长链非编码核糖核酸及其介导的竞争内源性核糖核酸与卒中发病机制研究进展

陆小燕，范存秀，杜冰滢，刘振宇，毕晓莹

卒中是世界范围内致残和致死的主要原因之一，给社会和家庭带来沉重的负担，早期诊断和早期治疗是降低卒中致残率和死亡率的重要手段和方法[1]。研究表明，基因组、表观遗传组及转录相关的生物学标志物对卒中的早期诊断具有重要的意义。长链非编码RNA（long noncoding RNA，lncRNA）是一类长度大于200碱基的非编码RNA，可调控基因表达，参与多种生物学过程，如基因组印记、细胞分化、染色质修饰、转录激活、免疫应答，在疾病的发病机制中起到重要作用[2]。lncRNA、mRNA、假基因和环状RNA都含有微小RNA（microRNA，miRNA）结合位点，可竞争性结合相同的miRNA，减轻miRNA对靶基因的抑制作用，这种作用机制称为竞争内源性RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）假说[3]。多项研究表明l n c R N A 及其介导的ceRNA在卒中的发病机制中发挥作用。本文对lncRNA及其介导的ceRNA与卒中关系的研究进展进行综述。

1 lncRNA与卒中关系的研究进展

1.1 lncRNA与缺血性卒中 缺血性卒中是卒中的主要类型，发病原因为脑血流的减少或中断，引起缺氧、炎症反应、氧化应激、兴奋性氨基酸的神经毒性、脑水肿等级联反应，导致神经细胞损伤甚至死亡[4]。研究表明多个lncRNA在缺血性卒中后异常表达，且lncRNA与缺血性卒中的发病及预后密切相关。Wenzhen He等[5]通过对缺血性卒中患者与正常对照者血液样本进行RNA测序，发现61个lncRNA差异表达（14个表达上调，47个表达下调），通路分析显示相关lncRNA参与了糖酵解、糖异生、黏着连接等生物学过程。J.Zhang等[6]通过对氧糖剥夺（oxygen-glucose deprivation，OGD）16 h后的鼠脑微血管内皮细胞（brain microvascular endothelial cells，BMEC）进行RNA测序，发现362个lncRNA差异表达，其中147个lncRNA上调和70个lncRNA下调超过2倍。目前也有研究对具体的lncRNA与卒中患者的关系进行了研究，如研究显示心肌梗死相关转录因子（myocardial infarction associated transcript，MIAT）在缺血性卒中患者外周血白细胞中表达较正常组升高，MIAT水平与入院时的NIHSS评分及入院3个月后mRS评分呈正相关（P均＜0.001）；MIAT水平较高的患者预后相对较差，MIAT可作为预测缺血性卒中预后的标志物[7]；INK4基因座的反义非编码RNA（antisense non-coding RNA in the INK4 locus，ANRIL）在缺血性卒中患者中的表达水平较正常组显著升高，且ANRIL的rs2383207和rs1333049遗传位点变异增加中国汉族男性缺血性卒中的风险[8]。Jue Wang等[9]的基础和临床研究显示lncRNA H19在大脑缺血再灌注的模型鼠及OGD/复氧（reoxygenation，R）诱导的细胞中表达上调，可通过双特异性磷酸酶5（dual specificity phosphatase 5，DUSP5）-细胞外信号调节激酶1/2（extranal-signal regulated kinase1/2，ERK1/2）轴抑制自噬，抑制lncRNA H19从而减少OGD/R诱导的细胞死亡，其基因变异亦可增加患者缺血性卒中的风险。

