长非编码RNA在神经系统损伤的研究进展

刘国东，张 力，单 闻，李 杰，韦武亭，邓楚蕾 综述 王玉海 审校

（1.南京大学医学院附属金陵医院 东部战区总医院，江苏 南京 210000；2.联勤保障部队904医院神经外科，江苏 无锡 214000）

1 神经系统损伤与lncRNA概述

创伤性颅脑损伤（traumatic brain injury，TBI）、蛛网膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH）、脑出血（intracerebral hemorrhage，ICH）和缺血性脑卒中是常见神经系统损伤，其病理过程包括炎症、氧化应激、细胞凋亡、自噬和血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）破坏等。纵使现代医疗发展至今，神经系统损伤仍是导致残疾和死亡的主要原因之一，因此，探索新的治疗策略具有重大意义。

长 非 编 码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）是长度大于200 个核苷酸的非编码RNA转录本[1]。最初lncRNA 被认为是转录的副产物，但后来证据表明：lncRNA 可调节免疫、炎症、细胞分化、细胞增殖等病理生理过程。lncRNA 可在表观遗传水平、转录水平、转录后水平和染色质重塑水平上发挥作用，通过直接与靶基因结合或招募转录因子来激活或抑制靶基因表达[2]。因此，许多疾病例如神经系统损伤在发展过程中与lncRNA失调有关。

2 神经系统损伤中的lncRNA

近年通过高通量测序等技术发现一些与继发性脑损伤相关的异常表达lncRNA，如：转移相关肺腺癌转录本1（MALAT1）、母体表达基因3（MEG3）、NF-κB 相互作用的lncRNA（NKILA）等。本文着重介绍在神经系统损伤研究较多的几种lncRNA，以呈现lncRNA在神经系统损伤的进展（表1）。

表1 lncRNA在神经系统损伤的作用及分子靶点

2.1 NKILA NKILA 称 为NF-κB 相 互 作 用 的lncRNA，2015 年在乳腺癌中首次发现[3]。lncRNA NKILA基因的启动子区域含有NF-κB结合序列，在细胞质中，NKILA 与NF-κB p65-IκB 复合物结合形成稳定的三元复合物，并屏蔽IκB 的磷酸化位点，以抑制IκB磷酸化和p65/p50核转位，从而抑制NF-κB激活，对炎症反应起调节作用[3]。由于NF-κB 信号通路在许多生理和病理过程中起着关键作用，NKILA对NF-κB 的调节不仅限于肿瘤进展和转移方面，还可能作用于胚胎和组织发育、免疫和应激反应、炎症和其他与NF-κB 激活相关疾病等方面。近年来，NKILA 在神经系统疾病的作用已有部分研究。文献报道，大鼠脑出血后NKILA 表达降低，抑制NKILA可显著减少内质网应激和自噬，激活NF-κB 通路，增加神经功能缺损和脑水肿，诱导血脑屏障破坏，进而导致海马神经元丢失和炎症细胞因子产生[4]。另一项研究表明：在氧葡萄糖剥夺/复氧（OGD/R）处理的神经细胞中发现NKILA 上调，使NF-κB 信号失活，从而介导随后的神经细胞死亡[5]。此外，在缺氧处理的视网膜细胞中发现NKILA 表达上调并负性调节NF-κB 促进视网膜细胞死亡。相反，抑制NKILA 通过促进NF-κB 激活来保护视网膜细胞免受缺氧的影响[6]。

2.2 MEG3 MEG3 是一个含有1.6kb 碱基对的基因，通过选择性剪接可产生12 个不同的MEG3 基因转录本。MEG3 首次被鉴定为具有肿瘤抑制功能的lncRNA，随后研究结果表明：MEG3 可参与细胞重塑，抵抗神经元损伤[7]。在大脑中动脉阻塞诱导的缺血性脑梗死模型中，MEG3作为miR-181b的竞争内源性RNA 来调节12/15-LOX 表达[8]。最新一项研究表明：MEG3 表达水平与临床SAH 病人的严重程度呈正相关，可能通过抑制PI3K/Akt 通路促进SAH诱导的神经细胞损伤[9]。

