长非编码RNA在抑郁症中的变化特征及其意义

孙梦云，高 云

(南昌大学基础医学院生理教研室，江西 南昌 330006)

人类基因组中有超过4/5的基因是活跃转录的，但是，其中只有2%-3%的基因可以被翻译成蛋白质，这意味着人类基因组中绝大多数基因仅参与转录却不参与翻译，这部分转录输出几乎都是非编码RNA(non-coding RNA，ncRNA)[1]。根据ncRNA的序列长度可以将其分为小ncRNA和长ncRNA，后者又是ncRNA中最丰富的一类[2]。长非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)是一组缺乏编码蛋白质功能的核苷酸转录本，他们中的大多数没有用于蛋白质翻译的开放阅读框，因此几乎不具有表达蛋白质的能力。但是，它们可以在转录、转录后加工和翻译等过程参与调节基因的表达。

研究发现，大多数的lncRNA在中枢神经系统(central nervous system，CNS)高表达，并参与细胞识别、应激反应、可塑性机制以及精神障碍的发生和发展等重要的生物学过程。LncRNA参与脑的正常生理功能的维持以及正常生理功能遭到破坏后所引发的一系列神经精神类疾病，例如抑郁症[3]。

遗传因素和环境因素均与抑郁症的易感性有关。基因和环境的相互作用一直被认为会影响多种精神疾病的发生和发展，并且遗传因素包含未知数目的基因集[4]。有报道，DNA甲基化、组蛋白修饰及染色质构像变化等表观遗传因素都参与了抑郁症的基因失调[5]。基于检测到lncRNA在抑郁症患者体内的差异性表达，提示lncRNA在一定程度上可以作为抑郁症临床诊断生物标志物和抗抑郁治疗的潜在靶标。

1 抑郁时lncRNA在基因表达水平上的变化

非编码RNA在整个精神类疾病基因中占很大比例。在7个精神类疾病的性状中鉴定出的1 132个独特基因中有132个(占27.6%)是非编码性基因,8个风险基因中有六个是非编码基因，其中，作为长基因间非编码RNA的LINC00461，被认为是涉及5个精神特质最多效性基因。敲低LINC00461，小鼠胚胎中受损的神经元出现迁移，表明LINC00461参与了胚胎发育的特异性调节，进一步支持了大多数精神疾病病因的神经发育假说[6]。在许多人类疾病中，包括重度抑郁症(major depressive disorder，MDD)在内，均观察到了lncRNA的异常表达。从比较基因组学研究可知，灵长类谱系中已有1/3的lncRNA被发现，并且，其中约40%的lncRNA具有大脑特异性，这表明，lncRNA在维持大脑高级功能的进化中发挥着关键作用。

通过利用全基因组关联(genome-wide association，GWA)研究方法，能够在每个基因样本中分析出超过一百万个单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)，有43%的性状-疾病相关SNP是位于基因间的，而且基因间区域的大部分变体与MDD密切相关。然而，这些基因间的变体是如何促使MDD的发生发展目前尚不清楚，与MDD相关的基因座可能通过调节lncRNA的表达来促进MDD的发病，证明基因间变体可能通过调节这些变体的lncRNA的表达来促进MDD的发病[7]。

现在已知人类基因组中约有49 500个独立的lncRNA基因，其中约54%位于基因间区域[8]。最近有GWA研究的结果支持了有关lncRNA参与抑郁症发病机制的总体假设：许多lncRNA基因组的基因座和抑郁症的发生发展有关[9],以及lncRNA基因内的SNP与抑郁症风险个体有关[7]。同时 lncRNA能够参与调控转录、RNA加工和翻译等过程，lncRNA可以优先定位于细胞核，通过与染色质修饰复合物结合后充当染色质修饰剂的支架而完成调控任务，也可以通过调控转录因子的结合和装配来控制其他基因的转录。