血管生成是卒中后建立侧支循环的重要条件，研究表明lncRNA可参与调控缺血性卒中后血管生成。lncRNA ANRIL在糖尿病合并脑梗死的大鼠脑组织中表达上调，过表达ANRIL可激活核转录因子-κB（nuclear transcription factor-κB，NF-κB）信号通路，上调血管生长因子（vascular endothelial growth-factor，VEGF）及促进血管生成[10]。lncRNA母系表达基因3（maternally expressed gene 3，MEG3）在大脑中动脉闭塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）大鼠中表达显著下降，沉默MEG3可增加血管内皮细胞迁移、增殖、出芽及微管形成进而促进新生血管形成，体内外实验证明MEG3可负性调控Notch信号通路[11]。MEG3在OGD/R诱导的鼠BMEC中表达上调，可通过p53/烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶4（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 4，NOX4）轴介导卒中后血管生成；抑制MEG3可减少OGD/R诱导的细胞凋亡[12]。

lncRNA参与缺血性卒中的炎症反应，在炎症介导的神经细胞损伤中起到重要作用。循环lncRNA H19在卒中患者中表达较正常组升高，且与患者NIHSS评分及肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）水平呈正相关；H19在MCAO模型鼠的血浆、白细胞及脑组织中表达上调，脑内注射H19干扰性小核糖核酸（small interfering RNA，siRNA）可减轻卒中24 h后的脑梗死体积，减轻脑水肿，降低TNF-α、白细胞介素-1β（interleukin 1β，IL-1β）等炎症因子水平；敲除H19可减轻卒中后14 d的动物脑组织损失及神经功能缺损[13]。lncRNA Gm4419在OGD/R诱导的小胶质细胞中表达上调，过表达Gm4419可促进核转录因子κB抑制蛋白α（inhibitor of nuclear factor kappa-B α，IκBα）磷酸化，升高NF-κB水平，进而转录激活TNF-α、IL-1β和IL-6等炎症因子；敲低Gm4419基因后可抑制NF-κB的表达，对OGD/R损伤具有保护作用，表明Gm4419通过活化NF-κB信号通路在小胶质细胞OGD/R损伤中起到重要作用[14]。lncRNA钙/钙调蛋白依赖蛋白激酶相关转录因子1（calcium/calmodulin-dependent protein kinase associated transcript 1，C2dat1）在MCAO小鼠模型的缺血半暗带中表达上调，敲低C2dat1可致钙调蛋白依赖蛋白激酶Ⅱδ（calmodulin-dependent protein kinase Ⅱ delta，CaMKⅡδ）表达下降且增加OGD/R诱导的细胞死亡，下调CaMKⅡδ可抑制OGD/R诱导的NF-κB信号通路活化；体外实验证实沉默C2dat1可下调核转录因子κB抑制蛋白激酶（inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase，IKK）α、IKKβ的表达及磷酸化，抑制IκBα降解，抑制NF-κB信号通路活化，表明C2dat1可通过NF-κB信号通路影响神经元的存活[15]。lncRNA同源盒基因转录反义RNA（HOX transcript antisense intergenic RNA，HOTAIR）在缺血性脑梗死小鼠的梗死区域中表达显著上调，可正性调控细胞凋亡，体外实验证实沉默HOTAIR可提高缺血性脑梗死小鼠的脑功能，显著减少循环中NADPH氧化酶2（NADPH oxidase 2，NOX2）的产生[16]。lncRNA功能性基因RNA元件（functional intergenic repeating RNA element，FIRRE）在OGD/R治疗的小胶质细胞中表达上调，上调FIRRE可通过提高IκBα的水平激活NF-κB信号通路，导致小胶质细胞损伤；沉默F I R R E 可抑制NF-κB信号通路活化[17]。lncRNA肺腺癌转移相关转录子1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1）在OGD诱导的小鼠BMEC及MCAO小鼠的大脑微血管中表达上调，沉默MALAT1可增加促凋亡因子Bim和促炎症因子单核细胞趋化蛋白-1（monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1）、IL-6和E-选择素（E-selectin）的表达，增加OGD诱导的BMEC死亡和Caspase 3的活性；体内实验证明敲除MALAT1可增加MCAO小鼠脑梗死体积，导致神经功能恶化[18]。lncRNA Fos下游转录本（Fos downstream transcript，FosDT）在MCAO鼠模型中表达上调，局灶缺血可促进FosDT与SIN3转录调控蛋白家族成员A（SIN3 transcription regulator family memberA，Sin3A）和神经元限制性沉默因子辅助抑制因子（corepressor neuronrestrictive silence factor，CoREST）结合，体内实验证明敲除FosDT基因可抑制神经元限制性沉默因子（neuron-restrictive silence factor，REST）下游基因α-氨基-3-羟基-5-甲基异恶唑-4-丙酸（α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid，AMPA），谷氨酸受体-2受体亚基（receptor subunit GluR2，GRIA2）、核因子活化B细胞k轻链增强子2（NFκL chain enhancer of activated B cells 2，NFκB2）和 N-甲基-D-天氡氨酸离子能谷氨酸受体1（glutamate receptor，ionotropic，N-methyl D-aspartate 1，GRIN1）的表达，能显著减轻缺血后运动神经元损伤及减少梗死体积[19]。

