竞争性内源RNA调控网络与心血管疾病发病机制的研究进展.docx

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竞争性内源RNA调控网络与心血管疾病发病机制的研究进展

竞争性内源RNA调控网络与心血管疾病发病机制的研究进展

徐新宇1，张鑫2，孙轶华1*（1.哈尔滨医科大学附属肿瘤医院检验科，哈尔滨150081；2.哈尔滨医科大学附属第二临床医学院检验科，哈尔滨150086）

摘要：

心血管疾病（cardiovasculardisease，CVDs）是对人类健康构成严重威胁的头号杀手。

竞争性内源RNA（competingendogenousRNA，ceRNA）作为生物标志物、潜在的治疗靶点和强有力的预后指标，在心肌肥厚、心肌梗死以及动脉粥样硬化等心血管疾病中均表现出了巨大的研究价值及临床应用前景。

本文主要介绍了ceRNA调控网络在CVDs中的最新研究成果及其调控机制。

关键词：

竞争性内源RNA；长链非编码RNA；微小RNA；心血管疾病

近年来通过对ceRNA不断深入的研究，使我们对基因功能及其内在的调控机制有了更深层次的了解，从而能够深入全面的解释更多生物学现象。

有研究表明，ceRNA在转录组相关异常变化，如肺癌、肝癌、胃癌、乳腺癌等肿瘤中具有重要作用。

心血管疾病作为严重危害人类健康的常见病，每年死亡率占全球人类死亡率的三分之一，是亟待解决的健康难题。

因此，目前迫切需要对心血管疾病进行深入研究，提高诊断率及疗效，ceRNA的提出为心血管疾病的研究提供了新的方向。

1ceRNA网络概述及其调控机制

1.1ceRNA网络

Salmena等[1]在2011年首次提出ceRNA假说，认为ceRNA不是一种新发现的RNA分子，而是一种全新的基因表达调控机制，是转录组中各RNA分子相互作用的一门“新语言”。

这种新的ceRNA、miRNA和mRNA之间的相互作用方式，构成复杂精细的ceRNA调控网络系统。

ceRNA网络包括微小RNA（microRNA，miRNA）、人工miRNA抑制剂（artificialmiRNAsponges）、假基因（pseudogene）、长链非编码RNA（longnon-codingRNA，lncRNA）、环状RNA（circRNA）和信使RNA（messengerRNA，mRNA）[2]。

其中，miRNA是真核生物中广泛存在的大小约23nt的RNA分子，能特异性地与靶mRNA结合，从而影响靶mRNA的稳定性或降解过程[3]。

研究表明，假基因、lncRNA、circRNA均可作为miRNA“海绵”，与miRNA反应元件（microRNArecognitionsequences，MREs）竞争结合相应的miRNA，进而调控靶基因的表达水平[4]。

1.2ceRNA网络的调控机制

ceRNA网络中各种RNA间的相互沟通是通过miRNA实现的。

作为ceRNA网络的“枢纽”，pri-miRNA经过一次加工后，成为pre-miRNA，即microRNA前体（pri-miRNA→pre-miRNA），pre-miRNA再经过Dicer酶的酶切作用后产生长约20～24nt的成熟miRNA[5]，进入RISC装载复合体，组装成具有沉默目标RNA作用的miRNA介导的沉默复合体（argonaute-containingmiRNA-inducedsilencingcomplexes，miRISC）[6]。

当ceRNA表达沉默时，mRNA则在miRISC的作用下被阻止翻译或加速降解；而当ceRNA被转录后，可竞争性结合RISC复合物，降低miRNA的抑制作用，从而使靶基因的表达量上调[4]。

由此可以看出miRNA通过下调靶基因mRNA在胞质内的表达是其经典生物学功能，也是ceRNA分子网络的基础。

2ceRNA与心血管疾病

2.1心肌肥厚

持续性心肌肥厚（cardiachypertrophy，CH）与多种生理和病理刺激有关，可以增加心力衰竭发生的风险[7]，因此，了解心肌肥厚相关的生物学进展至关重要。

lncRNAAK048451，心肌肥大相关因子（cardiachypertrophyrelatedfactor，CHRF），是第一个被发现的miR-489内生性“海绵”，可以直接与miR-489的特定序列结合并且抑制miR-489的表达，进而加速心肌肥大反应的进程。

