LncRNA在年龄相关性眼病中的调控作用研究进展

成天禹 综述 管怀进 审校

1上海交通大学附属第六人民医院眼科，上海 200233；2南通大学附属医院眼科，南通 226100

在人类基因组中，只有不超过2%的基因序列可编码为蛋白质，剩下的绝大部分为非编码RNA(non-coding RNA，ncRNA)[1]。近年来，人们发现ncRNA能通过多种机制参与调控真核生物的生长发育，影响DNA复制、转录调控、染色质修饰等。长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)是一类长度大于200个核苷酸并且无编码蛋白质功能的转录本[2]，其广泛存在于哺乳动物中，主要从表观调控、转录调控及转录后调控等方面发挥调控作用。年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration，AMD)和年龄相关性白内障(age-related cataract，ARC)是主要的年龄相关性眼部疾病，其导致的不可逆视力损伤严重影响患者生活质量，因此早期诊断及治疗尤为重要。近年来，研究发现lncRNA在年龄相关性疾病中发挥着重要的生物学作用，如lncRNA BACE1-AS能调节阿尔茨海默病关键酶BACE1的表达水平[3]，lncRNA MALAT1能上调帕金森病致病基因α-突触核蛋白水平[4]，lncRNA SENCR影响血管平滑肌细胞的迁移和增生，并能调控血管内皮细胞的分化，影响动脉粥样硬化的发展[5]。本文主要就lncRNA在AMD和ARC中的研究进展进行综述，为探讨其病因机制及诊疗提供新依据。

1 LncRNA概述

LncRNA由RNA聚合酶Ⅱ(RNA polymeraseⅡ，RNAPⅡ或PolⅡ)催化转录而来，因缺乏有效的开放阅读框(open reading frame，ORF)而不具有编码蛋白质的功能[6]，其主要有以下功能：(1)通过结合表观遗传相关蛋白，募集染色质重构和修饰复合体到特定位点，调控相关基因的表达。(2)通过碱基配对与靶基因竞争性结合微小RNA(microRNA，miRNA)，从而调控靶基因的表达，调节细胞活动。(3)可作为miRNA前体，直接影响靶基因miRNA的表达。(4)影响下游靶基因的转录因子与启动子结合，从而调控靶基因转录。(5)参与mRNA转录后对基因表达的调控，如前体转化、可变剪切、RNA编辑等。随着对lncRNA的深入研究，发现有些lncRNA具有一类高编码可能性的小开放阅读框(small ORF，smORF)，并且其编码的特定小肽具有重要的生物学意义[7-8]。这些研究进一步拓展了对lncRNA的传统认知，并丰富了lncRNA发挥功能的多样性。

2 LncRNA与AMD

AMD是由于视网膜黄斑区发生不可逆退行性改变和新生血管形成，从而导致进行性视力下降，是50岁以上人群常见的致盲眼病，其全球发病率约为8.7%[9-10]。临床上，AMD可分为干性(非新生血管性或萎缩性)和湿性(新生血管性或渗出性)AMD[11]。干性AMD是常见的类型，其主要特征是玻璃膜疣数量增多、直径增大，视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)细胞进行性萎缩、色素不规则，以及视敏度上的分级损失[12]。虽然湿性AMD占患者总比例较少，但约90%AMD相关的视力丧失均与湿性 AMD有关，并且病程发展迅速[13]。目前临床上主要采用抗血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)治疗AMD，但其治疗复发率高，且有可能导致严重的不良反应。因此，了解AMD潜在发病机制中的关键因素并为AMD的合理治疗提供依据尤为重要。近年来，越来越多的研究发现lncRNA调控的分子机制在AMD的病程发展中具有重要作用，我们也需要更加详细地了解AMD的发病机制，从而开发治疗AMD的有效药物。

