长链非编码RNA 在缺血性心脏病中的研究进展

任艳玲，苏强

桂林医学院附属医院，广西桂林 541000

缺血性心脏病(ischemic heart disease，IHD)是心肌血液供需失衡引起的以心肌缺血为特征的临床疾病，其主要表现为心肌梗死(myocardial infarction，MI)、心肌缺血再灌注损伤(myocardial ischemia-reperfusion injury，MIRI)、心肌梗死后心肌纤维化(myocardial fibrosis，MF)和心力衰竭(heart failure，HF)等，IHD 是世界上导致患者死亡的重要原因。研究估计，全球约有1.26 亿人患有IHD，约占世界人口的1.72%[1]。2016 年有900 万人死于IHD[2]，IHD 在全球的发病率逐渐上升，是导致人类死亡和残疾的首要原因。除了吸烟、肥胖[3]、年龄[4]等传统危险因素之外，最近研究表明IHD 的发生还与群体收入[2]、性别差异[5-6]、心理因素[7]、高温[8]、空气污染[9]等因素有关。冠状动脉介入手术(percutaneous coronary intervention，PCI)和冠状动脉旁路移植术等可及时有效地恢复冠状动脉血流或通过建立旁路血管部分恢复缺血心肌氧供，减少梗死区域面积，改善临床结果[10]。IHD 的发病机制未完全研究透彻。近年来，关于长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)在缺血性心脏病中的研究越来越多，研究发现lncRNA 在心肌组织中大量表达，其中一些lncRNA在心肌细胞的发育、分化和成熟过程中起着重要的作用[11]。lncRNA 可以控制和调节心肌细胞中基因的广泛表达，靶向改变心肌细胞的生理功能[12]，在MI、MIRI、MF、HF 中起着关键的作用，在IHD 的疾病进程中扮演着重要的角色。

1 lncRNA 的基本特性

1.1 lncRNAs 的分类和分布 依照lncRNA 与转录组的空间定位可将其分为正义链lncRNA、反义链lncRNA、双向lncRNA、基因间lncRNA 和内含子lncRNA(还可能是mRNA 前体序列)[13]。lncRNA的亚细胞分布极具多样化和特异性。细胞核中非常丰富的lncRNA 很可能在染色质结构中发挥作用，或可能对亚核结构，如核仁、斑点和副斑点至关重要[14]。在细胞质中，lncRNA 更有可能在mRNA 的稳定性、翻译、微RNA(microRNA，miRNA)与RNA 结合蛋白的结合和可用性等方面发挥作用，从而影响其定位、丰度和活性[14]。

1.2 lncRNAs的性质和作用 机制 lncRNA长度超过200nt，可被剪接、帽封和(或)聚腺苷化，lncRNA 最重要的特征是其序列、功能、结构具有高度保守性且在体内表达水平较低。lncRNA 在表观遗传和转录的多个水平参与基因表达的调控[15]，可通过调控核小体重塑、组蛋白的沉积、转录因子与RNA 聚合酶Ⅱ复合物的结合等环节对相邻基因的转录进行调节[16]。此外，lncRNA 可作为分子诱饵，诱捕转录因子并调控转录因子与DNA 结合位点的结合能力，与染色质修饰蛋白结合，介导染色质环化和核小体的组装[17]。lncRNA 还可以和miRNA 形成复杂的分子调控网络，对心血管相关疾病发挥调控作用，在应对不同的刺激时，同一种lncRNA-miRNA 轴可能通过靶向不同mRNA介导各种生理过程；相同的lncRNA-miRNA-mRNA轴可能在不同的疾病中调节不同的生物学功能；但lncRNA 在应激条件下可能会受到其他分子的影响，这使得充分探索其内在调控机制变得困难。

2 lncRNA 与缺血性心脏病

2.1 lncRNA 与心肌梗死 越来越多的研究结果表明，lncRNA 在MI 发生发展的各个阶段扮演着重要的角色，如调节心肌细胞焦亡[18]、促进心脏再生和修复[19]、控制炎症[20]、调节免疫反应[21]、改善氧化应激[22]等，对MI 的治疗有重要意义，lncRNA 有可能会成为未来治疗MI 的新靶点。

