长链非编码RNA与冠心病相关性研究进展

尹 亮, 刘德敏, 谷国强

(河北医科大学第二医院 心内科, 河北 石家庄 050000)

随着基因测序的飞速发展，长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)逐渐成为生命科学领域的研究热点。目前lncRNA在冠心病(coronary artery disease, CAD)方面的研究相对较少, 但其被认为是CAD危险因素和细胞功能的重要调节因子, 提示lncRNA很有可能为CAD的诊断及治疗提供新思路。动脉粥样硬化(atherosclerosis，AS)、心绞痛(angina pectoris，AP)、心肌梗死(myocardial infarction, MI)、冠状动脉慢性完全闭塞(chronic total occlusion，CTO)是CAD发展的不同阶段。随着心肌长期缺血导致心肌收缩力下降、心肌纤维化(myocardial fibrosis, MF)。最终发展为心力衰竭(heart failure, HF)。本文旨在从lncRNA的生物学特点以及lncRNA在AS、CAD、MI、HF、AP和CTO等疾病的分子机制进行综述。

1 lncRNA的特征与功能

lncRNA是一种长度超过200核苷酸的非编码RNA(non-coding RNA, ncRNA)。 lncRNA构成了绝大多数的非蛋白编码转录组。迄今为止, 至少有58 000个lncRNA基因被分类。大多数的lncRNA都是由RNA聚合酶Ⅱ转录的，因此有一个5’甲基鸟苷帽的头端和一个3’聚合酶A的尾巴结构, 但由于缺乏一个开放的阅读框架, 缺乏对蛋白质进行编码的能力, 所以过去人们认为lncRNA是无功能的核酸[1]。

目前对lncRNA的研究表明:lncRNA在细胞核内不仅可将染色质修饰酶引入特定的基因组位点来激活或抑制基因表达, 也可以作为媒介将转录因子与基因组靶基因分离，进而抑制基因转录。根据 lncRNA 与蛋白质编码基因的位置关系，分为以下几类[2]: ①正义lncRNA;②反义lncRNA;③内含子lncRNA;④双向lncRNA;⑤长基因间ncRNA;⑥增强子RNA。近年来研究发现lncRNA与多种心血管疾病相关, 包括病理性肥大和发育、血管疾病、AS、血脂异常和代谢[3]。提示lncRNA很有可能为CAD的诊断及治疗提供新思路。

2 AS

2.1lncRNA MALAT1 肺癌转移相关转录本1(metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1, MALAT1)是第一个被鉴定与肺癌相关联的lncRNA, 但其在大血管和微血管的内皮细胞均有表达。Gong等[4]在高糖诱导的人脐静脉内皮细胞(human umbilical vein/vascular endothelium cell, HUVEC)发现MALAT1表达明显上调。而敲除MALAT1可以抑制NF-κB信号通路的激活, 从而降低了炎性细胞因子, 如:肿瘤坏死因子α和白介素-6，进而抑制HUVEC的凋亡和炎症。另一项研究, Chen等[5]发现过表达MALAT1以分子海绵形式抑制miR-155-5p, 并上调核因子I/A的表达，进而抑制AS的进展。

2.2lncRNA ANRIL INK4基因座中反义非编码RNA(long non-coding antisense RNA, ANRIL)在AS患者的内皮细胞血管平滑肌细胞、炎性细胞和组织中均有表达, 提示可能影响AS的发展[6]。Liu等[7]研究发现ANRIL表达与白细胞介素-10和单核细胞趋化蛋白1等细胞因子相关, 而这些细胞因子上调是内皮功能障碍的标志物。ANRIL通过TGF-βR1/Smad通路抑制miR-let-7b调节HUVEC功能, 而内皮细胞作为AS进展过程中的基础细胞, 其功能的改变可影响AS的进展。ANRIL可能作为早期AS的诊断标志物, 但仍需在大样本人群中验证。

