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长链非编码RNA调节缺血性脑卒中损伤和修复的研究进展_冯维熙

在人类基因组中,约90%的基因被转录成

RNA,但其中具有蛋白编码功能的基因只占2.94%左右,其余均被转录成无蛋白编码功能的

非编码RNA (nocoding RNA,ncRNA)[1]。非编码

RNA 主要分为管家ncRNA (housekeeping ncRNA)和调控ncRNA 两大类。管家ncRNA 包括rRNA 、

收稿日期:2015-01-21;修回日期:2015-05-23

基金项目:国家自然科学基金资助项目(81273495);国家大学生创新创业训练计划项目(201310312015Z)

作者简介:冯维熙(1992-),男,江苏徐州人,南京医科大学学生,主要从事神经科学研究;*通讯作者:孙秀兰(1973-),女,江苏南京人,南京医科大学基础医学院教授,博士,主要从事神经药理研究,Tel:025-********,E-mail:xiulans@https://www.wendangku.net/doc/8516021740.html, 。

长链非编码RNA 调节缺血性脑卒中损伤和修复的

研究进展

冯维熙a ,孙秀兰b*

(南京医科大学a.第一临床医学院;b.基础医学院,中国江苏南京210029)

要:长链非编码RNA (long noncoding RNA,lncRNA)是一组在转录、转录后和表观遗传水平发挥作用的调

控序列,其在中枢神经系统中特异性高表达,对中枢神经系统发育和疾病发展具有重要调控作用。缺血性脑卒中诱导脑内大量lncRNA 表达改变,提示lncRNA 与缺血性脑卒中复杂的病理过程有关,这将有利于全面认识缺血性脑卒中的病理机制及脑缺血损伤后的分子调控网络,并提供新的治疗方向。尽管有少数研究报道

lncRNA 在缺血性心脏病中的作用,但目前对于其在缺血性脑卒中病理发展中的作用知之甚少。综述目前已知

的lncRNA 在脑缺血再灌注损伤、细胞凋亡与抗凋亡及损伤后神经再生与修复中的作用,并提出了未来可能的

lncRNA 在缺血性脑卒中损伤与修复中的研究方向。

关键词:长链非编码RNA (lncRNA);缺血性脑卒中;抗凋亡;神经保护;神经修复中图分类号:R34

文献标识码:A

文章编号:1007-7847(2015)05-0457-08

Progresses on Long Noncoding RNAs Regulating the Development

of Ischemic Stroke

FENG Wei-xi a ,SUN Xiu-lan b*

(a.The First School of Clinical Medicine ;b.School of Basic Medical Sciences,Nanjing Medical University,Nanjing 210029,

Jiangsu,China )

Abstract:Long noncoding RNAs (lncRNAs)are transcribed from a large class of genes in human genome,and are emerging as key regulators of multiple biological processes at transcriptional,post -transcriptional and epigenetic levels.Many lncRNAs are highly expressed in the central nervous system (CNS)in a specific manner,suggesting that they might play important roles in CNS development and diseases.Cerebral ischemic stroke significantly alters lncRNA expression profiles in CNS,indicating that the disregulation of lncRNAs may contribute to the complex pathological process after ischemic stroke.Taking further insights into the function of lncRNAs is helpful for us to construct molecular regulatory networks and to open a new field of therapeutic targets in ischemic stroke.Although there are few reports about lncRNAs in ischemic heart dis -eases,much less is currently known about lncRNAs in ischemic stroke.Current progresses are summarized on the role of lncRNAs in ischemia-reperfusion injury,apoptosis/anti-apoptosis,neurorestoration and neuro -genesis.Finally,potential research directions of lncRNAs and ischemic stroke in the future are proposed.Key words:long noncoding RNAs (lncRNAs);cerebral ischemic stroke;anti -apoptosis;neuroprotection;neurorestoration

(Life Science Research ,2015,19(5):457~464)

第19卷第5期生命科学研究

Vol.19No.52015年10月

Life Science Research

Oct.2015

·综述·

DOI:10.16605/https://www.wendangku.net/doc/8516021740.html,ki.1007-7847.2015.05.015