大量研究证明，部分lncRNA 可逆转或减轻MI 引起的心肌损害和心脏功能障碍。Mao等[18]发现，过表达lncRNA KLF3-AS1 可缓解MI 后心功能损伤，使MI 进展延缓；KLF3-AS1 可作为miR-138-5p 内源性分子海绵，介导Sirt1 的表达，从而调节心肌细胞的焦亡和MI 的进展。在一项关于中药薯蓣皂苷治疗MI 的研究中，Kong等[23]发现，薯蓣皂苷可以上调缺氧内皮细胞中lncRNA MANTIS，MANTIS 可进一步与BRG1 形成复合物，促进下游SOX、SMAD6 和COUP-TFⅡ的表达，从而起到促进梗死心脏血管生成和抗细胞凋亡的潜在作用。Chen等[22]研究发现，lncRNA Malat1 在小鼠MI 后表达增多；Malat1 的增加可灭活miR-26b-5p，增加Mfn1 的表达，这有助于心肌微血管内皮细胞中的线粒体动力学和抑制线粒体依赖的凋亡，增强了心脏微循环对缺氧损伤的抵抗力，从而改善了MI 小鼠的预后；另一方面敲除Malat1 会加剧氧化应激，抑制了心肌微血管内皮细胞的增殖和迁移，减弱血管生成和微血管灌注，从而导致MI 小鼠的心功能下降。

但lncRNA 对MI 也是一把双刃剑，一些lncRNA 也被证明能够加重或诱导MI 的发生和发展。Yang等[24]研究发现，lncRNA TUG1 在MI小鼠心脏中表达上调，沉默TUG1 可明显缓解MI 小鼠的心功能；其机制是TUG1 能作为分子海绵靶向miR-9，使KLF5 蛋白表达水平升高，促进Bax 等促凋亡蛋白、Cyt-c、LDH、Caspase-3 的表达并减少抗凋亡蛋白Bcl-2 的释放。Li等[25]研究发现，lncRNA AZIN2-sv 在心肌组织中大量富集，敲除AZIN2-sv 有益于MI 后血管生成和心肌再生，并改善心功能；其可能机制是AZIN2-sv 与Bach1 结合后可进一步上调AZIN2-sv，促进PSMC5参与的Tln1 泛素依赖性降解，从而降低Tln1 和整合素β1 蛋白水平，同时AZIN2-sv 可与miR-214结合，抑制PTEN/Akt 通路，从而起到抑制MI 后血管新生的作用。铁死亡是一种铁依赖性的，不同于细胞凋亡、细胞坏死、细胞自噬的新型细胞程序性死亡形式，其特征是脂质过氧化物在细胞内逐渐累积到临界水平，引起细胞膜氧化受损，从而引起坏死[26]，研究表明铁死亡很可能在MI 中起着重要的作用[27]。Gao等[28]研究发现，lncRNA Gm47283 是MI 的高危因素，敲低Gm47283 可以抑制活性氧的活性，增加超氧化物歧化酶的数量，减少丙二醛的累积，从而减轻MI 带来的氧化应激损伤；进一步研究发现Gm47283 可以通过靶向miR-706 调节Ptgs2 和铁蛋白的活性，发现lncRNA Gm47283/miR-706/Ptgs2/铁变性轴在MI 中的机制，为MI 的治疗提供了新的方向。Cai等[29]研究发现，lncRNA LncDACH1 在MI 小鼠中表达上调，敲除LncDACH1 可重新激活心肌细胞增殖并改善MI 的心脏功能；过表达LncDACH1 可通过结合PP1A 诱导YAP1 磷酸化和核定位，抑制心肌细胞增殖。

随着PCI 等技术的推进，MI 的致死率有所下降，但受现代人亚健康生活方式及环境污染因素的影响，MI 逐渐变得年轻化，其表现特征也与中老年有所不同，除了斑块破裂外，斑块侵蚀、自发性冠状动脉夹层和药物相关的冠状动脉痉挛也成为年轻人发生MI 的常见原因[30]。寻找更多可有效预防、诊断、治疗MI 及术后护理的方式仍是我们应该探索的难题。近几十年研究发现，lncRNA可能在MI 的发展过程中起着重要的作用，这为MI 的诊治带来了希望。但目前lncRNA 在MI 中的研究仍处于困难阶段，希望未来能以lncRNA 为媒介找到有效手段，让MI 患者得到更及时有效的诊治。

2.2 lncRNA 与心肌缺血再灌注损伤 虽然再灌注治疗能缓解心肌缺血所带来的危害，但缺血再灌注可能会进一步加重心肌细胞损伤，即MIRI。MIRI 也是IHD 面临的一大难题，MIRI 的发生机制涉及多种因素的相互作用，目前的研究热点主要包括氧化应激[31]、炎症[32]、能量代谢紊乱[33]、细胞焦亡[34]等机制。而大量关于lncRNA 的研究显示，lncRNA 能通过上述机制参与MIRI 发展。