2.1 LncRNA ZNF503-AS1与AMD

Zhao等[14]研究发现，RPE细胞的去分化促进了AMD的发展。Chen等[15]研究中使用微阵列的方法鉴定人诱导多能干细胞(human induced pluripotent stem cells，hiPSCs)和hiPSCs衍生RPE细胞中的lncRNA表达谱。最初鉴定发现了217个差异表达的lncRNA，其中有13个lncRNA显示出超过一般变化2倍以上的改变。LncRNA ZNF503-AS1定位于染色体10q22.2上，主要存在于RPE细胞的细胞质中，其表达随着RPE细胞的分化过程一起上调，并且在AMD患者的RPE细胞中下调。体外研究表明，lncRNA ZNF503-AS1的缺失可抑制RPE细胞分化，促进其增生和迁移。由于lncRNA ZNF503-AS1是从ZNF503基因座的反义链转录得到，该研究进一步揭示了其在ZNF503表达中的调控作用，lncRNA ZNF503-AS1与ZNF503表达呈正相关。该研究结果还表明，ZNF503可以抑制RPE分化，促进其增生和迁移。因此，lncRNA ZNF503-AS1能通过下调ZNF503表达促进RPE细胞分化，影响AMD的发展。此外，核因子-κB(nuclear factor-κB，NF-κB)被认为是lncRNA ZNF503-AS1潜在的上游转录因子，其可能通过调节ZNF503-AS1的表达来促进RPE细胞分化。可见，lncRNA ZNF503-AS1的上下游机制均能调控RPE细胞的分化，从而影响AMD的发展。LncRNA ZNF503-AS1在AMD病理学中的潜在作用研究可能有助于AMD患者的治疗。

2.2 LncRNA BANCR与AMD

LncRNA BANCR是长693 bp且由BRAF激活转录的非编码RNA，位于9号染色体。有研究发现该lncRNA能调节上皮-间充质转化[16]。此外，Su等[17]研究发现，lncRNA BANCR在视网膜母细胞瘤(retinoblastoma，RB)肿瘤组织及细胞系中的表达水平显著升高，能促进细胞的增生、迁移及侵袭能力。Kutty等[18]研究发现，促炎性细胞因子干扰素(interferon，IFN)-γ、白细胞介素-1β和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor，TNF)-α能显著降低RPE细胞分化过程中的关键基因表达，并能改变RPE细胞的形态。该研究中通过芯片分析已知lncRNA的表达差异，发现lncRNA BANCR表达水平升高，IFN-γ能通过激活JAK-STAT1信号通路增加lncRNA BANCR的表达，并且JAK阻断剂能抑制该lncRNA的表达。该研究揭示了AMD中促炎性细胞因子通过调控lncRNA表达水平发挥上游机制，从而影响RPE细胞的功能。

2.3 LncRNA MEG3与AMD

LncRNA MEG3在许多人类正常组织中表达，但研究发现在许多类型的肿瘤和肿瘤细胞系中其表达缺失，可作为潜在的肿瘤抑制因子。之前的研究表明，lncRNA MEG3在糖尿病视网膜病变和RB组织标本中表达水平降低，其低表达有助于RPE细胞的增生与迁移[19-20]。有研究认为，长期光照暴露会使机体氧化应激水平升高，视网膜色素变性导致黄斑区色素沉着，从而损害视力，加速AMD进展[21]。Zhu等[22]通过体外细胞光照模型和建立光诱导视网膜退行性变性小鼠模型发现，lncRNA MEG3表达水平随着光照暴露时间的延长而升高；在过氧化氢诱导体外氧化应激细胞模型中，lncRNA MEG3的表达水平亦随着氧化应激水平的升高而升高；之后，通过在小鼠模型中沉默lncRNA MEG3能显著降低凋亡的视网膜细胞数目，且能增加视紫红质含量，与细胞模型实验结果一致，表明沉默该lncRNA能改善光诱导的视网膜退行性病变，其可能是通过直接激活p53的表达来实现。可见，lncRNA MEG3的表达水平及多功能的分子调控机制在视网膜病变中具有重要作用。

3 LncRNA与ARC

ARC是全世界视力低下和致盲的常见原因[23]，其主要表现为晶状体透明度降低或者颜色改变导致光学质量下降的退行性改变。ARC是环境、营养、代谢和遗传等多种因素对晶状体长期综合作用的结果。目前，手术成为白内障常见的治疗方法，但其手术并发症的风险仍然无法完全避免，如后囊膜混浊等。并且，白内障患者数量多、医疗资源分布不均衡、手术费用昂贵也给其手术治疗带来不便[24-25]。因此，研究ARC发病机制，为其寻找非手术治疗方法成为研究热点，lncRNA的发现为全面阐释ARC的发病机制提供了新的视角。