2.3 ANRIL ANRIL的作用包括胚胎发育、血管生成和细胞增殖[10]。在糖尿病合并脑梗死大鼠模型中，ANRIL 过表达通过激活NF-κB 信号通路促进血管内皮生长因子表达，从而促进血管生成[11]。在大鼠脑梗死模型中，可以观察到敲低ANRIL的大鼠神经功能评分和病理损伤优于未下调组，凋亡神经元的数量明显减少，促凋亡蛋白表达水平明显降低，其神经保护作用可能与ANRIL 抑制NF-κB 信号通路有关[12]。ANRIL 也可以减轻氧葡萄糖剥夺（OGD）诱导的细胞损伤，其机制是通过抑制miR-127 表达来提高细胞存活率，减少细胞凋亡[13]。

2.4 MALAT1 MALAT1是一种保守、稳定和丰富的lncRNA（6.5kb），最初在肿瘤中发现其上调与癌细胞增殖、转移、存活和复发有关[14]。然而，越来越多证据表明，MALAT1 在脑损伤后的细胞再生中具有特殊作用，其在血管内皮细胞、骨骼肌和心肌细胞表达丰富，并参与炎症过程、细胞增殖分化、肌肉生成和血管生成[15]。研究还表明：MALAT1 作为自噬诱导剂，可以减轻缺氧-葡萄糖剥夺-复氧所致的脑微血管内皮细胞（BMEC）损伤[16]。此外，MALAT1可减轻高血糖诱导的内皮细胞炎症[17]。

3 lncRNA在神经系统损伤的作用

3.1 减轻炎症 炎症在继发性脑损伤中起着关键作用，正常情况下，炎症反应可对抗入侵的病原体，恢复受损细胞，并维持机体稳态。然而，在神经系统损伤中，过度炎症反应可进一步加重脑损伤，导致BBB 破坏、脑水肿、小胶质细胞和星形胶质细胞激活、外周血白细胞迁移和募集、各种炎性因子释放等。这些细胞因子反过来又募集更多的中性粒细胞和单核细胞进入受损的大脑，从而扩大炎症级联反应，加重脑损伤[18]。

lncRNA 在神经系统损伤引起的炎症反应中起着重要作用。在缺血性卒中模型中，促炎因子（如：E-选择素、单核细胞趋化蛋白-1 和白介素-6）水平显著增加，敲低MALAT1后这些促炎因子水平进一步增加，提示MALAT1 在缺血性卒中具有抗炎作用[19]。此外，在缺血性卒中的体外模型中，高水平lncRNA Gm4419 提高TNF-α、IL-1β 和IL-6 的表达，导致OGD/R诱导的星形胶质细胞产生更严重的炎症反应[20]。因此，lncRNA 可起到抑制炎症或促进炎症作用，将lncRNA 作为一种调节神经系统炎症新方式具有应用前景。

3.2 减少细胞凋亡 细胞凋亡是一种程序性细胞死亡（PCD），在正常的细胞周期、免疫功能、激素依赖性萎缩、胚胎发育和化学诱导的细胞死亡中起着至关重要的作用[21]。凋亡不足可导致自身免疫疾病或者肿瘤，而凋亡过度可导致神经退行性疾病或缺血性损伤。在神经系统损伤中常伴随神经细胞凋亡，这可能会加剧继发性脑损伤。研究表明：在神经系统损伤中lncRNA 可调节神经元凋亡，过表达lncRNA N1LR 可显著减少小鼠脑缺血再灌注损伤后神经元凋亡[22]。在大鼠SAH 模型中，lncRNA MEG3 过表达上调Bcl-2 相关X 蛋白（Bax）、p53 及caspase-3表达，下调Bcl-2蛋白表达，这提示MEG3可促进细胞凋亡[9]。这些结果表明：调节lncRNA 可减少神经细胞凋亡。

