长链非编码RNA在帕金森病中的研究进展

敬聪 王志刚 丁向前 邹杨鸿 余化霖 耿鑫

帕金森病(Parkinson’s disease，PD)是影响中老年人健康的第二大神经退行性疾病，仅次于阿尔兹海默症[1]。1817年，James Parkinson博士首次提出PD是一种以运动和非运动为特征的慢性、进行性神经退行性疾病[2,3]。PD的主要病理特征是大脑黑质中多巴胺能神经元(Dopaminergic neuron、DAN)的逐渐丧失，导致纹状体中缺乏多巴胺(Dopamine，DA)，引起下游基底神经节回路的病理生理变化，继而引起运动功能障碍[4-6]。PD的运动症状主要包括静止性震颤、强直、姿势不稳定和运动迟缓等[7,8]。在运动障碍之前还可能出现非运动症状，包括焦虑症、记忆障碍、自主神经功能障碍以及情绪和记忆障碍[9]。据统计，PD影响了全世界约400万人，发达国家患病率约为0.3%[10]，在我国，>60岁人群患病率高达1.0%[11]。PD在<40岁的人群中少见，其发病率随年龄增加而增加。据估计，>80岁人群中，大约有超过80%都会受到影响[12]。此外，多项研究表明，帕金森病的发病与性别也有一定关系，男性发病的平均年龄比女性早2年，且男性的发病率是女性的2倍[13]。另外，流行病学研究表明，居住在农村地区和接触农药(特别是百草枯)是PD的危险因素[14]，吸烟和喝咖啡是保护因素[15]。随着全球老龄化人口的日益增加，PD患者的人数逐年增加，这极大地影响了患者及其家庭的生活质量。因此，进一步了解PD的分子机制，提出有效的治疗目标和治疗方案仍然是重中之重。遗传、环境、年龄等是目前公认与PD相关的发病因素。残余神经元细胞质中的路易小体(Lewy body，LB)的形成和α-突触核蛋白(α-Synuclein，α-Syn)的积累被认为是参与PD形成机制的主要因素[16]。小部分PD患者具有遗传性或隐性遗传的单基因(例如富亮氨酸重复序列激酶2(Leucine-rich repeat kinase 2，LRRK2)基因)。研究表明，黑质中DAN神经元的变性和凋亡与蛋白酶体功能异常、线粒体功能障碍、氧化应激、神经炎症和转录信号变化密切相关[17]。近年来，随着对PD各个方面的深入研究，使得我们对PD的发病机制有了更深一步的认识。长链非编码RNA(Long non-coding RNA，LncRNA)是长度超过200个核苷酸(nt)的 RNA，位于细胞核或细胞质中[18]，尽管他们自身并不编码蛋白质，但可以通过调节各种细胞生物过程(如细胞转录、组蛋白修饰和DNA甲基化)来发挥其独特的作用[19]。lncRNA是一种具有生物功能的新的潜在生物标志物[20]。本文回顾了与PD相关的几种常见LncRNA相关研究，为基于lncRNA的PD的诊断、治疗及预后提供新的思路。

1 LncRNA

1.5%～2%的人类基因组是蛋白质编码区，而其余约98%的转录成没有蛋白质编码能力的转录物，称为非编码RNA(non-coding RNA，ncRNA)ncRNAs，近年来， ncRNA在神经发育、再生和神经退行性疾病过程中的作用成为研究的热点。研究证明，其在正常细胞发育、功能以及各种疾病的发病机制中具有重要的调节作用，包括microRNA (miRNA)、LncRNA 等，其中数量最多的是LncRNA[3,21]。越来越多的证据清楚地说明了ncRNAs在多种生物过程(如大脑发育和分化)和各种疾病(如阿尔茨海默氏症、亨廷顿氏症、帕金森氏症和脊髓小脑共济失调病)中的关键作用[22]。如今关于LncRNA 研究还相对较少，被证实的作用机制不到100种[23]。与编码RNA 相比，LncRNA编码蛋白能力更弱[24]。在过去几十年里，随着高通量平台技术的高速发展，哺乳动物基因组的转录方式得到了证明，之前未被研究人员发现的LncRNA逐渐被发掘出来。

