尹 亮, 劉德敏, 谷國強

(河北醫(yī)科大學第二醫(yī)院 心內科, 河北 石家莊 050000)

隨著基因測序的飛速發(fā)展，長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)逐漸成為生命科學領域的研究熱點。目前l(fā)ncRNA在冠心病(coronary artery disease, CAD)方面的研究相對較少, 但其被認為是CAD危險因素和細胞功能的重要調節(jié)因子, 提示lncRNA很有可能為CAD的診斷及治療提供新思路。動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)、心絞痛(angina pectoris，AP)、心肌梗死(myocardial infarction, MI)、冠狀動脈慢性完全閉塞(chronic total occlusion，CTO)是CAD發(fā)展的不同階段。隨著心肌長期缺血導致心肌收縮力下降、心肌纖維化(myocardial fibrosis, MF)。最終發(fā)展為心力衰竭(heart failure, HF)。本文旨在從lncRNA的生物學特點以及l(fā)ncRNA在AS、CAD、MI、HF、AP和CTO等疾病的分子機制進行綜述。

1 lncRNA的特征與功能

lncRNA是一種長度超過200核苷酸的非編碼RNA(non-coding RNA, ncRNA)。 lncRNA構成了絕大多數(shù)的非蛋白編碼轉錄組。迄今為止, 至少有58 000個lncRNA基因被分類。大多數(shù)的lncRNA都是由RNA聚合酶Ⅱ轉錄的，因此有一個5’甲基鳥苷帽的頭端和一個3’聚合酶A的尾巴結構, 但由于缺乏一個開放的閱讀框架, 缺乏對蛋白質進行編碼的能力, 所以過去人們認為lncRNA是無功能的核酸[1]。

目前對lncRNA的研究表明:lncRNA在細胞核內不僅可將染色質修飾酶引入特定的基因組位點來激活或抑制基因表達, 也可以作為媒介將轉錄因子與基因組靶基因分離，進而抑制基因轉錄。根據(jù) lncRNA 與蛋白質編碼基因的位置關系，分為以下幾類[2]: ①正義lncRNA;②反義lncRNA;③內含子lncRNA;④雙向lncRNA;⑤長基因間ncRNA;⑥增強子RNA。近年來研究發(fā)現(xiàn)lncRNA與多種心血管疾病相關, 包括病理性肥大和發(fā)育、血管疾病、AS、血脂異常和代謝[3]。提示lncRNA很有可能為CAD的診斷及治療提供新思路。

2 AS

2.1lncRNA MALAT1 肺癌轉移相關轉錄本1(metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1, MALAT1)是第一個被鑒定與肺癌相關聯(lián)的lncRNA, 但其在大血管和微血管的內皮細胞均有表達。Gong等[4]在高糖誘導的人臍靜脈內皮細胞(human umbilical vein/vascular endothelium cell, HUVEC)發(fā)現(xiàn)MALAT1表達明顯上調。而敲除MALAT1可以抑制NF-κB信號通路的激活, 從而降低了炎性細胞因子, 如:腫瘤壞死因子α和白介素-6，進而抑制HUVEC的凋亡和炎癥。另一項研究, Chen等[5]發(fā)現(xiàn)過表達MALAT1以分子海綿形式抑制miR-155-5p, 并上調核因子I/A的表達，進而抑制AS的進展。

2.2lncRNA ANRIL INK4基因座中反義非編碼RNA(long non-coding antisense RNA, ANRIL)在AS患者的內皮細胞血管平滑肌細胞、炎性細胞和組織中均有表達, 提示可能影響AS的發(fā)展[6]。Liu等[7]研究發(fā)現(xiàn)ANRIL表達與白細胞介素-10和單核細胞趨化蛋白1等細胞因子相關, 而這些細胞因子上調是內皮功能障礙的標志物。ANRIL通過TGF-βR1/Smad通路抑制miR-let-7b調節(jié)HUVEC功能, 而內皮細胞作為AS進展過程中的基礎細胞, 其功能的改變可影響AS的進展。ANRIL可能作為早期AS的診斷標志物, 但仍需在大樣本人群中驗證。

2.3lncRNA OIP5-AS1 Wang等[8]發(fā)現(xiàn)lncRNA相互作用蛋白5反義轉錄1(opa-interacting protein 5 antisense transcript 1，OIP5-AS1)通過調節(jié)糖原合酶激酶3β和EZH2增強子導致氧化型低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein，ox-LDL)介導的HUVEC凋亡。另一項研究, Zhang等[9]在ox-LDL介導的HUVEC模型中發(fā)現(xiàn)OIP5-AS1以分子海綿抑制miR-320a并增加ox-LDL受體1表達, 促進了HUVEC的存活和低密度脂蛋白的釋放, 加速AS的進展, 而敲除OIP5-AS1具有相反的效應。以上研究提示OIP5-AS1參與AS的進展。

