長鏈非編碼RNA與冠狀動脈粥樣硬化性心臟病

本文刊於：嶺南心血管病雜誌，2017,23(03):355-357

作者：黃光楠，楊毅寧

提要

近年有研究表明，有大量基因序列通過非編碼RNA形式對生命活動進行調控。目前對非編碼RNA的研究主要集中在微RNA（miRNA）和長鏈非編碼（long non-coding RNA, lncRNA）。其中，lncRNA是由長度超過200個核苷酸組成的不具有蛋白質編碼功能的RNA，它們參與基因組印跡、X染色體沉默以及染色質修飾、轉錄激活、核內運輸、轉錄干擾等多種重要的調控作用。雖然目前lncRNAs的作用機制和功能尚未完全清楚，但是近年的研究表明，lncRNAs是參與心血管疾病發生、發展的重要調節因子，與冠狀動脈粥樣硬化性心臟病密切相關。

人類基因組的測序結果表明，哺乳動物基因中超過98％轉錄為非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNA），只有不到2%的RNA編碼蛋白質[1]，非編碼RNA又根據核苷酸長度分為核苷酸長度小於200 nt的短鏈非編碼微RNA（microRNA，miRNA）和核苷酸長度大於200 nt的長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）[2]。在過去對非編碼RNA的研究中，主要集中在miRNA上，揭示了其在癌症、代謝、神經元、心血管疾病等方面的重要作用。至今為止，通過研究發現的lncRNA已達上千種，但人們對它的研究和認識僅為冰山一角；目前研究表明，lncRNA參與了基因組印跡、X染色體沉默以及染色質修飾、轉錄激活、轉錄干擾、核內運輸等多種重要的調控過程[3]。最近新的研究揭示，lncRNA的異常表達與心血管疾病的發生和發展密切相關[4]。本文就lncRNA在冠狀動脈粥樣硬化性心臟病（冠心病）的發生和發展中的機製作一介紹。

1長鏈非編碼RNA

1.1分類及特性

lncRNA是由超過200個核苷酸組成，但不具有蛋白編碼功能的RNA轉錄序列。長時間以來一直被認為是基因轉錄的「噪音」，不具有任何生物學功能。但隨著人類基因組研究的進展，越來越多的證據表明，lncRNA在轉錄、轉錄後調控及表觀遺傳修飾等水平調控基因的表達並且在正常生理過程中也發揮重要作用；lncRNA有多種不同的來源，目前認為主要有以下5個方面[5]：（1）蛋白編碼基因結構中斷轉變為lncRNA；（2）染色質重新排列導致兩個未轉錄的基因與另外獨立的基因合并產生一個有多個外顯子的lncRNA；（3）由非編碼基因轉錄過程中產生；（4）由串聯複製產生鄰近的非編碼RNA；（5）插入一個轉座子而產生有功能的非編碼RNA。目前lncRNA的分類標準尚未統一，Kung等[6]認為lncRNA分為5類：（1）獨立lncRNA（standalone lncRNA）；（2）自然反義轉錄體（natural antisense transcripts，NAT）；（3）假基因（pseudogenes）；（4）長鏈固有ncRNA（long intronic ncRNA）；（5）其他lncRNA（增強子RNA等）。並且，由於lncRNA的結構缺乏5』端的帽子和3』端的多聚A尾，lncRNA的兩端必須通過核仁小RNA（small nucleolar RNA，snoRNA）維持LncRNA的結構穩定及不被降解[7]。

lncRNA具有兩大重要特性：（1）重複序列較少，一旦轉錄終止，lncRNA會迅速降解；如Tsix的半衰期通常只有30~60 min；Kcnq1ot1半衰期也只有1 h左右，這種特點造成其只能在特定部位發揮作用。（2）lncRNA結合位點單一。例如：Tsix和RepA/Xist均只有單一的靶點。lncRNA只有一個內含子，轉錄活性較弱，而且在進化上保守性較差[8]。