LncRNA通常被5’加帽，剪接和3’-聚腺苷酸化，并被RNA聚合酶Ⅱ转录[25]。在许多方面，lncRNA与编码蛋白质的mRNA相似，但转录数较低，主要存在于细胞核中，特异性序列保守性很差[26]。根据lncRNA编码序列和蛋白质编码基因的相对位置，可分为5类[27]：(1)正义lncRNA(sense lncRNA)：与蛋白质编码基因重叠的lncRNA序列；(2)反义lncRNA(antisense lncRNAs)：与蛋白质编码基因的反义链重叠的lncRNA序列；(3)双向lncRNA(bidirectional lncRNAs)：相对于蛋白质编码基因从不同的双向启动子转录的lncRNA序列; (4)基因内lncRNA(intronic lncRNA)：完全来源于转录物内含子的lncRNA序列，其可以是真正的独立转录物或前体mRNA的加工产物； (5)基因间lncRNA(intergenic lncRNAs)：位于蛋白编码基因之间但不重叠的lncRNA序列。

lncRNA与DNA、RNA或蛋白质分子相互作用，以调节基因表达，并通过多种机制发挥作用。作为基因表达的调节器，lncRNA功能根据调控方式大致分为三类[27]：(1)转录调控：lncRNA可以诱导染色质重构和修饰，充当蛋白质或染色质的支架或桥。(2)转录后调控：lncRNA可通过碱基互补对与mRNA结合，以阻断剪接体的剪接位点，从而导致剪接的转录本，mRNA变性，翻译抑制或endo-siRNAs的产生。(3)与其他生物分子的相互作用：lncRNA可以与特定的蛋白质伴侣结合以调节蛋白质的活性，充当诱饵来改变蛋白质的定位，用作支架以允许形成更大的RNA-蛋白复合物，或作为miRNA海绵与miRNA相互作用。

2 lncRNA与PD

大量的lncRNA在成人和发育中的大脑高度表达。研究人员利用高通量技术、原位杂交、微阵列分析和RNA测序(RNA-seq)，发现lncRNA在中枢神经系统(Central Nervous System，CNS)中高度表达[28]，被发现的lncRNA(1 328种中的849个)以特定细胞、亚细胞类型在大脑的不同区域表示[29,30]，通过组蛋白修饰、转录辅助因子、mRNA衰变和替代[31]在神经发育和大脑进化中发挥作用，从而调节行为和认知功能[31-33]。尽管目前对lncRNA在PD中的作用的研究非常有限，但其巨大的潜力是不容忽视的。下面从几个常见的lncRNA与PD的关系做一回顾。

2.1 Malat1 肺癌转移相关转录本1(Metastasis associated lung adenocarcinoma transcript1，Malat1)是一个8.5 kb的lncRNA，位于11q13，是Ji等[34]在早期非小细胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)研究中最先发现的，之所以被命名为MalaT1(又名α基因)，是因为它在预测早期NSCLC转移和生存方面具有临床意义。随后的一项研究表明，MalaT1在哺乳动物中高度保守，在正常神经组织中广泛表达，并与突触的形成和维持有关，暗示在发育和进化中具有潜在的重要功能[35]。α-Syn是一种突触前神经元蛋白，在LB中强势表达，参与了从遗传和神经病理到神经退行性疾病的研究[36]。Zhang等[37]研究结果显示，MALAT1与α-Syn结合以增强其稳定性，导致α-Syn的高蛋白表达。同时也发现，β-细辛醚(β-Asarone)通过降低α-Syn的表达对MPTP诱导的神经元损伤起到保护作用，这种作用可以被MALAT1的过度表达所逆转。Kraus等[38]研究发现，PD 患者体内的Malat1表达是正常人体内的3倍。Liu等[39]研究发现，在PD动物模型和细胞模型中，MALAT1通过负向调节miR-124，抑制MPTP诱导的DA神经元及MPP+诱导的SH-SY5Y细胞凋亡，在PD中可能具有保护作用。Chen等[40]研究表明，MALAT1的过度表达，可以miR-205-5p水平下调，使MPP+诱导的MN9D细胞凋亡，导致LRRK2的表达水平上调。在果蝇中，LRRK2的过表达加剧了氧化应激损伤，诱导DAN的凋亡，加重PD的进展[41]。在PD小鼠模型中，Lu等[42]发现MALAT1呈高表达，而miR-124-3p低表达，通过上调miR-124-3p，下调MALAT1和凋亡相关蛋白激酶1(death associated protein kinase 1,DAPK1)，可以改变PD小鼠的行为，减少PD细胞模型的凋亡。在未来，通过抑制MALAT1的表达，或许能改变PD的病理生理结局。

