劉崗綜述，黃曉紅審校

長鏈非編碼核糖核酸在心臟發(fā)育及心血管疾病中的作用研究進展*

劉崗綜述，黃曉紅審校

長鏈非編碼核糖核酸（long noncoding RNA, lncRNA）是一類長度大于200個核苷酸的非編碼RNA。研究表明lncRNA能以RNA的形式在多種層面上（表觀遺傳、轉錄及轉錄后水平）調控基因的表達，參與了細胞凋亡、增殖，發(fā)育等重要生物學過程。近年來，lncRNA在心血管疾病中的作用獲得關注?，F(xiàn)將lncRNA在心臟發(fā)育及心血管疾病中的作用作一綜述。

長鏈非編碼核糖核酸；心臟發(fā)育；心血管疾病

長鏈非編碼核糖核酸（long nocoding RNA, lncRNA）是一類轉錄本長度超過200個核苷酸的RNA分子， 并不具有編碼蛋白的能力，起初被認為是基因轉錄的“噪音”[1]。然而，近年的研究表明，lncRNA能以RNA的形式在多種層面上（表觀遺傳、轉錄以及轉錄后水平）調控基因的表達，參與了劑量補償效應、基因組印記、細胞發(fā)育分化等重要生物學過程。目前越來越多的研究揭示了lncRNA在心臟發(fā)育和心血管疾病中發(fā)揮了重要作用，本文就對lncRNA的功能以及在心臟發(fā)育和心血管疾病中的作用作一綜述。

1 長鏈非編碼核糖核酸的功能

1. 1長鏈非編碼核糖核酸與表觀遺傳調控

基因組印記以及劑量補償效應是表觀遺傳學的兩個重要內容。哺乳動物為二倍體生物，每個基因都是雙拷貝，一些基因的表達取決于來自父本還是母本，這種現(xiàn)象稱為基因組印記，而劑量補償效應表現(xiàn)為雌性個體細胞同型配子(XX) 中1 條染色體失活，其上等位基因完全沉默。研究證明lncRNA可與染色質修飾復合物結合引起特異性的組蛋白修飾模式，激活或抑制轉錄，在基因組印記和劑量補償效應中發(fā)揮了關鍵作用。例如在胰島素樣生長因子-2受體印記區(qū)，由父方印記控制區(qū)轉錄而來的lncRNA Airn可與組蛋白修飾酶G9a結合，通過順式作用關閉2個父源性印記基因—Slc22a2和Slc22a3的表達[2]。X 染色體失活特異轉錄因子（Xist）是另一種被人們所熟知的lncRNA，它在X染色體失活中具有重要作用。在雌性哺乳動物中，X失活中心是控制其中一條X染色體沉默的重要區(qū)域。Xist基因編碼一種稱為重復A的lncRNA，它可與多梳抑制復合體2（PRC2）結合形成復合體，并移動至X失活中心區(qū)，然后大量激活Xist的轉錄[3]。隨著Xist與轉錄因子YY1結合并定位覆蓋在X染色體上，引起廣泛的組蛋白被甲基化，最終導致X染色體失活[4]。

1. 2長鏈非編碼核糖核酸與轉錄調控

lncRNA能夠通過多種機制在轉錄水平實現(xiàn)對基因表達的調控，表現(xiàn)如下：① lncRNA的轉錄能夠干擾臨近基因的表達。例如，酵母的SER3基因會受到其上游lncRNA SRG1的轉錄的干擾[5]； ② lncRNA能夠通過封阻啟動子區(qū)域來干擾基因的表達。例如，二氫葉酸還原酶基因上游的一個lncRNA能夠和其啟動子區(qū)域形成RNADNA3螺旋結構，阻止轉錄因子TFIID的結合，從而抑制二氫葉酸還原酶的表達[6]；③lncRNA能夠與RNA結合蛋白作用，并將其定位到基因啟動子區(qū)從而調控基因的表達。例如，細胞周期蛋白D1啟動子上游一個lncRNA能夠調節(jié)RNA結合蛋白TLs的活性，進而調控細胞周期蛋白D1的表達[7]；④ lncRNA還能夠調節(jié)轉錄因子的活性，例如lncRNA Evf2能夠與轉錄因子Dlx2形成轉錄復合體從而激活Dlx6的表達[8]。

1. 3長鏈非編碼核糖核酸與轉錄后調控

lncRNA通過與mRNA形成雙鏈復合物，以掩蓋mRNA的主要順式作用元件，從而在轉錄后水平調控基因表達。例如，轉錄因子Zeb2的表達依賴于內部核糖體進入位點的剪切[9]，后者包含有一個內含子的5’端剪切位點，lncRNA Zeb2能夠和該內含子剪切位點形成雙鏈，從而抑制該內含子的剪切，提高Zeb2 蛋白產量。