1.2 lncRNA与出血性卒中 lncRNA在出血性卒中的发病过程中起到重要的作用，研究表明lncRNA与颅内出血的炎性反应有关。lncRNA NF-κB相互作用lncRNA（NF-κB interacting lncRNA，NKILA）在胶原酶Ⅶ诱导颅内出血的大鼠中表达下调，抑制NKILA可显著减轻内质网应激和自噬，激活NF-κB信号通路，减轻神经功能损伤、脑水肿及脑损伤[20]。lncRNA MEG3在蛛网膜下腔出血的患者中表达较正常对照组显著升高，体外实验证实MEG3表达升高可抑制磷脂酰肌醇3-激酶（phosphoinositide 3-kinase，Pi3k）/苏氨酸激酶（threonineprotein kinase，Akt）通路进而降低神经细胞的活性并促进细胞凋亡[21]。Jianhua Peng等[22]通过对蛛网膜下腔出血24 h后的小鼠脑组织进行高通量测序发现617个lncRNA和441个mRNA较正常对照组差异表达，功能分析表明大多数差异表达的mRNA与炎症相关；基于lncRNA/mRNA共表达网络，敲低lncRNA fantom3l-F730004F19基因可减少CD14、Toll样受体4（Toll like receptor 4，TLR4）的表达并减轻小胶质细胞的炎症反应。lncRNA蛋白酪氨酸磷酸酶J反义RNA1（protein tyrosine phosphatase receptor type J-antisense RNA 1，Ptprj-as1）在颅内出血的大鼠脑组织中表达显著上调，过表达Ptprj-as1可激活NF-κB信号通路，促进BV2细胞迁移，增加促进炎症因子TNF-α、IL-1β、IL-6、诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）及一氧化氮（nitric oxide，NO）的表达，表明Ptprj-as1可参与颅内出血引起的炎症损伤[23]。

2 lncRNA介导的ceRNA在卒中发病机制中的作用

lncRNA介导的ceRNA主要基于lncRNA含有miRNA结合位点，可吸附miRNA，减少miRNA对靶基因的抑制作用。由于目前尚缺乏lncRNA介导的ceRNA与出血性卒中的相关研究，下文主要阐述lncRNA介导的ceRNA在缺血性卒中发病机制中的作用。