2.3lncRNA OIP5-AS1 Wang等[8]发现lncRNA相互作用蛋白5反义转录1(opa-interacting protein 5 antisense transcript 1，OIP5-AS1)通过调节糖原合酶激酶3β和EZH2增强子导致氧化型低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)介导的HUVEC凋亡。另一项研究, Zhang等[9]在ox-LDL介导的HUVEC模型中发现OIP5-AS1以分子海绵抑制miR-320a并增加ox-LDL受体1表达, 促进了HUVEC的存活和低密度脂蛋白的释放, 加速AS的进展, 而敲除OIP5-AS1具有相反的效应。以上研究提示OIP5-AS1参与AS的进展。

2.4lncRNA MEG3 lncRNA母系表达基因3 (maternally expressed gene 3，MEG3)在多种肿瘤细胞表达均下调, 然而在AS中直接作用机制未被明确。Wu等[10]研究发现, MEG3过表达可竞争内源性RNA抑制内皮细胞中miR-21的表达, 并上调Ras同源物基因家族成员B(ras homolog gene family member B，RhoB)和第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)的表达水平, 从而抑制内皮细胞的增殖和迁移。

3 CAD

3.1lncRNA ANRIL Jarinova等[11]研究发现ANRIL可以影响 P15INK4b表达。P15INK4b是一种肿瘤抑制因子, 可促进血管重建, 抑制病理性血管内膜的增生, 从而延缓AS的形成。而ANRIL可以通过抑制P15INK4b的表达而发挥促AS的作用, 导致CAD的进展。Cho等[12]发现CAD患者循环中ANRIL最长的转录物NR003529表达上调, 显著降低EZR和CXCL11的表达, 而增加LYVE1和TMEM106B的表达, 加速了单核细胞的黏附和转运进而导致AS, 最终促进CAD的发生发展。而敲除ANRIL则出现相反的结果。ANRIL另一转录产物过表达DQ485454显著促进CLIP1、EZR、LYVE1、CXCL11、ENC1的表达, 抑制TMEM100和TMEM106B的表达, 综合结果显著降低单核细胞的黏附和转运, 拮抗CAD的发展。

3.2lncRNA H19 lncRNA H19位于11号染色体, 其基因多态性与CAD密切相关。虽然H19在正常人群循环中检测不到, 但在血管损伤或AS病变内膜中却高度表达。Zhang等[13]采用qRT-PCR方法检测了300例CAD患者血浆中H19的水平得出的结论是：CAD患者的血浆H19水平显着升高。研究还发现血浆H19水平升高与CAD风险增加有关, H19可能被认为是CAD的一个新的生物标志物。Kallen等[14]发现H19能够充当分子海绵调节let7, 进而下调let7与靶mRNA的自由结合水平。提示H19抑制let7表达, 导致CAD的发生发展。

3.3lncRNA GAS5 lncRNA生长特异抑制物5(lncRNA growth arrest-specific 5, lncRNA GAS5)与细胞炎症密切相关, 而CAD通常被认为是一种炎症性疾病。具体来说, GAS5可以阻止糖皮质激素受体和受体结合元件的结合, 从而阻碍糖皮质激素介导的信号转导, 从而在炎症中发挥关键作用。糖皮质激素信号转导异常是CAD发病的主要原因之一, 高糖皮质激素含量可导致心血管症状加重[15]。此外, 在一项中国人口的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism，SNP)调查中, Li等[16]共纳入436例CAD患者, 发现吸烟作为独立的危险因素, 与lncRNA GAS5/miR-21/mTOR轴的SNP相互作用导致CAD的发生, 有利于CAD的诊断和预后预测。

3.4lncRNA CASCⅡ lncRNA肿瘤易感候选基因Ⅱ(cancer susceptibility Ⅱ, CASCⅡ)最初发现是在癌症中起着重要作用, 而最新研究发现在CAD中同样发挥着关键作用。Chen等[17]在一项随机对照研究收录82例CAD患者发现CASCⅡ水平下调, 提示CASCⅡ水平的变化可能作为CAD潜在的预后和诊断价值。由于转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)的过度表达通过调节下游基因, 如鞘氨醇激酶-1和金属蛋白酶组织抑制因子-1来调节心肌代谢导致自噬, 从而促进CAD的发展。而CASC11过表达下调了TGF-β1的mRNA和蛋白水平, 因此延缓CAD的发展。

