lncRNA 在创伤性脊髓损伤和脑损伤中的研究进展

张 峻

1 内蒙古医科大学附属医院 骨科，内蒙古呼和浩特 010010；2 解放军总医院第一医学中心 骨科，北京100853

人类基因组中有许多类型的非编码基因，其中一半以上是lncRNA。lncRNA 的功能虽没有被完全解密，但是它们在调节细胞增殖、存活和迁移方面发挥了不同的作用，以及通过充当引导、诱饵、支架和信号来维持基因组的稳定性[1-2]。lncRNA 具有许多与DNA、RNA 和蛋白质结合的结构域，通过相互作用参与转录沉默、翻译抑制或调节多蛋白复合物，最终控制基因表达[3]。lncRNA 定义为长度＞200 个核苷酸，通过RNA 聚合酶Ⅱ或Ⅲ转录，具有与mRNAs 类似的封端和多聚腺苷酸化，但由于开放阅读框被截断而缺乏蛋白质编码功能的RNA[1,4]。lncRNA 进一步分类为长基因间非编码RNA 和转录的超保守区[5]。从基因组的基因间区转录的lncRNA 调节邻近和远处基因的表达。然而，转录的超保守区的功能还没有被破译[5]。在生理和病理过程中，lncRNA 正在成为多种功能的调节器(例如胚胎发育、癌症、炎症以及心血管和神经生物学疾病)[6-11]。越来越多的研究证实lncRNA表达与神经元活动和损伤相关，lncRNA 通过调节神经元的外生长、分化和突触形成进而促进神经系统的发育并调节突触的可塑性[12-13]。本文就近期lncRNA 在脊髓损伤和脑损伤中的研究，以及lncRNA 在神经性疼痛发生机制中的研究进展和其作为治疗靶点的潜在效用进行综述。

1 lncRNA 在脊髓损伤和脑损伤中的研究

急性脊髓损伤所致的继发性损伤是神经功能障碍的主要原因，其特征是中枢神经系统发生神经细胞凋亡。急性脊髓损伤后可迅速改变蛋白质编码基因的表达，这些蛋白质编码基因可调节各种过程，如氧化应激、内质网应激、炎症、自噬、凋亡，从而协同促进损伤后神经元死亡和重塑[6-7,14-15]。其他急性中枢神经系统损伤如外伤性脑损伤、蛛网膜下腔出血后出现的继发性脑损伤和神经功能障碍也与这些病理机制有关。在缺氧处理后的急性脊髓损伤大鼠模型和神经细胞中观察到脑源性生长因子反义RNA(lncRNA brain-derived neurotrophic factor antisense RNA，lncRNA BDNF-AS)上调的研究中还发现lncRNA BDNF-AS 敲除对急性脊髓损伤有显著的治疗作用[6]。这表明lncRNA-bdnf-as/mir-130b-5p/prdm5 轴在治疗急性脊髓损伤中发挥重要作用，可能是一种有前途的治疗方法[6]。

在急性脊髓损伤的病理过程中，可以观察到关键炎性因子表达失调，其中就包括lncRNA 以及相关的信号通路。随着急性脊髓损伤的进展，小胶质细胞转变为异常状态，释放出多种有害细胞因子，参与氧自由基的形成、兴奋性毒性和炎症反应，加重神经元损伤。研究表明，lncRNA 肺腺癌转移相关转录子1(lncRNA metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，lncRNA-MALAT1)在急性脊髓损伤的大鼠模型和脂多糖激活的小胶质细胞中表达失调，MALAT1 的敲除可通过抑制小胶质细胞的炎症反应来减弱脊髓损伤进展，并进一步明确了lncRNA-MALAT1 在脊髓损伤中的信号通路[7]。Wang 等[16]的研究还表明，一种名为lncSCIR1 的lncRNA 在大鼠脊髓损伤后下调，通过选择性靶向、骨形态发生蛋白7、α-突触核蛋白和无翅型MMTV 整合位点家族成员3(WNT3)的表达发挥其抑制作用。当肾上腺髓质素激活促炎细胞因子时，骨形态发生蛋白7 阻止轴突生长，α-突触核蛋白促进脊髓损伤后神经元死亡，WNT3 对脊髓损伤后神经再生至关重要[16]。此外，Dharap 等[17]研究发现，成年大鼠的局灶性缺血在急性再灌注期间广泛改变大脑lncRNA 表达谱。目前尚不清楚lncRNAs 在卒中后结局中的功能意义，然而他们可能对脑卒中后表观遗传景观的改变起到重要作用。Dharap 等[18]的研究支持了这一观点，在局灶性缺血后，许多卒中反应性lncRNA 与染色质修饰蛋白Sin3A 和coREST 的结合显著增加。Mehta 等[19]的研究还表明，卒中后上调的fos 下游转录物的lncRNA 的结合对其余靶基因的缺血后调节很重要。Xu 等[20]的研究结果表明，lncRNA-CAMK2D 相关转录物的表达促进钙或者钙调蛋白依赖激酶Ⅱ的表达，后者介导缺血性神经元死亡。

