LncRNAs在心肌肥厚中的研究进展

张伊茗，张 雪，颜天华

中国药科大学 基础医学与临床药学学院生理教研室，南京 210009

心肌肥厚是心脏在压力、容量等变化下为了维持原有灌注功能而形成的一种状态[1]，病理性心肌肥大伴随着一系列不良心血管事件发生，包括心律失常、心力衰竭等[2]。

心室肥大与胎儿基因的再激活有关，包括心钠肽（atrial natriuretic peptide，ANP）、脑钠肽 （brain natriuretic peptide，BNP）和 β-肌球蛋白重链（β-myosin heavy chain，β-MHC），以及成人心脏中肌浆网Ca2+-ATP酶 （sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase，SERCA2a）和 α-肌球蛋白重链（α-myosin heavy chain，α-MHC）基因的抑制[3]。研究显示，染色质重塑和组蛋白修饰在心肌发育和心脏疾病的发生过程中发挥重要作用；而LncRNAs可能参与该过程，并且在心脏病理性肥大中发挥着重要作用[4，5]。

1 LncRNAs的特点性质

哺乳动物的基因中三分之二转录为RNA，但编码蛋白质的基因比例仅为1.5%[6]。各种不翻译成蛋白质的RNA转录物称为非编码RNA（ncRNAs），其中大部分为含有超过 200个核苷酸的RNA转录物，称为长链非编码RNA（long noncoding RNAs，LncRNAs）。LncRNAs 和 微 小 RNA （microRNAs，miRNAs）是 ncRNAs的两种重要类型。许多 miRNAs被证实在心肌肥厚过程中起关键作用，如miR-1、miR-133和miR-214等。LncRNAs可以折叠成热力学稳定的二级结构，如双螺旋、发夹环、凸起和假结，这使它们能够和DNA、RNA、蛋白质等生物大分子发生更为复杂的相互作用[7]。LncRNAs可以作为信号符号、蛋白质诱饵、指导物和支架模块，因此它参与了细胞内大部分反应和诸多信号通路的调控[6，8，9]。

2 LncRNAs的作用机制

2.1 LncRNAs影响基因特殊位点的修饰

LncRNAs广泛参与染色质重塑 （chromatin remodeling）过程，包括核小体转位、重组及稳定性降低等改变。例如，LncRNAs HOTAIR （HOX transcript antisense RNA，HOTAIR） 及 LncRNA Xist（X-inactive specific transcriptional gene，Xist）能够分别募集多梳抑制复合物2（Polycomb repressive complex，PRC2）到 HOXD 基因簇、X 染色体，从而使组蛋白H3的赖氨酸27残基三甲基化（H3K27me3），以致诱导异染色质形成，抑制基因表达[9]。

2.2 LncRNAs影响基因的转录调控

LncRNAs直接与DNA结合形成三螺旋结构抑制基因表达。除此之外，LncRNAs可以调节RNA聚合酶Ⅱ的活性，包括通过与RNA聚合酶Ⅱ或者起始复合物的相互作用影响DNA的转录[10，11]。LncRNAs也充当调节转录因子活性的辅因子，例如，在小鼠中，LncRNA Evf2由超保守的远端增强子转录，并募集转录因子D1X2与该增强子的结合和作用，以诱导相邻蛋白质编码基因的表达[12]。

2.3 LncRNAs影响基因的转录后调控

关于LncRNAs如何参与基因转录后的调控，目前存在一种竞争性内源 RNA（competing endogenous RNAs，ceRNA）的假说[13]，即多种RNA可与同种miRNA上的miRNA反应元件（microRNA response element，MRE）结合。若 LncRNAs 和mRNAs存在相同的MRE时，LncRNAs可以竞争性的结合miRNAs，间接调控mRNAs的表达水平。大多数哺乳动物基因表达反义转录本，这可能构成一类特别适合调节mRNAs动态的 ncRNAs[14]。

