长链非编码RNA在心肌肥厚过程中的研究进展*

郝 静 杨鹏杰 赵能君

1 内蒙古医科大学，内蒙古呼和浩特市 010110； 2 内蒙古医科大学附属人民医院胸外科； 3 内蒙古医科大学附属人民医院心内科

心肌肥厚是心肌梗死及压力超负荷后常见的适应性反应。虽然早期这一改变可以维持心输出量，但持续性心肌肥厚常伴有适应性不良的心肌重塑，从而导致心肌顺应性降低，心力衰竭及猝死的风险增加。虽然心衰的治疗水平较前提高，但确诊后5年内死亡率仍高达50%。研究表明，许多激素和细胞因子参与调节心肌肥厚的病理过程，但其完整病理分子机制尚未完全明了，这将成为心肌肥厚诊疗方法的发现及改进的一大障碍。因此，明确心肌肥厚关键分子机制是治疗心衰过程中所要面临的一大挑战。在哺乳动物基因组中，蛋白质编码基因仅占据约1.5%，非编码RNA(non-coding RNAs,ncRNAs)占据了大部分，而长链非编码RNA(long non-coding RNAs，LncRNAs)又是ncRNAs的主要组成部分。最初，研究者认为lncRNAs是基因组转录噪声，但后来证明其在多种生物学行为中起重要作用，并参与诸多疾病的病理过程[1]。lncRNA的作用方式及作用位置纷繁复杂，既可以在细胞核发挥转录调控作用，也可以在细胞质发挥转录后修饰作用，还可以介导RNA、蛋白质的细胞核内外穿梭；既可以发挥抑制作用，也可以作为促进因子。近年来，大量的体内外研究亦证实了lncRNAs在心肌肥厚中的作用，这将为心肌肥厚的治疗开拓新的领域。本文综述了lncRNAs在心肌肥厚过程中的作用，特别是lncRNA与其他RNA(主要是miRNA和mRNA)的相互作用。

1 与心肌肥厚相关的lncRNAs

有研究通过基因芯片分析确定了横断性主动脉缩窄(Transverse aortic constriction, TAC)诱导心肌肥厚大鼠模型中lncRNAs的差异表达谱，共检测到6 969个lncRNAs，其中80个lncRNAs显著上调，172个lncRNAs显著下调。研究发现这些不同的lncRNAs与生物学过程、细胞成分及分子功能有关。这表明，在心肌肥厚的过程中lncRNAs的表达会发生变化，而这些lncRNAs与心肌肥厚的病理过程密切相关。

1.1 CHAIR 在CHAIR(Cardiomyocyte hypertrophic associated inhibitory RNA)敲除的小鼠中发现CHAIR缺失对心脏发育或生理功能没有影响，表明CHAIR在生理上是多余的。然而，CHAIR的缺失加速了病理性心肌肥厚的进展，表明它对于保护心脏免受病理性损伤是必要的[2]。RT-qPCR结果表明CHAIR是一种富集在心脏的lncRNA，且CHAIR在胚胎心脏中表达水平较低，出生后立即升高，并在1周达到平稳水平，与胚胎心脏相比，成人心脏的CHAIR表达增加了30倍[2]。Qian等[2]实验发现，在心肌肥厚模型中CHAIR表达下调高达70%并至少持续3个月。该研究还证实，人为恢复心肌肥厚和心衰的模型中CHAIR的表达水平时，心肌肥厚、心肌细胞纤维化均显著减少，血浆BNP水平因CHAIR的再表达而大大降低，这说明CHAIR是心肌肥厚和心衰病理过程中的保护因素。

研究表明，DNA甲基转移酶(DNA methyltransferase，DNMT3A)参与介导病理性肥大，但其分子机制尚不清楚。Qian等人通过染色质免疫沉淀(Chromatin immunoprecipitation, ChIP)实验证明，CHAIR过表达会抑制DNMT3A与CHAIR启动子的结合，且应激心脏中CHAIR启动子上DNMT3A结合增加[2]。通过氮胞苷(Azacytidine, AZA)治疗成人心脏以抑制DNA甲基化，经AZA处理后，CHAIR表达水平恢复到近50%[2]。因此，CHAIR和DNMT3A之间的动态平衡影响了心力衰竭的进展。此外，该研究还认为，CHAIR是一种后负荷应力早期传感器，在小鼠模型中，过表达CHAIR可防止因后负荷过大而导致的心力衰竭，意味着我们可以通过这一途径早期干预因后负荷过大而进展的心力衰竭。CHAIR通过影响DNA甲基化来抑制心力衰竭。此外，亦有研究发现lncRNA MHRT通过阻断染色质重塑因子Brg1参与介导心肌肥厚[3]。lncRNA Chaer通过与多梳阻遏复合物2 (PRC2)相互作用参与调控DNA甲基化。这表明lncRNAs可能是肥厚基因表达所必需的表观遗传开关，通过表观遗传来参与介导心肌肥厚。

