崔藝萌，陳 瑜，張 騰

心肌細(xì)胞肥大是心肌肥厚的主要病理學(xué)基礎(chǔ)[1]，是一種由心臟壓力負(fù)荷過(guò)重或心肌損傷引起的代償性或失代償性病理改變[2]，而心肌肥厚作為肥厚性心肌病、高血壓心臟病和缺血性心臟病等心血管疾病的共同病理改變，已成為誘發(fā)心力衰竭的一個(gè)重要因素[3-4]。心肌細(xì)胞是心臟損傷的直接靶細(xì)胞，可能成為心臟疾病治療的重要潛在靶點(diǎn)之一。相關(guān)研究顯示，非編碼RNA(non-coding RNAs，ncRNAs)在心肌細(xì)胞肥大過(guò)程中具有重要的調(diào)控作用[5]，但調(diào)控心肌細(xì)胞肥大的相關(guān)機(jī)制需進(jìn)一步研究。

ncRNAs是一類(lèi)不編碼蛋白質(zhì)但具有重要生物學(xué)功能的RNA分子，覆蓋98%以上的人類(lèi)基因組[6]。根據(jù)ncRNAs長(zhǎng)度分為微小RNA(microRNAs，miRNAs)、長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs，lncRNAs)和環(huán)狀RNA(circular RNAs，circRNAs)。近年來(lái)，關(guān)于心肌細(xì)胞肥大的研究越來(lái)越多，但相關(guān)分子調(diào)控機(jī)制尚未明確?，F(xiàn)綜述lncRNAs調(diào)控心肌細(xì)胞肥大的研究進(jìn)展。

1 lncRNAs概述

lncRNAs是一種不具備編碼蛋白質(zhì)能力的內(nèi)源性RNA分子，通常長(zhǎng)度>200個(gè)核苷酸，多數(shù)情況下不編碼蛋白質(zhì)，是ncRNAs中廣泛的亞群，通過(guò)轉(zhuǎn)錄前、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平和翻譯水平在生理病理過(guò)程中發(fā)揮調(diào)控作用。過(guò)去的幾十年，miRNAs結(jié)構(gòu)和功能被廣泛研究，而lncRNAs相較于miRNAs，具有較低的保守性，調(diào)控基因形式多樣，導(dǎo)致人們對(duì)lncRNAs認(rèn)識(shí)及研究受到較大的限制。

根據(jù)染色體與編碼基因的相對(duì)位置將lncRNAs分為以下幾類(lèi)：反義型(antisense lncRNAs)、內(nèi)含子型(intronic lncRNAs)、反向型(divergent lncRNAs)、基因間型(intergenic lncRNAs)、啟動(dòng)子上游型(promoter upstream lncRNAs)、啟動(dòng)子型(promoter-associated lncRNAs)、轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)型(transcription start site-associated lncRNAs)[7-8]。根據(jù)分子作用機(jī)制將其分為4種類(lèi)型[9]。①調(diào)控下游基因轉(zhuǎn)錄(signals)：作為轉(zhuǎn)錄活性的分子信號(hào)或指示劑，lncRNAs表達(dá)可對(duì)相關(guān)基因進(jìn)行空間和時(shí)間地調(diào)控。②分子阻斷劑(decoys)：作為分子阻斷劑，lncRNAs與轉(zhuǎn)錄因子或其他蛋白結(jié)合從而阻斷分子作用或信號(hào)通路，進(jìn)而調(diào)控下游基因轉(zhuǎn)錄。另一種阻斷機(jī)制是通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA(competitive endogenous RNAs，ceRNAs)機(jī)制，作為miRNAs的分子海綿，以競(jìng)爭(zhēng)性方式結(jié)合miRNAs，進(jìn)而影響miRNAs對(duì)下游靶基因的調(diào)控。③lncRNAs與蛋白結(jié)合(guides)：lncRNAs與蛋白結(jié)合指導(dǎo)核糖體蛋白復(fù)合物定位至特定目標(biāo)。④中心平臺(tái)(scaffolds)：作為“中心平臺(tái)”，多個(gè)相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子均可結(jié)合在lncRNAs分子上，多條信號(hào)通路同時(shí)被激活，實(shí)現(xiàn)不同信號(hào)通路之間的信息交流。

