长链非编码RNA在心血管系统中的研究进展

马骏综述，黄岚审校

长链非编码RNA在心血管系统中的研究进展

马骏综述，黄岚审校

非编码RNA(ncRNA)指由基因组的序列转录形成，但不具备指导蛋白质合成的一大类RNA。其中，分子大于200 nt的非编码RNA统称为长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)。随着高通量测序的出现，lncRNA成为新的研究热点。目前，在心血管领域，科研人员主要从发育、病理生理、临床疾病诊断等方面进行着lncRNA方面的研究，并取得了一系列的成果。本文将从lncRNA的分类、功能等方面简要介绍lncRNA，同时列举近期心血管领域的重要研究成果来介绍lncRNA在心血管领域研究进展以及潜在的临床运用前景。

综述；非编码RNA；长链非编码RNA; 心血管疾病

随着人类基因组计划的完成，研究者们发现人类基因组的转录产物能够稳定存在并且编码蛋白的RNA不超过2%，其余绝大部分为非编码RNA（non-coding RNA，ncRNA）。起初ncRNA由于功能、种类、数量等的不明确，被称为“暗物质”。随着研究的深入，一系列高通量的转录组测序表明，人类细胞内在除核糖体、线粒体以外的区域里，ncRNA的数量都远远超过mRNA，占据着主导地位[1]，并且在调节转录、转录后加工、蛋白质翻译等方面都起着关键性作用。如今，ncRNA被认为是潜在的治疗靶点，重要的病理标志物等等，已经成为了研究的热点之一。在众多ncRNA分类中，以长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）的数量最多，功能最为复杂。lncRNA是一类分子大于200 nt的非编码RNA的总称，广泛分布于胞质与胞核之中，是目前研究最少，但潜力巨大的ncRNA之一。随着社会经济的发展，人口老龄化及城镇化进程的加速，心血管病危险因素流行趋势明显，心血管病的患者数持续增加[2]。高发、难控制、严重威胁人类生命安全的心血管疾病，是否能通过以lncRNA为代表的ncRNA找到新的诊断治疗方向，也引起了众多科研人员与临床工作者的关注。当前，在心血管领域，lncRNA一系列的研究结果不断涌出。这些研究不仅从心血管系统的发育，心血管疾病的病理生理过程等基础方面入手，也在临床疾病诊断的潜在价值方面进行探寻。本文将从lncRNA的分类、功能等方面简要介绍lncRNA，同时联系近期重要研究成果介绍lncRNA在心血管领域的研究进展以及潜在的临床运用前景。

1 lncRNA分类与功能

1.1lncRNA的分类

自2002年第一条长链lncRNA被发现以来，一直到今日，研究者们对于lncRNA的分类仍无定论。目前根据各种文献与报道，最常见的分类方式为根据在基因组上相对于蛋白编码基因的位置分为5种：正义链重叠（Sense overlapping，OT）、反义链（antisense，AS）、转录加工后（Processed transcript）、正义内含子（Sense intronic）、基因间（intergenic noncoding RNA，LincRNA），目前这也是对新发现lncRNA进行命名的根据之一，如BACE1-AS，表示由BACE1基因反义链转录而来的lncRNA。此外，还有根据lncRNA分子大小，结合位点分类等。St Laurent等[3]在对近期文献中杂乱的分类进行了综合统一，而繁多的分类不仅说明lncRNA自身的复杂，也说明了我们对lncRNA所知甚少的现状。

1.2lncRNA的功能

lncRNA功能繁多，研究比较多的包括表观遗传、细胞周期和细胞分化的调控，剂量补偿效应等。目前已知lncRNA在转录、转录后、翻译等多个层次调控基因的表达水平或影响与之相作用分子的结构与功能，其常见的作用机制包括染色质重塑、基因印记、调节转录、mRNA降解、蛋白质以及miRNA的沉默等[4，5]，然而随着研究的深入，lncRNA涌现出了新的功能。近期Lee等[6]发现一种可以帮助维持细胞内正确的染色体数目的lncRNA，NORAD-lncRNA，缺少这种lncRNA会使细胞内染色体数目变得异常。此外，Anderson等[7]在分析梳理肌肉特异性的lncRNA时，发现了一种在骨骼肌中特异表达的lncRNA能编码一条包含46个氨基酸微小肽链。这些研究都对ncRNA的传统认识提出了新的挑战。

2 lncRNA与心血管系统

近年来已有不少研究成果表明lncRNA可在转录、转录后等层次调控心血管系统的发育，影响各种心血管疾病的病理进程[8，9]。目前在心肌病以及心脏发育领域，lncRNA的研究成果相对较多。