2 長鏈非編碼核糖核酸與心臟發(fā)育及心血管疾病

2. 1長鏈非編碼核糖核酸與心臟發(fā)育

非編碼RNA Bvht是長度為590個核苷酸的lncRNA，其基因含3個外顯子，保守性較差。研究發(fā)現(xiàn)[10]Bvht在胚胎干細胞中就已開始表達，而在成年小鼠心臟中也觀察到Bvht的大量存在，提示Bvht可能參與了心肌細胞分化

過程。隨后證實在胚胎干細胞中敲除Bvht后, 其分化為具有搏動能力的心肌細胞數(shù)量明顯減少，并且心肌細胞標記物—肌鈣蛋白T水平亦明顯降低，而Bvht的缺失并不影響向其它組織分化的能力，表明Bvht能特異性地調控胚胎干細胞定向分化為心肌細胞。其機制是Bvht可以上調一些在心肌分化中起關鍵作用的轉錄因子包括MesP1及其下游調控因子（Gata4, Gata6, Hand1, Hand2, Tbx2, Nkx2. 5）的表達水平，從而使胚胎干細胞具有向心肌細胞分化的能力。和多數(shù)lncRNA一樣[11]，Bvht可能通過與染色質修飾復合物結合發(fā)揮調控作用。眾多的轉錄因子如MesP1都是PRC2的作用靶點[12]，而Bvht與PRC2的核心組分—SUZ12蛋白結合通過分子誘捕作用消除PRC2對這些靶基因的組蛋白修飾作用而保持激活狀態(tài)[10]。然而，我們仍需從組織水平上進一步闡明Bvht在心臟發(fā)育中的調控作用。

非編碼RNA Fendrr是小鼠側板中胚層特異表達的一種lncRNA[13]，其基因含有7個外顯子。體內研究表明敲出小鼠胚胎Fendrr后可引起心臟組織中的心肌細胞數(shù)量明顯減少，表現(xiàn)為心室壁變薄，心室收縮功能嚴重下降，最終導致胚胎死亡。值得注意的是，在Fendrr缺失時，細胞凋亡并未增加，提示心肌細胞數(shù)目的減少可能是由于側板中胚層向心肌細胞分化受阻所致。進一步研究發(fā)現(xiàn)Fendrr可直接與一些心肌細胞分化關鍵轉錄因子(Foxf1, Irx3, Pitx2)的啟動子區(qū)結合并招募PRC2蛋白引起組蛋白H3賴氨酸27三甲基化水平增高而抑制這些基因的表達。與之相反，F(xiàn)endrr還能通過其它機制增加一些轉錄因子（Nkx2. 5, Gata6）的啟動子區(qū)組蛋白H3賴氨酸4三甲基化水平增加而激活轉錄。因此，我們相信Fendrr在心臟發(fā)育的調控網絡中可能起著正負調控作用，協(xié)調（激活或抑制）相關轉錄因子的表達，從而使心肌細胞分化有序進行。

2. 2長鏈非編碼核糖核酸與冠心病

染色體9p21區(qū)域是與冠心病患病風險密切相關的一個易感位點，在該區(qū)域上，其唯一的轉錄產物是lncRNA ANRIL。ANRIL 是一個可變剪接的RNA分子，可產生多個不同的轉錄本。研究表明[14]9p21區(qū)域上的單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphisms, SNPs）與ANRIL尤其是短的轉錄產物（EU741058, DQ485454）表達水平密切相關。在冠心病患者中[15]，短轉錄本還與動脈粥樣斑塊負荷的嚴重程度密切相關。干擾血管平滑肌細胞中不同的ANRIL轉錄本后發(fā)現(xiàn)[16]與調節(jié)細胞增生、凋亡、外基質重塑以及炎癥反應有關的基因表達水平是不同的，提示不同的轉錄本可能在血管重塑中起著不同的調控作用。此外，在9p21變異人群還檢測到一些具有非線性（環(huán)形）結構的ANRIL轉錄本[17]。

腫瘤抑制因子P15INK4b和P15INK4a通過抑制細胞周期蛋白依賴性激酶4阻礙血管平滑肌細胞由G期進入S期，從而抑制血管重塑，延遲動脈粥樣硬化的形成。攜帶9p21易感位點的人群中，其血管平滑肌細胞中P15INK4b和P15INK4a的表達水平明顯下降，且血管重塑明顯[18]，而干擾ANRIL后[19]，兩者表達水平明顯增加。研究表明ANRIL可通過表觀遺傳作用抑制P15INK4b和P15INK4a基因的表達 。 ANRIL與PRC2蛋白復合體成分SUZ12蛋白結合[20]，將其招募至P15INK4b基因區(qū)，抑制P15INK4b的表達。此外，ANRIL還能與多梳抑制復合體1中的重要成員-CBX7蛋白結合[21]，誘導P15INK4a基因沉默。因此，我們推測在9p21區(qū)域的SNPs可能通過影響ANRIL的剪接，引起不同轉錄本表達水平及結構的變化，通過表觀遺傳作用降低具有抗動脈粥樣硬化作用的P15INK4b和P15INK4a的表達，增加對冠心病的易感性。將來ANRIL可能成為冠心病的新的基因標記物，其不同轉錄本在全血中表達水平的改變，可能有助于疾病嚴重程度的監(jiān)測以及預后評估。

