lncRNA与糖尿病心肌缺血再灌注关系的研究进展

李文远 李维 冷燕 熊永红 夏中元

[摘要] lncRNA是非编码RNA家族的一员，由于生物芯片和测序技术的发展，lncRNA虽不具有编码蛋白的功能，但其生物学作用被不断展现，其中lncRNA与非编码RNA中的miRNA相互偶联发挥作用更是在多项病理过程中产生明确效果。糖尿病心肌缺血性疾病是围术期防治的重点，lncRNA与糖尿病心肌缺血再灌注的发生、发展密切相关。本文主要从lncRNA的生物学作用阐述与糖尿病心肌缺血再灌注关系的研究进展。

[关键词] 糖尿病;心肌缺血再灌注;非編码RNA;lncRNA

[中图分类号] R587          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-7210（2019）08（a）-0050-04

[Abstract] lncRNA is a member of the non-coding RNA family. Due to the development of biochip and sequencing technology， lncRNA does not have the function of encoding proteins， but its biological effects are constantly demonstrated. lncRNAs and miRNAs are coupled with each other and produce a clear effect in a number of pathological processes. Diabetic myocardial ischemic diseasesare the focus of perioperative prevention and treatment. lncRNAs are closely related to the occurrence and development of diabetic myocardial ischemia-reperfusion. This paper mainly describes the research progress on the relationship between the biological effects of lncRNA and ischemia-reperfusion of diabetic cardiomyopathy.

[Key words] Diabetes mellitus; Myocardial ischemia/reperfusion; Non-coding RNA; lncRNA

糖尿病（DM）是一种代谢紊乱疾病，其特征是在禁食或餐后状态下发生高血糖，导致器官功能障碍和随后的结构破坏，包括肾、神经、心脏和血管等[1]。统计数据表明，全世界约有3.5亿人患有DM，伴随着严重的发病率和死亡率，据报道，到2040年，大约5.52亿人患有这种疾病[2]。据报道，年龄、性别、饮食、肥胖、体力活动、饮酒以及吸烟都可能导致DM，均为DM的危险因素[3]。这种疾病当绝对流速或相对于组织需求增加时，冠状动脉血液供给心肌减少时发生心肌缺血[4]。心脏在缺血后再灌注会导致额外的细胞死亡并增加梗死面积，这被称为心肌缺血/再灌注（I/R）损伤。已经发现患有DM的患者更容易罹患缺血性心脏病，与非DM人群相比，目前会发生更严重和致命的心肌梗死[5]。临床上尚无治疗缺血性心肌病的有效方法，主要针对心脏冠状动脉的再灌注来减少心肌的梗死程度，但心肌缺血后进行再灌注可进一步加重心肌组织的损伤。相比于非DM患者，DM患者I/R损伤发病率显著升高，且心肌I/R损伤程度更为严重[6]。

报道称，长链非编码RNA（lncRNA）属于非编码RNA家族，其长度大于200个单位的核苷酸，但不具有编码蛋白的作用，它介导多种疾病的过程，如阿尔茨海默病、癌症以及心血管疾病等[7]。随着生物芯片和测序技术的发展，越来越多在心肌I/R中发挥作用的lncRNA被发现，并通过探究其分子机制、信号通路及在疾病中发挥的生物学功能，可以为心肌I/R损伤提供新的治疗靶点，毫无疑问，lncRNA在心血管疾病中正在成为重要的调控元件，lncRNA在DM心肌I/R损伤的过程中发挥重要作用。现就lncRNA在DM心肌I/R损伤发病机制中的调控作用进行综述，以期为寻找治疗该疾病的有效手段提供科学依据。

1 lncRNA的结构

lncRNA存在于细胞核或细胞浆中，但是因为lncRNA具有0.2～2.0 kb的碱基长度，它具有编码少于100个氨基酸的潜能。根据其基因组的定位和背景可分为，①基因内lncRNA：lncRNA序列完全来自另一个转录物的内含子，这可以是真正独立的转录物或前mRNA加工的产物;②基因间lncRNA：lncRNA序列不位于任何其他蛋白质编码基因座附近;③双向lncRNA：lncRNA序列位于与蛋白质编码基因相反的链上，且与该基因的转录起始相距小于1000碱基对;④正义lncRNA：lncRNA序列与蛋白质编码基因的正义链重叠;⑤反义lncRNA：lncRNA序列与蛋白质编码基因的反义链重叠[8]。与传统蛋白质编码的RNA比较，虽然已经在真核生物中发现了数千种lncRNA，但许多是物种特异性且具有较差的保守性，但在其分子内部却含有较为保守的二级结构[9]。