2.1lncRNA在心肌病中的作用

研究表明，lncRNA在心肌病的作用多与调控心肌的纤维化相关，心肌纤维化则是包括缺血性心脏病、心肌肥厚、心律失常、心力衰竭等心肌病重要的病理过程[10，11]。Han等[12]发现一种由编码肌球蛋白重链（myosin heavy chain，Myh7）的反义链编码的lncRNA，Mhrt，可以阻止Brgl（一种在心肌病中异常表达，具有染色质重塑功能的因子，可以促进心肌纤维化）识别与结合Brgl的目标基因位点，从而抑制心肌的肥厚、纤维化以及心衰过程。除了Myh7以外，目前发现的还有LIPCAR[13]、CHRF[14]等也参与了心肌纤维化与心室重构。同时，也有研究报道了lncRNA参与肾、肝、肺等[15-17]其他器官的病理性纤维化之中，可能揭示了lncRNA对器官病理进展一种普遍性的影响机制。近期有研究者[18]从心脏肥厚状态下的lncRNA与mRNA、miRNA的相互作用网络入手，以求从全新的角度来理解该疾病的发展过程。

2.2lncRNA在心脏发育中的作用

从2012年Klattenhoff等[19]发现小鼠中Bvht对干细胞向心肌细胞分化有调控作用之后，陆陆续续有研究报道lncRNA在心血管系统发育中其调控作用。如Korostowski等[20]发现lncRNA，KCNQ1OT1可以通过基因印记表达机制来影响心脏早期的发育。又如Grote等[21]发现了名为Fendrr的lncRNA在侧板中胚层中特异的表达，并且通过调控多梳抑制复合物2（PCR2）和TrxG/ MLL复合体来影响心脏的发育。Kurian等[22]在人的胚胎细胞中鉴定了3类新的lncRNA，ALIEN、TERMINATOR、PUNISHE，他们在人胚胎干细胞的多能性中扮演着重要角色，可以影响人的多能干细胞向血管内皮细胞方向的分化。

2.3其他

除了上述对心肌疾病、心脏发育的影响之外，心血管领域的lncRNA还涉及到了冠状动脉粥样硬化、心肌梗死、内皮细胞功能紊乱等[9]。Ounzain等[23]总结了近期鉴定出的与心血管疾病相关的lncRNA，并对它们的功能、类型、来源等进行了详细的分类。然而值得注意的是，已有研究发现lncRNA在各物种之间差异较大[24]，这就意味着动物实验的成果很难直接适用于人类，这无疑为lncRNA的运用增加了不小的难度。

3 lncRNA在心血管疾病临床运用的潜力

目前lncRNA与临床运用相关的研究主要集中在以下两个方面：

3.1lncRNA标志物

寻找高敏感、高特异的心肌梗死、心衰标志物一直都是心血管领域的热点。lncRNA的出现，无疑提供新的探索方向。Kumarswamy等[13]利用基因芯片技术，寻找到了早期心肌梗死后左心室重塑的患者与未重塑患者的血浆中的lncRNA表达的差异，并对结果进行筛选、确认，发现一种未知的lncRNA（命名为LIPCAR）在早期心肌梗死后左心室重塑患者的血液循环中低表达。之后，研究者设定纳入排出标准，并进行了3类前瞻性的试验，发现LIPCAR作为标志物不易受到其他因素影响，独立于年龄、性别、射血分数等因素之外，并有着更高的特异性。同年，Vausort等[25]在探索心肌梗死患者中的lncRNA变化时，利用收集到的414例急性心肌梗死患者的血液样本，在外周血细胞中发现我们所熟知的ANRIL以及KCNQ1OT1，在心肌梗死前后都有着显著的变化，同样提示它们可能是急性心肌梗死潜在的良好生物标志。近期，Cai等[26]利用基因芯片发现冠心患者的外周血单核细胞中的一种新的lncRNA，LncPPARδ的表达是非冠心患者的两倍之高，并以此为切入点进一步研究，证实该lncRNA对于冠心病是一种稳定的、敏感度高的标志物。