生命科学研究2015年

tRNA等,执行着一些特定的生物学功能。而调控ncRNA则主要依据其长度是否小于200个核苷酸分为小ncRNA(small noncoding RNA)和长链非编码RNA(long noncoding RNA,lncRNA),它们在表观遗传学方面均发挥着重要的作用[2,3]。近年来,对于以miRNA为代表的小ncRNA的研究比较深入,其在转录和转录后阶段通过形成RNA诱导的沉默转录复合物(RNA-induced silencing com-plex,RISC)反式作用调控靶基因的表达,并与人类疾病有着重要的联系[4,5]。然而,lncRNA的研究尚处于初级阶段,对于其调控机制和生物学作用仍有待更加深入的探索。

脑卒中是当前威胁人类健康的重大疾病之一。根据病因,脑卒中可分为缺血性和出血性两种类型,其中缺血性脑卒中约占脑卒中病人总数的60%~80%。缺血性脑卒中开始于大脑动脉的堵塞,缺血区在低氧低糖的情况下能量代谢发生改变,导致细胞离子平衡紊乱、酸中毒、炎症反应等一系列事件的发生,并可能继续遭受缺血再灌注损伤[6]。缺血核心区和半影区神经细胞的坏死和凋亡情况及缺血损伤后神经、血管再生情况将严重影响到脑卒中病人的预后。因此,充分掌握缺血性脑卒中的损伤机制和损伤后神经、血管再生机制将有助于卒中后脑组织的保护和脑卒中病人神经功能的恢复。

在大脑中有许多特异性表达的lncRNA,这些lncRNA与中枢神经系统发育和功能有着重要的联系[7~11]。例如,作为一种反义lncRNA,BDNF-AS和BDNF基因编码的mRNA形成RNA二聚体,阻碍其促进神经元分化作用[12]。同样作为一种反义lncRNA,BACE-AS被推测与阿尔兹海默病、精神分裂症、抑郁症等一系列神经退行性疾病有关[8]。在缺血性脑卒中方面,Dharap等[13]研究发现,局部脑缺血后诱导大脑中一系列lncRNA表达模式的改变,这预示着lncRNA可能在缺血性脑卒中的病理过程中有着重要的作用,这也有可能为缺血性脑卒中的分子治疗提供了新的发展方向。

1lncRNA概述

1.1lncRNA生物学特征与分类

lncRNA通常指长度大于200个核苷酸、缺少开放阅读框架(open reading frame,ORF)的RNA 转录本。lncRNA经RNA聚合酶Ⅱ或RNA聚合酶Ⅲ转录,但其转录水平较蛋白编码RNA低,并且具有很强的组织特异性和时空特异性,这暗示其在系统发育过程中可能起到了很重要的调控作用[8]。不同于miRNA,lncRNA的序列保守性很低,这也是导致其一直被认为是基因组转录噪音的重要原因之一。然而,lncRNA启动子区域序列保守性较高,并可以形成RNA二级结构发挥生物学作用[11]。大多数lncRNA在细胞核中被发现,与染色质修饰有关[14]。根据在基因组中的转录位置, lncRNA可大致分为四类:蛋白编码区域的转录本、基因调控区域的转录本、染色体上特殊区域的转录本和线粒体内编码的转录本[15]。每一类又可根据其与ncRNA的相对位置分为5个亚类,即位于相邻蛋白编码RNA之间的lincRNA(long inter-genic noncoding RNA,lincRNA);与蛋白编码RNA 重叠但转录方向相反的NATs(natural antisense transcript,NAT);覆盖蛋白编码RNA且同向转录的重叠转录本(overlapping transcript);转录起始位点与蛋白编码RNA接近但反向转录的双向lncR-NA(bidirectional lncRNA)和与蛋白编码RNA同向的正义内含子lncRNA(sense intronic lncRNA)[11]。1.2lncRNA的作用机制

