长链非编码RNA与冠心病发生发展关系的研究进展

宋宁 综述 杨毅宁，2 审校

(1.新疆医科大学第一附属医院心脏中心，新疆 乌鲁木齐830054；2.新疆医科大学第一附属医院心血管病研究实验室，新疆 乌鲁木齐 830054)



长链非编码RNA与冠心病发生发展关系的研究进展

宋宁1综述 杨毅宁1，2审校

(1.新疆医科大学第一附属医院心脏中心，新疆 乌鲁木齐830054；2.新疆医科大学第一附属医院心血管病研究实验室，新疆 乌鲁木齐 830054)

基因组研究计划的成果表明，在人类基因组序列中仅有1.5%的核酸序列用于蛋白质编码，结合ENCODE研究数据(2012年发布)，人们意外的发现在占据人类基因组98.5%的非蛋白编码序列中，绝大多数被转录成长度>200个碱基的所谓“长链非编码RNA”(long non-coding RNA，lncRNA)[1]。迄今为止，在该项目所收录的9 640个人类lncRNAs基因位点中，仅仅约100个得到了功能研究[2]。最近几年来，伴随着微阵列、转录组测序、实时荧光定量逆转录、聚合酶链式反应、RNA结合蛋白免疫及RNA干扰等新一代监测技术的推陈出新，lncRNAs的神秘面纱正在逐渐被揭开。LncRNAs通过基因印记、染色质重塑、细胞分化调控、剪接调控、mRNA降解和翻译调控等多种机制[3-4]参与了染色体沉默、转录激活及干扰、核内转运等多种重要的调控过程，并已有研究结果提示lncRNA与冠心病有紧密联系。下面将对lncRNA与冠心病的发生发展关系进行综述。

1 LncRNAs的生物学特性

1.1 lncRNA含义

lncRNA是指转录本长度>200个核苷酸，缺乏明显长度的可读框(<100个氨基酸)，以RNA的形式在多种层面上调控基因的表达水平，但无编码蛋白质的功能，因此具有极多复杂的二级结构。它们属于非编码RNA的重要组成部分，可位于细胞核或细胞质中，可被选择性剪接或聚腺苷酸化[5-6]。

1.2 lncRNA来源

目前认为lncRNA主要来源于下列途径[7-8]：(1)蛋白编码基因断裂后形成；(2)染色质重排过程中，两个分开且相距甚远的区域合并形成；(3)非编码基因通过在相关酶的作用下反转录形成；(4)小非编码RNA中的某段序列通过连续重复事件而复制形成；(5)蛋白编码基因在转录过程中插入一段序列形成。这些lncRNA虽然不同于蛋白编码的基因，但它们可调节表观遗传的方式是多样的。

1.3 lncRNA分类

LncRNA具有数量多、类型多和作用模式多的“三多”特点[9]。从基因的角度来看，lncRNA可大致分为5种类型[10]，包括正义lncRNA、反义lncRNA、双向lncRNA、基因内lncRNA及基因间lncRNA。

1.4 lncRNA的功能

目前研究认为lncRNA主要通过以下4个层面发挥其生物学作用[11]：(1)表观遗传学调控：指通过与各种染色质聚合酶和修饰酶之间的相互作用，改变染色质构象或修饰染色质，进一步激活或抑制相关基因的表达；(2)转录调控：即通过调节转录因子活性及相关转录因子与启动子的结合，增强或抑制相邻编码基因的表达等方式进行调控；(3)转录后调控：指lncRNA和互补mRNA形成双链结构，通过干预mRNA的翻译、剪接、转运等机制，从而调节基因的表达；(4)调节蛋白质代谢[12]：通过核因子的非编码抑制子调节蛋白质定位、功能和代谢。

2 LncRNAs与冠心病

目前已证实，冠心病是一种由遗传因素和环境因素共同影响的复杂多因素性疾病。2007年，于短短几周的时间内，与冠心病发生发展相关的染色体9p21区段由两个研究团队近乎于同一时间被发现，使之成为最早被发现的与冠心病发生发展相关的遗传风险位区段13]。

全基因组关联研究(genome-wide association study，GWAs)发现，9p2l染色体区域是一个已被证实且重要的冠心病易感区域，染色体9p21区段中含有一段长约58 kb的密切相连且不均衡的单体型区域，其中包含了大量的与冠心病发生发展有关的风险单核苷酸多态性位点(SNP)[14]。虽然染色体9p21区段包含了许多有关冠心病的SNP，但是几乎都位于所称谓的“基因沙漠”[15]中，因为不编码蛋白质，距这段冠心病有关区段最近的蛋白编码基因，便是几千碱基对之外的INK4b-ARF-NK4a基因座[14]，其长度约35 kb，包含着INK4b(又称CDKN2B)、INK4a和ARF这3种已知的抑癌基因。基因座中的INK4a和ARF合称为CDKN2A，它们的作用机制是编码蛋白质p14AR7及细胞周期蛋白的激酶抑制剂，其均在细胞的衰老和程序性细胞死亡过程中起着调控作用。