3.1 LncRNA MIAT与ARC

LncRNA MIAT最先由Ishii等[26]发现，是一种心肌梗死相关转录物，在血管动脉粥样硬化进程中起调控作用。Shen等[27]通过芯片分析检测透明晶状体与混浊晶状体中lncRNA的表达，结果显示有38个lncRNA表达存在差异，通过增加样本量分析，lncRNA MIAT在混浊晶状体中表达显著增加；并且，通过检测青光眼、增生性玻璃体视网膜病变、眼外伤患者的血液和房水，白内障患者lncRNA MAIT表达水平明显增加，说明lncRNA MIAT可能是白内障发生的潜在标志物。后续研究表明，抑制lncRNA MIAT能导致过氧化氢诱导的晶状体上皮细胞(lens epithelial cell，LEC)氧化应激模型中细胞增生能力下降及细胞凋亡，其通过结合miR-150-5P经AKT信号通路调节LEC增生与凋亡。同时，降低lncRNA MIAT表达水平也能抑制TNF-α诱导的细胞增生和迁移，从而减少后发性白内障的形成。此研究揭示了在常见的眼部疾病中，lncRNA MIAT可能是白内障特有的潜在生物标志物，为白内障患者诊断提供了新的理论依据。

3.2 LncRNA TUG1与ARC

LncRNA TUG1是长度为7.1 kb的lncRNA，位于人染色体22q12.2，其首次鉴定为牛磺酸作用后视网膜细胞上调的基因，是视网膜光感受器正常发育所必需的[28]。研究发现，lncRNA TUG1在胃癌、结直肠癌、神经胶质瘤等肿瘤中发挥重要作用，主要通过ceRNA模式与转录因子竞争性结合miRNA、调控细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子及影响肿瘤血管生成等途径参与肿瘤的发生和发展。Li等[29]在正常透明晶状体和白内障患者LEC中验证lncRNA TUG1和Caspase-3表达水平升高，其竞争性结合的miR-421表达水平降低。在紫外线照射LEC诱导凋亡模型中，lncRNA TUG1过表达能使LEC的凋亡率升高，反之，抑制其表达则使其凋亡率降低，同时敲减lncRNA TUG1和miR-421又能使LEC凋亡率升高。LncRNA TUG1调控LEC凋亡水平的主要机制是通过抑制miR-421表达水平，从而升高Caspase-3表达水平，促进LEC凋亡，导致ARC的发展。可见，lncRNA TUG1高表达促进了ARC的发展，其可能成为ARC患者潜在的治疗靶点。

3.3 LncRNA H19与ARC

LncRNA H19是与IGF2基因印记相关的lncRNA，位于人类染色体11p.15.5[30]。研究发现，lncRNA H19在多种人类肿瘤组织中存在表达差异，且其表达水平与肿瘤复发、转移及预后密切相关。Liu等[31]通过对核型ARC lncRNA测序分析及后续扩大样本发现，在核型ARC中随着疾病程度的加重lncRNA H19表达水平越来越高。LncRNA H19水平增高能促进细胞增生和迁移，减少细胞凋亡。同时，lncRNA H19的第一外显子区可编码并释放miR-675[32]，miR-675可直接结合CRYAA的3'-非翻译区，抑制该基因表达，影响晶状体的清晰度和折射率，从而参与ARC的发展。

高通量测序技术的发展很大程度上促进了lncRNA的研究，通过对健康标本和疾病标本的测序分析，可以得到差异表达的lncRNA，这些差异表达的lncRNA作为潜在的靶标基因，能调控不同的分子机制从而影响年龄相关性眼部疾病的发展。LncRNA在年龄相关性眼部疾病中的研究仍然处于起步阶段，虽然目前已发现部分lncRNA与AMD和ARC的发展相关并进行了鉴定，但已经明确具有重要分子生物功能的lncRNA仍然相对较少。同时，已发现的lncRNA相关疾病的特异性也有待继续深入研究，这就为lncRNA临床靶向诊疗设计带来了新的挑战。相信随着研究手段的不断创新与发展，lncRNA有望成为年龄相关性眼部疾病诊疗中的新型生物标志物或新的治疗靶点。

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