2.2 SNHG1 小核糖体管家基因RNA1 (Small nucleolar RNA host gene1，Snhg1)，又名linc00057，是由UHG转录而来的一种长的非编码RNA，位于染色体的11p12.3区域，长度约为3 927个碱基，主要参与细胞凋亡、转移等过程[43]。Kraus等[38]研究发现，Snhg1在PD 患者体内表达增加，表明Snhg1可能是PD中的关键因素。Chen等[44]研究发现LncRNA SNHG1直接与miR-15-5p结合以抑制其表达，从而促进α-Syn聚合和α-Syn诱导的细胞凋亡，这一过程与LB形成机制及其在PD中神经元丢失中的作用有关。Zhao等[45]研究表明， SNHG1的过度表达会抑制了miR-153-3p的表达，从而调节PTEN/AKT/mTOR信号转导，降低了MPP+处理的SH-SY5Y细胞的活力并增强了细胞凋亡。自噬已被证明与PD的核心机制有关。Qian等[46]研究表明，SNHG1与miR-221/222簇竞争性结合，并间接调节p27/mTOR的表达，减弱了MPP+诱导的LC3-Ⅱ(自噬标志物)水平和细胞毒性的降低，表明SNHG1可能是治疗PD中的保护性因素。

2.3 LncRNA-p21 基因间长链非编码RNA(Long intergenic noncoding RNA，LincRNA)-p21是依赖p53通路的重要下游效应分子，位于细胞周期关键调节基因p21/Cdknla上游约15 kb处，长约3.0 kb，参与细胞凋亡和DNA 损伤应答等过程。Kraus等[38]研究发现，PD患者体内LincRNA-p21是正常人的2倍。Ding等[47]研究发现lincRNA-p21通过刺激miR-625并上调SH-SY5Y细胞中的受体电位M2(transient receptor potential melastatin 2，TRPM2)，从而减轻MPP+(+)诱导的神经元损伤，因此LincRNA-p21/miR-625/TRPM2通路在PD进展中具有重要作用。Xu等[48]研究表明lincRNA-p21 通过降低miR-1277-5p 并间接增加α-Syn的表达，以抑制MPP+诱导的SH-SY5Y细胞的凋亡。微胶质促进持续神经炎在PD发病和进展中的作用已明确，Ye等[49]研究证实p53/lincRNA-p21与miR-181/PKC-δ共同形成了双负反馈环，促进了持续的小胶质细胞活化和神经变性的恶化。

2.4 NEAT1 核富含丰富的转录本1(nuclear enriched abundant transcript1，NEAT1)，又称Men ε/β，转录自人第11号染色体上的多位内分泌肿瘤1型位点。NEAT1基因编码两个转录异构体[50]，即 NEAT1+1(长度 3.7 kb)和 NEAT1+2(长度 23 kb)，参与了paraspeckles的组装，而paraspeckle的形成和神经退行性疾病有直接关联。Liu等[51]研究证实，NEAT1表达的减少可促进细胞活力并抑制细胞凋亡，并且NEAT1的下调也降低了Bax/Bcl-2的比例、caspase-3的活性以及α-Syn的表达，表明NEAT1的低表达对MPTP诱导的PD小鼠具有保护作用。Yan等[52]研究表明，NEAT1通过抑制PINK1蛋白降解来积极调节PINK1的蛋白水平，从而缓解MPP+对SH-SY5Y细胞的影响。而且NEAT1组合可有效抑制MPTP诱导的自噬，减轻DAN神经元损伤。Sun等[53]的研究也证实，NEAT1表达的降低可以有效抑制了MPP+诱导的神经元凋亡，同时证明NEAT1的下调通过靶向途径miR-1301-3p抑制了GJB1的表达，从而抑制了α-Syn诱导的NLRP3炎性小体的激活。