现有研究发现,lncRNA可以顺式和反式作用广泛参与生理和病理过程。lncRNA可通过细胞周期调控、剪接调控、mRNA降解、基因印记、染色质重塑等形式在转录水平、转录后水平和表观遗传水平调控生物学过程[16]。

lncRNA的作用机制可分为四类[17]:1)作为信号分子发挥作用由于lncRNA具有时空表达特异性,其可能作为信号分子,传递生物发育的调控信号,调控相关基因的表达。例如lncRNA-AK053922具有抑制或活化Shh信号通路的双向调控功能,以此决定神经细胞的类型[18];2)作为诱饵分子发挥作用lncRNA可招募其他分子共同发挥生物学功能。例如,lncRNA可作为诱饵吸附特定的miRNA,以“海绵效应”的方式调控miRNA 靶基因的表达[19];3)作为引导分子发挥作用lncR-NA可形成特定的空间结构,指导RNA结合蛋白定位到特定的调控位点[17];4)作为支架分子发挥作用lncRNA可作为脚手架,依靠自身不同的效应分子结合结构域,为调控复合物的装备提供一个中央平台[20]。

2lncRNA与缺血性脑卒中的关系

lncRNA在人体内表达具有组织特异性,表

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第5期

达谱及表达丰度在不同组织间大不相同。目前对lncRNA 与疾病相关性的研究主要集中在肿瘤和神经退行性疾病方面[21,22]。然而,近期研究发现,脑

卒中可明显改变大脑中mRNA 和ncRNA 的表达[23],缺血性脑卒中可诱导大脑lncRNA 表达谱的改变[13],这些均提示lncRNA 可能在缺血性脑卒中的病理过程中发挥着重要的作用。

2.1lncRNA 在缺血性损伤中的作用

缺血性脑卒中的病理损伤机制包括兴奋毒

性、氧化应激、线粒体损伤、炎症反应、血脑屏障破坏、脑细胞水肿等一系列复杂机制[6,24,25]。

2.1.1兴奋毒性

兴奋毒性(excitotoxicity)是缺血性脑损伤的重

要机制之一。在缺氧缺糖的情况下,细胞能量代谢出现障碍,导致ATP 依赖性的钠钾泵活性下降,胞外K +显著增加,膜去极化,兴奋性氨基酸大量释放,突触后神经元过渡兴奋,活化细胞膜上的离子型谷氨酸受体,促进细胞外Ca 2+大量内流,加重了细胞内钙超载[6],并引发细胞肿胀、坏死和凋亡等一系列事件。离子型谷氨酸受体分为

NMDA 受体和AMPA 受体两大类,AMDA 家族又包括GluR1-44个亚基,其中,GluR2亚基可调控AMDA 受体对Ca 2+的通透性,而因子阻遏蛋白元件1沉默性转录因子(repressor element-1silenc -ing transcription factor,REST)可通过抑制GluR2

亚基的基因启动子活性而抑制基因表达,影响缺血性脑损伤后Ca 2+内流[26,27](图1)。最近有研究发现,在脑卒中诱导下,有更多的lncRNA 与REST 辅抑制物Sin3A 和coREST 结合,在表观遗传水平调控REST 介导的基因沉默作用[28]。

2.1.2氧化应激

神经细胞和内皮细胞在缺血后线粒体呼吸链

损伤和再灌注时均会产生大量的活性氧(reactive

oxygen species,ROS),损伤蛋白质和DNA,并传递

细胞坏死和凋亡信号[29]。ROS 可以直接活化线粒体膜上线粒体通透性转换孔(mitochondrial perme -

ability transition pore,MPTP)或诱导p53与亲环蛋

白D 结合开放MPTP,导致线粒体肿胀并进一步堵塞线粒体呼吸链,最终促使缺血核心区细胞坏死[29,30]。此外,ROS 可激活p38MAPK,通过caspase 途径介导缺血半影区细胞凋亡[29]。

缺血性脑卒中病理过程可活化两条抗氧化通路:超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)通路和Nrf2/ARE 通路。信号转导与转录激活因子3

(signal transducer and activator of transcription 3,STAT3)在再灌注损伤中失活,导致其调控的SOD 2

基因表达下降[29]。生物信息学方法预测有120条

lncRNA 含有STAT3结合位点[31],这暗示着lncR -NA 可能通过STAT3调控SOD 基因的表达。生理情况下,Keap1(kelch-like ECH-associated protein 1)与Nrf2(nuclear factor erythroid 2-related factor 2)结合,抑制其生物活性。在氧化应激条件下,ROS 促使其分离,游离的Nrf2与ARE (antioxi -dant responsive element)结合,诱导抗氧化蛋白的