lncRNAs上的互補(bǔ)位點(diǎn)使他們能識(shí)別并結(jié)合到mRNA、miRNAs甚至其他lncRNAs，并作為調(diào)節(jié)高度特異性的傳感器。lncRNAs可折疊為復(fù)雜的二級(jí)結(jié)構(gòu)，與多種蛋白質(zhì)結(jié)合。這種結(jié)構(gòu)決定lncRNAs調(diào)控的多樣性，通過(guò)多種途徑在轉(zhuǎn)錄前、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后和翻譯水平調(diào)控基因的表達(dá)[10-11]。最初lncRNAs認(rèn)為是“進(jìn)化垃圾”，相關(guān)研究證據(jù)表明其具有調(diào)控心臟相關(guān)分子機(jī)制的能力，可參與心臟發(fā)育至成熟階段的一系列疾病[12]，成為參與調(diào)控心肌細(xì)胞部分生理及病理過(guò)程的關(guān)鍵因子。

2 心肌細(xì)胞肥大相關(guān)過(guò)程

病理性心肌細(xì)胞肥大分為代償性肥大和失代償性肥大，當(dāng)肥厚性應(yīng)激作用持續(xù)存在時(shí)，心肌細(xì)胞從代償性肥大轉(zhuǎn)變?yōu)槭Т鷥斝苑蚀?，影響心臟收縮功能。心肌細(xì)胞肥大過(guò)程中，心肌細(xì)胞形態(tài)、大小及功能改變，表現(xiàn)為心肌細(xì)胞體積增大、蛋白合成總量增加及胎兒基因重新表達(dá)，這種變化在心肌細(xì)胞代償性肥大過(guò)程中發(fā)揮著重要的保護(hù)作用[13]，而在心肌細(xì)胞失代償期這些病理改變進(jìn)一步加重心力衰竭發(fā)生，并成為心肌細(xì)胞肥大的相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)。這一病理過(guò)程可能存在能量代謝障礙[14]、氧化應(yīng)激、炎癥、鈣離子失調(diào)[15]及細(xì)胞凋亡與衰老[16]等相關(guān)機(jī)制參與，同時(shí)受到多種復(fù)雜信號(hào)通路調(diào)控[17]。相關(guān)研究表明，參與調(diào)控心肌細(xì)胞肥大的主要信號(hào)通路包括絲裂原活化蛋白激酶MAPK信號(hào)通路、CaN-NFAT信號(hào)通路、PI3K-AKT/PKB-mTOR信號(hào)通路及染色質(zhì)重塑的去乙?；感盘?hào)通路等[18]。lncRNAs可直接或間接激活這些信號(hào)通路，但具體調(diào)控機(jī)制尚未明確。

3 心肌細(xì)胞肥大相關(guān)lncRNAs

在心肌肥大病理過(guò)程中l(wèi)ncRNAs通過(guò)轉(zhuǎn)錄前、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后和翻譯水平調(diào)控相關(guān)基因的表達(dá)，在該病理過(guò)程中發(fā)揮主要作用。詳見(jiàn)圖1。

3.1 轉(zhuǎn)錄前水平調(diào)控 染色質(zhì)重塑是染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)修飾，其中組蛋白修飾、DNA修飾等參與調(diào)控染色質(zhì)的重塑過(guò)程。這些結(jié)構(gòu)變化是影響基因轉(zhuǎn)錄的關(guān)鍵因素之一。有研究表明，lncRNAs通過(guò)直接與組蛋白和DNA修飾酶相互作用的共價(jià)修飾和依賴ATP調(diào)控染色質(zhì)重塑的非共價(jià)調(diào)控參與染色質(zhì)的重塑過(guò)程[19]。