3.3 保护BBB BBB 是一种高度特异性的半透屏障，在神经系统中将血液与脑组织和细胞外液隔开。在结构上，BBB 由紧密连接的脑内皮细胞形成，它允许水、脂溶性分子、葡萄糖和氨基酸通过，对维持大脑稳态和正常神经功能至关重要。神经系统损伤导致紧密连接破裂、内皮细胞死亡、紧密连接蛋白与细胞骨架偶联降低等，都可能导致BBB 损伤[23]。在体外缺血性卒中模型中发现lncRNA MALAT1可促进脑微血管内皮细胞存活，保护BBB免受OGD/R 破坏[16]。因此，lncRNA 在保护BBB 方面值得进一步探究。

4 神经系统损伤中lncRNA作用的下游分子

在神经系统损伤中介导lncRNA 发挥作用的具体机制尚未完全清楚，目前已发现lncRNA 作用靶点有miRNA、NF-κB 信号通路、PI3K/AKT 信号通路等。

4.1 MicroRNA（miRNA） miRNA 是一种微小非编码RNA，长度约22 个核苷酸，在许多哺乳动物细胞中稳定存在，能够靶向调控人类近60%的基因，可控制细胞增殖和分化、细胞存活、免疫反应、血管生成和炎症等病理生理过程。lncRNA MALAT1 可作为内源性海绵直接与miR-26b 结合，下调miR-26b 表达，从而促进脑微血管内皮细胞在OGD/R 条件下存活[16]。此外，抑制lncRNA MEG3可上调miR-147表达，减少缺氧导致的神经细胞凋亡[24]。

4.2 NF-κB 信号通路 核因子-κB（NF-κB）是一个转录因子家族，在炎症过程中发挥着重要作用。NF-κB 在脑神经元中含量丰富，通过控制细胞因子、趋化因子和炎症转录因子等基因转录，调节神经元炎症反应，在神经系统中起保护性或破坏性作用。NF-κB 通路是lncRNA 调节炎症反应的中心靶点。在缺血性卒中模型中，敲低lncRNA Gm4419 或C2dat1 可使NF-κB 和各种炎症因子如TNF-α、IL-1β、IL-6 表达水平降低[25]。此外，在大鼠脑出血模型中，敲低lncRNA NKILA 可使NF-κB 活性和促炎因子表达明显增高[4]。因此，lncRNA 对NF-κB 介导的神经炎症反应具有重要意义。

4.3 PI3K/AKT 信号通路 PI3K/AKT 通路是一个高度保守、严格控制的信号级联，在调节细胞增殖、分化、代谢和存活方面起着至关重要的作用。近年来，发现多个lncRNA通过激活PI3K/AKT通路在神经系统损伤中具有保护作用。例如，在脑I/R 损伤中，过表达MALAT1 通过激活PI3K/AKT 来减少细胞凋亡[26]。lncRNA MEG3 通过抑制PI3K/AKT 通路加重SAH 诱导的神经细胞凋亡。这些提示PI3K/AKT通路可能是lncRNA治疗神经系统损伤的潜在靶点之一[9]。

5 总结与展望

lncRNA 是人类基因组的重要组成部分，可调控基因表达的许多方面。lncRNA 在神经系统损伤中起着关键作用，参与许多病理生理过程，具体作用机制还需要进一步探究。本文综述部分lncRNA及其下游分子在中枢神经系统损伤的作用。近年lncRNA 成为具有吸引力的治疗靶点，有助于在未来开发出新的治疗策略。在当前研究水平，调控lncRNA 的方式包括：利用小分子抑制剂、反义技术、小干扰RNA/短发夹RNA等可抑制相关lncRNA表达，使用质粒、脂质体、病毒等载体可在组织或细胞内过表达lncRNA[27]。相信，在不久将来，人们会攻克基因治疗的重重难关，真正将其应用于人类疾病。靶向lncRNA可为治疗神经损伤带来新的方向。