有临床研究发现，抑郁症患者有30%差异表达的基因是lncRNA, MDD患者的大脑组织中与突触相关的大多数基因被下调[10]。另有研究报道，与健康对照组相比，MDD患者中lncRNA的表达出现异常改变，其中上调了1 556个，下调了441个。通过RT-PCR定量了4个上调的基因，并验证了单个基因表达的变化。LIND00998在MDD患者外周血的表达明显低于正常人，而LINC01108的表达明显高于健康对照者[7]。动物实验中，抑郁症大鼠海马中的lncRNA uc.80-被明显下调，而uc.80-过表达则很好地改善了慢性轻度不可预见性温和应激(chronic unpredictable mild stress，CUMS)大鼠的抑郁样行为，也有效地挽救了CUMS大鼠海马神经元的凋亡[11]。

表观遗传学将遗传学与环境和疾病联系起来，是指基于非基因序列改变所致基因表达水平的变化，如DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质构象变化等[12]。剧烈的环境和行为事件可能会促使特定基因位点的表观遗传学变化，进而影响抑郁症的病理改变[7]。早期有报道，MDD患者死后的脑组织以及抑郁症模型小鼠的脑组织中观察到表观遗传机制基因的表达发生了改变，这种改变很有可能是由于lncRNA与表观遗传调控因子相互作用而致[13]。LncRNA在后期进化阶段的物种呈特异性表达，在控制表观遗传过程中起着关键作用，被认为参与了包括精神活动在内的大脑高级功能，进而可能影响MDD，有报道证实MDD患者的表观遗传控制与常人不同[14-15]，可作为对此观点的支持。

2 LncRNA的表达在抑郁症中的性别差异

LncRNA在抑郁症发生发展的病理生理过程中的表达显示出明显的性别特异性，在临床诊断上，女性的抑郁症患病率明显高于男性[16]。遗传研究发现，性染色体中，X染色体的失活通常会导致患者出现精神症状[17]。X染色体失活特异转录因子(X-inactive specific transcript，XIST)为19 kb的lncRNA，这是调节lncRNA X染色体失活(X chromosome inactivation，XCI)唯一的RNA片段。XIST在MDD患者的淋巴母细胞中明显过表达，这可能是由于XCI缺乏引起的代偿性反应[18]。

抑郁症患者中有30%差异表达的基因是lncRNA[10],其在女性患者中的表达更为失调，而且lncRNA对基因表达的调控作用在女性中比男性更明显。LncRNA可以被切成片段更小的miRNA,有36种独特的miRNA仅在女性抑郁症患者的多个大脑区域中差异表达[19]。产后抑郁症是女性特有的疾病，有临床研究发现，在孕妇的胎盘中也有lncRNA的表达[20]。作为目前临床上广泛应用的抗抑郁症药物，氟西汀是一种选择性的5-羟色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)再摄取抑制剂，有证据表明lncRNA参与了氟西汀的作用机理，在治疗效果上，女性比男性对此类药物的反应要好[21]。

对大脑的研究发现，女性的相关lncRNA-蛋白质编码基因(protein coding gene，PCG)对的数量比男性的要多，表明女性中lncRNA-PCG相互作用更强。人类神经元中的LINC00473在女性抑郁症患者中被下调，LINC00473可能通过影响突触功能和内侧前额叶皮层中的转录谱导致女性对应激行为反应发生改变，同时，LINC00473在雌性小鼠中有选择性地影响神经元的突触前和突触后的功能特性，这种作用与它在控制抑郁样行为中的性别特异性相似[10]。

3 LncRNA作为抑郁的诊断标记物

采用微阵列分析研究[22]检测到了MDD患者中lncRNA的差异性表达。2 649个lncRNA被差异表达，有534个表达上调和2 115个表达下调。从其中选择10个使用RT-PCR方法来进一步验证，结果发现在MDD患者的外周血单核细胞(peripheral blood mononuclear cell，PBMC)中差异表达了8种(TCONSL200001212、NONHSAT102891、TCONS00019174、ENST00000566208、NONHSAG045500、ENST00000517573、NONHSAT034045和NONHSAT142707)。评估52名MDD患者外周血中的lncRNAgsk3βAS1-3的表达水平，分析它们与89名轻症患者之间的临床特征的相关性，发现：MDD患者中lncRNA-gsk3βAS3的表达明显降低，lncRNAgsk3βAS2和3通过降低磷酸化水平而影响MDD的发展进程，进而发挥下调GSK3β的作用[23]。有一组研究报告指出，PBMC中下调的lncRNA比例较大[24]，而另一组报告则显示：抑郁症患者全血中lncRNA上调的比例较高[18]。