1.2 CASC7 CASC7 (Cancer Susceptibility Candidate 7)是一个长度约9kD的lncRNA。作为核组分中常见的lncRNA，CASC7可以与位于细胞质中的大型多聚体复合物结合，从而影响CASC7在基因翻译中的调节作用[3-4]。在Panizo等[5]进行的一项研究中，miR-30c的表达是心脏纤维化的潜在血清生物标志物，它可以通过维生素D受体激活剂进行调节，从而减轻心脏纤维化。在SY-SH-5Y细胞中，NaSH可以在有CASC7存在的情况下调节miR-30c的表达，从而阻止OGD/R处理引起的SY-SH-5Y细胞的凋亡[6]。

Xu等[7]研究发现，在心力衰竭患者的血浆和外周血单核细胞中miR-30c表达下调，lncRNA-CASC7表达上调。该研究通过序列分析发现lncRNA-CASC7、lncRNA-CCAT1和lncRNA-AK017368上均存在miR-30c的潜在靶向位点。此外，该研究发现miR-30c对H9C2细胞中IL-11 mRNA的表达具有靶向作用，而IL-11在心脏成纤维细胞中具有很强的促纤维化作用，增加心脏成纤维细胞的细胞外基质合成，从而影响心脏成纤维细胞的迁移和侵袭[8]。进一步研究表明，用lncRNA-CASC7、lncRNA-CCAT1和lncRNA-AK017368分别转染H9C2细胞后，lncRNA-CASC7过表达明显抑制了细胞中miR-30c的表达且IL-11 mRNA和蛋白的表达均显著升高，lncRNA-CCAT1和lncRNA-AK017368过表达则没有明显影响。

该研究认为CASC7是miR-30c的竞争性内源性RNA，CASC7可通过miR-30间接调节IL-11的表达从而参与介导心肌肥厚。这一结果为lncRNA指导心衰的诊断和治疗提供了新的视角。

1.3 OIP5-AS1 OIP5-AS1位于2号染色体上的两个蛋白编码基因Chp1和OIP5之间，它在核糖体转录组图谱中缺失，因此是真正意义上的非编码RNA。研究发现，OIP5-AS1参与调节特异性miRNAs的丰度，从而影响细胞增殖、自我更新和分化。研究证明，与大多数lncRNA不同，OIP5-AS1在包括人类在内的哺乳动物物种之间的核苷酸序列中有多个区域具有高度同源性。据研究，在啮齿类动物和人类细胞中，与心脏成纤维细胞(Fibroblasts, Fbs)相比，OIP5-AS1在心肌细胞(Cardiomyocytes, CMs)中的表达更高[9]。小鼠Fb和CM数据集的转录组测序(RNA-seq)数据证明OIP5-AS1转录本与代表心室收缩、肌肉形态发生和线粒体功能的基因网络相关[10]。此前有报道称，心肌梗死模型的大鼠心脏中OIP5-AS1表达减少[11]。

Zhuang等[10]认为，lncRNA OIP5-AS1通过调节心脏线粒体功能来参与介导心肌肥厚的病理过程。该课题组通过实验证明，OIP5-AS1在小鼠心力衰竭和心肌病的发生过程中表达下调，与野生型和雄性基因敲除小鼠相比，OIP5-AS1的缺失使雌性小鼠更易发生心脏超负荷引起的心力衰竭，且敲除OIP5-AS1后只在雌性小鼠TAC后导致心脏基因表达的特异性改变，其中与心脏能量代谢相关的基因表达大量缺失。变化最显著的两种基因为Ppargc1a (PGC1alpha表达减低约30%)和Esrrg (ERRgamma表达减低约25%)[10]，这两个基因已被证实是能量生产(包括线粒体在内)关键的基因转录调节因子，同时也是心脏代谢及其他功能的必要协调者。OIP5-AS1缺失潜在改变了雌性小鼠心脏在应激状态下的线粒体网络，但是在基础非应激状态下，OIP5-AS1的缺失并不影响线粒体的功能。此外，该研究还发现与野生型小鼠相比，基因敲除组的雌性小鼠发生心房血栓的比例更高。Niu等[11]证明，大鼠心脏和心肌细胞培养物中OIP5-AS1的过度表达对短暂性心肌梗死引起的缺血再灌注损伤具有保护作用，这种保护作用是由线粒体功能的改变介导的。