到目前为止，有多项研究描述了lncRNA 在中枢神经系统发生和生长发育中的作用，有322 个lncRNA 在缺氧缺血性损伤的大脑中有不同的表达，并且lncRNA BC088414 的沉默可减少细胞凋亡并促进细胞增殖[21]。这些发现提示了lncRNA 在中枢神经系统损伤中的作用。另外，在研究lncRNA对外周神经元的内在再生能力时，发现有105 个lncRNA 在神经损伤后的背根神经节中存在差异表达[22]。其中，对BC089918 和UC.217 进行了专门研究，结果表明siRNA 下调BC089918 表达和抑制UC.217 表达均能促进背根神经节神经元的轴突生长[23]。

2 lncRNA 与脊髓损伤神经性疼痛的关系

疼痛信号由位于脊髓背根神经节初级感觉神经元神经纤维末端的伤害感受器检测到，并通过背根神经节传入中枢神经系统。背根神经节在神经性疼痛中起着关键作用，一些实验通过微阵列和RNA 序列对周围神经损伤后损伤的背根神经节进行转录组分析，确定了大量不同程度表达的lncRNA[24-25]。与此同时，一系列证据表明，背根神经节lncRNA 的表达失调参与了神经性疼痛的发生机制。大量的研究证实lncRNA 的表达失调如何影响神经性疼痛的机制[26]。此外，一些功能性研究表明，神经性疼痛的发生和变化是lncRNA 通过调节疼痛相关基因和增加脊髓背根神经节初级感觉神经元的兴奋性来实现的[27]。第二级感觉神经元所在的脊髓背角负责将伤害感受器发出的疼痛相关信号传递到脊髓相关区域。使用基于微阵列的分析方法，小鼠lncRNA 基因芯片包括25 376 个lncRNA 探针在内，在脊神经结扎后10 d 发现同侧脊髓背角有511 个不同表达(＞2 倍)的lncRNA[28]。通路注释和基因本体分析显示，基因组中协调的35 对差异表达的lncRNA-mRNA 参与Toll 样受体信号传导、细胞因子和细胞因子受体相互作用、过氧化物酶体增殖物激活受体信号传导通路[28]。Dou 等[29]报道慢性神经挤压模型后第1 ～ 5 天，脊髓背角、背根神经节、海马和前扣带回皮质中lncRNA 结肠癌相关转录物-1 的表达降低，lncRNA-CCAT1 的过度表达减轻了慢性神经挤压模型诱导的机械性超敏。lncRNA 可能特异性地靶向基因表达，因为它们的尺寸更长，并且选择性地结合到特定的基因上。例如，阻断神经损伤导致背根神经节KCNA2 反义RNA 的增加，特异性和选择性地挽救了KCNA2 mRNA 的下调，减轻了神经性疼痛，而不影响运动功能[30]。无论如何，lncRNA 通过调节离子通道和神经炎症在神经性疼痛的发展中起着关键作用，这两个关键特征驱动了神经性疼痛的发病机制。

3 结语

在急性脊髓损伤的病理过程中，明确lncRNA参与的病理机制以及相关的信号通路，揭示创伤性脊髓损伤急性期神经凋亡水平的作用，对于研发设计治疗脊髓损伤特异的小分子药物、寻找新的靶点、提供实验基础和奠定理论依据十分重要。目前，鉴于病毒介导的基因治疗已在临床试验中应用，病毒介导的RNA 片段的脊髓背根神经节传递可能为神经性疼痛治疗开辟一条新的途径。因此，对神经性疼痛中调节不良的lncRNA 的研究不仅提供了对这种疾病潜在机制的深入解释，而且为开发更有效、不良反应更少的新型镇痛剂提供了新思路。然而，有关lncRNA 在神经性疼痛中的作用的研究尚处于早期阶段。如上所述，脊髓背根神经节的lncRNA 可能在神经性疼痛中起关键作用，但它们如何导致神经性疼痛的详细机制仍不清楚。此外，从RNA 测序中发现的大多数表达失调的lncRNA 在神经性疼痛中的作用尚不清楚。目前对lncRNA 在神经性疼痛中作用的研究尚处于起步期，后续还须进行更加深入广泛的研究。