2 lncRNA的作用与机制

新一代测序技术表明，lncRNA的表达在发育过程中受到调控，其作用范围从多能性的控制到谱系规范，虽然确定的lncRNA数量较少，但在X染色体失活与基因组印记、核区域化与结构化、细胞分化、RNA剪接、转录调控和染色质修饰等生物过程中发挥重要作用[10]。lncRNAs的确切机制仍然很大程度上未知，并且是深入研究的主题，Wang和Chang提出将lncRNA的分子机制分为四大类：信令lncRNA、诱饵lncRNA、引导lncRNA和支架lncRNA。

2.1 表观遗传调控

在表观遗传学里，RNA的参与可以通过调控相同的DNA序列产生同样的基因序列产生不同的表现形式的作用，而lncRNA是表观遗传领域的一类新型调控因子，可以通过修饰DNA、调控组蛋白和重组染色质等过程调控表观遗传，所以在表观遗传进程里lncRNA占据重要的地位。例如Kcnq1ot1、Airn、Xist和HOTAIR是4种lncRNA，其作用是促进很大部分基因组区域甚至整个染色体的抑制性染色质结构的形成，这个过程可通过募集表观遗传酶实现[11]。

2.2 转录调控和转录后调控

转录调控包括lncRNA与DNA和/或RNA其中的碱基进行配对、修饰剪接位点和遮蔽启动子，最终作用为基因产生与原本不同的表达，进一步使相应蛋白质的生成产生改变。转录后调控的主要内容为RNA的拼接、剪切、成熟和修饰稳定性。此外，lncRNA还可在凋亡、增殖和侵袭等方面对细胞产生转录后水平的调控[12]。

2.3 基因翻译调控lncRNA

对mRNA稳定性和翻译过程进行调控来调节基因的活性。研究表明，β淀粉样前体蛋白裂解酶1（BACE1）在阿尔茨海默病（AD）的病理过程进展中扮演了关键的角色[13]。此外，有研究证实，lncRNA可以与miRNA形成稳定的关系连接消除miRNA的作用，使miRNA对mRNA的作用失效，从而影响mRNA的表达。lncRNApseudo-NOS与神经元性一氧化氮合酶（nNOS）结合后，通过影响核糖体与nNOS-pseudo-NOS复合物的结合抑制nNOS的翻译。因此，lncRNA可通过mRNA来干预基因翻译调控。

3 lncRNA与糖尿病心肌缺血再灌的关系

3.1 lncRNA与糖尿病的关系

DM是严重的内分泌疾病之一，通常会伴随相关症状体征如高血糖、体重减轻、多尿、糖尿、烦渴、血管病变和神经病变等[14]。在DM病理过程中，血管病变的潜在机制仍然很不清楚，lncRNA被广泛研究并称为基因调节剂，实验表明，lncRNA MEG3在用AGE-BSA处理的人脐静脉内皮细胞（HUVECs）中表达上调，此外对MEG3的抑制恢复了AGE-BSA对细胞活力和增殖的抑制;进一步研究发现，MEG3是通过调节AGE-BSA处理的HUVEC中的miR-93表达从而激活下游的p21信号分子发挥其作用[15]，MEG3/miR-93/p21可能是DM血管细胞中的新型调节网络，并且具有对DM的潜在治疗价值。在DM小鼠中证明过表达lncRNA H19可显著增加Bax和caspase-3的表达，降低Bcl-2的表达，从而促进海马神经元的调亡[16]。2型糖尿病（T2DM）是否患病是由遗传和环境因素共同决定，通过收集100个健康个体和100个T2DM患者的外周血单核细胞（PBMC）中的lncRNA VIM-AS1和lncRNA CTBP1-AS2进行定量RT-PCR和逻辑回归分析得出结论，lncRNA VIM-AS1和 lncRNA CTBP1-AS2表达水平与T2DM易感性有关[17]。