1.2 lncRNA的功能

最近研究表明，lncRNAs在調控基因的表達中起著非常重要的作用，lncRNA可通過表觀遺傳、轉錄調控以及轉錄後調控等多種機制調控DNA甲基化、組蛋白修飾或染色質重構，使基因沉默或激活[9-10]；其主要通過以下4種作用方式發揮其生物學功能[11]：（1）lncRNA可扮演信號分子角色，當細胞受到某種刺激後，可以表現出特定的組織特異性。例如，被稱為Braveheart（Bvht）的lncRNA可以在心臟發育過程中，引起相關基因的激活或抑制從而刺激幹細胞分化[12]。（2）lncRNA可通過與特定的DNA或者蛋白質結合，並將其引導到正確的染色體位置上[13]。（3）lncRNA還可作為「分子誘餌」來誘導特定蛋白(如轉錄因子)與之結合。例如：另一個lncRNA心肌肥厚相關因子（CHRF）被證明通過隔離mir-489基因，抑制骨髓分化的主要應答基因88（MyD88），從而通過核因子-κBκ（NF-κBκ）系統誘導心肌肥大[11]。（4）lncRNA可以作為蛋白質複合物的骨架把2個表觀修飾的酶連接在一起。

2lncRNA與冠狀動脈粥樣硬化性心臟病

2.1 ANRIL

人類染色體9p21.3區域是與心血管疾病聯繫最緊密的區域之一，其中包括：ANRIL、CDKN2A、CDKN2B等；ANRIL是一種INK4基因座中反義非編碼RNA(antisense non coding RNA in the INK4 loucus)，目前被驗證與冠心病、顱內動脈瘤和2型糖尿病有關；ANRIL是為數不多的，在染色體9p21區域被發現的與動脈粥樣硬化性血管病（atherosclerotic vascular disease，ASVD）敏感性有關的轉錄物[14]。有研究表明，位於染色體9p21.3靠近INK4/ARF（CDKN2a/b）位點的單核苷酸多態性（single nucleotide polymorphism，SNP）與動脈粥樣硬化的發生具有相關性，並且血液中ANRIL的相關分解產物的含量與動脈粥樣硬化呈明顯相關性，機制可能為該SNP可調節ANRIL的表達[17-18]。

Jarinova等[15]的研究發現，ANRIL的轉錄物與P15INK4b有相關性，並且認為在全血中的ANRIL能夠直接影響P15INK4b的表達。P15INK4b是一種周期依賴性激酶抑制劑，可促進血管重塑，延緩動脈粥樣硬化的形成；ANRIL能夠通過PcG複合物(Polycombgroup，PcG)定位到P15INK4b基因位點，從而抑制P15INK4b表達，減少它的心血管保護作用。另外，Johnson等[16]的研究發現，通過測定急性心肌梗死患者和穩定型心絞痛患者9p21.3區域的序列，發現ANRIL、SNP與急性心肌梗死具有顯著相關性。Ahmed等[17]的研究報道稱，在對巴基斯坦北部人群的研究中，ANRIL(rs1333049:C>G)的一個SNP位點與急性心肌梗死顯著相關。

Harismendy等[18-19]也發現，9p21染色體上的SNP與腹主動脈瘤和冠心病的發生和發展呈相關性。綜上所述，ANRIL在動脈粥樣硬化患者中表達水平的改變，使其有可能成為一種新的生物學標記物或治療靶點。

2.2尿路上皮癌相關1基因

長鏈非編碼RNA UCA1（urothelial carcinoma associated 1，尿路上皮癌相關1）基因最初是在人膀胱移行細胞癌中被發現，並在膀胱癌患者的尿液中檢出[20]。在正常狀態下，UCA1隻有在胚胎、胎盤和大多數的胎兒組織中高表達，但其表達在出生後大多數組織中均被關閉[20]；在成人組織中，UCA1在絕大多數組織不表達，僅在心臟及脾臟中表達，且在心臟表達水平較高[21]。