3 正向调节心肌肥厚的LncRNAs

3.1 LncRNA Chaer

LncRNA Chaer（cardiac-hypertrophy-associated epigenetic regulator，Chaer）是一种心脏肥大相关的表观遗传调节因子，其表达主要局限于心脏[15]。在压力刺激诱导下，LncRNA Chaer和PRC2与催化亚基EZH2结合，阻碍了心肌肥厚相关基因启动子区域上的H3K27me3，而对其他组蛋白没有影响[16]。与此同时，上述压力刺激下发生的LncRNA Chaer和PRC2间相互作用与雷帕霉素受体蛋白（mechanistic target of rapamycin，mTOR）的激活有关[17]。

3.2 LncRNA Chast

心脏肥大相关转录物 （cardiac hypertrophy-associated transcript，Chast）是一种促肥大的 LncRNA，它抑制基因自噬调节因子含Pleckstrin同源结构域M蛋白家族成员1（Pleckstrin homology domain-containing family M member 1，Plekhm1）的表达，从而阻碍心肌细胞自噬，诱发心肌肥厚。Chast的表达部分由活化T细胞核因子（nuclear factor of activated T-cells，NFAT）诱导[18]。此外，Chast与 Wnt信号通路相关，而Wnt信号通路的激活能够驱动心肌肥厚[19]。

3.3 LncRNA Bvht

LncRNA Braveheart（Bvht）对心血管谱系规范至关重要；通过富含G的基序，Bvht与细胞核酸结合蛋白 （cellular nucleic acid-binding protein，CNBP）相互作用，促进小鼠胚胎干细胞的心脏分化[20]。Bvht在促进心脏发育的心脏基因表达程序和之后的组织重塑中起着关键作用[21]。中胚层后部1（Mesoderm posterior 1，MESP1）基因在心脏发育以及在上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）过程中发挥作用，Bvht可能作为MESP1的上游调节因子参与心肌肥厚的调控。Bvht与PRC2的SUZ12亚基相互作用，导致MESP1启动子位置的SUZ12水平下调，阻碍 H3K27me3，激活MESP1基因表达，促进心肌肥厚的进展[22]。

3.4 LncRNA CHRF

心脏肥大相关因子 （cardiac hypertrophy-related factor，CHRF）与其他LncRNA不同，它是作为miRNA的内源性“海绵体”促进心肌肥厚。在横向主动脉收缩小鼠模型和心衰患者心脏样本中，CHRF显著增加。Wang K等[23]在细胞和动物模型中发现miR-489通过抑制髓样分化因子88（myeloid differentiation factor 88，Myd88）基因的表达，抑制核因子 κB（nuclear factor-kappa B，NF-κB）通路激活，对抗心肌肥厚；此外，在血管紧张素Ⅱ （Ang-Ⅱ）诱导的心肌肥厚模型中，CHRF水平呈时间依赖性升高，并验证了CHRF降低miR-489的表达水平及活性。这些研究数据表明，CHRF结合miR-489促进Myd88表达，进而激活NF-κB诱导心肌肥厚。

3.5 LncRNA MIAT

心肌梗死相关转录本 （myocardial infarction associated transcript，MIAT）在心肌肥厚过程中显著增加。Zhu XH等[24]在小鼠模型和H9c2细胞中，发现MIAT siRNA抑制AngⅡ诱导的H9c2细胞中ANP、BNP和β-MHC的上调，其机制可能是通过抑制miR-150促进心肌肥厚的进展。

