周雪靈　王健健　張薈雪　陳麗霞　王麗華

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長鏈非編碼RNA在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中的功能及研究進展

周雪靈王健健張薈雪陳麗霞王麗華

長鏈非編碼RNA(long-noncoding RNA, lncRNA)是指長度大于200 nt的非編碼RNA，它能通過表觀遺傳學(xué)、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達，越來越多研究表明lncRNA在神經(jīng)系統(tǒng)疾病進展中起重要作用。本文就近年來lncRNA在神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病、腦缺血、神經(jīng)膠質(zhì)瘤、癲癇中的功能研究進展進行綜述，可能為了解神經(jīng)系統(tǒng)疾病提供一個新的視角。

長鏈非編碼RNA；神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾??；腦缺血；神經(jīng)膠質(zhì)瘤；癲癇

長鏈非編碼RNA(long-noncoding RNA, lncRNA)是一類長度大于200 nt，缺乏編碼蛋白能力的ncRNA。lncRNA一般分為基因間lncRNA、基因內(nèi)RNA、環(huán)狀RNA、競爭性內(nèi)源RNA、超保守轉(zhuǎn)錄區(qū)域、反義RNAs等[1]。與編碼蛋白的RNA相比，lncRNA長度更短，外顯子較少，編碼能力弱，有組織或細胞特異性，并且在近緣種中l(wèi)ncRNA序列與mRNA相比保守性更低[2]。目前對lncRNA的功能研究越來越多，發(fā)現(xiàn)其功能復(fù)雜，可參與調(diào)控基因表達的各個階段，通過影響分子水平發(fā)揮作用[1]：(1)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)；(2)轉(zhuǎn)錄活性；(3)mRNA穩(wěn)定性；(4)mRNA轉(zhuǎn)錄后加工；(5)mRNA翻譯。lncRNA在腦中表達并有組織特異性，與大腦的發(fā)育、神經(jīng)元分化、神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)。

1　lncRNA在神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病中的作用

神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病以神經(jīng)組織進行性丟失出現(xiàn)神經(jīng)功能紊亂為特點，一旦出現(xiàn)相關(guān)臨床癥狀，表明已經(jīng)出現(xiàn)明顯的神經(jīng)組織丟失和中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害。

1.1lncRNA在阿爾茨海默病(Alzhimer disease，AD)發(fā)生中的作用AD是最常見的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病，其發(fā)病機制目前仍然不清楚，其中一個主要機制為β分泌酶1(β-site amyloid precursor protein-cleaving enzyme，BACE1)裂解淀粉樣前蛋白(amyloid precursor protein，APP)形成的淀粉樣斑塊在神經(jīng)元聚集，打破了Aβ42/Aβ40的平衡狀態(tài)，產(chǎn)生神經(jīng)毒性。隨著對AD的不斷研究，發(fā)現(xiàn)了一系列異常表達的lncRNA，與AD的發(fā)病及進展密切相關(guān)。BC200在神經(jīng)突觸可塑性中有著重要作用，它在正常老化大腦的額葉皮質(zhì)中減少，而AD患者中表達卻增加，在AD早期BC200就能異常定位、聚集在核周圍，并且其增加的水平與疾病嚴重程度呈平行關(guān)系[3]。Ciarlo等[4]發(fā)現(xiàn)51A在AD患者腦中過表達，通過驅(qū)使SORL1可變性剪切增加Aβ生成。BACE1-AS是BACE1基因的反義轉(zhuǎn)錄物，神經(jīng)元在應(yīng)激條件下(如活性氧、慢性低氧、Aβ1-42)能增加BACE-AS的轉(zhuǎn)錄，研究發(fā)現(xiàn)AD患者腦中高表達的BACE1-AS能增加BACE1 mRNA 的穩(wěn)定性，通過前饋調(diào)控使Aβ42表達增加，促進了AD的病理過程[5]。RAD18是一種與DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)有關(guān)的酶，NAT-Rad 18來源于RAD18基因的反義轉(zhuǎn)錄。研究發(fā)現(xiàn)，Aβ刺激皮質(zhì)神經(jīng)元后NAT-Rad18上調(diào)，Rad18轉(zhuǎn)錄后產(chǎn)物下調(diào)，表明Aβ降低了神經(jīng)元承受DNA損傷應(yīng)激能力，增加了凋亡的敏感性。盡管沒有研究證實NAT-Rad18表達與AD病情嚴重程度相關(guān)，但該發(fā)現(xiàn)提示AD中NAT-Rad18在DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)中具有潛在的作用[6]。

通過微陣列數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，AD患者與健康人相比，腦組織中l(wèi)ncRNA 差異表達，且大多數(shù)是基因間lncRNA，如：AD中表達明顯下調(diào)的lncRNA n341006能顯著影響蛋白泛素化途徑。泛素蛋白酶復(fù)合系統(tǒng)在蛋白修復(fù)、周轉(zhuǎn)和降解中起重要作用，但在AD中受損，淀粉樣斑塊可能是泛素-介導(dǎo)蛋白降解缺陷的產(chǎn)物。此外還發(fā)現(xiàn)膽固醇通過直接影響APP的代謝從而促進Aβ生成，上調(diào)的lncRNA n336934與膽固醇平衡有關(guān)。n341006及n336934具體作用機制還有待進一步研究[7]。

