长链非编码RNA与心肌梗死的研究进展

宋知峰 综述，钱海燕 审校

急性心肌梗死是全球范围内致死、致残的首要原因[1-2]。尽管药物治疗和血运重建（包括经皮冠状动脉介入治疗和冠状动脉旁路移植术）方面的新技术、新策略、新器械等进展显著，但均只能挽救缺血心肌，而不能促使已坏死心肌再生或修复，最终很多患者因心室重构、心力衰竭而死亡。近年来，生物疗法展示出强大的心肌修复能力，其中长链非编码RNA（lncRNA）在急性心肌缺血、缺氧时可发挥抗炎、抗纤维化、抗凋亡、促血管再生等作用，具有广阔的应用前景[3]。

1 lncRNA 的定义、分类及作用机制

lncRNA 是一类长度超过200 个核苷酸、不编码蛋白质的RNA 转录本。根据与对应基因的位置关系，可将其分为六类：正义lncRNA、反义lncRNA、基因间lncRNA、内含子lncRNA、双向lncRNA 和增强子lncRNA[4]。研究发现，lncRNA 在不同水平调控基因表达，主要机制包括：（1）与染色质调节因子/染色体修饰复合物结合，作为“分子支架”引导后者识别染色体的三维构象和基因组位点，改变染色体的状态；也参与细胞核内某些核糖核蛋白复合物的结构连接，保持复合物结构的完整性，维持染色体功能；（2）发挥“基因组印记”功能，直接招募特定蛋白质分子与染色体结合，控制亲代基因在子代中的表达；（3）作为“微小RNA（miRNA）海绵”，通过与miRNA 结合，阻止miRNA 与其靶信使RNA（mRNA）结合，拮抗miRNA 的生物学作用，这一过程也被称为“竞争性内源性RNA”；（4）作为mRNA 的“分子海绵”，阻碍mRNA 与其他蛋白质合成，干扰转录的正常进行；（5）可与转录因子、剪接蛋白等蛋白质分子相互作用，影响蛋白质的转录与转录后调控；（6）自基因的增强子区转录的lncRNA，又称“超级增强子lncRNA”，可促进相应基因表达[5]。

2 lncRNA 在急性心肌梗死过程中的作用及机制

近年来，lncRNA 在急性心肌梗死过程中的作用及相关机制引发了诸多关注。急性心肌梗死后很多病理生理过程都有lncRNA 的参与，如细胞凋亡、炎症反应、血管生成、瘢痕形成等过程。

2.1 lncRNA 与炎症反应

免疫细胞浸润与炎症细胞因子的大量产生是急性心肌梗死后启动心脏修复必需的过程[6]，受损或坏死的心肌细胞与细胞间基质大都于此阶段被清除、分解与吸收。

不同lncRNA 发挥的效应及其机制并不相同。有些lncRNA 发挥抗炎效应，例如，Pei 等[7]的研究证实，lncRNA PEAMIR 通过调节miR-29b-3p 减轻空气污染对梗死后心脏炎症的不利影响；Guo 等[8]发现，lncRNA 肺腺癌转移相关转录本1（MALAT1）通过miR-558/ UNC-51 样激酶1（ULK1）信号通路可减轻大鼠胚胎心肌细胞的炎症反应。

H19 是一种广受关注的lncRNA 分子，在心肌梗死的发生、发展中起重要作用。Hobuß 等[9]的研究表明，缺氧条件下心脏组织内lncRNA H19 的含量显著升高，明确H19 在心肌梗死中发挥独特的作用。为了进一步研究H19 缺失对体内环境的影响，在敲除小鼠的H19 基因后，研究者发现，肿瘤坏死因子（TNF）-α、白细胞介素（IL）-1β 等促炎细胞因子丰度明显提高，说明H19 内源性上调可能是心脏的一种内在保护作用。Zhang 等[10-11]在此基础上深入研究lncRNA H19 的作用机制，发现过表达H19 可通过miR-22-3p/赖氨酸脱甲基酶3A（KDM3A）信号途径减少IL-6、TNF-α 等炎症细胞因子的水平。但Luo 等[12]发现，抑制H19/miR-675激活，反而可影响下游核因子（NF）-κB 信号转导通路，减轻炎症反应。以上研究表明，H19 调节心肌梗死后炎症反应的通路是复杂、多向的，也提示H19 可能是心肌梗死后炎症调节的关键分子。