此外，通過全基因組關聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)[22]lncRNA MIAT轉錄區(qū)多個SNPs與心肌梗死易感性相關。MIAT主要存在于特殊的核小體中，與剪接因子 SF1有高度的親和力，可能在轉錄后水平（剪接）調節(jié)基因表達[23]，但MIAT在心梗的作用機制仍不明確。

2. 3長鏈非編碼核糖核酸與心肌病

擴張型心肌病以左心室或雙心室擴張并伴收縮功能受損為特征，是致死性心力衰竭的常見病因。在三個獨立人群中，通過全基因組關聯(lián)研究證實[24]在轉錄非編碼RNA SRA1的基因區(qū)的變異是擴張型心肌病的一個易感位點；在斑馬魚中，敲除lncRNA SRA1可明顯降低心室的收縮功能，但其在心肌收縮功能的調節(jié)作用機制仍需進一步闡明。

肥厚性心肌病以室間隔不勻稱肥厚為特征，是誘發(fā)惡性心律失常引起心源性猝死的常見病因。患病風險與α-和β 肌球蛋白重鏈（MYH6, MYH7）基因變異密切相關[25]。許多l(xiāng)ncRNA能以天然反義RNA 的形式通過順式作用調控基因的表達，MYH7的表達即受其反義RNA的調控[26]。MYH7反義RNA與MYH7基因部分重合并延伸至MYH7啟動子區(qū)，通過轉錄干擾這一機制阻止轉錄起始復合物（RNA聚合酶Ⅱ）的延伸，抑制轉錄，而MYH6的表達不受影響。因此，在病理因素或基因突變下，反義RNA的異常表達可能導致MYH6和MYH7兩者的表達水平比例失衡，從而影響心肌的收縮性能，最終導致病理性心肌肥厚。

2. 4長鏈非編碼核糖核酸與肥胖

肥胖是心血管疾病的一個重要危險因素，了解脂肪細胞的形成機制是我們控制肥胖發(fā)生的關鍵，而lncRNA可能在脂肪細胞的形成過程中發(fā)揮了重要作用。運用高通量測序技術發(fā)現(xiàn)[27]在前脂肪細胞與成熟的脂肪細胞中相比有將近上百個lncRNA的差異表達，并且在前脂肪細胞中高度表達的一些lncRNA基因啟動子區(qū)具有脂肪細胞形成的關鍵轉錄因子PPARγ的結合位點。在對這些lncRNA進行干擾后，發(fā)現(xiàn)前脂肪細胞向成熟脂肪細胞分化過程明顯受阻，表現(xiàn)為脂肪的聚集明顯降低以及成熟標記物表達水平下降。此外，成熟脂肪細胞與前脂肪細胞的蛋白表達譜差異也消失了。以上研究有力地證明了lncRNA可能是脂肪細胞形成及成熟的關鍵調控因子。

3 展望

目前已越來越清楚的知道lncRNA的許多分子功能，如調節(jié)轉錄模式、調控蛋白活性，作為小RNA的前

體和改變RNA的穩(wěn)定性、維持細胞結構和保持其有序性等。但目前面臨的主要問題是，lncRNA的分子功能是如何影響有機體即影響疾病發(fā)生與發(fā)展的，這就涉及到對lncRNA立體的、多層次的調控模式的研究，為研究者提出了一個從未涉足的調控領域。lncRNA在心血管領域的研究也剛剛開始，但其意義的挖掘潛力巨大，隨著其在心臟發(fā)育及心血管疾病中作用機制的闡明，相信不久將來會成為新的靶標和治療策略。

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2014-01-07）

(助理編輯：曹洪紅)

國家自然科學基金（基金編號：81241007）

100037 北京市，北京協(xié)和醫(yī)學院 中國醫(yī)學科學院 心血管病研究所 阜外心血管病醫(yī)院 特需醫(yī)療診治中心

劉崗 博士研究生 主要從事心血管病研究 Email：liugang327@126. com 通訊作者：黃曉紅 Email：huangxhong12@gmail. com

R541

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1000-3614（2014）04-0312-03

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