長鏈非編碼核糖核酸與心血管疾病

于雪婧、鄒彤、張恩毅綜述，楊杰孚審校

長鏈非編碼核糖核酸與心血管疾病

于雪婧、鄒彤、張恩毅綜述，楊杰孚審校

長鏈非編碼核糖核酸（lncRNA）是一類長度大于200 nt的非編碼核糖核酸（RNA），它參與多種細胞生命活動和疾病的進展。由于科學技術的飛速發(fā)展，高通量測序以及微陣列技術的成熟，lncRNA在心血管領域的研究中具有極大潛力。目前，lncRNA在心肌梗死、心肌缺血再灌注損傷、心力衰竭、高血壓等疾病中均有涉及和研究報道。lncRNA也是一類重要的生物標志物，對于心血管疾病的診斷、治療及遠期預后的評估發(fā)揮重要作用。lncRNA的出現(xiàn)，為心血管疾病的診療帶來希望。關于lncRNA參與心血管疾病的深入機制，還有待進一步研究。

綜述；心血管疾??；長鏈非編碼核糖核酸

長鏈非編碼核糖核酸（long noncoding RNA，lncRNA）是一類長度大于200 nt幾乎沒有翻譯功能的核糖核酸（RNA）[1]。近年發(fā)現(xiàn)，lncRNA參與多種生命活動及疾病的進展，例如細胞的增殖與凋亡、細胞周期、基因印記、細胞分化及排列、真核細胞的生長和發(fā)育，腫瘤、心血管疾病、神經(jīng)退行性病變及代謝性疾病的進展。隨著高通量測序技術和微陣列技術的快速發(fā)展，lncRNA的研究正在如火如荼地進行著，它也不斷地向人類揭示著其重要的生物學功能。

1 長鏈非編碼核糖核酸的分類及功能

lncRNA是一個廣義的名詞，它包含增強子RNA，小核仁RNA，基因間轉錄片段以及正義和反義的轉錄片段[2]。由于lncRNA種類和功能繁多，大體將其分為五類：順式lncRNA、反式lncRNA、雙向lncRNA、基因間lncRNA和內(nèi)含子lncRNA。總體來說，lncRNA的表達低于蛋白編碼基因的表達[3]，但lncRNA具有更高的細胞特異性[4]。lncRNA的基因座非常類似于信使核糖核酸（mRNA），但編碼lncRNA的基因更傾向位于基因內(nèi)含子中，這樣可以減少共轉錄剪接的效率[5]。比起進化中傳統(tǒng)的重復序列，lncRNA面臨著更高的選擇壓力，因為啟動lncRNA表達的啟動子面臨著很高的選擇壓力[5]。lncRNA可通過順式或反式作用調(diào)控基因的轉錄。lncRNA不需要在細胞核和胞漿中穿梭。它可以作為支架（scaffold）結合多種蛋白從而發(fā)揮生物學功能[6]，它還可以形成一個錨定點，通過征集或扣押某些蛋白因子，參與核酸序列的合成和重構，從而調(diào)節(jié)不同的生命活動[2]?，F(xiàn)有研究證明lncRNA還可以作為微小核糖核酸（microRNA）海綿吸附microRNA，從而調(diào)控細胞的生命活動[7]。

2 長鏈非編碼核糖核酸與心肌梗死

心肌梗死是全世界人口的主要死因之一。根據(jù)《中國心血管病報告2013概要》的數(shù)據(jù)顯示，目前我國每年新發(fā)心肌梗死250萬例[8]?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，microRNA-539可以抑制抗增殖蛋白2（prohibitin 2, PHB2）的功能，PHB2是一種抑制線粒體裂變和凋亡的蛋白，在正常心肌細胞中大量表達，并且維持細胞線粒體的穩(wěn)態(tài)。心臟凋亡相關lncRNA（cardiac apoptosis-related lncRNA，CARL）可作為microRNA海綿吸附microRNA-539，從而解除microRNA-539對PHB2的抑制作用，為心肌梗死和心肌細胞凋亡的治療提供了新的方向[9]。