3.1.1 共價(jià)修飾 基因組功能在染色質(zhì)水平上受到表觀遺傳修飾的高度調(diào)控，其中組蛋白賴氨酸甲基化和乙?；瘜?duì)調(diào)控基因組結(jié)構(gòu)、基因組穩(wěn)定性和基因表達(dá)關(guān)鍵蛋白復(fù)合物的聚集至關(guān)重要[20]。多梳抑制性復(fù)合體2(polycomb repressive complex 2，PRC2)具有組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶活性，主要作用于賴氨酸27上的組蛋白H3甲基化(histone H3 lysine 27 methylation，H3K27me3)[21]。PRC2作為lncRNAs的已知分子靶點(diǎn)[22]，在心肌肥厚發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。Wang等[23]研究發(fā)現(xiàn)，心肌肥厚相關(guān)表觀遺傳調(diào)節(jié)因子(cardiac-hypertrophy-associated epigenetic regulator，Chaer)，可能通過(guò)直接與PRC2催化亞基相互作用，抑制心肌肥大相關(guān)基因啟動(dòng)子區(qū)組蛋白H3K27甲基化，促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大。Xing等[24]研究證實(shí)，肌鈣蛋白可誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大，促進(jìn)胎兒基因表達(dá)。有研究發(fā)現(xiàn)，編碼調(diào)控心臟收縮蛋白Myh7基因位點(diǎn)上肌球蛋白重鏈RNA轉(zhuǎn)錄本lncRNA Mhrt與肌鈣蛋白有直接靶向關(guān)系，并在心肌細(xì)胞肥大過(guò)程中形成一個(gè)循環(huán)調(diào)控[25]。一方面，lncRNA Mhrt通過(guò)影響組蛋白去乙?；?(histone deacetylase 5，HDAC5)對(duì)肌鈣蛋白的去乙?；饔靡种菩募〖?xì)胞肥大；另一方面，肌鈣蛋白通過(guò)與lncRNA Mhrt啟動(dòng)子上的兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合直接激活lncRNA Mhrt轉(zhuǎn)錄，在心肌細(xì)胞肥大病理過(guò)程中發(fā)揮重要作用。

3.1.2 ATP依賴的非共價(jià)調(diào)控 lncRNA Mhrt作為染色質(zhì)重塑的一個(gè)例子，在病理重塑中可抑制心肌細(xì)胞肥大。有研究表明，一種“l(fā)ncRNAs-染色質(zhì)”相互作用機(jī)制可能導(dǎo)致心力衰竭發(fā)生[26]。Brg1是一種被壓力激活的色素重塑因子，導(dǎo)致異常基因的表達(dá)和心肌病的發(fā)生。該研究明確了一種具有心臟保護(hù)作用的lncRNA Mhrt，定義了一種新型針對(duì)ATP依賴性染色質(zhì)重塑因子的靶向機(jī)制，lncRNA Mhrt通過(guò)拮抗Brg1表達(dá)抑制心肌細(xì)胞肥大。從新的角度揭示了lncRNAs與染色質(zhì)的相互作用機(jī)制，其在心肌肥厚和心力衰竭過(guò)程中起到的重要作用，并為lncRNAs與染色質(zhì)的相互作用建立了新型模式。

3.2 轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控 lncRNAs可在轉(zhuǎn)錄水平通過(guò)順式作用元件如(啟動(dòng)子、增強(qiáng)子、沉默子和絕緣子)調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始的DNA序列。Viereck等[27]通過(guò)全基因組lncRNA表達(dá)譜分析研究發(fā)現(xiàn)，心肌營(yíng)養(yǎng)相關(guān)轉(zhuǎn)錄本(cardiac hypertrophy-associated transcript，Chast)是促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大的lncRNA。lncRNA Chast在主動(dòng)脈縮窄手術(shù)小鼠、主動(dòng)脈瓣狹窄病人和肥大刺激下人胚胎干細(xì)胞來(lái)源的心肌細(xì)胞表達(dá)均顯著上調(diào)，可能通過(guò)順式作用負(fù)向調(diào)控自噬因子Plekhm1表達(dá)，進(jìn)而抑制心肌細(xì)胞自噬并促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大，該研究表明促肥大轉(zhuǎn)錄因子NFAT與編碼lncRNA Chast基因位點(diǎn)結(jié)合，促進(jìn)lncRNA Chast表達(dá)。詳見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 心肌細(xì)胞肥大與lncRNAs (① PRC2：polycomb repressive complex 2，多梳抑制性復(fù)合體2；②Me3：histone methylation，組蛋白三甲基化；③HDAC5：histone deacetylase 5，組蛋白去乙酰化酶5；④RBP：RNA binding protein，RNA結(jié)合蛋白)