有研究結果表明，膀胱癌細胞中UCA1水平下調能夠降低膀胱癌細胞的增殖、促進細胞凋亡[23]。Yan等[21]的研究表明，UCA1在大部分急性心肌梗死患者的血漿中表達水平降低，且心肌梗死患者體內UCA1水平與發病時間有關，另外研究結果提示miRNA-1和UCA1水平在急性心肌梗死患者的血漿中呈反比例表達。在急性心肌梗死大鼠及急性心肌梗死患者的血漿中，miRNA-1的水平顯著升高[24]，miRNA-1通過影響患者體內有心肌保護作用的蛋白，如Bcl-2、HSP60、胰島素樣生長因子1（IGF-1）的表達而加劇心肌組織的損傷[25]。在體外實驗中，可以刺激miRNA-1的表達，而過表達的miR-1促進誘導的心肌細胞凋亡[22]。

這提示我們，在心肌組織中的UCA1表達下調可能抑制心肌細胞增殖，促進心肌細胞凋亡，而急性心肌梗死患者中，由於心肌壞死所導致的UCA1的釋放有助於心肌細胞修復和再生。目前，UCA1的功能尚未完全清楚，目前研究提示，UCA1有可能可以作為診斷急性心肌梗死的生物標誌物，並可能成為潛在的心肌梗死治療靶點。

2.3心肌梗死相關轉錄本

心肌梗死相關轉錄本（myocardial infarction associated transcript，MIAT）是在2000年首次被報道[26]。在這之前，MIAT也被稱為RNCR2、AK028326或GOMAFU。2006年，Ishii等[27]通過對52 608個SNP標記，進行了大規模的病例對照關聯研究，發現了一個心肌梗死的基因敏感位點SNP（rs2301523），該SNP定位於染色體22q12.1，FLJ25967 ene，稱為MIAT，再次通過體外蛋白質翻譯分析發現，MIAT不編碼任何蛋白質，很可能是一個功能性的RNA。MIAT有5個外顯子，在外顯子5上的SNP變異增加了MIAT的轉錄，這項研究指出，SNP引起的MIAT表達水平的改變參與了冠心病的發病機制。

另一項對成年雄性C57/BL6小鼠的研究[28]，發現手術結紮冠狀動脈造成急性心肌梗死24 h後，微陣列分析顯示，急性心肌梗死小鼠的心臟中有20個lncRNA表達上調，並且有l0個lncRNA表達下調(變化程度>2倍)，其中有2種lncRNA，MIAT1和MIAT2升高最為顯著，分別為5倍和13倍。進一步分析後發現，這兩種lncRNA的表達在急性心肌梗死後24 h達到高峰，在2 d後恢復至基線；通過原位雜交後發現，MIAT1在急性心肌梗死小鼠左心室表達上調；MIAT1和MIAT2與多個已知參與左心室重塑的蛋白質編碼基因相關，且小鼠MIAT1和MIAT2表達水平越高，其殘留射血分數越高。

在2014年的另一個臨床試驗中[29]，納入了414例急性心肌梗死患者和86名健康人群，通過定量聚合酶鏈（PCR）方法測定並比較外周血細胞的5種lncRNA（包括MIAT）的表達水平，實驗結果顯示，在急性心肌梗死組和健康對照間，MIAT的表達水平基本相同；但是進一步的亞組分析顯示，急性ST段抬高型心肌梗死組中的MIAT表達水平低於非ST段抬高型心肌梗死組MIAT表達水平；在心血管危險因素分析中，MIAT與吸煙呈相關性；此外，MIAT與血液中淋巴細胞計數呈正相關，與中性粒細胞計數、血小板計數呈負相關；最後根據對入組患者四個月後的隨訪顯示，MIAT是預測左心室功能障礙的一個重要指標。

目前，MIAT的功能仍在進一步探究中，需要進一步的研究闡明該基因是通過何種方式參與心肌梗死發病機制的，將有助於急性心肌梗死的診斷和治療。

lncRNA目前已成為生物學和醫學研究領域的熱點；對於lncRNA在心血管疾病的發生和發展的重要作用性上已經達成共識。但目前對lncRNA的研究存在的困難是：lncRNA的表達水平較低且模式多樣化，且許多lncRNA的敲除並不會引起明顯的生物學改變。我們相信隨著人類對錶觀遺傳學、lncRNA研究以及醫學信息學發展的深入，在不久的將來，會有更多的lncRNAs被證明參與心血管疾病的發生和發展，並為心血管疾病提供新的治療靶點。

參考文獻（略）

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