lncRNA在心脏肥大中的作用研究进展

晏 阳，邓勇志

心脏肥大(cardiac hypertrophy，CH)是指在心脏前负荷或后负荷增加的情况下，为了维持外周器官的灌注量，以满足其正常或应激条件下的需求而导致的心肌细胞数量不变但心脏体积增加[1]，主要有两种类型：生理性肥厚及病理性肥厚。生理性肥厚及病理性肥厚都涉及单个心肌细胞的肥大，都是作为心脏应激(例如高血压、瓣膜病、心肌梗死以及长期体育锻炼)的适应性反应引起的，但是其潜在的分子机制、心脏表型及预后事件则完全不同。主要原因是生理性肥厚及病理性肥厚伴随着基因表达的变化，从而导致心肌细胞新陈代谢、收缩力及存活的变化[2]。研究表明，长链非编码RNA(long non-coding RNAs，lncRNA)与微小型RNA(microRNAs，miRNA)均与心脏肥大高度相关[3]，但与miRNA受到的广泛研究不同，lncRNA在心脏肥大的作用研究却是刚刚开始[4]。

1 lncRNA的分类及功能

人类基因组的大部分均具有转录活性，但是只要极少部分能够被翻译成蛋白质，其余都转录为非编码RNA(non-coding RNAs，ncRNA)，非编码RNA覆盖人类基因组的98%以上[5]。lncRNA是指从基因组产生的长度大于200个核苷酸的转录本，编码潜力有限。lncRNA的命名标准基于雨果基因命名委员会的命名指导指南，lncRNA的现有分类则取决于其描述性和独特性[6]。随着对RNA测序技术的深入了解，在不同的人体组织中已经鉴定出5万多个lncRNA，分别来源于内含子、外显子及基因间隔区[7]。lncRNA的功能主要通过其定位、序列或二级结构来确定，其功能还可能通过与DNA、RNA和蛋白质的相互作用来完成。因此基于lncRNA的基因组位置，可以将其分为5个类别：反义、双向、内含子和基因间，基因间和增强子lncRNAs包含其自身的启动子，与蛋白质编码基因不同。双向lncRNA共享一个启动子，并从蛋白质编码基因的反义链转录，而内含子lncRNA在蛋白质编码基因的内含子区域内转录[8]。虽然不能基于lncRNA分类来确定lncRNA功能，但是分类有时候可以帮助了解其作用机制。还可以按其分子功能对lncRNA进行分类。①信号lncRNA：可作为分子信号以整合发育线索或对各种刺激做出反应，还可以作为重要的生物学事件标记；②诱饵RNA：可以从染色质上结合RNA结合蛋白(RNA-binding proteins，RBP)或滴定靶标miRNA来调控转录；③导游lncRNA：通过募集染色质修饰酶来修饰靶向基因位点；④支架RNA：组装多种蛋白质以形成核糖核蛋白复合物(ribonucleoprotein complex，RNP)影响组蛋白修饰；⑤增强剂lncRNA：通过充当增强子来实现改变基因的表达[9]。

lncRNA调控可以分为3个部分来阐述：①在主动转录过程中lncRNA可以进行差异剪接或在刺激后利用新的转录起始位点；②转录完成后RNA修饰可以根据细胞的炎症状态添加或删除修饰来改变lncRNA的分子结构，或被加工成成熟的miRNA，或lncRNA具有小的开放阅读框(small open reading frame，smORF)；③lncRNA在细胞核和细胞质中的调节功能，lncRNA可以是转录因子增强激活的支架，也可以是关闭染色质的支架，可以影响稳定性、改变剪接活性、修饰编辑甚至通过给成熟mRNA加帽来调控mRNA的转录。lncRNA还可以充当miRNA海绵，间接地抑制miRNA靶向mRNA的表达，或在翻译过程中与核糖体或mRNA转录物结合来调节mRNA的翻译[10]。

2 lncRNA与心脏肥大的关系

lncRNA构成了人类转录基因组的大部分，多项研究表明，最大的RNA转录类别在许多细胞过程包括细胞分化、组织器官发育到癌症的发生中都发挥着重要的作用。目前，lncRNA的研究主要集中在癌症领域[11]。随着高通量RNA测序技术的进步，越来越多的证据表明lncRNA在心脏肥大的过程中发挥着重要作用，包括Chaer、Chast、Mhrt、CHRF、ROR、H19、ZEB2-AS1、Gm15834和MIAT在内的lncRNA与心脏肥大密切相关。