3.2潜在的药物治疗靶点

随着技术的发展，药物治疗已经进入了分子领域，而对各种RNA的调控已经成为下一代药物的研究的重点[27]。lncRNA在分子水平上有着强大的调控力，通过分子水平上的调控影响细胞的稳态并进一步影响疾病的发展，其作为药物靶点的临床运用潜力不容忽视。近期，在心血管领域内的多项发现都展示了lncRNA对细胞稳态的影响。如Yan等[28]在研究糖尿病性视网膜微血管病变的潜在调控因子时发现了一种lncRNA，MIAT。研究者在动物、细胞实验中发现，lncRNA-MIAT通过干预视网膜血管内皮细胞的增殖、迁移和成管过程来影响微血管渗漏、新生血管发生以及炎症反应。进一步利用基因敲除等实验发现，lncRNA-MIAT是通过抑制miR-150-5p（一种miRNA）的表达，促进血管内皮生长因子（VEGF，是miR-150-5p沉默的靶点）的作用，从而促进血管的生成。lncRNA-MIAT/VEGF/miR-150的调控网络为微血管病变的治疗和干预提供新靶点。Wang等[14]在研究与心室肥大相关的lncRNA，CHRF（cardiac hypertrophy related factor）时，发现它通过与miR-489结合，抑制miR-489对基因Myd88的沉默来影响心室的肥大进展。这些发现都展示了lncRNA通过在分子水平上的强大调控能力来影响细胞水平的稳态，是优良的潜在调控靶点。值得一提的是，最近已经有研究报道了在心血管疾病的动物模型上沉默相关lncRNA来治疗疾病的成果[29]，这也许是lncRNA临床运用的一个重大进展。

4 问题与展望

进入后基因组时代的今天，以lncRNA与miRNA为代表的非编码RNA的出现，无疑给研究者们带来了巨大的惊喜。新的发现不断的涌出，使其成为了科学家们探索的宝库，同时也给临床疾病诊治的发展方向注入了新鲜的血液。然而，无论对于miRNA还是lncRNA，目前的研究还远远不够，在临床上的运用也尚未起步。尤其lncRNA，其种族保守性差意味着动物实验的成果无法直接运用到人类上。同时，lncRNA的分类与命名相对混乱，加上重叠的术语以及与lncRNA相关的新发现不断涌现，使得lncRNA的研究、运用受到了诸多挑战。这些都是lncRNA领域所需要解决的问题。而对于心血管领域，lncRNA的运用也许只能是等待基础研究进一步的成果出现之后才能全面的开展。然而我们也应该看到的是，对于lncRNA的研究才刚刚起步，其不断出现的新功能也使得研究者们惊喜不断，我们有理由相信lncRNA潜力无限。加上近期精准医学（Precision Medicine）的提出，是否又能与包括lncRNA在内的非编码RNA碰撞出闪耀的火花，给心血管疾病的患者带来新的希望，同样令人期待万分。随着技术的发展，研究的深入，研究者的重视，未来一段时间内以lncRNA为首的非编码RNA必将成为新的研究宠儿，为心血管疾病等众多领域疾病的诊断治疗发展带来新的希望。

[1] Kapranov P, St Laurent G, Raz T, et al. The majority of total nuclearencoded nonribosomalRNA in a human cell is ‘dark matter’ unannotated RNA. BMC Biol, 2010, 8： 149-156.

[2] 陈伟伟, 高润霖, 胡盛寿, 等. 《中国心血管病报告 2015》概要. 中国循环杂志, 2016, 31： 521-528.

[3] St Laurent G, Wahlestedt C, Kapranov P, et al. The Landscape of long noncoding RNA classification. Trends Genet, 2015, 31： 239-251.

[4] Khaitan D, Dinger ME, Mazar J, et al. The melanoma-upregulated long noncoding RNA SPRY4-IT1 modulates apoptosis and invasion. Cancer Res, 2011, 71： 3852-3862.

[5] Huarte M, Guttman M, Feldser D, et al. A large intergenic noncoding RNA induced by p53 mediates global gene repression in the p53 response．Cell, 2010, 142： 409-419．

[6] Lee S, Kopp F, Chang TC, et al. Noncoding RNA NORAD Regulates Genomic Stability by Sequestering PUMILIO Proteins. Cell, 2016, 64：1-12.

[7] Anderson DM, Anderson KM, Chang CL, et al. A micropeptide encoded by a putative long noncoding RNA regulates muscle performance. Cell, 2015, 160： 595-606.

[8] Scheuermann JC, Boyer LA. Getting to the heart of the matter： long non-coding RNAs in cardiac development and disease, EMBO J, 2013, 32： 1805-1816.

[9] Thum T, Condorelli G . Long Noncoding RNAs and MicroRNAs in Cardiovascular Pathophysiology. Circ Res, 2015, 116： 751-762.

[10] Fernández-Alfonso MS, Ruilope LM. One step forward for serelaxin as a promising therapy in cardiac fibrosis. Hypertension , 2014, 64： 229-230.