Wang等[8]利用荧光素酶检测筛选出了与心肌肥厚相关的基因（myeloiddifferentiationprimaryresponsegene88,Myd88），并通过生物信息学软件RNAhybrid分析了Myd88序列的3’UTR，结果发现miR-489可以抑制Myd88基因的荧光素酶活性。

CHRF可以直接结合miR-489，使miR-489表达下调，并上调Myd88靶基因，促进心肌肥厚，而敲除CHRF可以阻碍心肌肥大的进程。

该项研究揭示了新的心肌肥厚调节机制：

CHRF-miR-489-Myd88。

即CHRF作为ceRNA参与miR-489调控Myd88基因在心脏肥大中的分子作用。

除CHRF外，lncRNA同源异型盒基因转录反义基因间RNA（HOXtranscriptantisenseRNA，HOTAIR）也可以作为ceRNA在心肌肥大中发挥作用[9]。

在小鼠体内进行主动脉缩窄术后的心脏组织和在体外用Ang-Ⅱ处理过的心肌细胞中的miR-19表达均增加，而HOTAIR表达减少，两者呈负相关，HOTAIR是miR-19的ceRNA，进而解除miR-19对其内源性靶点PTEN的抑制作用，在心肌肥大的发生发展中发挥重要的调控作用。

Jiang等[10]研究者发现在心肌肥厚小鼠中lncRNAROR的表达量显著升高，而其表达量降低可减缓心脏肥大的进展。

并且敲除ROR后，miR-133的表达量升高，且过表达miR-133可抑制苯肾上腺素处理后小鼠心肌细胞中ROR的升高及ANP和BNP的产生，对心肌起到保护作用。

由此可以看出，ROR通过与miR-133相互作用导致心脏肥大，可以作为心肌肥厚潜在的治疗靶点。

lncRNA生长抑制特异性转录本5（growtharrest-specific5,GAS5）可以作为miR-21海绵从而抑制肿瘤的增殖并促进多种癌细胞的凋亡[11-12]。

而近年来又发现GAS5在心血管疾病中也可以发挥重要作用[13]，其含有miR-23a的结合位点，并且在Ang-Ⅱ诱导的心肌肥厚模型中表达减少,两者呈负相关。

GAS5的发现揭示了GAS5/miR-23a/Foxo3a的新作用,为广泛了解心肌肥厚及治疗本病提供了新的研究方向和治疗方案。

目前，lncRNA与心肌肥厚的相关研究已逐渐成熟，且大多数已

经过实验证实，但其如何应用于临床，作为其治疗及预后的指标仍有待进一步探究。

2.2心肌梗死

急性心肌梗死是由不稳定的缺血综合征所引起的心肌坏死，具有很高的发病率和死亡率[14]。

Liang等[15]发现，lncRNA促纤维化因子（pro-fibrotic，PFL）在心肌梗死小鼠心脏成纤维细胞中均有上调。

PFL可以作为let-7d的ceRNA发挥作用，过表达PFL通过调节let-7d进而促进小鼠心脏成纤维细胞的增殖、成纤维细胞向肌成纤维细胞的转化和纤维化的发生，而敲减PFL则减轻了TGF-β1诱导的肌成纤维细胞生成和纤维化的发生，改善心肌梗死小鼠的心功能。

Wang等[16]发现一种名为自噬促进因子（autophagypromotingfactor，APF）的lncRNA，并证实了它可以通过靶向miR-188-3p和ATG7调控自噬和心肌梗死，揭示了由心脏中的APF、miR-188-3p和ATG7组成的一个新的自噬程序调控模式，其相互作用的强度可能是患者生存的预测指标，并且为开发新的针对心肌梗死和心力衰竭的治疗策略提供了潜在的靶点和诊断工具。

Zhao等[17]发现，lncRNAMALAT1在芬太尼对心脏的保护中发挥了极大的破坏作用，在小鼠心肌细胞缺氧复氧模型中,MALAT1的过表达或敲除miR-145可以增加LDH释放以及加速心肌细胞凋亡来逆转芬太尼对心肌的保护作用。