另有一些lncRNA 发挥促炎效应。Tong 等[13]的研究显示，过表达lncRNA 叉头框家族D3（FOXD3）的反义RNA1（FOXD3-AS1）通过NF-κB/诱导型一氧化氮合酶（iNOS）/环氧合酶-2（COX2）信号途径加重再灌注后H9c2 细胞的炎症反应。Liang等[14]发现，参与miR-124-3p/TNF 受体相关因子6（TRAF6）途径激活过程的lncRNA 重编码调节因子（ROR）过表达时，可加重炎症反应。

2.2 lncRNA 与心肌纤维化

急性心肌梗死炎症反应启动后，心肌组织中部分成纤维细胞激活并转变为肌成纤维细胞，后者分泌大量细胞外基质，形成纤维瘢痕，防止心脏进一步破损。但瘢痕过度形成会极大地影响心功能，不仅无法进行正常的收缩功能，甚至因为瘢痕过薄而有心脏破裂的风险。在这一过程中，成纤维细胞内的lncRNA 对心肌纤维化的调控起着重要作用。

2.2.1 抑制心肌纤维化的lncRNA

Luo 等[15]发现，成纤维细胞核内存在一种可与核基质结合因子（SAFB）相互作用的lncRNA（SAIL），其过表达可减轻心肌纤维化，可减少SAFB 与RNA 聚合酶Ⅱ的接触，进而抑制纤维化相关的转录过程。Zhang 等[10]的研究发现，过表达H19 可通过H19/miR-22-3p/KDM3A 信号通路，减少成纤维细胞的激活和瘢痕生成。

2.2.2 促进心肌纤维化的lncRNA

一些研究显示，lncRNA 生长阻滞特性转录本5（GAS5）可促进心肌梗死后的心肌纤维化过程。Zhang 等[16]发现，在异丙肾上腺素处理的心肌梗死小鼠模型中，减少GAS5 的表达可以减轻小鼠心脏组织纤维化程度，可能与miR-21 的上调相关。Zhou 等[17]在此基础上进一步证实，过度激活的lncRNA GAS5/miR-21/程序性细胞死亡因子4（PDCD4）信号通路可加速心肌纤维化进程。Hao 等[18]的研究显示，敲低心肌梗死小鼠心肌组织成纤维细胞核中富集的lncRNA Safe,可减少其与分泌型卷曲相关蛋白2（Sfrp2）的mRNA 互补结合，此过程会加重转化生长因子（TGF）-β 诱导成纤维细胞表型转化、增殖及细胞外基质蛋白分泌。此外，还有lncRNA 如：促纤维lncRNA PFL[19]、Gpr19[20]、Ang362[21]等也参与了成纤维细胞的激活、迁移和转化过程，调节细胞外基质的分泌，促使这些lncRNA水平的正常化可能是治疗心肌梗死诱导的心肌纤维化的一种选择。

2.3 lncRNA 与血管生成

血管新生在梗死后心肌组织修复过程中起着极其重要的作用。心肌梗死后良好的毛细血管网形成可以促进气体交换、营养物质运输、代谢废物清除，以满足炎症状态下组织细胞的高代谢需求，挽救梗死区边缘的心肌细胞免于坏死或凋亡[22]。新生的毛细血管由梗死边缘残存的内皮细胞萌发形成，因此内皮细胞在心肌梗死后血管新生过程中扮演重要角色。