2.5 AS UCHL1 反义(Antisense，AS) 泛素羧基末端水解酶L1(Ubiquitin carboxy-terminal hydrolase L1，Uchl1)是对Uchl1的反义转录而成的。研究显示，在罕见的早发性家族性PD中和许多神经退行性疾病中UCHL1活性降低。Carrieri等[54]表研究明，在PD的的动物和细胞模型中AS Uch1 RNA水平下调明显，而AS Uchl1 RNA在转录因子Nurr1的调控下，影响Uchl1蛋白表达，其中Nurr1是与DAN细胞的维持和分化有关的一个重要因子。

2.6 HOTAIR HOX 反义基因间RNA(HOX antisense intergenic RNA，HOTAIR)，在人类染色体位于12q13.13，长度约2.2 kb，在大多数疾病中均表现过度表达[55,56]。Lin等[57]研究表明，HOTAIR通过调节相互作用蛋白(Rab3a interacting protein，RAB3IP)和miR-126-5p促进了PD的进展。Wang等[58]在PD小鼠模型中脑以及SH-SY5Y细胞中观察到HOTAIR表达的上调，而HOTAIR的上调增加LRRK2的表达、促进DAN的凋亡。同时沉默HOTAIR可以抑制caspase 3活性，为MPP++诱导的DA神经元凋亡的提供了保护作用。Chen等[59]研究也发现，HOTAIR与miR-126-5p相互作用，减少miR-126-5p对RAB3IP的抑制，促进DAN丢失和细胞凋亡，导致PD进展；敲除HOTAIR基因后，PD 鼠体内酪氨酸羟化酶增多、α-Syn累积减少及DAN凋亡率下降，延缓了PD进展过程。

2.7 HAGLROS 抑制HAGLRO可降低体内和体外PD模型中的细胞凋亡和自噬HAGLRO负调控miR-100表达[60]。HAGLROS的抑制通过激活PI3K/AKT/mTOR途径减轻了MPP++中毒的SH-SY5Y细胞损伤。

2.8 其他LncRNA Coupland等[61]研究表明，MAPT-AS1和DNMT1为PD中跨四个不同大脑区域的MAPT表达的潜在表观遗传调控因子。同时，增加MAPT表达可能与PD疾病状态有关，但与 PD 神经病理学严重程度不相关。帕金森病通常伴有过度炎症。心肌梗塞相关转录本2(Myocardial infraction associated transcript 2，Mirt2)抑制TNF-α，诱导的miR-101积累，表现出抗炎特性。同时，通过下调miR-101，Mirt2可以阻断TNF-α触发的NF-κB/p38MAPK通路[62]。LncRNA H19可以通过调节miR-585-3p/PIK3R3，减轻MPTP诱导PD小鼠以及MPP+治疗的神经母细胞瘤细胞的神经元凋亡[63]。通过抑制PI3K/Akt信号通路，可以下调lncRNA UCA1的表达，从而减轻DAN的损伤，减少PD大鼠的氧化应激和炎症[64]。

总之，lncRNA具有广泛的组织表达和多种生物学功能。多种触发因素共同作用会导致蛋白质错误折叠和聚集，失调的蛋白质降解，线粒体功能障碍，氧化应激，自噬，细胞凋亡和神经发炎，最终解释了PD的病理表现和临床症状。某些lncRNA在PD中起保护作用(如UCHL1，MAPT-AS1和Mirt2)，而其中一些加剧了疾病的进展(例如HOTAIR，MALAT1，NEAT1，lincrna-p21和SNHG1)。由于疾病的复杂性，不同的病理过程通常伴随着多个lncRNA的变化。由于PD涉及基因及其调控因子的复杂相互作用，而lncRNA介导复杂的共表达调控网络，单个生物学标志物的诊断价值在PD的诊断和治疗中受到限制。因此，多种生物学标志物的联合应用以提高诊断和治疗的可靠性和有效性成为当今研究的重点。由于对lncRNA机制研究的深入，PD的早期筛查能更加准确，从而提高了治疗的效率和准确性。