表达[29](图1)。最近有研究显示,作为一种新发现的lncRNA,SCAL1在吸烟导致的肺癌患者内皮细胞中表达增加。SCAL1是Nrf2的下游分子,

SCAL1敲除导致细胞内毒素增多,细胞生存率降低,这意味着SCAL1在Nrf2/ARE 抗氧化通路中

发挥着重要的作用[32]。

2.1.3炎症反应

缺血性脑卒中迅速导致早期局部炎症反应,

包括小胶质细胞活化、细胞因子分泌等过程。随着时间延长,血缘性巨噬细胞和淋巴细胞的浸入也参与到缺血性脑卒中的病理过程中[33]。在大脑中,

TLR (Toll-like receptors)主要表达于小胶质细胞、星型胶质细胞和少突胶质细胞的表面,在脑缺血

损伤后炎症反应的活化和细胞因子的分泌过程中起到调控作用[34]。脑缺血再灌注损伤后TLR2活化,可使小胶质细胞分泌IL-23、IL-27等对神经元有损伤作用的细胞因子;TLR4在脑缺血后表

达水平增加,并可以调控TNF-α、COX-2、iNOS 等细胞因子的表达[34]。

TLR2和TLR4信号转导主要依靠MyD88依

图1lncRNAs 在缺血性脑卒中后神经元兴奋毒、氧化应激、抗凋亡中的作用

Fig.1The role of lncRNAs in neuronal excitotoxicity,oxidative stress and anti-apoptosis after ischemia stroke

Ca 2+

冯维熙等:长链非编码RNA 调节缺血性脑卒中损伤和修复的研究进展

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生命科学研究2015年

赖性途径和MyD88非依赖性途径,最终导致NF-κB的活化和细胞因子的产生与分泌[34,35]。Chen等[36]发现,在肝脏缺血再灌注损伤中,抑制lncRNA AK139328可以显著提高IKBa水平,IKBa与NF-κB结合,抑制其向核内转移,减少炎症因子的表达。另外几种lncRNA、uc007prv.1和ENS-MUST00000170410可以与TNFAIP3结合,负反馈调节NF-κB的表达,在缺血再灌注损伤中起到调控作用[37]。Liu等[37]还发现,能够促进脑缺血再灌注损伤后炎症反应的EDA(extra domain A)也与lncRNA存在一定的关系。Carpenter等[38]发现TLR诱导的巨噬细胞lincRNA-Cox2通过与hn-RNPs结合,抑制Ccl5、增强IL-6的表达,双向调控炎症反应。这都说明lncRNA在脑缺血再灌注损伤后炎症反应中有重要作用(图2)。

2.1.4血脑屏障破坏

脑血管内皮细胞是血脑屏障的重要组成部分,脑缺血后内皮细胞受损将导致血脑屏障破坏和功能失调、脑血管通透性和完整性改变、血管源性脑水肿,产生炎症因子或促使大量炎症因子进入缺血损伤区,从而加重细胞的坏死与凋亡[39]。

脑血管内皮细胞有一些特定的ncRNA表达,比如miR-101、miR-125a、miR-155、linc00439、Meg3、MALAT1、TUG1等[39,40],但对其在脑卒中后血管内皮中损伤与保护的作用研究甚少。现虽有文献报道了一些miRNA调控脑卒中后血管内皮细胞的凋亡及其保护机制[41,42],但对于新发现的lncRNA 在缺血性脑卒中后血管内皮细胞中的作用仍罕有报道,这也为今后缺血性脑卒中的病理研究及治

疗提供了一个新的发展方向。2.2lncRNA在细胞凋亡与抗凋亡中的作用

在脑缺血核心区,炎症反应、线粒体肿胀、钙超载等因素直接诱发细胞坏死。坏死一直被认为是一个被动的过程,并不受细胞内部调控。最近有研究显示,缺血性损伤后的细胞坏死也是一个受细胞内调节的过程,其中受体相互作用蛋白激酶1(recep-tor-interacting protein kinases1,RIP1)的激活是导致细胞坏死的始发原因[43]。但目前对于细胞坏死的调控机制仍知之甚少,ncRNA在其中的作用仍有待更深入的研究。相比于细胞坏死,脑缺血损伤后细胞凋亡的机制已有较为深入的研究。由于脑缺血半影区细胞能量耗竭不如核心区严重,延迟性细胞死亡——

