周 馳,楊雅元,闞洪爽,歐陽昌漢,楊曉松**

(1.湖北科技學院醫(yī)學部藥學院,湖北 咸寧 437100;2.湖北科技學院醫(yī)學部糖尿病心腦血管病變湖北省重點實驗室)

隨著我國老齡化社會進程的加速以及人們高熱量飲食頻率的增加,心血管疾病發(fā)病率呈逐年升高的趨勢,因其具有極高的致殘率和死亡率,嚴重威脅人們的生命健康。因此,闡明心血管疾病發(fā)病機制,探索新的治療策略和開發(fā)有效防治藥物是一項亟待解決的重大健康問題[1]。機械或體積壓力過載所致腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)、轉(zhuǎn)化生長因子-β經(jīng)典或非經(jīng)典信號,炎癥應答等的活化促進心肌纖維化進程。遺憾的是臨床上通過藥物干預以上靶點僅能延緩纖維化進程,并且長期服用還會帶來一定副作用,因此,有關心肌纖維化的病理生理學過程仍需進一步研究和完善。

長鏈非編碼RNA(lncRNA)是一類核酸序列長度大于200bp的非編碼RNA分子。近年來,隨著高通量測序技術的不斷革新,大量新的lncRNA被發(fā)現(xiàn)和鑒定,其在機體各項生理病理進展過程中的作用也逐漸被闡明。在血液和其他體液中亦檢測到lncRNA的存在,其有望用于疾病診斷的重要生物標志物。本文就lncRNA與心肌纖維化發(fā)病機制的最新研究進展進行論述,為后期進一步闡明lncRNA在心肌纖維化中的作用提供參考。

1 心肌纖維化

心肌纖維化也稱心肌鈣化,是多因素多細胞協(xié)同作用引起心臟胞外基質(zhì)過度沉積、心肌間質(zhì)擴張所致心肌結構重塑與功能障礙,為各種心肌疾病的共同病理生理特征,也是心衰的重要誘因[2-3]。機制研究[4-5]顯示心肌纖維化這一過程涉及心肌成纖維細胞、心肌細胞、內(nèi)皮細胞、平滑肌細胞以及免疫細胞等的參與,而活化的心肌成纖維細胞及肌成纖維細胞是細胞間基質(zhì)的主要來源細胞,在心肌纖維化過程中發(fā)揮關鍵作用[4-5]。免疫細胞和血管內(nèi)皮細胞在應激條件下也可分泌纖維化介質(zhì)基質(zhì)蛋白發(fā)揮接觸依賴性作用促進心肌纖維化的發(fā)展。另外,炎癥因子、趨化因子、活性氧、肥大細胞等衍生而來的蛋白酶、內(nèi)皮素、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)、基質(zhì)細胞蛋白、轉(zhuǎn)化生長因子-β和血小板衍生生長因子等都是促進心肌纖維化的介質(zhì)[6],通過與心肌成纖維細胞中的細胞表面受體結合,例如細胞因子受體、整合素、多聚體和CD44等,轉(zhuǎn)導細胞內(nèi)信號級聯(lián)反應,調(diào)節(jié)參與細胞外基質(zhì)的合成、加工和代謝等[7]。近期研究發(fā)現(xiàn),以lncRNA作為新興的疾病診斷標志物,在系統(tǒng)性紅斑狼瘡和類風濕性關節(jié)炎、癌癥、急性腎損傷等相關研究中已有報道[8-10]。與此同時,也有越來越多的證據(jù)顯示lncRNA參與多種器官和組織的纖維化發(fā)生發(fā)展過程,如肺纖維化、肝纖維化、腎纖維化和心肌纖維化等[11]。因此,明確lncRNA在心肌纖維化的發(fā)生、發(fā)展中的精確調(diào)控機制,并探討lncRNA在心肌纖維化早期精準診斷中的作用顯得尤為重要。