圖2 ceRNA機(jī)制

lncRNAs在轉(zhuǎn)錄后水平通過(guò)與RNA結(jié)合蛋白(RNA binding protein，RBP)相互作用調(diào)控mRNA穩(wěn)定性。RBP在細(xì)胞質(zhì)中與單鏈或雙鏈RNA結(jié)合，穩(wěn)定mRNA表達(dá)。lncRNA SNHG7已明確為人類(lèi)癌癥中的致癌基因[28-29]，SDAD1在幾種癌癥中證實(shí)具有促癌作用[30-31]。有研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA SNHG7和SDAD1在血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)誘導(dǎo)的原代乳鼠心肌細(xì)胞肥大模型中表達(dá)上調(diào)，證實(shí)了lncRNA SNHG7可能通過(guò)與RNA結(jié)合蛋白HuR相互作用進(jìn)而穩(wěn)定SDAD1 mRNA表達(dá)，促進(jìn)心肌肥大，作為促心肌細(xì)胞肥大的一個(gè)新型調(diào)控因子[32]。

3.3 翻譯水平調(diào)控 CeRNA機(jī)制是一種RNA之間的調(diào)控機(jī)制，包含生物體內(nèi)復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中除miRNAs外的眾多RNA分子，包括mRNA、lncRNAs、circRNAs等，均存在與miRNAs結(jié)合的位點(diǎn)，在細(xì)胞中起到miRNAs海綿的作用，進(jìn)而解除miRNAs對(duì)靶基因的抑制作用[33]。

3.3.1 促心肌細(xì)胞肥大 已有研究表明，心臟肥厚相關(guān)因子(CHRF)作為miR-489的分子海綿，抑制miR-489表達(dá)，進(jìn)而上調(diào)其下游靶點(diǎn)Myd88的表達(dá)促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大[34]。Myd88作為核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)的下游效應(yīng)因子，Myd88敲除不僅可減緩心肌細(xì)胞肥大，還可減輕心肌纖維化和心臟相關(guān)炎癥反應(yīng)。新近研究表明，miR-93通過(guò)上調(diào)Akt3表達(dá)水平抑制心肌細(xì)胞肥大，而lncRNA CHRF可作為miR-93分子海綿，通過(guò)調(diào)控miR-93/Akt3軸促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大[35]。Liu等[36]研究發(fā)現(xiàn)，miR-675過(guò)表達(dá)可抑制心肌細(xì)胞肥大。lncRNA H19可競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-675，下調(diào)心肌細(xì)胞miR-675的表達(dá)，該研究證實(shí)CaMKⅡδ是miR-675直接的下游靶點(diǎn)，提示lncRNA H19可能靶向miR-675上調(diào)CaMKⅡδ的表達(dá)促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大。lncRNA ROR通過(guò)負(fù)向調(diào)控miR-133表達(dá)促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大[37]。