并且，GWAs研究发现染色体9p21区段中SNP的核心区段，与INK4位点反义链上非编码RNA-ANRIL(lncRNA-antisense non-coding RNA in the INK4 locus)的13～19外显子区段相重叠。ANRIL基因[15]也被称作为CDKN2B-AS(CDKN2B-ANTISENSE)，它的转录长度约12.3 kb，包含了19个外显子，可转录成一段与INK4b-ARF-INK4a基因座呈转录反方向的RNA。ANRIL基因中的1个内含子通过与CDKN2B的2个外显子相结合，从而作用于位于ARF基因转录起始位点上游约300 bp的一个外显子的5’端，导致INK4位点的基因沉默。ANRIL基因在冠状动脉平滑肌细胞、血管内皮细胞、单核-巨噬细胞系统等许多与冠心病相关的组织中均有不同程度的表达，提示lncRNA-ANRIL可能在调控冠心病发生发展的全新机制中发挥作用[16]。

众所周知，冠心病的发生发展机制与转录因子[17]也存在着重要联系，如血清反应因素(SRF)、肌细胞增强因子2C、结合蛋白4、TBX3等，这些转录因子通过多种作用来共同激活特定的空间和时间程序，从而在lncRNAs控制的心肌病态重塑进程中发挥重要作用。

2.1 lncRNAs与动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是冠心病发生发展的主要病理生理机制，它的发生是一个慢性炎症反应的过程，血管内皮细胞损伤、炎性介质释放、单核或巨噬细胞吸收脂质、平滑肌细胞增殖等诸多因素的相互作用，从而引起动脉粥样硬化的形成[18]。

2.1.1 lncRNAs与血脂异常

一项由Huet等发表的研究已证实，rp5 lncRNA-833a20.1[19]可以调节NFIA(nuclear factor IA)的表达。NFIA是一个调节胶质蛋白的核因子[20-21]，它是通过直接嵌入到一个包含TTGGC序列的DNA中来调节转录。有研究[22]表明，rp5 lncRNA-833a20.1可以下调NFIA，通过诱导mir-382-5-p的表达促使巨噬细胞转化为泡沫细胞，正常表达水平的NFIA可以抑制动脉粥样硬化斑块的形成，其异常水平的表达势必会导致斑块形成。在一项小鼠研究中，氧化低密度脂蛋白可以激发一种叫做DYN-LRB2-2 lncRNA，它可促进胆固醇逆转录和上调G蛋白结合受体(GPR119)[23]。多项研究已经证实GPR119在葡萄糖和脂质代谢中发挥着不可小觑的作用，可通过减少细胞胆固醇和炎症水平来抑制动脉粥样硬化斑块的形成。

2.1.2 lncRNAs与炎症反应

Kuo等[24]将小鼠的CDKN2A基因敲除，并将其骨髓细胞移植给LDLR-/-小鼠，实验中发现LDLR-/-小鼠发生动脉粥样硬化明显增加，促炎症单核细胞以及单核/巨噬细胞增殖显著。为进一步证实炎症细胞受到染色体9p21区段相关风险SNP的影响，从而导致动脉粥样硬化的发生，Olivier等[25]进一步利用人的血管内皮细胞实验，发现干扰素γ强烈影响9p21区段内基因表达，其中ANRIL表达增强，而CDKN2A/B基因表达下调，实验结果证实了9p21区段中风险SNP通过影响炎症反应信号通路，而导致动脉粥样硬化的形成。

2.2 lncRNA与心肌梗死

LncRNA心肌梗死相关转录物[26](myocardial infarction associated transcript，MIAT)位于人类染色体的22q12.1区段，它的长度约为10 kb，包含了5个外显子，多在神经系统和视网膜细胞等组织活动中表达活跃。该基因第5外显子的SNP的变异直接可以导致MIAT转录活性的变化，MIAT表达量变化不仅增加罹患心肌梗死的风险，同时也可以作为一个易发心肌梗死的敏感位点。下面阐明MIAT是否参与心肌梗死的发病机制。