2.1 lncRNA对心脏肥大的正向调控作用 表观遗传重编程是心脏肥大过程中基因诱导的关键过程，心脏肥大相关表观遗传调节物Chaer是在心脏肥大中富含的一种lncRNA，是介导心脏肥大过程的关键基因。实验发现，Chaer在应激刺激下在雷帕霉素(mTOR)信号传导途径上通过与多梳抑制物复合体(polycomb repressor complex 2，PRC2)催化亚基直接相互作用，抑制肥大基因组蛋白H3赖氨酸27甲基化，诱导心肌肥大的发生[12]。另一种心脏肥大相关转录物Chast在横断主动脉缩窄(transverse aortic constriction，TAC)操作的小鼠体内和主动脉瓣狭窄病人的心脏中都发现明显上调。Viereck等[13]研究发现，Chast负调节Chast反义链上的含Pleckstrin同源结构域的蛋白家族M成员1(pleckstrin homology domain-containing protein family M member 1，Plekhm1)阻止心肌细胞自噬以此驱动心肌肥大。而Cheng等[14]在探索lncRNA ZEB2-AS1与磷酸酶和张力蛋白同源物(phosphatase and tensin homolog，PTEN)对细胞表面积的调控作用时，发现lncRNA ZEB2-AS1可以通过下调PTEN来刺激心脏肥大。除上述几种方式以外，lncRNA Gm15834的强表达可增强心肌细胞的自噬活性促进心肌肥大的发生，而沉默lncRNA Gm15834则减弱了自噬诱导的心肌肥厚。Gm15834还可以作为microRNA(miR)-30b-3p的内源性海绵RNA，抑制miR-30b-3p增强了心肌的自噬活性并加剧了心肌肥大[15]。Wang等[16]发现，lncRNA-自噬促进因子(autophagy promoting factor，APF)可以通过调节miR-188-3p从而提高自噬相关蛋白7(autophagy associated protein，ATG7)翻译的表达，导致心肌缺血增加。Jiang等[17]研究发现，lncRNA ROR通过充当miR-133的海绵可以促进心脏肥大反应。相关研究还证明了lncRNA心肌梗死相关转录本(myocardial infarction related transcript，MIAT)对心肌肥大的其他调节作用。Zhu等[18]研究发现，lncRNA-MIAT增加了miR-150的表达，增强了心肌细胞的病理发育，从而促进了心肌肥大的发展。还有研究指出，lncRNA UCA1在经横向主动脉缩窄处理的小鼠心肌细胞中高表达，而miR-184是UCA1心脏肥大的靶标，UCA1可以通过与miR-184竞争性结合来改善HOXA9 mRNA的表达，介导心肌肥大的发展[19]。lncRNA PEG10也可以通过调节HOXA9加重心肌肥大[20]。