2.3.1 抑制血管新生的lncRNA

Liu 等[23]发现，MALAT1 在缺氧时通过调节miR-19b-3p/缺氧诱导因子-1（HIF-1）α 信号通路参与内皮细胞的自噬与凋亡。

2.3.2 促进血管新生的lncRNA

急性心肌梗死后小核仁RNA宿主基因1（Snhg1）表达增加，而过表达的Snhg1 与c-Myc 形成正反馈通路，维持磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）/蛋白激酶B（AKT）信号传导通路的激活，促进血管生成[24]。Zhao 等[25]发现，在小鼠梗死心肌组织和缺氧处理的人脐静脉内皮细胞（HUVEC）两种模型中，DNA损伤诱导的lncRNA（NORAD）可与miR-590-3p 相结合，增强下游数种促血管生成因子[如血管内皮生长因子（VEGF）A、成纤维细胞生长因子（FGF）1、FGF2]的促血管生成能力。Qin 等[26]的研究显示，lncRNA ROR 可能通过结合miR-26 抑制NF-κB 和酪氨酸蛋白激酶1（JAK1）/信号转导和转录激活因子3（STAT3）通路，促进血管内皮细胞增殖和迁移。

2.4 lncRNA 与心肌细胞增殖和凋亡

急性心肌梗死后缺氧诱导心肌细胞凋亡，抑制凋亡则是改善心脏功能、缩小心肌梗死面积、挽救濒死心肌的有效手段之一。

2.4.1 抗细胞凋亡的lncRNA

近年来，关于lncRNA H19 的一些研究显示，H19 可通过多条途径减少心肌梗死后心肌细胞凋亡[9,27]。Zhang 等[10]的研究显示，过表达的H19 与miR-22-3p 结合，可抑制KDM3A 的激活，减少心肌细胞凋亡。此外，H19 的抗凋亡作用还可通过调节PI3K/AKT、细胞外信号调节激酶（ERK）/p38 得以实现[28]。

HOX 反义基因间RNA（HOTAIR）是一种具有心肌保护作用的lncRNA。Meng 等[29]发现，过表达HOTAIR 可以减轻缺血再灌注（I/R）诱导的氧化应激、细胞凋亡和心功能障碍。Fang 等[30]发现，HOTAIR 可通过miR-130a-3p/鼠双微体4（MDM4）通路抑制H2O2诱导的心肌细胞凋亡。急性心肌梗死患者血浆中HOTAIR 浓度显著升高。Zhang 等[31]发现，HOTAIR 可下调miR-519d-3p，保护梗死心肌。另外，还有诸多其他lncRNA 参与抗凋亡作用，如Snhg1[26]、尿路上皮癌胚抗原1（UCA1）[32]、白介素增强结合因子3 反义RNA1（ILF3-AS1）[33]等，但相关的机制研究较少。

2.4.2 促细胞凋亡的lncRNA

目前，lncRNA GAS5 在肿瘤和非肿瘤领域调控细胞凋亡的作用已被广泛报道。Zhang 等[16]发现，下调GAS5 可改善急性心肌梗死大鼠的心功能及减少心肌细胞凋亡，可能与miR-21 水平上调相关。Zhou 等[17]通过双荧光素酶报告实验验证了上述发现，在缺氧/复氧诱导的心肌细胞凋亡模型中，GAS5 作为miR-21 的“分子海绵”，可增强PDCD4介导的心肌细胞凋亡。在I/R 大鼠模型中，Wu 等[34]发现，上调GAS5 表达水平，可激活下游的miR-335/ Rho 相关蛋白激酶1（ROCK1）/AKT/糖原合成酶激酶（GSK）-3β 信号通路，促进细胞凋亡。Han等[35]的研究显示，GAS5 作为miR-532-5p 的“分子海绵”，通过PI3K/AKT 通路减少细胞凋亡。Du 等[36]的研究提示，敲低GAS5 可减少GAS5 对miR-142-5p的吸附，激活PI3K/AKT 和丝裂原活化的细胞外信号调节激酶（MEK）/ERK 通路，使H9c2 细胞免受缺氧诱导而凋亡。但Han 等[35]与Du 等[36]的研究并未正面验证GAS5 的促凋亡作用，还需要进一步验证。总之，GAS5 是一种具有促细胞凋亡作用的lncRNA,它的表达影响了抗凋亡蛋白B 淋巴细胞瘤2（Bcl-2）和促凋亡蛋白Bcl 相关X 蛋白（Bax）等分子的动态平衡，抑制GAS5 表达可以提高细胞存活率、减少凋亡，提示GAS5 可能是改善急性心肌梗死患者预后的潜在靶分子。