4 MI

4.1lncRNA HULC lncRNA肝癌高表达转录本(highly up-regulated in liver cancer，HULC)是第一个被证实在人肝癌中过表达的非编码转录本。在小鼠MI模型中研究发现HULC表达下降。具体可能机制是：HULC以分子海绵抑制miR-29b, 减轻缺氧诱导的炎症损伤, 促进血管生成和HUVEC细胞的增殖, 有助于缓解AMI后心肌的损伤。这些发现提示HULC可能是MI发病机制中的重要调控因子, 也可能是MI诊断和治疗的一个新的生物标志物[18]。

4.2lncRNA KCNQ1OT1 多项研究已经发现lncRNA KCNQ1重叠转录物1(KCNQ1 overlapping transcript 1，KCNQ1OT1)在心脏疾病中发挥重要作用。Li等[19]在小鼠MI模型中发现抑制KCNQ1OT1表达可能通过上调脂联素受体1(adiponectin receptors1，AdipoR1)表达保护MI后心肌缺血/再灌注损伤。不仅如此, 抑制KCNQ1OT1还可以通过调节p38 MAPK/NF-κB信号通路减少MI炎症因子的释放进而保护心肌细胞。Liao等[20]发现在小鼠MI模型中, KCNQ1OT1海绵吸附miR-466k 和miR-466i-5p, 促进下游Tead1基因表达, 促进MI后心肌细胞损伤, 为MI的发病机制提供了新的思路。

4.3lncRNA XIST 越来越多的研究表明lncRNA X染色体失活基因(X inactivate-specific transcript，XIST)在细胞增殖、分化和基因组维持中起着关键作用。一项动物实验中发现XIST表达上调, 而敲除XIST可以保护心肌细胞活力, 防止细胞凋亡。具体研究机制可能是XIST能直接抑制miR-101a-3p的表达, 进而促进下游低聚果糖(fructooligosaccharides, FOS)的表达, 最终导致MI恶化, 提示lncRNA XIST/miR-101a-3p/FOS轴可能是治疗MI的潜在靶点之一[21]。

4.5lncRNA MIAT MIAT的第5号外显子存在MI易感性变异, MI与该基因转录水平升高有关, 提示MIAT可能在MI的发病机制中发挥作用。Vausort等[22]通过对414例MI患者与86例健康对照者全血细胞中包括MIAT在内的5种lncRNAs表达水平研究得出结论：与健康志愿者相比, MI患者HIF1a-AS2、KCNQ1OT1和MALAT1升高, ANRIL降低, HIF1a-AS2水平因胸痛发作时间而异, 此外, MIAT与吸烟有相关性, 与血液中淋巴细胞计数呈正相关, 与中性粒细胞计数、血小板计数呈负相关, 且ANRIL、KCNQ1OT1、MIAT和MALAT1对区分ST段抬高心肌梗死和非ST段抬高心肌梗死有参考价值。另一项研究, Ma等[23]招募212例AMI患者和218例健康对照者。使用qRT-PCR和测序技术获得了MIAT的SNP, 其中 rs5752375和rs9608515的多态性与中国汉族人群的MI密切相关。该结果对于MI的早期诊断具有临床重要性。这项通过对患者的直接研究, 更加充分肯定了MIAT在MI中的作用。

5 HF

5.1lncRNA SOX2OT Y染色体性别决定基因簇2重叠转录本(sex-determining region of Y chromosome-box2 overlapping transcript，SOX2OT)是一种新型的肿瘤相关lncRNA。Greco等[24]研究表明, SOX2OT在非终末期和终末期HF患者的心脏组织中过表达, 提示其可能参与调节HF进展, 但是具体的机制Greco未明确阐明。由于HF的发生与MF密切相关。MF是指心肌组织中胶原纤维过度沉积。随着Ou[25]等研究发现：在HF小鼠模型, 通过抑制SOX2OT可减弱小鼠的MF。进一步研究发现, SOX2OT以海绵吸附138-5p并上调TGF-β1。而TGF-β1是一种重要的促纤维化的细胞因子, 与胶原纤维的合成有关。以上结果提示SOX2OT可能是HF的重要靶点之一。