相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄本(MIAT)沉默導(dǎo)致ISO誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞心房利鈉肽(atrial natriuretic peptide，ANP)表達(dá)下調(diào)，顯著上調(diào)miR-150表達(dá)，從而降低原代乳鼠心肌細(xì)胞P300表達(dá)[38]。lncRNA MIAT促心肌細(xì)胞肥大可能通過(guò)lncRNA MIAT/miR-150-5p軸靶向P300發(fā)揮作用。有文獻(xiàn)報(bào)道，AngⅡ誘導(dǎo)的體外心肌細(xì)胞肥大模型中l(wèi)ncRNA MIAT表達(dá)上調(diào)，而miR-93表達(dá)下調(diào)，lncRNA MIAT作為miR-93的分子海綿抑制心肌細(xì)胞miR-93表達(dá)，進(jìn)而上調(diào)miR-93靶點(diǎn)toll樣受體4(toll-like receptor 4，TLR4)表達(dá)[39]。lncRNA MIAT可能通過(guò)miR-93/TLR4軸激活PI3K/Akt/mTOR信號(hào)通路促進(jìn)AngⅡ誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大的病理進(jìn)程。Toll樣受體作為心肌細(xì)胞肥大進(jìn)程的重要靶點(diǎn)之一，受到多分子調(diào)控作用。Li等[40]研究表明，lncRNA CASC15被轉(zhuǎn)錄因子VDR激活，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-432-5p上調(diào)TLR4表達(dá)從而誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大。

Wang等[41]研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA SYNE1反義RNA1(SYNE1-AS1)敲除可減輕心肌細(xì)胞肥大表型，其作用機(jī)制可能通過(guò)作為miR-525-5p的分子海綿正向調(diào)控Sp1轉(zhuǎn)錄因子(Sp1 transcription factor，Sp1)表達(dá)促進(jìn)心肌細(xì)胞肥大。Sp1能激活lncRNAs SYNE1-AS1轉(zhuǎn)錄。因此，lncRNA SYNE1-AS1促心肌細(xì)胞肥大的機(jī)制可能通過(guò)miR-525-5p/Sp1軸及Sp1和lncRNA SYNE1-AS1形成反饋調(diào)節(jié)機(jī)制進(jìn)行動(dòng)發(fā)揮作用。

3.3.2 雙向調(diào)節(jié)作用 Xiao等[42]研究發(fā)現(xiàn)，在PE誘導(dǎo)的體外心肌肥大模型和TAC誘導(dǎo)的體內(nèi)心肌肥厚模型中，lncRNA XIST表達(dá)均顯著升高。采用熒光素酶報(bào)告基因測(cè)定法和RNA免疫沉淀法研究XIST、miR-101、toll樣受體2(toll-like receptor 2，TLR2)之間的靶向關(guān)系；結(jié)果表明，TLR2是miR-101的下游靶點(diǎn)，lncRNA XIST直接靶向結(jié)合miR-101。結(jié)果證實(shí)lncRNA XIST促心肌細(xì)胞肥大作用可能是通過(guò)靶向miR-101進(jìn)而調(diào)控TLR2表達(dá)實(shí)現(xiàn)的。有研究表明，lncRNA XIST過(guò)表達(dá)可能減緩心肌肥厚進(jìn)程，其主要作用機(jī)制是lncRNA XIST通過(guò)與miR-330-3p的互補(bǔ)位點(diǎn)結(jié)合促進(jìn)S100B表達(dá)，從而發(fā)揮對(duì)心肌細(xì)胞肥大的保護(hù)作用[43]。

4 小 結(jié)

目前研究發(fā)現(xiàn)lncRNAs有很多不同的分子機(jī)制，但關(guān)于lncRNAs的研究處于初級(jí)階段，現(xiàn)階段研究多數(shù)以ceRNAs機(jī)制對(duì)其功能進(jìn)行闡釋。lncRNAs作為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，一是與編碼蛋白基因相比，lncRNAs具有較低的保守性，研究lncRNAs技術(shù)和方法需進(jìn)一步改進(jìn)；二是根據(jù)lncRNAs結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，lncRNAs作用靶點(diǎn)廣泛，調(diào)控機(jī)制復(fù)雜，仍需進(jìn)一步探索。關(guān)于lncRNAs功能及其調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究，不僅在揭示心肌細(xì)胞肥大的復(fù)雜機(jī)制中發(fā)揮重要作用，還可能為心臟疾病的治療提供新的潛在靶點(diǎn)。