2.2 lncRNA对心脏肥大的负向调控作用 与上述lncRNA对于心脏肥大的正向调控作用不同，越来越多的研究证明lncRNA与心脏肥大的负向调节也具有明显的相关性。H19 lncRNA是一种在进化上高度保守的基因，其与许多重要的生物过程与疾病相关。Liu等[21]通过RNA测序法检测了正常和患病病人心脏中H19及其编码的miR-675的表达，发现其在病理性心脏肥大中上调，并在细胞实验中发现敲低H19可诱导心肌肥大，为了进一步验证H19在心脏肥大中的作用，研究者在新生小鼠心肌细胞中施用了用于小鼠H19的siRNA，用siRNA-H19转染心肌细胞可显著降低内源性H19和miR-675的表达，并显著增加细胞肥大，由此证明H19的过表达可以抑制心肌细胞的肥大生长。促肥大因子Ca/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱδ(Ca/calmodulin-dependent protein kinase Ⅱδ，CaMKⅡδ)是miR-675的直接靶标，进一步研究证明揭示了靶向CaMKIIδ的H19-miR-675轴作为心脏肥大的负调节剂的新功能[21]。进一步研究表明，H19可以与PRC2发生相互作用抑制抗肥大性Tescalcin基因座的H3K27三甲基化从而抑制活化T细胞的表达和活性，进一步逆转病理性心肌肥大[22]。另有研究发现，之前未注释过的lncRNA，称之为抗肥厚性相关转录本(antihypertrophic interrelated transcript，Ahit)在横断主动脉缩窄的小鼠心脏中表达上调，并在随后的体内与体外实验发现Ahit可以将肌细胞增强因子2A(myocyte enhancer factor 2A，MEF2A)的启动子与核心PRC2蛋白zeste 12蛋白同源物的抑制剂(suppressor of zeste 12 protein homolog，SUZ12)结合并募集到MEF2A的启动子上触发其在H3赖氨酸27残基上的三甲基化(H3K27me3)并介导MEF2A的下调，从而防止心脏肥大。其中MEF2A是参与心肌肥大的关键转录因子，Ahit介导的心肌肥大的抑制都与MEF2的表达有关，SUZ12是zeste 12蛋白同源物的抑制剂(suppressor of zeste 12 protein homolog，SUZ12)[23]。在本研究中提到lncRNA和miRNA之间在调节心脏肥大功能方面有重要联系，并发现lncRNA Gm15834抑制miR-30b-3p增强了心肌的自噬活性并加剧了心肌肥大，但在后续研究中可以发现miR-30b-3p的过表达通过靶向调控unc-51-like激酶1(unc-51-like kinase 1，ULK1)的下游自噬因子反而抑制了自噬诱导的心肌肥大[15]。所以lncRNA与miRNA之间的相互作用及其在心脏肥大中的进一步调节将是接下来研究的重点内容。将心脏肥大相关调节剂(cardiac hypertrophy related regulator，CHRF)作为抗肥大性lncRNA，发现其在血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ，Ang Ⅱ)诱导的TAC小鼠模型体内和心肌肥大细胞模型中均被上调，Wang等[24]研究发现，CHRF是通过下调miR-489的表达水平来发挥抗心肌肥大作用。进一步研究证明，miR-20b通过抑制PTEN的表达并间接加重蛋白激酶AKT的活性来诱导心脏肥大，AKT是PTEN的下游效应子并参与心脏肥大的调节，而CHAR的过度表达可能下调miR-20b的水平，此研究表明，lncRNA CHAR通过海绵样作用吸收miR-20b，调节miR-20b-PTEN-AKT信号传导途径减轻心肌肥大反应[25]。

3 小结与展望

近年来，随着RNA测序技术的发展，越来越多的研究表明lncRNA参与调节心脏重塑的多个病理过程，包括心肌肥大、自噬、坏死、凋亡、纤维化以及血管细胞的凋亡和增殖。因此，通过抑制疾病上调的lncRNA或增加疾病下调的lncRNA来操纵lncRNA表达水平代表了心脏重塑的新治疗策略，但总的来说对于lncRNA与miRNA的认知及研究仍处于初级阶段，所以lncRNA在心脏肥大中的作用仍是现在及未来的热点[26]。

lncRNA可以与不同的蛋白质如PCR2、PTEN等结合介导心脏肥大的发生或减轻心肌肥大反应；不同的lncRNA-miRNA也可以通过靶向不同的mRNA介导不同的生物学过程，例如：ROR与miR-133的组合可以促进充当miR-133的海绵以促进心脏肥大反应；MIAT通过增强miR-150的表达，促进心肌肥大；而H19和miR-675的组合可以抑制CaMKIId和USP10的表达来调节心脏肥大；CHRF也可以下调的miR-489的表达水平来发挥抗心肌肥大作用等。这些研究证明了lncRNA有望成为指导个体化治疗心脏肥大的新工具，但仍需要开展大规模的前瞻性临床研究及进一步的试验以确保其临床效果[27]。

综上所述，lncRNA在调节心脏肥大的生物过程中发挥着重要作用，通过在心肌细胞中的特异表达或与miRNA的组合，正向或负向的调控心肌肥大的发展，影响心脏肥大的进展。迄今为止，针对lncRNA在动物模型中的作用已经成功地进行了各种研究，但是由于lncRNA的先天免疫应答及不可预测的毒性和lncRNA表现出来的物种特异性高和保守性差，所以即使在动物模型中取得了成功，也并未进行临床临床试验，对于这些发现能否可以转移到人类上仍是一个未知数。因此，将lncRNA的治疗靶向从动物模型转移至人类疾病尤为重要，通过对心脏肥大相关的lncRNA进行更深入的研究，可以在生物学上获得新的分子遗传学见解，从而有可能创造出独特的药理和治疗靶点机会。