总之，MALAT1对缺氧复氧损伤敏感，可通过负向调控miR-145/Bnip3通路消除芬太尼对心脏的保护作用。

最新的研究发现，锌指结构反义转录本1（zincfingerantisense1,ZFAS1）的lncRNA在MI大鼠模型的梗死及边缘区的表达随着时间的延长逐渐增高，而miR-150表达量则与其相反，所以，AMI诱导心肌细胞凋亡发生的机制可能是miR-150与ZFAS1的直接作用，进而调控C反应蛋白的表达来实现的，沉默ZFAS1或过表达miR-150均可以有效缓解大鼠的心肌细胞凋亡程度[18]。

上述ceRNA调控机制均为心肌梗死的诊治中提供了重要的线索及方案。

2.3动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是一种慢性炎症性动脉壁疾病，其特征是脂质的积累和各种免疫细胞的浸润[19]。

Zhang等[20]研究者通过RNA-seq对circRNA,miRNA和mRNA的表达谱进行分析，筛选出了与动脉粥样硬化相关的多种RNA。

利用miRanda工具预测miRNA及与其相互作用的靶基因，并构建了一个差异表达的circRNA-miRNA-mRNA三重网络。

发现7种circRNAs，包括ocu-cirR-novel-18038,-18298,-15993,-17934,-17879,-18036和-14389。

这些circRNAs在ceRNA调控网络中的作用与动脉粥样硬化有关，并且在动脉粥样硬化发生过程中涉及到的细胞粘附、活化和免疫反应均起到了关键性作用。

血管内皮细胞的炎症反应在许多心脑血管疾病的发生发展中起着至关重要的作用。

Chen等[21]发现丹参醇可以诱导ApoE缺乏的动脉粥样硬化小鼠模型中内皮细胞发生凋亡。

而lncRNA牛磺酸上调基因1（taurineupregulatedgene1，TUG1）可通过调控miR-26逆转丹参醇的这一作用。

Let-7e是内皮细胞功能和炎症反应发生的重要调节因子，除了参与细胞的增殖、凋亡和细胞粘附的调控，还可以通过复杂的调控网络来调节炎症反应，包括IκBβ和lncRNAlnc-MKI67IP-3。

Let-7e通过抑制靶基因IκBβ的表达，促进NF-κβ的活化和向核的易位，进而增加炎症分子和粘附分子的表达。

同时，lnc-MKI67IP-3作为let-7e的“海绵”，可以抑制其促炎作用。

并且let-7e可降低lnc-MKI67IP-3表达，从而形成正反馈环以加重炎症反应[22]。

此外，let-7e，lnc-MKI67IP-3和IκBβ在ox-LDL处理的血管内皮细胞和动脉粥样硬化斑块中也是异常表达的，前者升高，而后两者的变化趋势降低。

因此，lnc-MKI67IP-3可能在血管内皮细胞的炎症反应和动脉粥样硬化的发展中起重要作用。

此外，与血管内皮细胞相关的另一种lncRNA视网膜非编码RNA3（Retinalnon-codingRNA3，RNCR3）[23]可以作为ceRNA在动脉粥样硬化中的发生发展中发挥关键作用。

体外培养经ox-LDL处理的血管内皮细胞和血管平滑肌细胞，高表达的RNCR3基因促进动脉粥样硬化的发展，并加重高胆固醇血症和炎症因子TNF-α、IL-6、CCL2的释放。

RNCR3基因敲除后血管内皮细胞和血管平滑肌细胞的增殖和迁移被抑制，并且促进两者凋亡。

值得注意的是，RNCR3可以作为ceRNA，并与kruppel类因子2和miR-185-5p形成一个反馈循环，调节细胞功能。

2.4ceRNA与其他心血管疾病

房颤，是心房组织电生理异常的结果，是心力衰竭导致电重构产生的重要特征[24]。

lncRNAs和miRNAs可以通过调控不同的mRNA从而调节房颤的发展。

为探讨lncRNATCONS_00075467在房颤发生中的分子机制，进一步研究了miR-328及其靶基因CACNA1C的表达变化。

通过生物信息学分析，确定了TCONS_00075467序列中miR-328的四个潜在结合位点。

当在体内或体外对TCONS_00075467基因进行敲除后，miR-328表达上调，CACNA1C蛋白表达下调[25]。

此发现揭示了TCONS_00075467、miR-328和CACNA1C在心肌电重构过程中的调控关系，为了解房颤的发生机制提供了新的思路。

Pan等[26]研究者分析了冠心病患者血浆中circRNAs表达谱，鉴定出24种差异表达的circRNAs（18种上调、6种下调）和7种差异表达的mRNAs（6种上调、1种下调）。