1.2lncRNA在帕金森病(Parkinson disease，PD)發(fā)生中的作用PD是神經(jīng)系統(tǒng)分泌多巴胺細胞丟失導(dǎo)致的一種慢性、進展性運動障礙的疾病。lncRNA在PD白細胞中廣泛表達，通過RNA-Seq數(shù)據(jù)對lncRNA進行研究發(fā)現(xiàn)，5個lncRNA在PD白細胞中過表達，腦深部電刺激術(shù)后表達減少，包括U1剪切體lncRNA和RP11-462G22.1，它們與多個miRNA存在互補序列[8]。AS Uchl1是近期發(fā)現(xiàn)的Uchl1的反義轉(zhuǎn)錄物，通過調(diào)控Uchl1 mRNA促進UchL1蛋白的表達，參與了腦功能和神經(jīng)退行性疾病。研究發(fā)現(xiàn)與中腦多巴胺能神經(jīng)元的發(fā)生、發(fā)育和存活有密切關(guān)系的Nurr1能調(diào)控AS Uchl1的表達，并且AS Uchl1在PD的體內(nèi)外神經(jīng)化學(xué)模型中表達顯著下調(diào)[9]。研究發(fā)現(xiàn)PD家族相關(guān)基因(如alpha-synuclein、Parkin、PINK1、DJ-1、LRRK2等)均與線粒體功能有關(guān)，提示線粒體內(nèi)穩(wěn)態(tài)性能對PD很重要。NaPINK1來源于PINK1基因座反義轉(zhuǎn)錄，它有穩(wěn)定PINK1表達的功能。NaPINK1沉默可以引起PINK1在神經(jīng)元中表達減少[10]。在鼠腦的研究中也得到相似的結(jié)果，NaPINK1可能通過dsRNA介導(dǎo)機制穩(wěn)定PINK1表達[11]。

1.3lncRNA在亨廷頓病(Huntington disease，HD)發(fā)生中的作用HD是一種常染色體顯性遺傳的基底核和大腦皮質(zhì)變性疾病，由亨廷頓基因中CAG序列異常擴增所致。lncRNA在HD中也發(fā)揮著重要的作用。人類加速區(qū)(HARs)與轉(zhuǎn)錄調(diào)控及神經(jīng)發(fā)育有關(guān)，HAR1區(qū)域包含lncRNA(HAR1F和HAR1R)，并且在人類胚胎神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育時期表達。REST是HTT破壞基因調(diào)節(jié)的主要效應(yīng)器，可以作用于多個lncRNA。研究發(fā)現(xiàn)REST通過DNA調(diào)控元件抑制HAR1轉(zhuǎn)錄，lncRNA HAR1F和HAR1R在HD患者大腦紋狀體中表達下調(diào)[12]。lncRNA TUNA在胚胎干細胞多能性和神經(jīng)分化中起重要作用，研究發(fā)現(xiàn)TUNA在HD患者大腦尾狀核中表達減少，與疾病的嚴重性呈負相關(guān)[13]。 Francelle等[14]發(fā)現(xiàn)有著抵抗HTT蛋白神經(jīng)毒性作用的lncRNA Abhd11os在HD鼠模型中表達減少，提示lncRNA Abhd11os減少導(dǎo)致HD中紋狀體的易感性增加。

2　lncRNA與腦缺血

2.1腦缺血對lncRNA表達譜的影響腦缺血能顯著改變腦中l(wèi)ncRNA的表達。在模型鼠短暫大腦中動脈閉塞后再灌注3～12 h間有359個lncRNA表達上調(diào)，84個lncRNA表達下調(diào)，62個卒中應(yīng)答lncRNA與蛋白編碼基因外顯子有>90%序列同源性[15]。還有研究發(fā)現(xiàn)，腦缺血后血管內(nèi)皮細胞受損會導(dǎo)致血-腦脊液屏障破壞，腦微血管內(nèi)皮細胞在缺氧-缺糖的條件下有362種lncRNA發(fā)生明顯變化，其中上調(diào)的包括：Snhg12、Malat1、lnc-OGD 1006，下調(diào)的包括：281008D09Rik、Peg13、 lnc-OGD 3916，這些lncRNA的調(diào)控機制有待進一步研究[16]。

2.2lncRNA對腦缺血發(fā)生的作用在腦缺血模型鼠的腦皮質(zhì)中發(fā)現(xiàn)177個lnRNA與CMPs Sin3A或coREST的結(jié)合明顯增加， lncRNA如 Fos DT可能通過調(diào)控REST-介導(dǎo)基因沉默參與腦缺血后表觀遺傳學(xué)勢能[17]。ANRIL是一個新近發(fā)現(xiàn)的lncRNA，ANRIL可能作為動脈粥樣硬化、腦卒中和復(fù)發(fā)相關(guān)的標志基因，研究發(fā)現(xiàn)9p21.3區(qū)基因型rs10757278GG及rs10757274GG能增加卒中及復(fù)發(fā)風險。Rs10757278的GG基因型與AA基因型相比，在粥樣硬化斑塊中MTAP、ANRIL短轉(zhuǎn)錄子DQ485454和EU741058表達顯著降低，而p16INK4a和ANRIL長轉(zhuǎn)錄子NR-003529表達升高[18]。