3.2 lncRNA与心肌缺血再灌注的关系

缺血性心脏病是全世界死亡的主要原因，并且被推荐为冠状动脉疾病的最常见后果，但没有有效的治疗方法，最近研究表明，lncRNA在缺血性心脏病的病理过程中发挥重要作用，为疾病的诊治提供了新思路。心肌梗死相关转录物长链非编码RNA（lnc-MIAT）与微血管功能障碍密切相关，与非DM患者比较，DM视网膜病变患者的血浆lnc-MIAT水平显著增加，增加的血浆lnc-MIAT水平与DM视网膜病变存在显著相关[18]。研究表明，lncRNA可影响miRNA在心肌I/R损伤的发病机制中起重要作用，在小鼠心肌I/R模型中lncRNA H19和H19衍生的miR-675表达上调，敲低H19显著减少了梗死面积，增加了左心室收缩压，并降低了左心室舒张末期压力，而过表达miR-675则可以部分逆转上述过程，此外还发现，PPARα是miR-675的靶基因，这些数据表明抑制H19表达保护心脏免受I/R的损伤可能是受到miR-675/PPARα轴的调节[19]。在I/R诱导的心肌损伤中自噬起着关键作用，而吗啡后处理（MpostC）可治疗改善细胞自噬[20]，其中lncRNA Urothelial carcinoma-associated 1（UCAI）在I/R心脏组织中表达减少而MpostC处理可显著逆转并且改善了心肌梗死面积和细胞自噬，后续研究证实，MpostC通过调节UCA1/miR-128/HSP70来减轻I/R诱导的心肌损伤[21]。

3.3 lncRNA与糖尿病心肌缺血再灌注的关系

糖尿病性心肌病（DCM）是DM的常见并发症，可以导致心力衰竭、心律失常和猝死，其中细胞凋亡在DCM的发生、发展中发挥了重要的作用[22]。lncRNA Kcnq1ot1参与许多心血管疾病，在高糖诱导的心肌细胞和DM小鼠心脏组织中Kcnq1ot1表达增加，当沉默了Kcnq1ot1时可减轻凋亡的发生，减少细胞死亡，改善细胞骨架结构异常和体外钙超载，并改善体内心脏功能和形态[23]，因此Kcnq1ot1可能成为DCM的新治疗靶点。通过对lncRNA同源转录物反义RNA（HOTAIR）在DCM发病机制中的作用进行受试者工作特征曲线分析发现与患有DM和健康对照的患者相比，在患有DCM的患者心肌组织和血清中HOTAIR表达显著下调，推断HOTAIR对DCM具有诊断价值;用高葡萄糖处理AC16人心肌细胞发现HOTAIR过表达提高了AC16细胞的活力，同时促进Akt磷酸化而PI3K/Akt抑制剂则降低了这种效果，说明lncRNA HOTAIR可通过激活PI3K/Akt途径增加心肌细胞的活力来改善DCM[24]。在糖尿病I/R大鼠心肌组织中发现lncRNA心肌梗死相关转录本（MIRT1）表达增加，核因子κB（NF-κB）信號通路活化增加，心肌病理损伤面积、心肌纤维化程度和心肌细胞凋亡程度增加，氧化应激和炎症损伤程度增加;当抑制MIRT1表达后NF-κB信号通路激活受到抑制，心功能和心肌病的损害减轻且上述病理过程都有所缓解，因此研究结果说明MIRT1下调可通过激活NF-κB信号通路来改善糖尿病大鼠I/R过程中的心肌损伤[25]。通过在DM的I/R病理过程中对其他器官lncRNA表达及作用的研究，极有可能对心肌的保护产生启发性意义。

4 總结与展望

尽管在心脏发生缺血后需要快速再灌注，但这种再灌注可能自相矛盾地造成细胞死亡和组织损伤。近年来，在理解再灌注损伤的机制方面取得了长足的进步，并制订了一些使组织更能抵抗局部缺血或抑制再灌注损伤的策略。lncRNA广泛存在于生物体细胞中，它能参与多种生理和病理的调节过程，已在肿瘤学领域中作为生物学标志物和相应的治疗靶点被广泛研究与应用，但lncRNA在心肌I/R损伤中的研究尚处于起步阶段。lncRNA在心肌I/R过程中起重要的调控作用，今后的研究仍需要更深入的探索其对细胞和基因及相关分子的特异性作用方式，寻找相关lncRNA调控的基因靶点并鉴定lncRNA在信号通路中的调节功能，进而阐明心肌缺血再灌注损伤中的细胞死亡机制，以改善缺血性损伤，仍是未来研究的热点内容。基础研究为缺血性心脏病的临床治疗提供了新的思路和途径，但只有小部分应用于临床，其临床安全性和有效性仍需要临床实践进一步的考证，我们关于lncRNA如何改变缺血组织中基因表达的生物学理解仍然不完善，相信随着lncRNA研究的不断深入以及lncRNA研究技术的不断创新与改善，lncRNA在缺血性心脏病的诊断与治疗中将发挥越来越重要的作用，终将使患者受益。

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（收稿日期：2019-01-15  本文編辑：李亚聪）