2.4lncRNA MEG3 lncRNA母系表達基因3 (maternally expressed gene 3，MEG3)在多種腫瘤細胞表達均下調, 然而在AS中直接作用機制未被明確。Wu等[10]研究發(fā)現(xiàn), MEG3過表達可競爭內源性RNA抑制內皮細胞中miR-21的表達, 并上調Ras同源物基因家族成員B(ras homolog gene family member B，RhoB)和第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN)的表達水平, 從而抑制內皮細胞的增殖和遷移。

3 CAD

3.1lncRNA ANRIL Jarinova等[11]研究發(fā)現(xiàn)ANRIL可以影響 P15INK4b表達。P15INK4b是一種腫瘤抑制因子, 可促進血管重建, 抑制病理性血管內膜的增生, 從而延緩AS的形成。而ANRIL可以通過抑制P15INK4b的表達而發(fā)揮促AS的作用, 導致CAD的進展。Cho等[12]發(fā)現(xiàn)CAD患者循環(huán)中ANRIL最長的轉錄物NR003529表達上調, 顯著降低EZR和CXCL11的表達, 而增加LYVE1和TMEM106B的表達, 加速了單核細胞的黏附和轉運進而導致AS, 最終促進CAD的發(fā)生發(fā)展。而敲除ANRIL則出現(xiàn)相反的結果。ANRIL另一轉錄產物過表達DQ485454顯著促進CLIP1、EZR、LYVE1、CXCL11、ENC1的表達, 抑制TMEM100和TMEM106B的表達, 綜合結果顯著降低單核細胞的黏附和轉運, 拮抗CAD的發(fā)展。

3.2lncRNA H19 lncRNA H19位于11號染色體, 其基因多態(tài)性與CAD密切相關。雖然H19在正常人群循環(huán)中檢測不到, 但在血管損傷或AS病變內膜中卻高度表達。Zhang等[13]采用qRT-PCR方法檢測了300例CAD患者血漿中H19的水平得出的結論是：CAD患者的血漿H19水平顯著升高。研究還發(fā)現(xiàn)血漿H19水平升高與CAD風險增加有關, H19可能被認為是CAD的一個新的生物標志物。Kallen等[14]發(fā)現(xiàn)H19能夠充當分子海綿調節(jié)let7, 進而下調let7與靶mRNA的自由結合水平。提示H19抑制let7表達, 導致CAD的發(fā)生發(fā)展。

3.3lncRNA GAS5 lncRNA生長特異抑制物5(lncRNA growth arrest-specific 5, lncRNA GAS5)與細胞炎癥密切相關, 而CAD通常被認為是一種炎癥性疾病。具體來說, GAS5可以阻止糖皮質激素受體和受體結合元件的結合, 從而阻礙糖皮質激素介導的信號轉導, 從而在炎癥中發(fā)揮關鍵作用。糖皮質激素信號轉導異常是CAD發(fā)病的主要原因之一, 高糖皮質激素含量可導致心血管癥狀加重[15]。此外, 在一項中國人口的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)調查中, Li等[16]共納入436例CAD患者, 發(fā)現(xiàn)吸煙作為獨立的危險因素, 與lncRNA GAS5/miR-21/mTOR軸的SNP相互作用導致CAD的發(fā)生, 有利于CAD的診斷和預后預測。

3.4lncRNA CASCⅡ lncRNA腫瘤易感候選基因Ⅱ(cancer susceptibility Ⅱ, CASCⅡ)最初發(fā)現(xiàn)是在癌癥中起著重要作用, 而最新研究發(fā)現(xiàn)在CAD中同樣發(fā)揮著關鍵作用。Chen等[17]在一項隨機對照研究收錄82例CAD患者發(fā)現(xiàn)CASCⅡ水平下調, 提示CASCⅡ水平的變化可能作為CAD潛在的預后和診斷價值。由于轉化生長因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)的過度表達通過調節(jié)下游基因, 如鞘氨醇激酶-1和金屬蛋白酶組織抑制因子-1來調節(jié)心肌代謝導致自噬, 從而促進CAD的發(fā)展。而CASC11過表達下調了TGF-β1的mRNA和蛋白水平, 因此延緩CAD的發(fā)展。