—细胞凋亡是导致半影区细胞损伤的主要原因[44,45],因此,调控细胞凋亡的发生,减少凋亡细胞的数量,将对脑缺血半影区细胞起到很好的保护作用,有利于缺血性脑卒中病人的预后。

脑缺血后半影区细胞凋亡分为内源性和外源性两种通路[45]。内源性通路包括caspase依赖性和caspase非依赖性两种,其中caspase依赖性细胞凋亡是脑缺血半影区细胞损伤的重要机制。线粒体内膜上存在许多凋亡因子,如细胞色素c、Smac/ Diablo(second mitochondria-derived activator of caspase/direct IAP-binding protein with low pI)、Omi/HtrA2(high temperature requirement protein A2)等。当线粒体通透性增加时,这些凋亡因子从线粒体内膜中释放,通过级联瀑布反应阻遏凋亡抑制蛋白(inhibitor of apoptosis protein,IAP),从而激活由IAP抑制的caspase家族,并导致细胞皱缩、DNA损伤等一系列凋亡事件的发生[45]。Caspase 非依赖性凋亡也被发现存在于脑缺血损伤之中。在线粒体通透性增加之后,存在于线粒体内膜的凋亡因子AIF(apoptosis inducing factor)和核酸内切酶G(endonucleaseG,EndoG)被释放,它们可不依赖caspase家族的活化而直接导致神经元的凋亡[46,47]。外源性凋亡通路又称死亡受体通路,主要与存在于细胞膜上的受体,如肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)受体、FasL、TRAIL(TNF-relat-ed apoptosis-inducing ligand)等被激活有关。脑缺血损伤后,这些活化的因子可激活下游的cas-pase-8,继而通过caspase途径使细胞凋亡[45]。

BCL2家族通过影响线粒体的功能与线粒体膜的通透性调控着内源性凋亡信号的发生[48]。BCL2家族分为3个亚群:抗凋亡蛋白包括BCL2、BCL-XL、MCL1等;多结构域促凋亡蛋白

图2lncRNAs在缺血性脑卒中后胶质细胞炎症反应中的作用

Fig.2The effect of lncRNAs in glial cells on the inflam-matory response induced by ischemic stroke

460

第5期

包括BAX、BAK等;BH3-only蛋白包括PUMA (p53upregulated modulator of apoptosis)、BAD (Bcl-2-associated death promoter)等。在正常情况下,抗凋亡蛋白和促凋亡蛋白相互作用,维持生理功能。但在氧化应激、炎症反应等条件下,抗凋亡蛋白和促凋亡蛋白的相互抑制作用被打破,引起MPTP开放,线粒体通透性增加,导致细胞凋亡[44]。BCL-X mRNA前体通过可变剪接产生两种相互拮抗的亚型BCL-XL和BCL-XS,DeOce-sano-Pereira等[49]发现,INXS敲除导致促凋亡亚型BCL-XS的表达减少,BCL-XS/BCL-XL比例减小,caspase-3活化率降低,而过表达INXS则导致BCL-XS蛋白表达增加和caspase-3,7,9的大量活化及细胞凋亡(图1)。Wang等[50]发现,在胸主动脉瘤中,BRG1(Brahma-related gene1)通过lncRNA HIF1A-AS1调控细胞凋亡,HIF1A-AS1导致血管平滑肌细胞内caspase-3活化率降低和BCL2表达水平增高。

p53在缺血性脑卒中兴奋毒时表达量迅速上调,并通过增强BCL2家族促凋亡蛋白如PUMA、BAX的表达诱导caspase凋亡途径的发生或直接损伤线粒体膜的通透性,从而损伤脑缺血半影区的细胞[45]。最近有研究显示,lincRNA-RoR通过与hnRNP I结合,负向调节应激诱导下的hnRNP I 与p53mRNA结合导致的p53的表达[51]。此外,在肝脏缺血再灌注损伤中,AK139328沉默能明显减少caspase-3的裂解,减弱凋亡信号[36]。有关细胞凋亡的lncRNA更多地出现在与肿瘤细胞的相关性的研究中,如HOXA-AS2、SPRY4-ITI、PlncRNA-1、MALAT1、MEG3等[52,53],至于其在脑缺血后损伤中的作用仍有待深入研究。