3　lncRNA與神經(jīng)膠質(zhì)瘤

在成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)中膠質(zhì)瘤是最常見的腫瘤，占原發(fā)腦腫瘤的80%。神經(jīng)膠質(zhì)瘤中異常表達的lncRNA能通過調(diào)節(jié)染色體重構(gòu)、DNA甲基化、組蛋白修飾等發(fā)揮作用。

lncRNA與miRNA形成調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，參與了腫瘤發(fā)生的過程：(1)與miRNA形成互相抑制反饋通路：惡性膠質(zhì)瘤細胞中l(wèi)ncRNA XIST表達上調(diào)，XIST沉默能使miR-152表達上調(diào)從而抑制腫瘤發(fā)生，此外，miR-152過表達也能抑制XIST表達，XIST與miR-152互相抑制形成反饋通路[19]；(2)作為miRNA前體，產(chǎn)生成熟的miRNA：研究發(fā)現(xiàn)H19是miR-675的前體，二者與膠質(zhì)瘤等級呈正相關(guān)，H19通過生成miR-675調(diào)控膠質(zhì)瘤細胞侵襲性[20]。

lncRNA與蛋白調(diào)控網(wǎng)絡(luò)：lncRNA可作用于染色質(zhì)修飾復(fù)合物、轉(zhuǎn)錄因子等，如lncRNA HOTAIR能維持腫瘤細胞增殖，與膠質(zhì)瘤的分子亞型、分期、等級及預(yù)后相關(guān)，它能結(jié)合PRC2及LSD1/COREST復(fù)合物，增加組蛋白H3第 27 位賴氨酸三甲基化，減少組蛋白H3 第 4 位賴氨酸去二甲基化，從而發(fā)生表觀遺傳學(xué)沉默。此外，BET蛋白能直接調(diào)控HOTAIR的表達，應(yīng)用BET抑制劑I-BET151能使HOTAIR表達下調(diào)[21]。lncRNA自身也受表觀遺傳學(xué)修飾調(diào)控：lncRNA CRNDE通過mTOR信號途徑促進膠質(zhì)瘤細胞生長，組蛋白乙?；茉黾覥RNDE表達[22]。

4　lncRNA與癲癇

癲癇是由于神經(jīng)元異常興奮引起的反復(fù)抽搐發(fā)作的神經(jīng)系統(tǒng)疾病。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor，BDNF)是神經(jīng)活性的重要調(diào)節(jié)者，能阻止癲癇發(fā)作，對神經(jīng)元再生、重塑有著積極作用。癲癇患者腦中的高尖峰區(qū)域BDNF表達上調(diào)而lncRNA BDNFOS表達顯著減少，體外細胞實驗表明BDNFOS能負性調(diào)節(jié)BDNF[23]。研究發(fā)現(xiàn)毛果蕓香堿和紅藻氨酸癲癇模型鼠中有110個lincRNA表達上調(diào)，8個lincRNA表達下調(diào)，大多數(shù)lincRNA能正性調(diào)控它們相鄰的蛋白編碼基因，如：(1)lincRNA:chr16:30170306-3022319正義鏈與相鄰基因Cpn2：在兩種模型中表達均明顯上調(diào)，抑制Cpn2的活性能增加電驚厥閾值，上調(diào)的CPn2可能促進了癲癇的發(fā)展。(2)linc RNA:chr15:79764481-79809909正義鏈與相鄰基因Cbx7：在兩種模型中表達也均明顯上調(diào)，Cbx7是一個染色體相關(guān)因子，能識別并與甲基化H3K27相互作用促進基因沉默，上調(diào)的Cbx7可能與癲癇發(fā)作相關(guān)[24]。此外，在顳葉癲癇患者外科手術(shù)切除的海馬中發(fā)現(xiàn)4個lncRNA(UCA1、ADARB2-AS1、LINC324、MAP3K12-AS1)表現(xiàn)出不同甲基化，但其作用機制有待進一步研究[25]。

近年來國內(nèi)外的研究改變了人們對基因組和轉(zhuǎn)錄組的認識，不僅關(guān)注蛋白編碼基因，視野還拓展到了有著強大調(diào)控功能的lncRNA。在復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)中，大量lncRNA特異性表達，通過調(diào)控靶基因參與神經(jīng)系統(tǒng)生理和病理過程。目前由于lncRNA的復(fù)雜性，對其調(diào)控機制還不能完全解釋，但隨著芯片技術(shù)及高通量測序技術(shù)的發(fā)展，將會進一步探究lncRNA的功能，為疾病的預(yù)防、早期診斷、靶向治療提供新的策略。

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(本文編輯：時秋寬)

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