MALAT1 除了调控血管新生，还可促进心肌细胞凋亡。Sun 等[37]的研究显示，MALAT1 作为竞争性内源性RNA 吸收miR-200a-3p 而上调PDCD4，促进缺氧诱导的心肌细胞凋亡。Sun 等[38]在I/R 大鼠模型中发现，下调MALAT1 可显著改善I/R 诱导的心肌损伤，减少心肌细胞凋亡，可能与AKT 信号通路的激活有关。MALAT1 的促凋亡作用还可以通过下调β-连环蛋白（β-catenin）水平实现[39]。

此外，尚有多种促细胞凋亡、抑制心肌细胞增殖的lncRNA，如X 染色体失活特异性转录本（XIST）可通过miR-130a-3p/磷酸二酯酶4D（PDE4D）通路促进心肌细胞凋亡[40]。Cao 等[41]发现，沉默心肌梗死相关转录本（MIAT）后可依赖miR-10a-5p/早期生长反应基因2（EGR2）信号通路发挥抗心肌细胞凋亡的作用。

2.5 lncRNA 与急性心肌梗死标志物

急性心肌梗死的早期诊断和治疗是挽救濒临坏死的心肌细胞和预防猝死或心力衰竭的重要环节。Wang 等[42]评估外周血单个核细胞衍生的lncRNA作为急性心肌梗死生物标记物的可能性，通过检测236 例急性心肌梗死患者的心肌梗死相关lncRNA 水平，发现急性心肌梗死组H19、MIAT 和MALAT1水平显著升高，提示它们有可能成为急性心肌梗死的生物标志物。另外一个潜在的新型标志物是lncRNA LIPCAR。在一项纳入86 例ST 段抬高型心肌梗死（STEMI）患者的临床研究中，Li 等[43]发现，患者发病时LIPCAR 水平显著升高，而在经皮冠状动脉介入治疗后水平显著下降；相关性分析显示，该lncRNA 水平与心肌酶水平呈正相关，与左心室射血分数呈负相关，可作为主要不良心血管事件的独立预测因子和STEMI 诊断的预警信号。

目前，虽然lncRNA H19、MALAT1、MIAT 等广受关注并开展了深入研究，但其他lncRNA 的相关研究却仍维持在miRNA 水平，对于潜在、复杂的分子机制无更深入的研究，需要进一步揭示lncRNA与急性心肌梗死其他信号通路之间的联系。探索lncRNA、miRNA 和mRNA 相互作用调控急性心肌梗死发生、发展的分子机制，有助于深入了解急性心肌梗死后心肌凋亡的机制，并为针对性干预提供新的思路和方向。

3 lncRNA 在急性心肌梗死后干细胞修复心肌过程中的应用

及时迅速开通闭塞冠状动脉、挽救濒死心肌，是急性心肌梗死最重要的治疗措施，但是开通冠状动脉不能修复已经坏死的心肌细胞，而干细胞及其衍生的外泌体可通过心肌再生、血管新生、抗炎、调控纤维化等效应抑制心室重构、改善心功能，转化应用前景光明。迄今心肌再生修复领域比较一致的观点是，干细胞的作用是通过旁分泌途径（外泌体）实现的，而向心肌细胞分化在其中所起的作用有限。外泌体是由干细胞分泌的内含多种蛋白质和核酸等小分子的囊泡结构，在细胞间传递信号，直径介于50～150 nm，其中包括多种lncRNA。