2.3lncRNA在脑损伤后神经修复中的作用

长久以来,中枢神经系统被认为不具有损伤后再生的功能。但最近研究发现,在脑室下区(subventricular zone,SVZ)和海马齿状回颗粒下层(subgranular zone,SGZ)存在着内源性神经干细胞(neural progenitor cell,NPC)[54,55],这些神经干细胞在脑缺血后开始向神经元和胶质细胞分化,并逐渐向缺血损伤区迁徙[56,57]。这意味着神经修复将成为继神经保护之后的另一重要的缺血性脑卒中治疗措施。

脑卒中后神经修复主要包括神经再生、血管再生、少突胶质细胞再生和星型胶质细胞再生等,它们共同决定着损伤后神经血管单元功能的完整性[58,59]。神经再生促进神经可塑性和功能恢复,少突胶质细胞再生修复神经元信号转导并促进髓鞘形成,血管再生增加缺血区血流,调控神经再生和胶质细胞的再生[58]。

脑缺血后,NPC细胞周期缩短,在SVZ大量增殖,随后向损伤区迁徙,并逐渐分化为成熟神经元[58,60]。Minger等[61]发现,与NPC相比,35个lncRNA在成熟神经元中高表达,其中包括lncR-NA_N1、lncRNA_N2、lncRNA_N3等。lncRNA_N1与REST/coREST相互作用调控基因表达和NPC 的分化;lncRNA_N2通过调控miR-125b和Let-7a在神经祖细胞中的水平介导神经细胞的发生; lncRNA_N3与SUZ12相联系参与基因的表观沉默。在NPC分化过程中,转录因子SOX2的表达促进其向神经细胞分化,而lncRNA RMST结合在SOX2靶基因的启动子区,调控NPC的分化方向[62]。RMST不调控SOX2的表达水平,而是提高其与DNA结合的活性,RMST敲除则导致NPC 向胶质细胞分化[62]。AK044422在GABA神经元中表达量上调,而在少突胶质细胞中表达下调,更为重要的是,AK044422除了作为一个整体分子存在于GABAergic神经元中外,其在基因组定位还与在脑内特异性表达且促进神经分化的miR-124a重叠[63],因此,AK044422有可能作为lncRNA 与miRNA共调控网络的重要节点分子。作为Shh 信号通路下游分子,Erf2通过募集Dlx和MeCP2转录因子,分别以顺式和反式作用调控GABA神经元标记物Gad1的表达,Erf2的不足将导致GABA神经元丰度减少[8]。此外,有研究报道随着神经祖细胞向神经元的分化Neat1和Neat2的表达水平逐渐下调[63],说明二者可能在神经分化方面具有一定的调控作用。

缺血性脑卒中可诱导少突胶质细胞的发生[64]。少突胶质细胞可以生成髓鞘并包裹在轴突表面,促进神经保护作用。Shh通路不仅可以诱导神经细胞的发生,还可以诱导产生HLH转录因子Olig2调控少突胶质细胞的发生[65]。此外,Wnt信号通路、PI3K/Akt信号通路也可以诱导脑缺血后少突胶质细胞的分化[65]。转录因子Sox8在少突胶质细胞成熟过程起调控作用,最近发现Sox8的互补链编码一种lncRNA SoxOT,其可能通过与Sox8共用一个启动子从而调控Sox8的表达[63]。

