调控机制参与DR病理生理改变，ceRNA调控网络平衡的失调会促进DR进展[17]。隋文婕等[18]研究发现，DR患者的玻璃体组织中lncRNAPVT1和VEGF表达上调、miR-26b表达下调，进一步研究证实，lncRNA PVT可通过竞争性结合miR-26b，解除miR-26b对VEGF的抑制作用，促进REC增殖分化和血管新生，加重DR。Yan等[19]研究证实，lncRNA MIAT作为ceRNA发挥作用，通过与miR-105-5P和VEGF形成反馈回路，调控REC功能。随着生物信息学分析手段和转录组学技术发展，更多ceRNA调控网络被相继发现。Cao等[20]利用基因芯片技术在高糖诱导REC构建的DR模型中筛选出差异表达的基因，包括410个lncRNA、35个miRNA和122个mRNA，并构建lncRNA/miRNA/mRNA间的ceRNA调控网络，其中，lncRNAOIP5 AS表达显著上调，并通过发挥ceRNA作用竞争性结合miR-449c，干扰了miR-449c对VEGF的负调控作用，促进DR进展，而其它差异表达基因的功能仍有待验证。此外，circRNA也可以通过发挥ceRNA作用介导DR疾病进程。circ-HIPK3被证实在心血管、胶质瘤和骨肉瘤等多种疾病中发挥重要调控作用[21-23]。Shan等[24]研究证实，circHIPK3在DR患者中高表达，其可通过ceRNA机制调控miR-30a-3p表达，进而干扰miR-30a-3p对VEGF-C、卷曲蛋白4和WNT2B基因的抑制作用，导致REC增殖、定向迁移及血管新生，加重糖尿病视网膜血管功能障碍。失调的ceRNA除了扮演致病作用外，部分ceRNA也可对DR发挥保护作用。Zhu等[25]研究发现，REC中circNDMT3B表达下调，其可通过削弱miR-20b-5p对致病靶基因BAMBI的抑制作用推动DR进展，上调circNDMT3B表达后逆转了该基因对DR的保护作用，该研究还证实，ceRNA调控机制已经成为DR疾病进展中的重要调节模式，其有望成为DR诊断和预防的新靶点。

2.2 AMDAMD是老年人不可逆转性失明的常见病因，病理表现以视网膜色素上皮(RPE)脱落最为常见[26-27]。依据脉络膜血管病变是否侵袭视网膜，可将AMD分为2类：渗出型AMD和萎缩型AMD[26]。渗出型AMD主要表现为脉络膜血管新生，导致RPE细胞破裂，脂质和血液渗出及纤维性瘢痕。RPE细胞在维持和调节视觉活力功能中发挥重要作用，靶向RPE细胞是防治AMD的有效策略。朱云喜[28]通过强光照射诱导小鼠视网膜光损伤模型发现，lncRNA MEG3在RPE细胞中表达上调，抑制其表达可保护RPE细胞，进而延缓视网膜脉络膜病变。在此基础上，Sun等[29]进一步对lncRNA MEG3作用机制进行探索，结果发现，lncRNA MEG3可作为ceRNA调控miR-7-5p/Pax6的信号轴，促进RPE细胞分化，沉默lncRNA MEG3表达后可以促进炎症因子释放，该研究还证实，lncRNA MEG3有望成为调控AMD的新的诊疗靶点。近年来，circRNA可参与AMD发生，并通过ceRNA机制调控AMD进展。Chen等[30]发现，Cdr1as在AMD患者的RPE细胞中显著上调，通过吸附miR-7，抑制miR-7与致病基因Nr4a3和c-fos的结合，促进脉络膜血管新生。另一项研究发现，circRNA-ZBTB44在渗出型AMD模型小鼠脉络膜新生血管中表达上调，其可通过竞争性结合miR-578，促进VEGF和血管细胞黏附分子-1表达上调，诱导脉络膜新生血管新生，加重AMD[31]。以上研究表明，ceRNA调控网络与AMD发生密切相关，这也为其发病机制的探索和诊治策略提供新视角。

2.3 青光眼青光眼作为不可逆的进行性视网膜神经病变性疾病，是全球失明的第二大主要原因[32]。据统计，目前全世界有超过6000万人受青光眼困扰，其中1200万人致盲[33]，其病理特点为房水排出受阻后引起病理性眼压增高，导致视网膜神经节细胞(RGC)进行性死亡和视神经纤维丧失，引起结膜囊成纤维细胞(HTF)增殖、定向迁移和组织纤维化。有效保护RGC是预防和延缓青光眼进展的有效手段[34]。Moazzeni 等[35]检测了青光眼患者组织中差异表达基因，筛选出195个miRNA、106个lncRNA和2个circRNA，基于生物信息学分析建立了circRNA和lncRNA介导的ceRNA调控网络，富集分析发现，这些ceRNA调控网络可能参与青光眼中RGC的凋亡、应激发生和免疫防御反应。另一研究发现，在青光眼患者组织中，lncRNA-003923表达显著上调，其可通过吸附miR-760和miR-215-3p促进白细胞介素22RAI表达上调，激活炎症反应途径，促进HTF增殖和定向迁移，而下调lncRNA-003923可抑制HTF增殖，延缓组织纤维化发生[36]。Wang等[37]的研究也证实了circRNA在青光眼中的作用，并发现circRNA-ZRANB1表达在视网膜神经变性中显著上调，其可通过调控miR-217/RUNX2轴，抑制CZRANB1表达，从而减弱Müller细胞的活化。随后，Wu等[38]的研究证实，circRNA ZNF609在Müller细胞中显著上调，circRNA ZNF609作为miR-615海绵，导致神经胶质细胞分化调节蛋白增加，引起神经退行性病变，加重青光眼患者病程恶化。现有临床手段对青光眼晚期患者疗效欠佳，靶向ceRNA调控网络可能为青光眼的机制研究和防治提供新见解。