5.2lncRNA KCNQ1OT1 KCNQ1OT1不仅与MI密切相关, 在HF中也发挥着重要的调控作用。融合肉瘤(fused in sarcoma, FUS)是广泛表达的多功能蛋白, 参与多种生物过程, 如DNA修复、基因转录、氧化应激和线粒体损伤[26]。Lai等[27]在阿霉素诱导的HF小鼠模型中, KCNQ1OT1表达上升。而KCNQ1OT1本身促进心肌细胞凋亡。同时还发现KCNQ1OT1正向调控FUS表达促进HF小鼠的心肌细胞凋亡, 而敲除KCNQ1OT1则得出相反的结果。

5.3lncRNA LUCAT1 在一项前瞻性、多中心的研究中发现HF患者中lncRNA肺癌相关转录本1(lung cancer associated transcript 1，LUCAT1)降低1.7倍, 与患者预后不良相关。AC16心肌细胞中, LUCAT1可以直接与miR-612结合, 通过lncRNA LUCAT1/ miR-612/HOXA13轴抑制细胞增殖, 促进凋亡。因此，这种lncRNA可能成为一种HF的预后标志物[28]。另一项体外实验证明高糖处理的AC16心肌细胞中, LUCAT1表达明显上调, 抑制LUCAT1能够下调CYP11B2基因, 从而逆转HG诱导的心肌细胞损伤, 提示LUCAT1可能是糖尿病合并心血管疾病的潜在治疗靶点[29]。

5.4lncRNA GASL1 生长阻滞相关的lncRNA 1(growth-arrest-associated lncRNA1，GASL1)是近年来新发现的lncRNA, 在肺癌中低表达, 参与细胞的增殖, 具有抗肿瘤作用[30]。GASL1在HF的调节中同样发挥着重要作用。Deng等[30]入组72例HF患者, 发现HF患者中GASL1表达降低, 而TGF-β1表达升高。进一步通过AC16体外实验证实GASL1过表达可能通过下调TGF- β1来改善HF的证据。更重要的是：通过统计发现血浆中GASL1水平较低的患者的总生存率明显低于血浆中GASL1水平较高的患者。综上所述, GASL1不仅是潜在的诊断标志物, 还能改善HF患者的预后。

6 AP

AP是CAD最常见的临床表现之一, 与心肌缺血相关。但国内外相关文献报道较少。近期, 李香梅等[31]在一项病例对照研究中发现外周血lncRNA ENST00000589524.1在SAP患者中表达明显上调。而宋宁等[32]同样在病例对照研究发现lncRNA ENST00000418539.1诊断SAP的灵敏度较高，其可能是SAP的潜在生物标志物。遗憾的是，两位学者均未阐述具体的机制, 需要更多的基础研究寻找其分子机制, 争取早日用于临床治疗。

7 CTO

侧支动脉的生长为CTO患者的血液灌注提供了另一种途径, 这一过程称为侧支动脉形成。虽然这些侧支往往不能使心脏灌注恢复到正常水平, 但可以向心脏缺血区持续灌注, 从而预防或减轻心肌缺血, 缩小梗死面积, 保护左心室功能, 甚至降低病死率[33]。白血病诱导的非编码激活因子RNA-1(leukemia-induced noncoding activator RNA-1，LUNAR1) 是一种受Notch信号调控的特异性细胞间黏附分子lncRNA。LUNAR1的表达是由胰岛素样生长因子受体-1基因位点的增强子调控, 其转录过程首次在人类T细胞白血病中被发现。研究表明LUNAR1不仅能增强胰岛素样生长因子受体-1的表达, 还能促进血管生成, 提高细胞存活率[34]。Lu等[35]发现CTO患者LUNAR1与微血管生成之间直接相关, 循环中lncRNA LUNAR1水平与冠状动脉侧支良好及Rentrop评分均呈正相关。这表明LUNAR1促进CTO侧支发育, 增加心肌灌注。

8 结语与展望

lncRNA在CAD发生发展及疾病的诊断和预测方面具有重要价值, 对心血管疾病具有重要的诊断和预测作用。目前的研究已经部分揭示CAD及其亚型均存在某些特异性及敏感性较高的lncRNA。但lncRNA表达水平与冠心病的严重程度以及疾病的预后的相关研究资料仍相对较少, 需要进一步努力及探索。