4 MI

4.1lncRNA HULC lncRNA肝癌高表達轉錄本(highly up-regulated in liver cancer，HULC)是第一個被證實在人肝癌中過表達的非編碼轉錄本。在小鼠MI模型中研究發(fā)現(xiàn)HULC表達下降。具體可能機制是：HULC以分子海綿抑制miR-29b, 減輕缺氧誘導的炎癥損傷, 促進血管生成和HUVEC細胞的增殖, 有助于緩解AMI后心肌的損傷。這些發(fā)現(xiàn)提示HULC可能是MI發(fā)病機制中的重要調控因子, 也可能是MI診斷和治療的一個新的生物標志物[18]。

4.2lncRNA KCNQ1OT1 多項研究已經發(fā)現(xiàn)lncRNA KCNQ1重疊轉錄物1(KCNQ1 overlapping transcript 1，KCNQ1OT1)在心臟疾病中發(fā)揮重要作用。Li等[19]在小鼠MI模型中發(fā)現(xiàn)抑制KCNQ1OT1表達可能通過上調脂聯(lián)素受體1(adiponectin receptors1，AdipoR1)表達保護MI后心肌缺血/再灌注損傷。不僅如此, 抑制KCNQ1OT1還可以通過調節(jié)p38 MAPK/NF-κB信號通路減少MI炎癥因子的釋放進而保護心肌細胞。Liao等[20]發(fā)現(xiàn)在小鼠MI模型中, KCNQ1OT1海綿吸附miR-466k 和miR-466i-5p, 促進下游Tead1基因表達, 促進MI后心肌細胞損傷, 為MI的發(fā)病機制提供了新的思路。

4.3lncRNA XIST 越來越多的研究表明lncRNA X染色體失活基因(X inactivate-specific transcript，XIST)在細胞增殖、分化和基因組維持中起著關鍵作用。一項動物實驗中發(fā)現(xiàn)XIST表達上調, 而敲除XIST可以保護心肌細胞活力, 防止細胞凋亡。具體研究機制可能是XIST能直接抑制miR-101a-3p的表達, 進而促進下游低聚果糖(fructooligosaccharides, FOS)的表達, 最終導致MI惡化, 提示lncRNA XIST/miR-101a-3p/FOS軸可能是治療MI的潛在靶點之一[21]。

4.5lncRNA MIAT MIAT的第5號外顯子存在MI易感性變異, MI與該基因轉錄水平升高有關, 提示MIAT可能在MI的發(fā)病機制中發(fā)揮作用。Vausort等[22]通過對414例MI患者與86例健康對照者全血細胞中包括MIAT在內的5種lncRNAs表達水平研究得出結論：與健康志愿者相比, MI患者HIF1a-AS2、KCNQ1OT1和MALAT1升高, ANRIL降低, HIF1a-AS2水平因胸痛發(fā)作時間而異, 此外, MIAT與吸煙有相關性, 與血液中淋巴細胞計數(shù)呈正相關, 與中性粒細胞計數(shù)、血小板計數(shù)呈負相關, 且ANRIL、KCNQ1OT1、MIAT和MALAT1對區(qū)分ST段抬高心肌梗死和非ST段抬高心肌梗死有參考價值。另一項研究, Ma等[23]招募212例AMI患者和218例健康對照者。使用qRT-PCR和測序技術獲得了MIAT的SNP, 其中 rs5752375和rs9608515的多態(tài)性與中國漢族人群的MI密切相關。該結果對于MI的早期診斷具有臨床重要性。這項通過對患者的直接研究, 更加充分肯定了MIAT在MI中的作用。

5 HF

5.1lncRNA SOX2OT Y染色體性別決定基因簇2重疊轉錄本(sex-determining region of Y chromosome-box2 overlapping transcript，SOX2OT)是一種新型的腫瘤相關lncRNA。Greco等[24]研究表明, SOX2OT在非終末期和終末期HF患者的心臟組織中過表達, 提示其可能參與調節(jié)HF進展, 但是具體的機制Greco未明確闡明。由于HF的發(fā)生與MF密切相關。MF是指心肌組織中膠原纖維過度沉積。隨著Ou[25]等研究發(fā)現(xiàn)：在HF小鼠模型, 通過抑制SOX2OT可減弱小鼠的MF。進一步研究發(fā)現(xiàn), SOX2OT以海綿吸附138-5p并上調TGF-β1。而TGF-β1是一種重要的促纖維化的細胞因子, 與膠原纖維的合成有關。以上結果提示SOX2OT可能是HF的重要靶點之一。