2.4 白内障白内障是指由于晶状体混浊导致的视觉障碍性疾病。晶状体作为人眼球中重要的光学部件，多种原因导致晶状体蛋白变性，进而发生混浊，引起患者不同程度的视力下降。根据病因不同将白内障分为年龄相关性白内障，先天性白内障和继发性白内障。近年来，国内外报道均证实，ceRNA调控网络参与白内障的发展进程。Cheng[39]等通过高通量测序技术发现，lncRNA H19在年龄相关性白内障患者的晶状体上皮细胞(HLEC)中高表达，其可通过ceRNA吸附miR-29a，进一步上调胸苷嘧啶DNA糖基化酶表达，促进HLEC增殖，而下调lncRNA H19可抑制HLEC增殖。在继发性白内障患者中以糖尿病相关性白内障最为常见。Shi等[40]对糖皮质激素诱发的白内障患者组织的转录组进行分析，筛选出显著差异表达的17个lncRNA和203个mRNA，建立了lncRNA-miRNA-mRNA间的ceRNA调控网络，该网络与HLEC的活力和细胞周期密切相关，提示该ceRNA调控网络可能在糖皮质激素相关性白内障的进展中发挥重要作用。随后，另一项研究也证实，lncRNA MALAT1在HLEC中表达上调，抑制lncRNA MALAT1可促进HLEC的凋亡，抑制其增殖，但具体作用机制尚不明确[41]。此后，Li等[42]进一步明确了lncRNA MALAT1在糖尿病相关白内障的作用机制，lncRNA MALAT1通过吸附miR-205-3p，上调基质金属蛋白酶16表达，增强HLEC的增殖和定向迁移的能力，促进糖尿病白内障的发展。Fan等[43]对circRNA在继发性白内障中的作用研究发现，circRNA KMT2E表达在糖尿病白内障患者组织中显著上调，miR-204-5p表达显著下调，两者呈负相关关系，这提示两者存在相互作用，可能通过ceRNA调控机制影响疾病进展。

2.5 其他眼科疾病翼状胬肉是眼部表皮疾病中最常见的结膜良性过度增生性疾病，多由于外界刺激，人乳头状瘤病毒感染，慢性紫外线辐射刺激等诱发。Xu等[44]从GEO数据库中收集了3个翼状胬肉相关转录组数据集，筛选出差异表达的miRNA共 37个，其中22个miRNA表达上调，15个miRNA表达下调；4个lncRNA，表达均下调；59个mRNA，其中26个mRNA表达上调，33个mRNA表达下调，并构建了lncRNA相关的ceRNA调控网络，提出lncRNA SNHG1/miR-766-3p/FOS信号轴调控翼状胬肉的进展。ceRNA调控网络的研究为翼状胬肉的早期干预与治疗提供参考。

角膜位于眼球前面，表面光滑透明无血管，其边缘存在许多血管，维持其干细胞的生长。在感染、创伤及免疫缺陷的人群中，角膜缘新生血管增殖并侵犯角膜中央，可导致严重视力障碍，Zhang[45]等研究发现，在高糖处理的角膜内皮细胞中，lncRNA KCNQ1OT1异常高表达，吸附了miR-214，诱发半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1表达增加，诱发角膜内皮细胞焦亡。而沉默lncRNA KCNQ1OT1可以抑制内皮细胞焦亡反应，延缓角膜内皮细胞损伤。随后，另一项研究对碱烧伤诱导的角膜血管进行了circRNA表达谱分析，结果发现，共有229个差异表达的circRNA，其中Czfp609和cKifap3表达异常升高，两者均与miR-184的表达呈负相关，因此，Czfp609和cKifap3可能作为ceRNA调节角膜内皮细胞增殖、迁移和血管新生，但具体作用机制还有待进一步研究[46]。

增生型玻璃体视网膜病变(PVR)是类风湿性视网膜脱落的常见并发症，也是导致失明的重要病因，其特征是纤维化视网膜下膜和上膜形成[47]。最新一项研究通过构建lncRNA相关的ceRNA调控网络证实了ceRNA机制对PVR的疾病调控作用[48]。此外，非编码RNA介导的ceRNA调控网络也在圆锥角膜引起的视光障碍性眼部疾病和高同型半胱氨酸血症相关眼病中发挥了重要的调控作用[49-50]。

3 总结与展望

随着新一代高通量测序技术的涌现和生物信息技术的不断发展，非编码RNA在不同组织细胞中的调控作用逐渐被揭示。眼作为独立的人体器官，其体积小，且自身具有独立的免疫系统，基于分子药物靶点的研发在眼部疾病中具有可观的应用价值。而ceRNA模式调控多种生物学功能，涉及细胞增殖、细胞周期、细胞凋亡等方面，涵盖多种信号通路。同时ceRNA调控网络的证实明确了多基因间的相互作用关系，使眼部疾病的发病机制研究更为深入。然而，目前，本研究对眼部疾病中的ceRNA调控网络认识仍处于初步探索阶段，很多未知的ceRNA调控网络有待进一步明确。与此同时，随着高通量测序技术的不断进展，大量具有调控作用的非编码RNA相继被发现，这些分子间相互作用，通过正负反馈调控机制参与眼部疾病的发展进程，但这些系统的调控网络仍需要进一步探索。更为重要的是，目前仍然缺乏大量试验数据证实靶向ceRNA可以有效缓解疾病症状。这些科学问题均为未来需要深入解决和研究的方向。本文综述非编码RNA介导的ceRNA调控网络在常见眼部疾病中的作用机制，以期为眼部疾病的临床诊治提供可靠理论依据。