在基因芯片研究[27]中，在小鼠心肌梗死中发现了20个上调lncRNAs和10个上调lncRNAs。这30个lncRNAs指出，两个特定lncRNAs MIRT1和MIRT2分别表达显著上调5倍和13倍。结合与利用最近的一个SNP序列的技术，在全基因组范围内来识别人类心肌梗死相关的SNP[14]，从3 435例心肌梗死患者和3 774例正常对照组中选出52 608例SNP标记序列，发现了22号染色体q12.1上6个SNP与非编码区域基因组有关，因为它们不编码蛋白质[28]。并且，作者在这6个SNP中发现了lncRNA 心肌梗死相关转录物。

2.3 lncRNAs与缺血-再灌注损伤

Liu等[29]对小鼠心肌梗死的心肌缺血-再灌注损伤进行了基因芯片分析，在31 423个小鼠缺血的模型中，lncRNAs中有64个lncRNAs上调和87个lncRNAs下调，且在再灌注的早期阶段，梗死区域的lncRNAs有不同程度表达。这个试验表明了在梗死区域lncRNAs的异常表达可能会导致细胞复苏和组织坏死之间的不平衡。如衰减的lncRNA UAC1通过刺激p27蛋白水平发挥了程序性细胞死亡作用，主要心肌细胞，表明它在缺血-再灌注损伤中的作用，故lncRNA在冠心病心肌梗死再灌注早期可能起到了关键作用。

2.4 lncRNAs与稳定型心绞痛

目前多项试验旨在研究稳定型心绞痛患者与lncRNAs表达之间的关系。稳定型心绞痛患者的年龄、性别、民族、血脂水平、是否合并高血压或糖尿病、有无经皮冠状动脉介入术治疗史及其交互效应，与lncRNAs的表达水平是否存在联系，目前试验正在紧锣密鼓的进行。

3 LncRNA作为冠心病生物标志物

最近10年中，随着迅猛发展的基因组学及蛋白组学时代的出现，循环lncRNAs已作为心脏病中最有前途的生物标志物。Li等[30]发表的一项小鼠模型芯片的研究中，他们分析了lncRNAs在全血、血浆、组织中的表达水平，与心脏组织中lncRNAs相比，全血或血浆中均有显著的基因表达水平。故而在心血管疾病中，循环中lncRNAs作为生物标志物具有很强的潜力。ANRIL[15]和CDKN2A/B[14]与动脉粥样硬化的发生有关，MIAT[26]和LIPCAR[31]在心肌梗死和心力衰竭中扮演重要的角色。所以lncRNAs作为冠心病诊断标记非常值得期待。

4 结语与展望

目前还处于起步阶段的lncRNAs研究正在如火如荼的进行，但研究出的具有明确功能的lncRNAs也是屈指可数。伴随着新的生物信息学和测序技术时代的到来，与冠心病相关的功能性lncRNAs将会更多的被发现，其影响冠心病发生、发展的分子机制将同时被阐明，为冠心病提供新的诊断依据和防治手段。LncRNAs无疑是目前最耀眼的“明星”，为冠心病的研究迎来曙光。

[1] 杨峰,易凡,曹慧青,等.长链非编码RNA研究进展[J].遗传,2014,36(5):456-468.

[2] Bánfai B,Hui J,Khatun J,et al.Long noncoding RNAs are rarely translated in two human cell lines[J].Genome Res,2012,22(9):1646-1657.

[3] Wapinski O,Chang HY.Long noncoding RNAs and human disease[J].Trends Cell Biol,2011,21(6):354-361.

[4] 于红.表观遗传学:生物细胞非编码RNA调控的研究进展[J].遗传,2009,31(11):1077-1086.

[5] Mattick JS.The genetic signatures of noncoding RNAs[J].PLoS Genet,2009,5(4):e1000459.

[6] Mercer TR,Dinger ME,Mattick JS.Long noncoding RNAs:insights into functions[J].Nat Rev Genet,2009,10(3):155-159.

[7] Sanchez-Elsner T,Gou D,Kremmer E,et al.Noncoding RNAs of trithorax response elements recruit Drosophila Ash1 to Ultrabithorax[J].Science,2006,311(5764):1118-1123.

[8] Xuezhong C,Cullen BR.The imprinted H19 noncoding RNA is a primary microRNA precursor[J].RNA,2007,13(3):313-316.

[9] 宋皓军,俞秀冲,夏天,等.长链非编码RNA与肿瘤的关系及其临床价值[J].中国细胞生物学学报,2012,2012(7):704-712.

[10] Ponting CP,Oliver PL,Reik W.Evolution and functions of long noncoding RNAs[J].Cell,2009,136(4):629-641.

[11] 叶辰阳,柴莹.长链非编码RNA与肺癌相关性的研究进展[J].国际呼吸杂志,2015,35(6).

[12] 王楠,罗雨虹,邓嘉成,等.长非编码RNA(lncRNA)与心血管疾病[J].生理科学进展,2014,2014(3):172-176.

