李子煜，程 里，祁 雷，余水生，姚 飛，張理乾，查小偉 綜述 荊玨華 審校

脊髓損傷(spinal cord injury，SCI)是一種常見(jiàn)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)創(chuàng)傷，可造成患者嚴(yán)重且持續(xù)的運(yùn)動(dòng)和感覺(jué)功能障礙，給個(gè)人、家庭乃至整個(gè)國(guó)家?guī)?lái)沉重的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)負(fù)擔(dān)[1]。SCI的病理進(jìn)程可以分為兩個(gè)階段：原發(fā)性損傷(第一階段)和繼發(fā)性損傷(第二階段)。原發(fā)性損傷主要由壓迫、挫傷或膨脹等導(dǎo)致的即刻機(jī)械性損傷，這一階段常無(wú)法避免或干預(yù)。繼發(fā)性損傷主要包括神經(jīng)細(xì)胞凋亡、軸突脫髓鞘和切斷、小膠質(zhì)細(xì)胞活化和膠質(zhì)瘢痕形成等，這一階段持續(xù)時(shí)間可達(dá)數(shù)周甚至幾個(gè)月且影響較重，但可以進(jìn)行干預(yù)[2]。因此，利用治療措施中斷或抑制繼發(fā)性損傷階段有望促進(jìn)SCI后功能恢復(fù)。SCI的治療已經(jīng)成為神經(jīng)再生領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，但目前臨床SCI的治療效果并不理想，因此不斷探索并總結(jié)新的SCI治療方式具有重要的科學(xué)和社會(huì)意義。

長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)是由長(zhǎng)度大于200個(gè)核苷酸組成的非編碼RNA，這類(lèi)RNA并無(wú)編碼蛋白質(zhì)功能，但可以在生物體內(nèi)多種組織廣泛表達(dá)，且具有構(gòu)成染色質(zhì)及基因表達(dá)調(diào)控等功能，從而參與到多種生理以及病理進(jìn)程[3-4]。相關(guān)研究表明lncRNA參與到生理病理進(jìn)程中從而發(fā)揮功能的機(jī)制主要包括：① lncRNA與染色質(zhì)復(fù)合物相作用[5]；② lncRNA作為蛋白質(zhì)和酶的調(diào)節(jié)因子[3, 6]；③ lncRNA與DNA/RNA結(jié)合蛋白相作用[7]；④ lncRNA與DNA直接相作用[8]。且相關(guān)研究表明lncRNA在SCI前后表達(dá)水平具有明顯差異，且在SCI修復(fù)過(guò)程中起著重要作用[9-10]。因此，深入探討并總結(jié)lncRNA參與SCI的功能和機(jī)制，將提高對(duì)SCI發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí)，為SCI的治療策略提供新的思路。本文將與SCI修復(fù)相關(guān)的lncRNA研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 lncRNA在SCI后的表達(dá)與功能

在SCI前后lncRNA表達(dá)具有明顯差異。2016年丁亞 等[9]利用基因芯片技術(shù)檢測(cè)小鼠SCI后第1、3、7和21天(相當(dāng)于SCI第二階段)lncRNA差異性表達(dá)譜。結(jié)果表明在SCI后第1天lncRNA未見(jiàn)明顯差異性表達(dá)；在第3天時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)大量lncRNA出現(xiàn)差異性表達(dá)，其中212個(gè)lncRNA表達(dá)上調(diào)，290個(gè)lncRNA表達(dá)下調(diào)；在第7天時(shí)，差異性表達(dá)lncRNA數(shù)量較第3天明顯增加，其中326個(gè)lncRNA表達(dá)上調(diào)，565個(gè)lncRNA表達(dá)下調(diào)；在第21天時(shí)，差異性表達(dá)lncRNA數(shù)量較第3天和第7天明顯減少，其中141個(gè)lncRNA表達(dá)上調(diào)，40個(gè)lncRNA表達(dá)下調(diào)。根據(jù)京都基因與基因組百科全書(shū)(the database Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes，KEGG)對(duì)差異性lncRNA進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)這些差異性lncRNA可能通過(guò)神經(jīng)配體受體信號(hào)通路、磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)信號(hào)通路、黏附斑激酶信號(hào)通路、生化代謝信號(hào)通路、破骨細(xì)胞分化因子信號(hào)通路及溶酶體信號(hào)通路等生物學(xué)通路參與到SCI后神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂及神經(jīng)細(xì)胞生長(zhǎng)、凋亡等進(jìn)程。此外，2017年Duran et al[11]利用RNA測(cè)序技術(shù)檢測(cè)大鼠SCI后1、2和3月時(shí)lncRNA表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)277個(gè)lncRNA出現(xiàn)差異性表達(dá)。經(jīng)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)這些差異性表達(dá)lncRNA可能與SCI進(jìn)程中信號(hào)級(jí)聯(lián)、表觀(guān)遺傳修飾和免疫反應(yīng)等功能有關(guān)。繼上述研究之后，2018年Zhou et al[10]利用基因芯片技術(shù)檢測(cè)SD大鼠SCI后2 h(相當(dāng)于SCI第一階段)lncRNA差異性表達(dá)譜，P<0.05以及表達(dá)水平改變2倍以上被認(rèn)為具有差異性表達(dá)。結(jié)果表明SCI后772個(gè)lncRNA差異性表達(dá)，其中528個(gè)lncRNA(68.39%)表達(dá)上調(diào)，244個(gè)lncRNA(31.61%)表達(dá)下調(diào)。此外，lncRNA表達(dá)上調(diào)最高者達(dá)124倍，lncRNA表達(dá)下調(diào)最低者達(dá)15倍。經(jīng)進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)這些差異性表達(dá)lncRNA可能通過(guò)Toll樣受體(toll-like receptors，TLRs)信號(hào)通路、p53信號(hào)通路、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase，MAPK)信號(hào)通路和Janus激酶-信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子(janus kinase-signal transducer and activator of transcription，Jak-STAT)信號(hào)通路參與到SCI后損傷免疫應(yīng)答、小膠質(zhì)細(xì)胞神經(jīng)保護(hù)反應(yīng)、神經(jīng)細(xì)胞凋亡及創(chuàng)傷相關(guān)炎癥反應(yīng)等進(jìn)程。