5.2lncRNA KCNQ1OT1 KCNQ1OT1不僅與MI密切相關, 在HF中也發(fā)揮著重要的調控作用。融合肉瘤(fused in sarcoma, FUS)是廣泛表達的多功能蛋白, 參與多種生物過程, 如DNA修復、基因轉錄、氧化應激和線粒體損傷[26]。Lai等[27]在阿霉素誘導的HF小鼠模型中, KCNQ1OT1表達上升。而KCNQ1OT1本身促進心肌細胞凋亡。同時還發(fā)現(xiàn)KCNQ1OT1正向調控FUS表達促進HF小鼠的心肌細胞凋亡, 而敲除KCNQ1OT1則得出相反的結果。

5.3lncRNA LUCAT1 在一項前瞻性、多中心的研究中發(fā)現(xiàn)HF患者中l(wèi)ncRNA肺癌相關轉錄本1(lung cancer associated transcript 1，LUCAT1)降低1.7倍, 與患者預后不良相關。AC16心肌細胞中, LUCAT1可以直接與miR-612結合, 通過lncRNA LUCAT1/ miR-612/HOXA13軸抑制細胞增殖, 促進凋亡。因此，這種lncRNA可能成為一種HF的預后標志物[28]。另一項體外實驗證明高糖處理的AC16心肌細胞中, LUCAT1表達明顯上調, 抑制LUCAT1能夠下調CYP11B2基因, 從而逆轉HG誘導的心肌細胞損傷, 提示LUCAT1可能是糖尿病合并心血管疾病的潛在治療靶點[29]。

5.4lncRNA GASL1 生長阻滯相關的lncRNA 1(growth-arrest-associated lncRNA1，GASL1)是近年來新發(fā)現(xiàn)的lncRNA, 在肺癌中低表達, 參與細胞的增殖, 具有抗腫瘤作用[30]。GASL1在HF的調節(jié)中同樣發(fā)揮著重要作用。Deng等[30]入組72例HF患者, 發(fā)現(xiàn)HF患者中GASL1表達降低, 而TGF-β1表達升高。進一步通過AC16體外實驗證實GASL1過表達可能通過下調TGF- β1來改善HF的證據(jù)。更重要的是：通過統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)血漿中GASL1水平較低的患者的總生存率明顯低于血漿中GASL1水平較高的患者。綜上所述, GASL1不僅是潛在的診斷標志物, 還能改善HF患者的預后。

6 AP

AP是CAD最常見的臨床表現(xiàn)之一, 與心肌缺血相關。但國內外相關文獻報道較少。近期, 李香梅等[31]在一項病例對照研究中發(fā)現(xiàn)外周血lncRNA ENST00000589524.1在SAP患者中表達明顯上調。而宋寧等[32]同樣在病例對照研究發(fā)現(xiàn)lncRNA ENST00000418539.1診斷SAP的靈敏度較高，其可能是SAP的潛在生物標志物。遺憾的是，兩位學者均未闡述具體的機制, 需要更多的基礎研究尋找其分子機制, 爭取早日用于臨床治療。

7 CTO

側支動脈的生長為CTO患者的血液灌注提供了另一種途徑, 這一過程稱為側支動脈形成。雖然這些側支往往不能使心臟灌注恢復到正常水平, 但可以向心臟缺血區(qū)持續(xù)灌注, 從而預防或減輕心肌缺血, 縮小梗死面積, 保護左心室功能, 甚至降低病死率[33]。白血病誘導的非編碼激活因子RNA-1(leukemia-induced noncoding activator RNA-1，LUNAR1) 是一種受Notch信號調控的特異性細胞間黏附分子lncRNA。LUNAR1的表達是由胰島素樣生長因子受體-1基因位點的增強子調控, 其轉錄過程首次在人類T細胞白血病中被發(fā)現(xiàn)。研究表明LUNAR1不僅能增強胰島素樣生長因子受體-1的表達, 還能促進血管生成, 提高細胞存活率[34]。Lu等[35]發(fā)現(xiàn)CTO患者LUNAR1與微血管生成之間直接相關, 循環(huán)中l(wèi)ncRNA LUNAR1水平與冠狀動脈側支良好及Rentrop評分均呈正相關。這表明LUNAR1促進CTO側支發(fā)育, 增加心肌灌注。

8 結語與展望

lncRNA在CAD發(fā)生發(fā)展及疾病的診斷和預測方面具有重要價值, 對心血管疾病具有重要的診斷和預測作用。目前的研究已經部分揭示CAD及其亞型均存在某些特異性及敏感性較高的lncRNA。但lncRNA表達水平與冠心病的嚴重程度以及疾病的預后的相關研究資料仍相對較少, 需要進一步努力及探索。