脑缺血半影区诱导大量血管再生,其为神经再生提供了一个良好的微环境[66]。脑缺血半影区

冯维熙等:长链非编码RNA调节缺血性脑卒中损伤和修复的研究进展461

生命科学研究2015年

新生毛细血管的密度将大大影响脑卒中患者的预后。缺血性脑卒中诱导血管内皮细胞增殖与分化,这在血管发生中起重要作用[67,68]。VEGF信号调控血管发生中内皮细胞的分化、增殖与迁徙; Notch信号调控着新生血管的稳定性和内皮细胞的迁徙[69]。在Meg-3敲除小鼠中,脑血管密度明显增加,进一步研究发现,Meg-3丢失可导致VEGF通路(Vegfa、Vegfr1、Iqgap1、Wasl)和Notch 通路(Hes1、Dll4)中的基因表达上升,从而增加了脑血管密度[69]。Michalik等[40]发现血管内皮细胞高表达许多lncRNA,其中在人和小鼠中具有保守性的有linc00439、MALAT1、Meg-3、TUG1、linc-00657。MALAT1敲除导致基底内皮细胞的细胞周期抑制,使基底细胞数量减少、细胞迁徙并发芽,从而导致新生血管堵塞,阻止血管发生[40]。但目前对MALAT1调控细胞周期的具体机制仍有待探索。除了作用于内皮细胞增殖之外,tie-1区域编码的较保守的反义lncRNA tie-1AS与tie-1结合,使内皮细胞发生后期的细胞接触混乱,从而阻止在VEGF刺激下细胞之间的管道形成,使细胞黏附丧失,抑制血管发生[70]。

3总结与展望

随着研究的不断深入,lncRNA被发现在越来越多的生理和病理过程中发挥调控作用。相比于miRNA,lncRNA以其较低的保守性、较长的序列长度而拥有更加复杂的调控机制,从而能够在较多层面上调控生命活动的进程。中枢神经系统是人类最复杂的系统,许多调控机制未知。大量lncRNA在中枢神经系统特异性表达,参与中枢神经系统生理和病理过程[9],这为人类揭示大脑的复杂性提供了机遇,同时也增加了研究的难度。

缺血性脑卒中是当前影响人类健康的重要疾病之一。研究证明,miRNA可在多个层次参与缺血性脑卒中的病理发展过程,但以miRNA为基础的分子药物在临床试验中均未取得良好效果[4]。而局部缺血性脑卒中诱导脑内许多lncRNA表达变化的研究结果[13]可为脑缺血性的损伤与修复提供一个新的研究方向。氧化应激在缺血性脑损伤中占有重要地位,线粒体损伤是氧化应激的主要来源,最近研究证明线粒体DNA也编码数个lncRNA[71],它们是否参与缺血性脑卒中的病理过程仍有待研究。线粒体损伤后,大量ROS的产生,导致缺血半影区细胞凋亡。虽有报道lncRNA可调控氧化/抗氧化平衡,但更加深入的机制仍有待探索,这将有可能成为新的神经保护的治疗靶点。缺血性脑卒中后伴随着神经元、胶质细胞的再生,这对脑卒中患者预后情况起到关键作用。lncRNA时空特异性表达显示其在中枢神经系统发育过程中调控神经元、胶质细胞的分化[8](图3)。那么,在缺血性脑卒中后,这一调控作用是否在NPC 分化中再次出现,是否可以通过lncRNA调控神经元和胶质细胞的再生,尤其是星型胶质细胞与少突胶质细胞的再生比例,来更好地恢复脑卒中后神经系统的功能。此外,有报道称lncRNA可在肿瘤中调控血管的发生,那么这种调控机制在缺血性脑卒中后是否依然存在。因此,lncRNA在调控神经元、胶质细胞和血管内皮细胞再生,维持神经血管单元功能稳定方面仍有许多未知的空间。

目前对于lncRNA的研究主要集中在肿瘤和神经退行性疾病方面。但越来越多的证据显示lncRNA在脑损伤过程中占据重要作用。阐明lncRNA的调控机制有利于对缺血性脑卒中有一个更加全面的认识和更加完善的治疗。临床试验显示单一使用miRNA治疗缺血性脑卒中效果欠佳,这也暗示在缺血性脑卒中后,lncRNA、miRNA 和mRNA可能存在相互作用网络,共同调控病理过程的进展。因此,全方位分子靶向治疗也是今后缺血性脑卒中治疗的一个方向。

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图3lncRNAs在神经细胞、胶质细胞和血管再生中的作用Fig.3The role of lncRNAs in neurogenesis,gliogenesis and angiogenesis

vascular endothelial cell

gliacyte

NPC

neruon

462

第5期

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