Jiang等[35]研究发现，lncRNA CIRPIL 在缺血再灌注损伤心肌细胞中表达下调；进一步研究发现，当再灌注发生时，过表达CIRPIL 可以促进其与p53 结合并进一步导致p53 泛素化降解，减少p53 在细胞核内过多的沉积，导致p53 靶基因的转录抑制，LDH 释放减少、Caspase-3 活性降低和Bcl-2/Bax 比值增加，从而减轻再灌注心肌细胞损伤。众所周知，运动训练对心血管系统有很大的好处[36]，但其中的机制鲜有研究，Gao等[37]研究发现，lncRNA CPhar 是运动诱导的生理性心脏肥大所必需的调节因子，为了探索CPhar 心脏保护的机制进一步建立了MIRI 模型，发现CPhar 随着运动而增加，CPhar 可以通过招募DDX17 隔离C/EBPβ 来调节下游因子ATF7 的表达，促进心肌细胞增殖和肥大，改善心脏收缩功能和心肌纤维化，预防MIRI 所致的心功能不全。Guo等[38]研究发现，lncRNA PART1 在再灌注之后表达下降，进一步的研究发现，PART1 可靶向miR-503-5p/BIRC5 通路，降低ROS 的释放，逆转ATP 水平和MMP 水平来恢复I/R 心肌细胞的线粒体功能，从而减轻再灌注导致的心肌细胞损伤和梗死面积的继续扩散。

而有一些lncRNA 能加重再灌注导致的心肌损伤。Lin等[39]研究发现，lncRNA HCG15 在MI 后分泌增加，过表达HCG15 后的再灌注小鼠梗死面积更大，左心室舒张末期内径、左心室收缩末期内径、左心室射血分数数值更高，而用特异性抑制剂阻断NF-κB/p65 和p38 通路后可改善过表达HCG15 治疗的再灌注诱导小鼠的心脏功能，这表明HCG15 是通过NF-κB/p65 和p38 通路来介导再灌注导致的心肌细胞凋亡和炎症因子的产生，但详细过程还需进一步阐明。Ding等[40]发现了一个来自转录超保守区域的lncRNA uc.48+，在高脂饮食诱导的MIRI 中表达上调，沉默uc.48+可以与转录因子Sp1 相互作用，阻断高脂饮食诱导的P2X7R 的mRNA 表达和NF-κB 激活，抑制Bax/Bcl-2 比值、线粒体Cyt C 释放、Caspase-3 激活和心肌细胞凋亡，显著逆转再灌注引起的心肌细胞凋亡，uc.48+可能是治疗再灌注对高脂饮食易感性的一个靶点。Bai等[41]研究发现，lncRNA XIST 在MIRI 小鼠中上调，沉默XIST 可以提高miR-340-5p 表达，降低cyclin D1 表达水平，从而减弱炎症反应和细胞氧化应激，抑制心肌酶活性，减轻心肌细胞损伤，改善心脏病理变化。

MIRI 是MI 后冠状动脉再灌注的风险事件，虽然再灌注可能会引起MIRI 的发生，但为了能尽快缓解心肌对氧的供需失衡，避免造成不可逆后果，临床上仍然侧重于尽快实施再灌注策略，这就导致MIRI 事件不可避免的发生[42]。MIRI 的发生机制逐渐被揭露，lncRNA 也被发现参与其中，能通过调节多种病理生理过程起到缓解或加重MIRI 的作用，lncRNA 是否能成为MIRI 的治疗靶点值得进一步探索。

2.3 lncRNA 与心肌纤维化 心肌重构(myocardial remodeling，MR)是MI 后发生HF 的关键进程，MF 是心室重构的核心环节，其发展过程中主要涉及的机制是心肌成纤维细胞被活化、增殖并向肌成纤维细胞转化。MI 后瘢痕组织的形成、心肌组织的重塑以及间质纤维化的持续性发展造成了病变部位心肌组织的顺应性降低，进而引起HF 的发生[43]。使用MI 小鼠模型进行无偏倚筛查后，在梗死心脏中检测到752 个与纤维化相关的差异表达的lncRNA[44]。