綜合以上研究表明：在SCI后lncRNA差異性表達(dá)明顯，且具有時(shí)間差異性。這些差異性表達(dá)lncRNA在SCI病程發(fā)揮著重要作用。

2 lncRNA-SCIR1、lncRNA-XIST和lncRNA-Map2k4在SCI中的作用

2.1lncRNA-SCIR1在SCI中的作用SCI后，星形膠質(zhì)細(xì)胞、成纖維細(xì)胞和巨噬細(xì)胞在損傷位點(diǎn)共同形成致密的瘢痕，從而阻止進(jìn)一步損傷[12]。然而，這種瘢痕自身的物理性屏障作用以及分泌抑制性因子將會(huì)阻止神經(jīng)纖維的再生[13]。Wang et al[14]利用轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)檢測(cè)大鼠SCI后第1、4和7天時(shí)lncRNA及mRNA表達(dá)情況，篩選出一種在SCI后不同時(shí)間點(diǎn)表達(dá)水平均明顯降低的lncRNA(RGD1559747，編碼基因位于4號(hào)染色體鋅指蛋白(Zfp775)側(cè)面)并命名為lncRNA-SCIR1。此外，在體外培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞中使lncRNA-SCIR1表達(dá)沉默之后，發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細(xì)胞明顯增殖數(shù)量達(dá)2倍以上，且遷移能力明顯增強(qiáng)。這初步表明lncRNA-SCIR1的下調(diào)可以通過(guò)促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖和遷移進(jìn)而促進(jìn)SCI后損傷位點(diǎn)瘢痕的形成。為進(jìn)一步探討lncRNA-SCIR1的可能作用機(jī)制，研究者篩選出與lncRNA-SCIR1相關(guān)性最高的，且已被證實(shí)參與到SCI進(jìn)程中的4個(gè)mRNA，其中腎上腺髓質(zhì)素(adrenomedullin，Adm)mRNA和骨形態(tài)生成蛋白(bone morphogenetic protein 7，Bmp7)mRNA在SCI后表達(dá)水平明顯升高，而無(wú)翅型MMTV整合位點(diǎn)家族成員3(wingless-type MMTV integration site family member 3，Wnt3)mRNA和α-突觸核蛋白(alpha-synuclein，SNCA)mRNA在SCI表達(dá)水平明顯降低。相關(guān)研究[15-16]已經(jīng)證實(shí)Wnt3的上調(diào)以及Bmp7的下調(diào)可以促進(jìn)髓鞘再生并且緩解神經(jīng)膠質(zhì)抑制，從而促進(jìn)SCI后功能恢復(fù)。當(dāng)在體外培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞中沉默lncRNA-SCIR1表達(dá)后，發(fā)現(xiàn)Bmp7表達(dá)明顯升高，而Wnt3表達(dá)明顯降低。進(jìn)一步說(shuō)明lncRNA-SCIR1可能通過(guò)下調(diào)Bmp7以及上調(diào)Wnt3從而促進(jìn)SCI后神經(jīng)功能恢復(fù)。