通过对另外932名研究对象（648名冠心病患者组及284名健康对照组）进行研究分析，发现miR-221（P=0.001）、miR-155（P=0.049）和miR-130a（P=0.001）在冠心病患者中表达下调。

利用miRanda数据库构建了hsa-miR-130a-3p介导的circRNA-mRNA-ceRNA的网络，主要包括9种circRNA（hsa_circ_0089378，has_circ_0083357，hsa_circ_0082824，hsa_circ_0068942，hsa_circ_0057576，hsa_circ_0054537，hsa_circ_0051172，hsa_circ_0032970，hsa_circ_0006323）。

这9种circRNA可以通过抑制hsa-miR-130a-3p促进TRPM3的表达，进而促进冠心病的发生与发展。

Huang等[27]研究者发现，lncRNAH19和miR-455对心肌成纤维细胞纤维化相关蛋白的合成具有潜在调控作用，基因芯片检测结果发现，miR-455在糖尿病小鼠心肌及AngⅡ诱导的心肌成纤维细胞中明显下调。

随后利用TargetScan、miRanda、starBase等软件分析发现，miR-455与结缔组织生长因子（connectivetissuegrowthfactor，CTGF）有结合位点。

同时双荧光素酶试验也证实了miR-455与H19在3’UTR具有互补的结合位点。

功能验证实验表明，在小鼠的心肌细胞敲除H19基因可增强miR-455的抗纤维化作用，减弱CTGF的表达，进一步降低I型胶原、Ⅲ型胶原和α-SMA型胶原等纤维相关蛋白的合成，揭示了H19/miR-455/CTGF轴在心肌纤维化中的新功能，提示其在心脏疾病中具有潜在的治疗作用。

以上研究表明，多种非编码RNA作为ceRNA，可竞争性结合miRNA参与CVDs的发病机制（表1）。

Table1ThecompetitiveendogenousRNAsinCVDs

ceRNAsmiRNA海绵靶基因功能参考文献

lncRNACHRFmiR-489Myd88促进心肌肥厚及功能障碍[8]

HOTAIRmiR-19PTEN抑制心肌肥厚[9]

RORmiR-133ANP，BNP促进心肌肥厚[10]

GAS5miR-23aFoxo3a抑制心肌肥厚[13]

PFLlet-7dTGF-β1促进心肌纤维化[15]

APFmiR-188-3pATG7促进缺血再灌注损伤[16]

MALAT1miR-145Bnip3促进心肌梗死[17]

ZFAS1miR-150CRP促进心肌梗死[18]

TUG1Let-7eIκBβ抑制AS中内皮细胞凋亡[21]

RNCR3miR-185-5pkruppelfactor2促进AS[23]

TCONS_00075467miR-328CACNA1C抑制房颤的发生[25]

H19miR-455CTGF促进心肌细胞纤维化[27]

circRNAhsa_circ_0089378miR-130a-3pTRPM3促进AS[26]

hsa_circ_0083357

hsa_circ_0082824

hsa_circ_0068942

hsa_circ_0057576

hsa_circ_0054537

hsa_circ_0051172

hsa_circ_0032970

hsa_circ_0006323

3小结与展望

近年来，各种编码以及非编码RNA作为ceRNA成为针对多种疾病的一大研究热点。

本文叙述了关于心肌肥厚、心肌梗死、动脉粥样硬化以及其他心血管疾病中的ceRNA网络系统，阐述了近年来ceRNA在心血管系统疾病中的研究成果，然而，将ceRNA调节网络与临床的诊断（高敏感型标记物）、治疗（新发药物作用靶点）及预后（生存率及死亡率的统计）相联系起来仍需要更进一步去探索。

因此，进一步深入研究ceRNA与心血管疾病之间的关系，可能为心血管疾病的预测和诊治开辟新的途径。

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