Luo等[45]鉴定了一种新的抗纤维化lncRNA SAIL，它在MI 引起的MF 中下调，在MF 发生、发展的进程中，SAIL 降低后，与SAFB 的结合减少，引起SAFB 与epb1 之间的相互作用增加，从而导致纤维化相关基因的转录，增加了Col-1 和Col-3 的mRNA 和蛋白表达，促进了心肌梗死后的间质纤维化，过表达SAIL 则可以逆转上述结果。Liu等[46]发现一种新的富含于心肌细胞的lncRNA LncHrt，它在MI 后表达显著下降，但能够正向调节心脏代谢并改善MI 后的功能；其主要机制是LncHrt 通过与SIRT2 相互作用，干扰CDK5 对SIRT2 催化活性的抑制作用，维持SIRT2 的去乙酰化酶活性，增加下游LKB1-AMPK 级联的信号转导，保护心脏免受不良重塑反应。Li等[47]研究发现，lncRNA Lefty1 在MI 小鼠中表达量升高，过表达Lefty1 能抑制p-Smad2 和p-ERK1/2 信号通路，从而显著减少TGF-β1 引领的心脏成纤维细胞的自我增殖、分化和胶原蛋白形成，减少梗死面积并保留心脏功能，减轻MF 导致的心脏损伤。

但部分lncRNA 能促进心室重构的发生。有学者发现lncRNA Safe 在成纤维细胞的细胞核中大量表达，并且在MI 和TGF-β 参与的MF 中均升高；当下调Safe后，能进一步改善TGF-β 和MI介导的MF，并阻断sfrp2 参与的成纤维细胞激活和增殖、心肌成纤维细胞-肌成纤维细胞转化和细胞外基质沉积，缓解MI 小鼠的心肌组织损伤[48]。Choong等[49]研究发现，lncRNA H19 在MI 小鼠梗死区域显著上调，过表达H19 会加剧损伤心脏扩张和纤维化；缺氧条件下，H19 通过HIF-1α/SP1通路上调，上调的H19 与YB-1 蛋白直接结合，减少了YB-1 向Col1a1 启动子的募集，解除了YB-1 对Col1a1 的转录抑制，导致胶原蛋白1A1过多沉积，从而加速了MF 的进程。Xiong等[50]研究发现，lncRNA NORAD 在I/R 大鼠中表达升高，并作为分子海绵下调miR-577，进一步降低COBLL1 蛋白水平，从而促进心脏Ⅰ型胶原蛋白、纤维连接蛋白和Ⅳ型胶原蛋白表达，诱导了MF。

MF 不仅会引起心脏功能障碍，也可以起到修复心肌的作用，如在透壁MI 发生后，修复性心肌纤维化可以生成瘢痕替代坏死的心肌，预防心脏破裂的发生。弥漫型或局灶性MF 是IHD 的常见特征，与众多心血管不良事件的预后有关，在压力条件下，免疫细胞、血管细胞和心肌细胞也能获得成纤维化表型，激活成纤维细胞群体，引起细胞外基质蛋白沉积[51]。大量研究发现，lncRNA 能通过调节胶原蛋白生成、心脏能量代谢、成纤维细胞分化和增殖等方式参与MF 的发展，可减少心血管不良事件的发生概率，有望成为MF 新的生物标志物。

2.4 LncRNA 与心力衰竭 IHD 发作后损伤的心血管组织被瘢痕组织取代，引起心脏的病理重塑，导致HF 的发生。成年后哺乳动物的心肌细胞会失去增殖能力，这是导致心脏损伤后心功能障碍的主要原因，所以调节内源性心肌细胞再生可能是一种诱导心肌修复的方法[52]。过去几十年对lncRNA 的研究发现，lncRNA 可能会诱导心肌细胞再生、减少细胞凋亡、减轻炎症反应和线粒体功能紊乱，从而调节HF 后的心功能。

部分lncRNA 过表达可通过促进心肌细胞增殖和血管的生成等方式改善HF。Deng等[53]收集了HF 患者和健康志愿者的血浆，发现lncRNA GASL1 在HF 患者血浆中下调，而TGF-β1 表达上调，过表达GASL1 可以下调TGF-1β，抑制AC16细胞凋亡，从而改善HF；另外通过生存曲线分析得知，血浆GASL1 水平较低的患者总生存率较低，GASL1 的水平或可以预测HF 患者的未来生存率。Sato等[54]研究发现，lncRNA Caren 在横向主动脉收缩(transverse aortic constriction，TAC)诱导的HF 模型小鼠中表达下调，Caren 缺乏会加重HF 小鼠的心功能不全和相关死亡，过表达Caren可以改善HF 小鼠的心室扩张程度和射血分数，进一步研究得知Caren 可以抑制Hint1 蛋白的表达并降低Hint1 蛋白丰度，抑制共济失调毛细血管扩张突变(ATM)-DNA 损伤激活反应(DDR)，防止线粒体损伤并增强线粒体，以维持线粒体功能和心肌细胞稳态，从而抑制HF 的发展。Zhang等[55]通过腹腔注射阿霉素建立慢性HF 小鼠模型，发现lncRNA HOTAIR 在HF 小鼠中表达减少，过表达HOTAIR 后可以改善HF 小鼠心肌纤维异常排列并减轻炎症细胞浸润，使HF 小鼠心功能损伤得到改善；验证得知HOTAIR 可以与miR-30a-5p 结合并抑制其表达水平，进一步促进KDM3A 的表达，KDM3A 可与BNIP3 的启动子结合并调节其水平，从而改善HF 小鼠氧化应激、炎症反应、病理变化、心肌细胞凋亡和心功能损伤。