2.2lncRNA-XIST在SCI中的作用Gu et al[17]利用基因芯片技術(shù)檢測(cè)大鼠SCI前后lncRNA表達(dá)情況，結(jié)合GEO(Gene Expression Omnibus)數(shù)據(jù)庫(kù)篩選出一種表達(dá)差異性顯著的lncRNA-XIST，該lncRNA在SCI后的第1、3、7天表達(dá)均明顯增加。相關(guān)研究[18]表明lncRNA-XIST在腫瘤細(xì)胞凋亡方面具有重要作用。當(dāng)SCI大鼠lncRNA-XIST表達(dá)被沉默之后，發(fā)現(xiàn)SCI位點(diǎn)凋亡細(xì)胞數(shù)量明顯減少，且大鼠運(yùn)動(dòng)功能BBB(Basso-Beattie-Bresnahan)評(píng)分明顯提高，初步表明lncRNA-XIST的下調(diào)對(duì)SCI后大鼠具有保護(hù)作用，可以促進(jìn)其功能恢復(fù)；此外，相關(guān)研究[19]表明lncRNA-XIST在乳癌中可以抑制PI3K/AKT信號(hào)通路，且PI3K/AKT信號(hào)通路在SCI后的細(xì)胞凋亡進(jìn)程中起著重要作用[20]。當(dāng)抑制SCI后大鼠體內(nèi)lncRNA-XIST表達(dá)時(shí)，AKT及其下游哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)磷酸化水平明顯升高。進(jìn)一步表明SCI后，抑制lncRNA表達(dá)可以激活PI3K/AKT信號(hào)通路；大量研究[4]表明lncRNA可以作為競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源RNA(competing endogenous，ceRNA)競(jìng)爭(zhēng)性抑制相應(yīng)miRNA(microRNA)的表達(dá)從而發(fā)揮基因表達(dá)調(diào)控的作用。研究者利用生物信息學(xué)軟件篩選出一種受到lncRNA-XIST調(diào)控并與細(xì)胞凋亡有關(guān)的miRNA-494，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)在SCI后lncRNA-XIST可以下調(diào)miRNA-494的表達(dá)。此外，相關(guān)研究[21]表明同源性磷酸酶-張力蛋白(phosphatase and tensin homolog，PTEN)作為PI3K/AKT信號(hào)通路負(fù)性調(diào)控蛋白，可以抑制SCI后神經(jīng)再生及功能恢復(fù)。經(jīng)進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，SCI后miRNA-494的過(guò)表達(dá)可以通過(guò)抑制PTEN表達(dá)，進(jìn)而激活PI3K/AKT信號(hào)通路，最終抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡且促進(jìn)大鼠運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)。綜合lncRNA-XIST對(duì)miRNA-494表達(dá)的抑制作用且經(jīng)過(guò)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)：下調(diào)lncRNA-XIST可以上調(diào)miRNA-494表達(dá)，從而抑制PTEN的表達(dá)進(jìn)而激活PI3K/AKT信號(hào)通路，最終抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡并促進(jìn)大鼠運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)，起到治療SCI的作用。

2.3lncRNA-Map2k4在SCI中的作用Ding et al[22]利用基因芯片技術(shù)檢測(cè)小鼠SCI前后lncRNA差異性表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)一種lncRNA(ENSMUST 00000138093)在SCI后表達(dá)水平明顯下降，且其表達(dá)水平與成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子1(fibroblast growth factor 1，F(xiàn)GF1)mRNA表達(dá)水平呈動(dòng)態(tài)相關(guān)。已有研究[23]表明FGF1是一種神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子，在膠質(zhì)細(xì)胞中有高水平的表達(dá)，且具有神經(jīng)保護(hù)和神經(jīng)再生功能。繼Ding et al[22]研究之后，Lv et al[24]將lncRNA(ENSMUST00000138093)命名為lncRNA-Map2k4，并利用生物信息學(xué)軟件篩選出與其相關(guān)性較高的miRNA-199a，經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究表明在脊髓神經(jīng)元細(xì)胞中l(wèi)ncRNA-Map2k4可以作為ceRNA抑制miRNA-199a的表達(dá)；經(jīng)進(jìn)一步研究表明在脊髓神經(jīng)元細(xì)胞中，miRNA-199a的上調(diào)可以抑制FGF1的表達(dá)。結(jié)合lncRNA-Map2k4對(duì)miRNA-199a的調(diào)控作用，經(jīng)一系列驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明下調(diào)lncRNA-Map2k4可以通過(guò)上調(diào)miRNA-199a進(jìn)而抑制FGF1的表達(dá)；進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)lncRNA-Map2k4和FGF1兩者均可以促進(jìn)脊髓神經(jīng)元細(xì)胞的增殖及抑制凋亡，而miRNA-199a可以抑制神經(jīng)元細(xì)胞增殖并促進(jìn)凋亡。因此，lncRNA-Map2k4可以通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性抑制miRNA-199a表達(dá)從而促進(jìn)FGF1的表達(dá)，最終促進(jìn)脊髓神經(jīng)元細(xì)胞的增殖及抑制凋亡，起到治療SCI的作用。