研究发现抑郁症患者血液中lncRNA存在异常,lncRNA可以作为MDD的诊断性生物标记物。例如，与健康人对照相比，在MDD患者的外周血细胞中LINC01108的表达水平显著升高，而LINC00998的表达水平显著下降[7]。研究发现[25]，相较于健康受试者，MDD患者外周血白细胞中有5种lncRNA表达水平存在差异性变化。其中，RMRP(一种核DNA编码的lncRNA)的表达水平较低，而MER11C，PCAT1，PCAT29和Y5的表达水平较高。在抑郁症模型小鼠的血液中检测到RMRP的表达水平呈下降趋势。这些结果表明了5种lncRNA(特别是RMRP)在某种程度上的潜在用途，可以作为抑郁症的生物标记物。

4 LncRNA作为治疗抑郁的靶标

由于发现lncRNA具有诊断抑郁症的潜在意义，其在治疗方面的研究也随之受到重视。与差异表达的lncRNA反义并重叠的3个差异表达的基因(LY6E、IRF2和HMBOX1)均参与干扰素(interferon, IFN)信号传导过程，IFN信号传导过程在CNS稳态和神经精神类疾病(包括MDD)中都发挥着重要作用[26]。研究发现，经抗抑郁药物治疗后，抑郁症患者的血白细胞中LY6E表达明显上调，可能提示lncRNA在抑郁症中对IFN信号传导有一定的影响[27]。有研究分析了在3个不同时间点(接受抗抑郁治疗前，治疗3周和治疗6周)MDD患者的PBMC中8个lncRNA的表达情况。结果显示，经过6周的治疗，7个下调的lncRNA的表达水平显著上调，同时，对通路的分析表明，与差异表达的lncRNA相关的基因参与了中枢神经系统疾病。从接受抗抑郁治疗的许多患者身上也证实了6种lncRNA(TCONS00019174、ENST00000566208、NONHSAG045500、ENST00000517573、NONHSAT034045和NONHSAT142707)与抗抑郁药物的作用机理有关[22]。其中，NONHSAG045500的表达失调可能参与了5-HT传递功能障碍的病理改变，通过作用于MDD患者的血清素转运蛋白SERT来发挥抗抑郁治疗的作用[28]。MDD患者经氟西汀治疗后，52个上调的lncRNA和29个下调的lncRNA被逆转表达[21]。这些研究表明lncRNA参与了抗抑郁药物的作用机制,可以作为抗抑郁治疗的潜在靶标。

5 总结和展望

作为世界范围内导致残疾的主要原因，抑郁症参保者的总医疗保健费用远高于非抑郁症参保者[29]。下一代测序技术从根本上改变了我们看待基因组的态度，以前被视为“垃圾DNA”的基因逐渐引起了人们的注意。人类基因组中大多数带注释的基因座都是非编码的，而研究人的基因与环境的相互作用显然是很困难的，因为在环境中存在着许多无法控制或测量的变量因素[30]。LncRNA介导的基因差异性表达和表观遗传调控与抑郁症的发生发展密切相关。另外，lncRNA在抑郁症患者的性别上也是有明显特异性的，基于上述可以推断lncRNA在抑郁症方面具有诊断生物标志物和治疗靶标的潜能。

目前，对于lncRNA在抑郁症方面确切的作用机制的研究尚处于萌芽状态；受lncRNA研究方法所限，其自身的功能特征还有待更深入地研究；抑郁症动物模型缺乏直观特异的检测标准；现阶段，绝大多数动物模型依然用的是雄性鼠，这就限制了性别差异性的研究；抑郁症是高度异质性疾病，这在一定程度上也给研究造成困难。随着这些问题的解决和更多研究成果的出现，预计未来将改善我们对抑郁症发病机理中lncRNA作用的理解，这会促使我们找到抑郁症新颖的临床诊断方法和治疗靶标。