[13] Anna H,Gudmar T,Andrei M,et al.A Common Variant on Chromosome 9p21 Affects the Risk of Myocardial Infarction[J].Science,2007,316(5830):1491-1493.

[14] Ruth MP,Alexander P,Nihan K,et al.A common allele on chromosome 9 associated with coronary heart disease[J].Science,2007,316(5830):1488-1491.

[15] Holdt LM,Teupser D.Recent studies of the human chromosome 9p21 locus,which is associated with atherosclerosis in human populations[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2012,32(2):196-206.

[16] Pasmant E,Sabbagh A,Vidaud M,et al.ANRIL,a long,noncoding RNA,is an unexpected major hotspot in GWAS[J].FASEB J,2011,25(2):444-448.

[17] Ishii N,Ozaki K,Sato H,et al.Identification of a novel non-coding RNA,MIAT,that confers risk of myocardial infarction[J].J Hum Genet,2006,51(12):1087-1099.

[18] Niedzwiedzka-Rystwej P,Mękal A,Deptula W.Cells of the immune system in atherosclerosis--chosen data[J].Postpy Hig Med Dow,2010,64:417-422.

[19] Hu YW,Zhao JY,Li SF,et al.RP5-833A20.1/miR-382-5p/NFIA-dependent signal transduction pathway contributes to the regulation of cholesterol homeostasis and inflammatory reaction[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2015,35(1):87-101.

[20] Deneen B,Ho R,Lukaszewicz A,et al.The transcription factor NFIA controls the onset of gliogenesis in the developing spinal cord[J].Neuron,2007,52(6):953-968.

[21] Gronostajski RM.Analysis of nuclear factor I binding to DNA using degenerate oligonucleotides[J].Nucl Acids Res,1986,14(22):9117-9132.

[22] Waki H,Nakamura M,Yamauchi T,et al.Global mapping of cell type-specific open chromatin by FAIRE-seq reveals the regulatory role of the NFI family in adipocyte differentiation[J].PLoS Genet,2011,7(10):e1002311.

[23] Hu YW,Yang JY,Ma X,et al.A lincRNA-DYNLRB2-2/GPR119/GLP-1R/ABCA1-dependent signal transduction pathway is essential for the regulation of cholesterol homeostasis[J].J Lipid Res,2014,55(4):681-697.

[24] Kuo CL,Murphy AJ,Sayers S,et al.Cdkn2a is an atherosclerosis modifier locus that regulates monocyte/macrophage proliferation[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol,2011,31(11):2483-2492.

[25] Olivier H,Dimple N,Xiaoyuan S,et al.9p21 DNA variants associated with coronary artery disease impair interferon-γ signalling response[J].Nature,2011,470(2):264-268.

[26] Visscher PM,Brown MA,Mccarthy MI,et al.Five years of GWAS discovery[J].Am J Hum Genet,2012,90(1):7-24.

[27] Zangrando J,Zhang L,Vausort M,et al.Identification of candidate long non-coding RNAs in response to myocardial infarction[J].BMC Genomics,2014,15(12):359-367.

[28] Ruth MP,Alexander P,Nihan K,et al.A common allele on chromosome 9 associated with coronary heart disease[J].Science,2007,316(5830):1488-1491.

[29] Liu H,Song G,Zhou L,et al.Compared analysis of LncRNA expression profiling in pdk1 gene knockout mice at two time points[J].Cell Physiol Biochem,2013,32(5):1497-1508.

[30] Li D,Chen G,Yang J,et al.Transcriptome analysis reveals distinct patterns of long noncoding RNAs in heart and plasma of mice with heart failure[J].PLoS One,2013,8(10):e77938-e77938.

[31] Kumarswamy R,Bauters C,Volkmann I,et al.Circulating long noncoding RNA,LIPCAR,predicts survival in patients with heart failure.[J].Circ Res,2014,114(10):1569-1575.

Long Non-coding RNAs Associations in Relation to Occurrence and Development in Cardiovascular Diseases

SONG Ning1,YANG Yining1,2

(1.DepartmentofCardiology,TheFirstAffiliatedHospitalofXinjiangMedicalUniversity,Urumqi830054,Xinjiang,China; 2.XinjiangLaboratoryofCardiovascularDiseaseResearch,TheFirstAffiliatedHospitalofXinjiangMedicalUniversity,Urumqi830054,Xinjiang,China)

宋宁(1988—)，在读硕士，主要从事冠心病研究。Email:starfirening@163.com

杨毅宁(1973—)，主任医师，教授，博士生导师，主要从事冠心病研究。Email:yangyn5126@163.com

2016-02-22

2016-04-22