2 長鏈非編碼RNA

lncRNA是一類長度超過200個核苷酸的非編碼RNA分子,缺乏編碼蛋白質(zhì)的能力且結構松散,廣泛存在于各種生物體中[12-13]。伴隨著近年來愈發(fā)深入的RNA測序技術,更為先進的表觀基因組技術和更加精準計算機預測技術的推動之下,lncRNA數(shù)量的攀升達到了一個新高度,現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)的人類lncRNA數(shù)量已遠超蛋白質(zhì)編碼基因的數(shù)量。隨著研究的深入,越來越多的研究明確了lncRNA在病理生理過程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用[14]。lncRNA通過與DNA、RNA、蛋白質(zhì)和microRNA等分子相互作用來激活或抑制相關基因的表達,進而參與多種生物學過程的調(diào)控,包括遺傳的劑量代償作用、動物行為的印刻現(xiàn)象、細胞周期的控制、人體的發(fā)育以及配子形成等過程[15-17]。此外,最新研究發(fā)現(xiàn)lncRNA也可以通過自身的小型開放式閱讀框翻譯的小肽來參與生理病理調(diào)控作用[18]。

3 長鏈非編碼RNA在心肌纖維化過程中的作用

lncRNA的表達或缺失與各種遺傳性疾病、自身免疫性疾病、代謝性疾病和腫瘤密切相關,同時lncRNA也被認為是心肌纖維化的功能調(diào)節(jié)劑,在心肌纖維化的發(fā)生發(fā)展中有著重要的影響[19]。由心肌成纖維細胞分泌的lncRNA是潛在的診斷標記物和細胞間的分泌信號介質(zhì),亦可直接或間接參與心肌成纖維細胞向心肌細胞的直接轉(zhuǎn)分化等[20]。在心肌梗死后伴有或沒有左心室重構患者的血漿RNA轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)線粒體lncRNA uc022bqs.1(LIPCAR)在心梗早期階段表達下調(diào),而在后期階段表達上調(diào),由此可借助lncRNA的表達水平來診斷及確定患者心臟重塑和心肌纖維化的發(fā)生和發(fā)展,標志著lncRNA也可獨立于與未來心血管死亡相關的其他風險標志物[21]。lncRNA與心肌纖維化的發(fā)生發(fā)展密切相關,廣泛參與心肌纖維化的關鍵生理過程。因此,lncRNA既可作為生物標志物應用于心肌纖維化的診斷,亦可作為心肌纖維化防治新的潛在靶點。

3.1 長鏈非編碼RNA與microRNA互作調(diào)控心肌纖維化

MicroRNA(miRNA)是一類由內(nèi)源基因編碼的長度約為22nt的非編碼單鏈RNA分子,許多臨床及動物實驗證實其廣泛存在于真核生物中,且在多種疾病的發(fā)生發(fā)展中具有重要的調(diào)控作用。來自低脈沖氧飽和度的先天性心臟手術患者和慢性低氧及常壓條件下的小鼠心臟組織數(shù)據(jù)顯示,心臟組織的纖維化程度與脈沖氧飽和度呈負相關,lncRNA-TUG1與纖維化程度正相關,而與脈搏氧飽和度呈負相關,這一結果預示lncRNA-TUG1在慢性缺氧所致心肌纖維化過程中發(fā)揮重要作用。生物信息學預測分析lncRNA-TUG1在其3'-UTR區(qū)域中包含miR-29c的結合位點,結合lncRNA-TUG1沉默實驗進一步證實,lncRNA-TUG1通過海綿吸附作用抑制miR-29c從而調(diào)控低氧誘導心肌纖維化過程[22]。在小鼠心梗模型中,lncRNA-PCFL促進心肌纖維化進程,而lncRNA-PCFL的敲降能顯著改善心梗所致纖維化程度。機制研究發(fā)現(xiàn)[23],lncRNA-PCFL通過海綿吸附作用抑制miR-378,上調(diào)miR-378的靶基因生長因子受體結合蛋白2(GRB2)的表達,促進膠原蛋白的產(chǎn)生,該研究揭示了lncRNA-PCFL/miR-378/GRB2調(diào)控網(wǎng)絡在心梗誘導心肌纖維化中的重要作用。慢性炎癥、細胞凋亡及心肌纖維化等都是糖尿病心肌病的重要病理特征。Lang等發(fā)現(xiàn)糖尿病患者血漿中不僅IL-1、IL-6及IL-17等炎癥因子水平升高,在RNA水平,IL-17和lncRNA-MIAT表達也是升高的,而miR-214-3p顯著下降,后續(xù)在糖尿病心肌病小鼠模型中的檢測與以上結果一致,進一步證明,lncRNA-MIAT通過海綿吸附作用抑制miR-214-3p從而促進miR-214-3p靶基因IL-17的表達,闡明lncRNA-MIAT/miR-214-3p/IL-17信號軸在糖尿病心肌炎癥及纖維化調(diào)控中的作用[24]。以上結果再次證實lncRNA與miRNA互作在不同壓力誘導心肌纖維化過程中的重要作用,但因lncRNA序列較長,能與多個miRNA互作,因而可能在不同心肌纖維化病理條件下的作用不同。Zhu等[25]報道lncRNA-GAS5靶向miR-26a/b-5p,lncRNA-GAS5的沉默減輕糖尿病心肌纖維化,而Tao等[26]發(fā)現(xiàn),lncRNA-GAS5靶向miR-21及其下游PTEN/MMP-2的調(diào)控,促進心肌成纖維細胞活化及纖維化。因此,有關lncRNA-miRNA調(diào)控網(wǎng)絡在心肌纖維化中的精確作用機制還有待進一步完善。