另有研究顯示，用小鼠心肌梗死模型的心肌組織進行RNA測序，發(fā)現(xiàn)許多差異表達的lncRNA主要參與心臟生成和病理性重構，用寡核苷酸介導的敲減法發(fā)現(xiàn)這些差異表達的lncRNA主要調(diào)控心臟結構蛋白的表達[10]。氯吡格雷是心肌梗死的常規(guī)用藥之一，目前許多機制尚不明確。有研究在棕櫚酸誘導人臍靜脈內(nèi)皮細胞凋亡的模型中，給予氯吡格雷后可減輕棕櫚酸誘導的臍靜脈內(nèi)皮細胞的凋亡。通過運用RNA微陣列的方法比較氯吡格雷處理組和對照組lncRNA的表達譜發(fā)現(xiàn)，HIF1 α反義核糖核酸-1（HIF1 alpha-antisense RNA-1，HIF1A-AS1） 在氯吡格雷組顯著發(fā)生變化，通過小干擾RNA（small interfering RNA, siRNA）抑制該lncRNA后可減少棕櫚酸誘導的細胞凋亡并促進內(nèi)皮細胞的增殖；研究者還發(fā)現(xiàn)，HIF1A-AS1是通過線粒體凋亡通路引起內(nèi)皮細胞的凋亡。說明氯吡格雷可以通過抑制lncRNA HIF1A-AS1而減少棕櫚酸誘導的臍靜脈內(nèi)皮細胞凋亡，這為氯吡格雷治療心肌梗死又闡述了一條新的機制[11]。另一研究顯示，microRNA-188-3p可通過調(diào)節(jié)靶基因自噬相關蛋白7（autophagy related protein 7, ATG7）抑制細胞自噬和心肌梗死，而lncRNA促自噬因子 (autophagy promoting factor, APF)可通過調(diào)控microRNA-188-3p從而影響ATG7介導的細胞自噬和心肌梗死，這為心肌梗死的診斷和治療提供了潛在的靶點[12]。

3 長鏈非編碼核糖核酸與缺血再灌注損傷

許多研究證明，心肌缺血再灌注損傷（ischemia reperfusion injury, I/R）會導致心肌細胞的壞死和凋亡[13，14]。細胞壞死受到Fas相關蛋白死亡結構域（Fas-associated protein with death domain，F(xiàn)ADD）的調(diào)控。研究發(fā)現(xiàn)FADD是受體結合的絲氨酸蘇氨酸激酶3（receptor interacting serine/threonine kinase 3，RIP3）誘導壞死過程的抑制劑。FADD亦可通過抑制RIPK1/RIPK3復合體的形成對細胞壞死起負調(diào)節(jié)作用。在壞死過程中FADD所受的調(diào)控依賴于細胞種類和刺激種類[15]。調(diào)控FADD的形式多樣，比如磷酸化、泛素化[16]。

I/R導致心肌細胞凋亡主要通過外源性細胞凋亡途徑和線粒體凋亡途徑。FADD在外源性細胞凋亡中，通過與細胞凋亡蛋白酶-8（Caspase-8）前體結合后，引發(fā)多聚化和自我剪切激活，活化的Caspase-8激活Caspase-9，從而啟動外源性細胞凋亡。而在線粒體途徑中，低氧、氧化應激均可以導致線粒體外膜釋放促凋亡蛋白至胞漿中，導致細胞色素C和凋亡蛋白酶激活因子1（apoptotic protease activating factor 1， APAF1）結合，導致Caspase-9活化，切割Caspase-3和Caspase-7前體，進而引起細胞凋亡[17]。

一項研究證明，在H2O2處理大鼠H9C2胚胎心肌細胞誘導細胞凋亡和壞死的模型中，F(xiàn)ADD表達下調(diào)，而RIPK 1/ RIPK 3 復合體形成增多；而當過表達FADD時，RIPK 1/ RIPK 3 復合體形成減少。說明FADD確實對細胞壞死起到負調(diào)控作用。同時該研究證明，microRNA-103/107可以抑制靶基因FADD的表達，降低microRNA-103/107可以減輕心肌壞死程度。lncRNA H19可以通過降低microRNA-103/107的豐度從而抑制心肌細胞的壞死[15]?？梢姡琹ncRNA在I/R中也發(fā)揮重要作用。

4 長鏈非編碼核糖核酸與心力衰竭

心力衰竭是心血管疾病的終末階段，也是構成世界范圍的主要死因之一。在心力衰竭的進展過程中，一些胎兒型基因表達增加，一些成人型基因表達降低，這種基因表達紊亂導致心肌重構[18]。心肌肥厚是心力衰竭的結構改變，也是心力衰竭的治療靶點。目前國內(nèi)一些學者通過檢測腦鈉肽和內(nèi)皮素-1的濃度預測心力衰竭患者心血管事件的發(fā)生[19]。然而，lncRNA不僅參與心力衰竭的發(fā)展，它還作為預測心力衰竭患者心血管事件發(fā)生的標志物之一。研究表明，循環(huán)中的lcnRNA uc022bqs.1與心力衰竭患者遠期心血管死亡事件具有顯著相關性[20]。另有研究表明，運用微陣列技術發(fā)現(xiàn)，在血管緊張素Ⅱ刺激的肥大心肌細胞中，microRNA-489顯著降低；而在心肌細胞中過表達microRNA-489可以減輕血管緊張素誘導細胞肥大效應。一種名為心肌肥厚相關因子（cardiac hypertrophy related factor, CHRF）的lncRNA，可作為microRNA海綿結合microRNA-489并降低其表達，從而抑制microRNA-489對其靶基因骨髓分化初反應蛋白基因88（myeloid differentiation primary response gene 88, Myd88）的負調(diào)控作用，促進心肌肥厚的進程[21]。另一項研究通過對22例心力衰竭患者和5名正常人心肌組織進行高通量測序后發(fā)現(xiàn)，在84 793個轉錄本中，13 019個轉錄本來自于蛋白編碼基因，2 085個轉錄本為lncRNA，1 064個轉錄本是假基因。在這些lncRNA中，48個lncRNA在心力衰竭患者的心肌組織中表達發(fā)生了顯著變化[22]，說明lncRNA參與了心力衰竭的發(fā)展。