4 负向调节心肌肥厚的LncRNAs

4.1 LncRNA Mhrt

肌球蛋白重链相关转录物 （myosin heavy chain associated RNA transcripts，Mhrts） 是心肌细胞核中的 ncRNAs，在心脏中特异性表达。多项研究证明，Mhrts是一种心肌保护因子。Brahma 相关基因 1（brahma-related gene1，Brg1）是一种染色质重塑因子，由应激激活，触发异常基因表达和心肌病。心脏处于病理应激条件下，Brg1激活，形成Brg1-Hdac-Parp复合物，其通过a1～a4启动子抑制Mhrt的表达。Brg1抑制肌球蛋白重链6（myosin heavy chain 6，Myh6）并激活肌球蛋白重链 7（myosin heavy chain 7，Myh7），导致 Myh6/7 表达的转换，这是心肌病的病理特征之一[25]。在肥厚性、缺血性或特发性心肌病组织中，Mhrt分别减少 82.8%、72.8%和 65.9%[26]。Mhrt调节心脏肥大和病理性重塑通过与组蛋白乙酰化因子Brg1的直接相互作用；Mhrt可以与Brg1的解旋酶结构域结合，阻止Brg1识别靶基因，防止染色质重塑[27]。Han P等[26]研究发现，在横向主动脉缩窄 （TAC）模型中，Mhrt水平下调46%～68%，但是在TAC开始1～2周后诱导Mhrt779（具有779个核苷酸，最为丰富的Mhrt），8周内心肌肥厚减少23%，同时射血分数增加33%。

4.2 LncRNA H19

H19是一种非蛋白质编码印迹和母系表达的LncRNA，分布于细胞质和细胞核中，主要在成人的骨骼肌和心脏中表达[28]。近年研究发现，H19对心肌肥厚、心力衰竭等心脏疾病具有调节作用[29]。Liu L等[30]用肾上腺素处理心肌细胞发现，使用腺病毒过表达H19，心肌细胞的肥大被抑制；经siRNAH19处理后，心肌细胞增大。H19可能充当miR-675的前体在心肌肥厚的过程中发挥作用。钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ型 δ链 （calcium/calmodulin-dependent protein kinase typeⅡ delta chain，CaMKⅡδ）是一种主要存在于心脏中的多功能丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，可以磷酸化离子通道、转录因子、信号分子和其他对心脏电活动和结构至关重要的膜蛋白[31，32]。CaMKⅡδ可作为心脏肥大的诱导因子[33]。研究证明，CaMKⅡδ是心肌细胞中miR-675的直接靶标，miR-675下调CaMKⅡδmRNA和蛋白质水平[30]。因此，H19可能通过miR-675调节CaMKⅡδ抑制心肌细胞肥大。

4.3 LncRNA Fendrr

Bernhard Herrmann所领团队将出现在心脏和腹侧体壁祖细胞中的一种LncRNA命名为FOXF1相邻的非编码发育调节 RNA（FOXF1 adjacent non-coding developmental regulatory RNA，Fendrr）。研究发现，小鼠体内 Fendrr下调，会导致心脏和腹侧体壁产生畸形。Fendrr在体内可与PRC2和TrxG家族的混合谱系白血病组蛋白修饰复合物 （mixed lineage leukemia，MLL）结合，增加 H3K27me3，抑制肥大基因表达[34]。

4.4 LncRNA Plscr4

磷脂爬行酶 4（phospholipid scramblase 4，Plscr4）是磷脂爬行酶基因家族的一员，编码一组Ca2+依赖的多棕榈酰化Ⅱ型膜蛋白。Lv L等[35]发现，LncRNA Plscr4过表达减弱了AngⅡ和TAC诱导的心肌细胞肥大；相反，抑制Plscr4诱导心肌细胞肥大。体内外实验证实，Plscr4过表达可下调miR-214，促进线粒体融合蛋白-2（mitofusin-2，Mfn2）表达，减弱心肌肥厚。

5 展 望

综上所述，LncRNAs通过多个环节参与心肌肥厚的调控，有望成为临床干预和治疗的新靶点；但是还有诸多问题需要思考和改善。例如，Chaer抑制剂的潜在临床应用仍然具有挑战性。通过化学修饰的siRNA实现了该转录物的沉默，但是这种影响似乎只持续了很短的一段时间。并且LncRNAs的介入治疗也需要充分考虑病理应激发作的关键时间窗口。同时LncRNAs、miRNAs调节网络错综复杂，更精准的作用机制及通路尚待进一步探究。