研究表明lncRNA介导的ceRNA参与了缺血性卒中的炎症反应、血管生成及神经细胞凋亡等过程。lncRNA生长停滞敏感转录本5（growth arrest-specific transcript 5，GAS5）在MCAO模型鼠及OGD诱导的神经元中表达上调，研究表明GAS5与Notch1竞争结合miR-137位点，敲低GAS5基因可上调miR-137及降低miR-137靶基因Notch1表达，增加神经细胞的活性及减少OGD诱导的神经元凋亡[24]。lncRNA牛磺酸上调基因1（taurineupregulated gene 1，TUG1）在MCAO大鼠的缺血半暗带及OGD诱导的神经元中表达显著上调，体外实验证实敲除TUG1基因可上调miR-9及降低miR-9靶基因Bcl2样蛋白11（Bcl-2-like protein11，Bcl2l11）的表达，减少细胞凋亡[25]。lncRNA MALAT1在MCAO模型鼠及OGD诱导的神经元中表达显著上调，体内外实验表明上调MALAT1可降低miR-30a表达及增加miR-30a靶基因Beclin1表达，下调MALAT1可抑制Beclin1依赖的自噬进而减少神经细胞死亡[26]。另一研究表明MALAT1可与miR-26b结合，下调miR-26b的表达，进而增加miR-26b靶基因unc-51样激酶2（unc-51 like kinase 2，ULK2）的表达，促进OGD/R诱导下BMEC自噬及存活[27]。lncRNA低氧诱导因子1α反义RNA2（hypoxia inducible factor 1α-antisense RNA 2，HIF1A-AS2）在低氧诱导的人脐静脉内皮细胞的表达升高，HIF1A-AS可吸附miR-153-3p并降低miR-153-3p水平，增加低氧诱导因子α（hypoxia inducible factor 1α,HIF-1α）的表达，促进血管生成[28]。lncRNA小核仁RNA宿主基因1（small nucleolar RNA host gene 1，SNHG1）在OGD诱导的BMEC中表达升高，SNHG1可与miR-199a直接结合，过表达SNHG1可减轻miR-199a对HIF-1α和VEGF的抑制作用，促进BMEC细胞存活以及血管生成[29]。另一研究表明SNHG1在MCAO小鼠中表达显著上调，抑制SNHG1可增加MCAO小鼠梗死体积及恶化神经功能，在OGD培养的BMEC中抑制SNHG1可显著提高caspase-3的活性及促进细胞凋亡；研究表明过表达SNHG1可下调miR-18a，解除miR-18a对HIF-1α的抑制作用，促进BMEC存活[30]。lncRNA小核仁RNA宿主基因14（small nucleolar RNA host gene 14，SNHG14）在缺血性脑组织及OGD制备的小胶质细胞系中表达显著升高，SNHG14过表达后可降低miR-145-5p水平，增加miR-145-5p靶基因磷脂酶A2组4A（Phospholipase A2 Group 4A，PLA2G4A）表达，促进小胶质细胞激活，增加TNF-α、NO的表达及神经元凋亡，加重神经元损伤[31]。lncRNA MEG3可作为ceRNA与程序性细胞死亡因子4（programmed cell death 4，PDCD4）竞争miR-21的结合位点，过表达miR-21可减少OGD/R诱导的细胞死亡；体内实验表明敲除MEG3后可减轻缺血损伤及提高神经功能，表明MEG3可作为ceRNA靶向miR-21/PDCD4信号通路进而调控缺血神经细胞功能[32]。lncRNA叉头蛋白F1毗连非编码发育调控RNA（forkhead box F1 adjacent non-coding developmental regulatory RNA，FENDRR）在高血压颅内出血小鼠的血管内皮细胞中表达下调，过表达FENDRR可通过降低靶向miR-126调控血管内皮生长因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）进而促进血管内皮细胞的凋亡[33]。

随着人们对lncRNA的关注，lncRNA在脑血管疾病等疾病中异常表达，可直接参与疾病的发病过程或者介导ceRNA参与疾病的发病机制。现有研究为揭示lncRNA及其介导的ceRNA在卒中发病机制中的研究提供了方向，未来必将有更多的lncRNA及其介导的ceRNA被发现与卒中关联。深入研究lncRNA及其介导的ceRNA与卒中的发病机制，可为卒中的预防、治疗及预后判断提供新的思路。

【点睛】基础和临床研究逐渐发现了越来越多的与卒中相关的长链非编码RNA及其介导的竞争内源性RNA，对其机制的研究有助于更深层次地理解卒中发生发展的机制并进行相应诊疗。