部分lncRNA 的上调可能会加重HF 引起的损伤，敲除或下调后方可改善HF 的心功能障碍。Yan等[56]对比PCI 术后合并HF 的急性MI 患者与不合并HF 的急性MI 患者，合并HF 患者的循环lncRNA NRF 水平更高，术中达到峰值，并在第3天逐渐恢复到基线水平，远远提前于NT-proBNP水平的升高，通过Pearson 相关性分析得出，循环中NRF 的表达量与血清中NT-proBNP 水平和HF严重程度呈正相关，采用ROC 曲线分析发现，NRF 可以预测急性心肌梗死后HF 的严重程度。Gu等[57]建立HF 大鼠模型，发现lncRNA SOX2-OT 在HF 组大鼠中表达上调，SOX2-OT 可以负调控miR-455-3p 的表达，下调TRAF6 的mRNA 和蛋白水平，而TRAF6 是调节NF-κB 激活的关键因子，可以降低LDH、丙二醛、IL-1β、TNF-α、IL-6、IL-12p40 的活性，参与减轻氧化应激和炎症诱导的心肌损伤，SOX2-OT/miR-455-3p/TRAF6/NFκB 通路可能是治疗HF 的潜在靶点。Yan等[58]发现，lncRNA LIPCAR 在MI 后发生HF 患者的血浆中升高，LIPCAR 的循环水平与NT-proBNP 和HF患者的心血管病死率显著相关，循环LIPCAR 可能是HF 的早期生物标志物，但此研究对LIPCAR是通过何种路径在HF 中发挥作用并未进一步阐述，可能与调节线粒体通路有关。Zhao等[59]建立HF 模型发现，沉默lncRNA MIAT 可以通过激活PI3K/Akt 信号通路减少炎症因子的产生、抑制HF 模型中ColⅠ和ColⅢ水平、降低活性氧和脂质沉积的水平，进而减少HF 的发生。

HF 是IHD 的常见并发症，患者常以肺淤血或体循环淤血为临床表现就诊，有着很高的再入院率，往往需要长期治疗和护理，是一个重大的公共卫生问题。目前HF 的治疗策略能有效缓解心衰的症状，但心脏的病理改变仍在进行性发展，迫切需要寻找更有效的防治HF 的手段。研究者对比HF 患者与健康人的血液，发现了差异表达的lncRNA，进一步研究发现这些lncRNA 通过不同的机制对HF 的发展起着重要的作用，建立HF 动物模型也得到了相应的印证，lncRNA 或许会成为HF 新的生物标志物和治疗靶点。

3 结语与展望

IHD 的诊断和治疗仍是全世界需要关注的问题，近年来关于lncRNA 在IHD 中的研究证明lncRNA 有望成为IHD 的新诊断指标和治疗靶点。同时lncRNA 的生物学研究仍面临着许多挑战，如动物模型不能正确模拟人类的心脏病，选择合适的动物和寻找有效的方法建立模型对研究人类疾病具有重要价值。另外，由于lncRNA 具有组织特异性，寻找能有效靶向lncRNA 的工具已经成为一个挑战；同时，有相当多的lncRNA 保守型较差，因此验证lncRNA 在动物和人类中的表达水平和作用也是非常有必要的。lncRNA 具有多功能性，这一特点使它在IHD 治疗方面有巨大的应用潜力。随着对lncRNA 功能认识的加深，其成为IHD 的新治疗靶点值得期待。

作者贡献任艳玲：总体构思、调查研究、可视化处理、撰写初稿、审读和修订；苏强：总体构思、资金获取、项目管狸、监督指导、审读和修订。

利益冲突所有作者声明均不存在任何利益冲突。