3.1 人间充质干细胞（hMSC）

hMSC 是干细胞心肌修复研究领域最常用的供体细胞，但由于其在梗死心肌组织中的低驻留率、低存活率和低心肌分化能力等特点，使得其转化应用受限。

3.1.1 lncRNA 与hMSC 促血管生成

Hou 等[44]的研究表明，lncRNA H19 可以作为竞争性内源性RNA 与miR-199a-5p 结合，上调VEGF A 的表达，增强间充质干细胞（MSC）体外存活和血管新生的能力。Yuan 等[45]的研究也证实，H19 可增强人羊膜MSC 的血管新生作用。Wu 等[46]的研究显示，干细胞起源的促血管生成lncRNA（SCDAL）在MSC 中过表达也可促进血管生成和心功能恢复。

3.1.2 lncRNA 与hMSC 抗心肌凋亡

巨噬细胞迁移抑制因子（MIF）是一种心肌保护因子。Chen 等[47]的研究显示，经过MIF 处理的MSC所产生的外泌体中富集lncRNA 核旁斑组装转录本1（NEAT1）；NEAT1 作为miR-142-3p 的竞 争性RNA上调叉头框蛋白O1（FOXO1），保护心肌细胞免于凋亡。lncRNA-UCA1 与hMSC 外泌体的心肌保护作用密切相关，其主要通过RNA 海绵作用吸附miR-873，降低miR-873 对靶蛋白X 连锁凋亡抑制蛋白（XIAP）的抑制作用，促使抗凋亡蛋白Bcl-2 升高，发挥抗凋亡作用[48]。Xia 等[49]的研究显示，lncRNA P21 可通过Wnt/β-catenin 途径显著改善心肌梗死后移植MSC的存活率，减轻氧化应激对MSC 的打击。

3.2 心脏祖细胞（CPC）

研究表明，lncRNA 可能在CPC 的增殖和迁移过程中发挥作用，而CPC 在梗死组织中易失去增殖能力。Li 等[50]发现，在缺氧环境下，过表达结直肠肿瘤差异表达lncRNA（CRNDE）可通过miR-181a/LYRM1 通路促进CPC 的增殖和迁移。Li 等[51-52]的研究表明，CPC 的增殖和迁移潜能也可通过MALAT1/miR-125/组蛋白去甲基化酶（JMJD6）通路得以提高；H19 可介导miR-200a-3p 靶蛋白沉默信息调节因子1（Sirt1）的表达，调控CPC 的增殖和迁移。Su 等[53]发现，洛伐他汀通过抑制母系表达基因3（MEG3）/miR-22/高迁移率族蛋白1（HMGB1）信号通路，保护CPC 免受缺氧诱导的凋亡。

3.3 其他干细胞

MALAT1 在内皮祖细胞（EPC）和心脏干细胞（CSC）的增殖和凋亡中发挥重要作用。Zhu 等[54]发现，在EPC 中过表达MALAT1 可以激活哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）通路，抑制EPC 自噬，提高细胞活力。Wang 等[55]通过碳酰氯诱导的CSC 缺氧模型发现，MALAT1 与miR-155 结合，促进肌细胞增强因子2A（MEF2A）的表达，抑制CSC 的增殖和迁移。

上述研究显示，lncRNA 可延长干细胞的存活时间，提高其增殖和迁移能力，进一步提高干细胞修复心肌的效应。同时，借助干细胞的旁分泌机制，具有心肌保护作用的lncRNA 及时、充分地在心肌梗死部位富集，减少心肌细胞的凋亡。相对于各种干细胞及其相应争议，外泌体介导的无细胞疗法具有更大的转化应用潜力。但现今干细胞外泌体中lncRNA 在急性心肌梗死后的精确分类、效应和机制尚未得到深入阐明，未来需要在这些方面开展更广泛、更深入的研究。

4 展望

lncRNA 在心肌梗死后炎症反应、血管新生、细胞凋亡和干细胞修复等过程中发挥重要的作用。在这些病理过程中，lncRNA-miRNA-mRNA 网络之间通过相互作用产生的影响尤其突出，提示lncRNA在心肌梗死的预防、诊断和治疗中有着重要的临床价值。lncRNA 在急性心肌梗死后血运重建和药物治疗中的作用、相关机制及如何转化利用等问题，有待进一步深入研究。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突