综上，未来对人类心力衰竭进展的性别差异的研究，可以考虑分析lncRNAs(如OIP5-AS1)作为潜在调节器在线粒体功能中的调节作用。

1.4 MALAT1 转移相关肺腺癌转录本1 (Metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1,MALAT1)首次在非小细胞肺癌中被报道，并与不良预后呈正相关。近年来，有报道称MALAT1在心肌组织中大量表达，亦有研究表明，MALAT1可通过减少心肌细胞凋亡改善大鼠左心室功能。此外，有研究表明，MALAT1通过调节急性心肌梗死(AMI)后再灌注损伤心肌细胞的自噬参与疾病进展[12]。

Hu等[13]研究确定了有氧运动对充血性心衰模型大鼠的治疗作用，其具体表现为抑制氧化应激和炎症反应，导致心肌细胞凋亡减少，自噬增加。有氧运动降低了大鼠心肌组织中lncRNA MALAT1的表达，提高了miR-150-5p的水平，抑制了下游PI3K/Akt信号通路。这些结果表明有氧运动通过抑制心衰病理过程中的lncRNA MALAT1表达从而改善心功能，其潜在机制可能通过miR-150-5p/PI3K/Akt信号通路介导。阐明有氧运动对心力衰竭的作用机制为疾病的防治提供新的靶点分子。但该研究尚未证实miR-150-5p是MALAT1的直接靶点。

1.5 NEAT1 lncRNA核富集转录本-1(Nuclear-rich transcript 1, NEAT1)是一种已知与心肌功能密切相关的lncRNA。干扰NEAT1的水平可保护心肌细胞免受缺氧损伤[14]。NEAT1能够竞争性地结合心肌细胞中的miR-129-5p，从而促进凋亡并抑制细胞增殖。研究表明miR-129-5p能够改善充血性心力衰竭模型大鼠的心功能，并具有抑制心肌细胞凋亡的生物学功能[15]。

有研究者提出NEAT1可以调节炎症趋化因子和细胞因子的表达，从而影响系统性红斑狼疮中的MAPK通路。研究人员通过激活PI3K/AKT/mTOR通路下调自噬相关的表达水平，确定miR-129-5p能够部分抑制过氧化氢诱导的细胞自噬和凋亡[16]。miR-129-5p能够通过介导NEAT1调控过氧化氢诱导的心肌细胞损伤。然而，NEAT1和miR-129-5p的临床应用仍有待确定[17]。在Zhang等[18]的研究中发现，NEAT1和miR-129-5p与心衰的诊断标志物(BNP、LVEF)呈线性相关。因此，NEAT1/miR-129-5p轴可能作为一种新的心衰标志物，高水平的NEAT1和低水平的miR-129-5p与心衰患者的不良预后密切相关。NEAT1、miR-129-5p和BNP联合使用可提高诊断准确性，NEAT1高表达或miR-129-5p低表达的患者总生存期较差。多变量Cox分析显示，NEAT1和miR-129-5p是心衰患者生存的独立预后因素。Zhang等[18]的研究结果亦表明，心衰患者NEAT1表达增加，miR-129-5p表达降低。上述结果表明，lncRNA NEAT1和miR-129-5p可以作为心力衰竭防治的又一重要生物标志物。

除上述lncRNA之外，还有许多已经被报道的与心肌肥厚调控相关的lncRNAs，按照其与心肌肥厚的关系可分为两类[19](表1)。

表1 心肌肥厚相关lncRNAs及miRNAs

2 小结

当前lncRNAs在心血管疾病中的作用及机制研究，进行得如火如荼，展示出了潜在的临床运用前景，例如提供临床生物标志物及治疗靶点。然而，作为生物标志物，需要具有快速、易测等特点，但是当前RNA的检测手段定量PCR，却花费多、周期长、不能做到绝对定量，因此，在新的技术手段出现之前，尚不足以大规模展开运用。当前发现的lncRNA，其发挥作用的主要方式均是间接作用，例如作为分子支架，调控功能蛋白的工作效应，间接调控其靶基因。但是基因治疗的一大难点是如何保证转染的病毒、寡核苷酸准确的送达目标组织及细胞，并且定位表达，以及如何逃避肝脏及肾脏的代谢消除。综上，lncRNA的临床转化工作尽管困难重重，但前景依然无可比拟。