2.4其他lncRNA在SCI中的作用神經(jīng)干細(xì)胞(neural stem cells，NSCs)可以增殖分化為星形膠質(zhì)細(xì)胞、神經(jīng)元細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞，且大量研究[25]表明調(diào)控NSCs增殖及分化可以作為SCI的潛在治療手段。Zheng et al[26]研究發(fā)現(xiàn)lncRNA-UCA1在NSCs中的表達(dá)呈時(shí)間依賴(lài)性上調(diào)，當(dāng)敲除該lncRNA基因后NSCs增殖受到抑制。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，敲除lncRNA-UCA1基因可以促進(jìn)miRNA-1表達(dá)進(jìn)而抑制轉(zhuǎn)錄因子Hes1的表達(dá)，從而抑制神經(jīng)球的形成，同時(shí)抑制NSCs向星形膠質(zhì)細(xì)胞增殖分化并促進(jìn)NSCs向神經(jīng)元分化。因此，lncRNA-UCA1對(duì)NSCs增殖及分化的調(diào)控作用有望作為SCI后神經(jīng)修復(fù)的潛在治療手段。

氫化硫被公認(rèn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中一種重要的神經(jīng)調(diào)節(jié)劑和神經(jīng)保護(hù)劑，并且硫化氫對(duì)SCI后的脊髓缺血再灌注損傷具有保護(hù)作用[27]。Liu et al[28]研究發(fā)現(xiàn)大鼠脊髓缺血再灌注損傷后，硫化氫的干預(yù)可以促進(jìn)lncRNA-CasC7的表達(dá)并降低miRNA-30c的表達(dá)，同時(shí)硫化氫可以抑制缺血再灌注損傷導(dǎo)致的神經(jīng)細(xì)胞凋亡。經(jīng)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)：硫化氫可以上調(diào)lncRNA-CasC7的表達(dá)從而競(jìng)爭(zhēng)性抑制miRNA-30c的表達(dá)，進(jìn)而抑制神經(jīng)細(xì)胞凋亡，最終對(duì)脊髓缺血再灌注損傷大鼠模型起到保護(hù)作用。因此，lncRNA-CasC7可以作為SCI治療的潛在靶點(diǎn)。

小膠質(zhì)細(xì)胞(microglial cells，MGs)作為中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的一種吞噬細(xì)胞，在神經(jīng)細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)、保護(hù)和修復(fù)中發(fā)揮著重要的作用[29]。Zhou et al[30]研究發(fā)現(xiàn)，SCI后大鼠脊髓中l(wèi)ncRNA-MALAT1表達(dá)水平明顯升高，并伴有IKKβ/NF-κB(inhibitor of nuclear factor kappa-B kinase/ nuclear factor kappa-B)信號(hào)通路的激活以及腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor alpha,TNF-α)和白介素-1β(interleukin 1 beta,IL-1β)水平升高。經(jīng)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)MGs中l(wèi)ncRNA-MALAT1可以通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性抑制miRNA-199b的表達(dá)從而激活I(lǐng)KKβ/NF-κB信號(hào)通路并促進(jìn)TNF-α和IL-1β的表達(dá)。此外，敲除lncRNA-MALAT1基因可以促進(jìn)SCI后大鼠運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)。因此，敲除lncRNA-MALAT1可以通過(guò)調(diào)控miRNA-199b/IKKβ/NF-κB信號(hào)通路從而抑制SCI后MGs炎癥反應(yīng)，起到治療SCI的作用。

3 展望

目前治療SCI的研究主要是針對(duì)繼發(fā)性損傷階段，其病理過(guò)程主要包括神經(jīng)細(xì)胞凋亡、軸突脫髓鞘和切斷、小膠質(zhì)細(xì)胞活化和膠質(zhì)瘢痕形成等。但由于SCI繼發(fā)性損傷的病理進(jìn)程非常復(fù)雜且具體機(jī)制仍未明確，導(dǎo)致臨床上仍未有理想的治療措施。因此，探索新的SCI治療手段并研究其機(jī)制具有重要的科學(xué)和社會(huì)價(jià)值。近年來(lái)，大量研究表明lncRNA可以通過(guò)調(diào)控基因表達(dá)等作用在多種疾病進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用。本文中討論的各種研究表明lncRNA在SCI的病理進(jìn)程中同樣發(fā)揮著重要作用，并且調(diào)控相應(yīng)lncRNA表達(dá)水平可以抑制繼發(fā)性損傷并促進(jìn)SCI后功能恢復(fù)，這對(duì)于設(shè)計(jì)新的分子治療方案具有重要意義(圖1)。因此，未來(lái)更多基于lncRNA與SCI的研究有望為SCI的臨床治療提供新的方案。

圖1 長(zhǎng)鏈非編碼RNA在脊髓損傷中的作用簡(jiǎn)圖