3.2 長鏈非編碼RNA與蛋白質(zhì)互作調(diào)控心肌纖維化

lncRNA是基因表達的重要細胞內(nèi)調(diào)節(jié)劑,可通過直接或間接調(diào)節(jié)來影響蛋白質(zhì)的表達,進而發(fā)揮其在心肌纖維化中的調(diào)控作用。在近年來的研究中發(fā)現(xiàn)[27],lncRNA能與蛋白質(zhì)相互作用間接促進或抑制心肌纖維化的發(fā)生和發(fā)展。lncRNA-H19可調(diào)節(jié)DUSP5-ERK1/2信號通路并影響心肌成纖維細胞纖維化的進程,在心肌纖維化患者組織和活化的心肌成纖維細胞中均發(fā)現(xiàn)lncRNA-H19的表達水平顯著增加,而過表達的H19促進其下游雙特異性磷酸酶5(DUSP5)的表達,從而介導細胞外信號調(diào)節(jié)激酶1/2(ERK1/2)的磷酸化,最終促進心肌成纖維細胞的增殖與心肌纖維化的發(fā)生[28]。在壓力過載誘導心肌組織細胞外基質(zhì)的累積與重塑,導致心肌纖維化和心臟舒張功能障礙過程中,lncRNA-MEG3的表達抑制可改善心肌纖維化。在細胞水平,lncRNA-MEG3主要在心肌成纖維細胞中表達,調(diào)控基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP-2)的生成。研究顯示,lncRNA-MEG3通過與P53互作,形成的復合物結合在MMP-2基因啟動子上促進MMP-2的表達,而lncRNA-MEG3的敲除減少P53在MMP-2啟動子的結合,抑制MMP-2的表達。在主動脈橫向縮窄術小鼠模型中,lncRNA-MEG3的抑制顯著下調(diào)MMP-2的表達,從而改善心肌纖維化和心臟舒張功能[29]。在異丙腎上腺素(ISO)誘導的小鼠心肌纖維化模型中發(fā)現(xiàn),lncRNA-SOX2OT在小鼠心臟中的表達上調(diào),而敲除lncRNA-SOX2OT則減輕ISO誘導的心肌損傷和膠原沉積,同時也減少了心臟中膠原蛋白I和α-SMA的表達,與此同時,TGF-β1和p-Smad3的表達在HF小鼠和ISO誘導下的心肌成纖維細胞中因SOX2OT的敲除而受到抑制。機制研究顯示[30],lncRNA-SOX2OT可與Smad3蛋白互作,激活TGF-β1/Smad3信號通路,加重小鼠的心肌纖維化進程,而Smad3蛋白與lncRNA-SOX2OT啟動子相互作用形成了正反饋回路。此外,研究者還在心肌成纖維細胞中發(fā)現(xiàn)了lncRNA-Wisper,在心肌損傷誘導的心肌纖維化中發(fā)揮重要作用。在主動脈瓣狹窄患者和心肌梗死小鼠心臟組織中,lncRNA-Wisper的表達均與心肌纖維化呈正相關,體內(nèi)下調(diào)lncRNA-Wisper的表達可減輕心肌梗死誘導的心肌纖維化和心臟功能障礙。進一步研究發(fā)現(xiàn)[31],lncRNA-Wisper可與TIA1相關蛋白結合并調(diào)節(jié)賴氨酰羥化酶2(PLOD2)的表達,這一結果暗示lncRNA-Wisper可能與膠原的交聯(lián)和基質(zhì)的穩(wěn)定有關。除此之外,也有報道[32]lncRNA與表觀遺傳修飾蛋白互作調(diào)控靶基因表觀遺傳修飾及表達,促進或抑制心肌纖維化進程,LncRNA-NEAT1與EZH2互作并結合在Smad7啟動子區(qū)抑制該基因表達而促進心肌纖維化。LncRNA-MALAT1與EZH2互作介導USP22啟動子區(qū)域H3K27me3修飾抑制USP22的表達,加重敗血癥引起的心肌纖維化及功能障礙[33]。