5 長鏈非編碼核糖核酸與高血壓及肺動脈高壓

研究顯示，lncRNA參與高血壓相關基因的調(diào)控，這些高血壓相關基因包括內(nèi)收蛋白（adducin，ADD3），鈉尿肽（natriuretic peptide A，NPPA），三磷酸腺苷鈉鉀轉運體a亞基（ATPase Na+/K+transporting subunit alpha 1，ATP1A1），利尿鈉肽受體2（natriuretic peptide receptor 2, NPR2），細胞色素P450家族17亞家族成員1（cytochrome P450 family 17 subfamily A member 1,CYP17A1），乙酰輔酶A合成酶中鏈家族成員3（acyl-CoA synthetase medium-chain family member 3，ACSM3），溶質(zhì)運載蛋白家族14（solute carrier family 14, SLC14A2）等[22]。血管緊張素Ⅱ可以促進動脈粥樣硬化和高血壓的發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，血管緊張素Ⅱ可以調(diào)控lncRNA的功能，用小RNA干擾技術敲除lnc-Ang362后可以減少血管平滑肌細胞的增殖[23]。慢性血栓栓塞是引起嚴重肺動脈高壓的病因之一。研究顯示，通過微陣列技術發(fā)現(xiàn)，來自于慢性血栓栓塞性肺動脈高壓患者肺動脈的內(nèi)皮細胞和正常人的肺動脈內(nèi)皮細胞中，有185個lncRNAs表達發(fā)生顯著變化，進一步分析證實464個調(diào)節(jié)型的啟動子樣的lncRNAs，它們和臨近的mRNA重疊。lncRNA NR-036693, NR-027783, NR-033766及NR-001284的表達都發(fā)生了顯著變化。通過差異基因的GO分析和信號通路富集分析發(fā)現(xiàn)，這些lncRNAs都與內(nèi)源性刺激引起的炎癥反應相關[24]。另有研究表明，通過尾靜脈將三七參甙注射到自發(fā)性高血壓大鼠模型中，發(fā)現(xiàn)三七參甙可以降低大鼠的收縮壓并誘導一氧化氮合酶的生成。通過生物信息學方法的預測，在自發(fā)性高血壓大鼠和正常對照的大鼠血管內(nèi)皮平滑肌細胞中，運用lncRNA AK094457敲除法觀察發(fā)現(xiàn)，lncRNA AK094457可以促進一氧化氮合酶的表達和一氧化氮的濃度，說明三七參甙可以通過lncRNA AK094457誘導一氧化氮合酶的生成而起到降血壓的作用[22]。

6 器械干預心臟疾病后長鏈非編碼核糖核酸的變化

為研究左心室輔助器械裝置對心力衰竭患者lncRNA表達變化的影響，有研究選取8例非缺血性和缺血性的心力衰竭患者，在安裝左心室輔助器械之前和之后取左心室心肌組織，運用高通量測序法，對該組織進行測序。結果發(fā)現(xiàn)，有37%的mRNA和71%的lncRNA都是來自于線粒體。和非缺血的左心室組織相比，缺血性心力衰竭和非缺血性心力衰竭分別有679個和570個lncRNA具有差異性表達，大約10%的上述lncRNA可以通過安裝左心室輔助器械而恢復正常范圍。另外lncRNA的表達譜差異也可以用于鑒別缺血性與非缺血性心力衰竭[22]。

7 小結和展望

由于科學技術的極速發(fā)展，高通量測序為lncRNA的研究提供了良好的平臺。由于lncRNA在心血管疾病發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，大量關于心臟疾病與lncRNA的研究會接踵而至，它將為心臟疾病機制的闡述、診斷、治療和預后評估提供有利的依據(jù)和重要的手段。

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2016-05-21）

（編輯：漆利萍）

藥品臨床試驗關鍵技術及平臺的研究（bj-2004-732）

100730 北京市，北京大學第五臨床醫(yī)學院（于雪婧、楊杰孚）；北京醫(yī)院 心血管內(nèi)科（鄒彤）、北京醫(yī)院老年醫(yī)學研究所 細胞室（張恩毅）

于雪婧 博士研究生 研究方向為心房顫動與非編碼核糖核酸 Email: yuxuejing0927@163.com 通訊作者：楊杰孚 Email: yangjiefu2011@126.com

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1000-3614（2017）01-0099-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2017.01.024