[11] 李凤丽, 王世富. 纤维化性心房心肌病的研究进展. 中国循环杂志, 2016, 31： 408-410.

[12] Han P, Li W, Lin CH, et al. A long noncoding RNA protects the heart frompathological hypertrophy. Nature, 2014, 514： 102-106.

[13] Kumarswamy R, Bauters C, Volkmann I, et al. Circulating long noncoding RNA, LIPCAR, predicts survival in patients with heart failure. Circ Res, 2014, 114： 1569-1575.

[14] Wang K, Liu F, Zhou LY, et al. The long noncoding RNA CHRF regulates cardiac hypertrophy by targeting miR-489. Circ Res, 2014, 114： 1377-1388.

[15] Zhou Q, Chung AC, Huang XR, et al. , Identification of novel long noncoding RNA sassociated with TGF-b/Smad3-mediated renal inflammation and fibrosis by RNA sequencing . Am J Pathol, 2014, 184： 409-417.

[16] He Y, Wu YT , Huang C , et al. Inhibitory effects of long noncoding RNA MEG3 onhepatic stellate cells activation and liver fibrogenesis. Biochimi Biophys Acta, 2014, 1842： 2204-2215.

[17] Cao G, Zhang J, Wang M, et al. Differential expression of long noncoding RNAs inbleomycin-induced lung fibrosis. Int J Mol Med, 2013, 32： 355-364.

[18] Song C, Zhang J, Liu Y, et al. Construction and analysis of cardiac hypertrophy-associated lncRNA-mRNA network based on competitive endogenous RNA reveal functional lncRNAs in cardiac hypertrophy. Oncotarget, 2016, 7： 10827-10840.

[19] Klattenhoff CA, Scheuermann JC, Surface LE, et al. Braveheart, a long noncoding RNA required for cardiovascular lineage commitment. Cell, 2013, 152： 570-583.

[20] Korostowski L, Sedlak N, Engel N, et al. The Kcnq1ot1 long noncoding RNA affects chromatinconformation and expression of Kcnq1, but does not regulate its imprinting inthe developing heart. PLoS Genet, 2012, 137： 2493-2499.

[21] Grote P, Wittler L, Hendrix D, et al. The tissue-specific lncRNAFendrr is an essentialregulator of heart and body wall development in themouse. Dev Cell , 2013, 24： 206-214.

[22] Kurian L, Aguirre A, Sancho-Martinez I, et al. Identification of novel long noncoding RNAs underlying vertebrate cardiovasculardevelopment. Circulation, 2015, 131： 1278-1290.

[23] Ounzain S, Burdet F, Ibberson M, et al. Discovery and functional characterization of cardiovascular long noncoding RNAs. J Mol Cell Cardiol, 2015, 89： 17-26.

[24] Chodroff RA, Goodstadt L, Sirey TM, et al. Long noncoding RNA genes： conservation ofsequence and brain expression among diverse amniotes. Genome Biology, 2010, 11： R72.

[25] Vausort M, Wagner DR, Devaux Y. Long Noncoding RNAs in patients with acute myocardial infarction. Circ Res, 2014, 115： 668-677.

[26] Cai Y, Yang Y, Chen X, et al. Circulating ‘‘LncPPARδ’’ from monocytes as a novel biomarker for coronary artery diseases. Medicine, 2016, 95, 2360-2366.

[27] Singh MS, Peer D. RNA nanomedicines： the next generation drugs?. Curr Opin Biotechnol, 2016, 39： 28-34.

[28] Yan B, Yao J, Liu JY, et al. lncRNA-MIAT regulates microvascular dysfunction by functioning as a competing endogenous RNA. Circ Res, 2015, 116： 1143-1156.

[29] Stellos K, Dimmeler S. Vascular microRNAs： from disease mechanisms to therapeutic targets. Circ Res, 2014, 114： 3-4.

（编辑：汪碧蓉）

重要更正

本刊2016年第10期第953页，中国成人血脂异常防治指南（2016年修订版） 附件2纸版有误，以此版为准，特此更正!

附件2

动脉粥样硬化性心血管疾病发病危险分层图

2016-03-07）

404100 重庆市, 中国人民解放军第三军医大学第二附属医院 心血管内科

马骏 硕士研究生 主要从事动脉粥样硬化研究 Email：majun199117@163.com 通讯作者：黄岚 Email：huanglan260@126.com

R541

A

1000-3614（2016）12-1248-03

10.3969/j.issn.1000-3614.2016.12.023