3.3 長鏈非編碼RNA翻譯的小肽調(diào)控心肌纖維化

近年來,隨著翻譯組測序和質(zhì)譜測序技術的不斷發(fā)展和完善,發(fā)現(xiàn)lncRNA本身也具有一種小型開放式閱讀(smORF),其翻譯產(chǎn)生大量的生物活性蛋白,之前在很大程度上被忽視了,但至今僅有少部分被闡明在各種細胞過程中的關鍵作用[34]。近期,有報道部分來自lncRNA的微蛋白在應激反應如低氧、病毒和細菌感染、腫瘤發(fā)生與發(fā)展等過程中起著重要作用[35]。在心肌纖維化機制研究方面,Quaife等[36]以TGFβ1刺激人心肌成纖維細胞為模型,通過RNA測序(RNA-Seq)和核糖體表達譜(Ribo-Seq)分析發(fā)現(xiàn)LINC01013差異表達顯著,并且發(fā)現(xiàn)LINC01013含有一個smORF;后續(xù)通過沉默或過表達實驗鑒定來自LINC01013的微肽,并證實該微肽介導成纖維細胞的活化。這些結果暗示LINC01013來源的微肽在心肌纖維化過程中發(fā)揮重要作用,但其詳細調(diào)控機制還有待進一步深入研究。也有報道[37]調(diào)控心肌纖維化的lncRNA-GAS5內(nèi)也含有幾個小肽編碼框,但其病理生理作用還有待闡明。至目前為止,有關lncRNA來源的微肽影響心血管疾病發(fā)生發(fā)展的研究報道比較少,這一方向可能成為后續(xù)探討心血管發(fā)病機制的熱點以及臨床干預治療的新靶點。

4 結 語

有關心肌纖維化調(diào)控機制的研究已有大量報道,發(fā)現(xiàn)并鑒定了許多轉(zhuǎn)錄因子或炎癥因子介導的信號通路調(diào)控在此過程中發(fā)揮關鍵作用,而lncRNA作為表觀遺傳調(diào)控的重要方式之一,參與了不同類型細胞的生理病理調(diào)控過程,進而影響相應組織或器官發(fā)育或功能。近年也揭示一些lncRNA在心肌纖維化的發(fā)生和發(fā)展中可能發(fā)揮重要作用,這一發(fā)現(xiàn)為基于lncRNA為靶標的心肌纖維化疾病預防與治療提供了思路,但因其調(diào)控機制還不明確,為此深入探討lncRNA在心肌纖維化中的精確機制具有重大意義。目前已發(fā)現(xiàn)lncRNA可通過與microRNA、蛋白質(zhì)相互作用或翻譯成小肽等多種方式參與心肌纖維化的調(diào)控,但要深入探討其分子調(diào)控機制還有一些問題需要克服,例如,有關lncRNA上游調(diào)節(jié)因子及調(diào)控機制還不清楚;IncRNA的作用靶點、作用方式多樣化,它們之間是否存在某種相互關系還沒有被討論;不同病理條件下合成lncRNA或是相應的小肽,具體調(diào)控機制也還不清楚。LncRNA與心肌纖維化發(fā)生發(fā)展密切相關,有望作為心肌纖維化診斷或預后的生物標志物,為臨床防治提供重要的參考依據(jù)。隨著對lncRNA在心肌纖維化生理病理調(diào)控研究的深入,以lncRNA為靶點的臨床防治策略與藥物將展示出廣闊的應用前景。