《眼科新进展》  2017年6期 579-582   出版日期：2017-06-05   ISSN:1003-5141   CN:41-1105/R
LncRNA在眼科疾病发生发展中的作用机制研究进展


    非编码RNA在人体内广泛存在，占人体总RNA的98%~99%，但普遍被认为是无实际功能的RNA聚合酶Ⅱ所合成的副产物。随着技术水平的革新，尤其是二代、三代高通量测序的应用，一些非编码RNA被鉴定出具有基因调节功能，其中以长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）所占比例最高。LncRNA是一类转录超过200 bp的非编码RNA，在表观遗传学、转录及转录后水平调控基因的表达，从而影响细胞的增殖、凋亡及活性。近年来越来越多的研究表明，lncRNA与眼部疾病的发生发展相关，其所涉及不同的调控机制、细胞中的多种分子及信号通路。本文结合最近几年关于lncRNA参与眼部疾病发生发展的研究进展，就lncRNA与角膜病、白内障、青光眼、糖尿病视网膜病变（diabetic retinopathy，DR）、增殖性玻璃体视网膜病变（proliferative vitreoretinopathy，PVR）及眼部肿瘤做简要综述。
1　LncRNA概述
1.1　LncRNA分型　根据lncRNA的基因组及编码蛋白基因的关系，可分为5种：（1）正义lncRNA，与编码基因的一个或更多外显子序列相同；（2）反义lncRNA，序列与反义链部分或全部相同；（3）内含子lncRNA，由基因内含子转录而成；（4）双向型lncRNA，与编码蛋白的基因有共同的启动子，但却由相反方向进行转录；（5）基因间lncRNA［1］。最近也有文献认为可分为7种，除了前面5种以外，还增加以下两种，即增强子RNA（enhancer RNA，eRNA）与circRNA，前者主要由增强子区转录而来，后者来源于编码蛋白基因的可变剪接，并通过共价键连接3’和5’端，从而形成环状结构［2］。
1.2　LncRNA作用机制　有研究表明大部分lncRNA位于细胞核，但仍有约15%的lncRNA位于细胞质中［3］。LncRNA可通过多种机制调控基因表达，参与细胞的正常生命活动，如干细胞的维持、细胞的分化及染色质的修饰、转录、剪接、翻译、降解和转运等［4-6］。根据目前的研究来看，lncRNA的调控机制主要分为以下几种：（1）lncRNA作为内源性竞争性RNA（competing endogenous RNA，ceRNA），竞争性结合微小RNA（microRNA，miRNA），从而上调相应mRNA翻译，如linc-MD1可竞争性结合miRNA-206/133b，实现对肌肉特异性基因的转录调控因子MAML1和MEF2C的表达调控［7］；（2）LncRNA直接结合DNA甲基转移酶（DNMT），抑制基因启动子的甲基化，促进基因的表达，如lncRNA DBCCR1-003通过结合DNMT1抑制DBCCR1的甲基化，实现DBCCR1表达上调［8］；（3）LncRNA可以作为某些miRNA的前体，通过加工形成miRNA对基因表达进行调控，如在胃癌中H19可被加工成miRNA-675，进而加强癌细胞的增殖与侵袭［9］；（4）反义lncRNA可以结合在靶基因上促进靶基因的下调，如SATB2-AS1可直接结合于SATB2基因上，实现对STATB2表达的调控，从而促进细胞的增殖、生长［10］；（5）LncRNA通过调控组蛋白的甲基化，影响基因的转录翻译，如HOTAIR上调组蛋白H3K29脱甲基酶JMJD3，致靶基因Snail表达增高，同时组蛋白甲基转移酶EZH2的靶基因PCDHB5表达下调，从而导致肾肿瘤细胞侵袭力增高［11］。
2　LncRNA在眼科疾病中的研究
    视觉对人类来说至关重要，人类绝大部分的感觉信息都得益于视觉系统的复杂精确快速的处理，比如三维空间的定位、日常生活的正常进行等。视觉系统维持正常的生理功能，需要相关基因的正常表达、细胞增殖分化及免疫应答等。基因的异常表达会导致一系列的眼科疾病，如角膜病、白内障、青光眼、眼部肿瘤等。LncRNA可以通过不同的机制对基因的表达进行调控，如通过表观遗传、染色质重塑、可变剪切、竞争性结合miRNA等，在疾病的发生、发展、转归和防治上发挥重要的作用。
2.1　LncRNA与角膜病　角膜病是我国的第二大致盲性眼病，患者超过300万人，且每年新增20万人。与西方发达国家不同，感染性角膜病是我国主要的致盲性眼病［12］。若不有效治疗可致广泛的角膜瘢痕、角膜新生血管或角膜脂质变性等后遗症。研究发现LIM域蛋白辅助因子（cofactor of LIM domain protein，CLIM）可促进角膜上皮细胞的分化增殖，角膜上皮祖细胞数量减少，同时CLIM通过调节lncRNA H19从而调控多种细胞黏附基因的表达，负向调节角膜上皮细胞的增殖［13］。圆锥角膜一种表现为局限性角膜圆锥样突起、视力进行性下降的先天性疾病，其发病机制不甚明确，有学者利用RNA高通量测序，检测出与对照组表达差异的lncRNA，并通过生物信息工程学分析出差异lncRNA潜在的RNA相互作用关系，从而为圆锥角膜病理学机制研究提供了一个平台［14］。
2.2　LncRNA与白内障　白内障是全球首位致盲性眼病，主要病理改变为晶状体透明度下降、混浊或者颜色改变所导致的光学质量下降。在我国，其患病率50岁及其以上就约有291万［15］，而其中年龄相关性白内障（age related cataract，ARC）所占比例最大。本研究所开展的眼病流行病学调查发现江苏省≥50岁人群ARC患病率高达18.3%［16］，≥60岁人群ARC的患病率高达34.9%［17］。有学者通过对3例ARC与3例对照的基因芯片分析发现，lncRNA MIAT在ARC中表达升高，并且相对于其他眼病而言，可以作为ARC的特异性生物标记。此外，在lncRNA MIAT表达下调的晶状体上皮细胞（len epithelial cells，LECs）中通过用H2O2刺激后，其活性、增殖能力相对于对照组明显下降。在后发性白内障中，lncRNA MIAT可介导LECs的迁移［18］。
2.3　LncRNA与青光眼　青光眼作为全球第二位致盲性眼病，以特征性视神经萎缩和视野缺损为共同特征，病理性眼压增高是其主要危险因素。根据前房角形态及病因机制可分为原发性闭角型青光眼（primary angle-closure glaucoma，PACG）和原发性开角型青光眼（primary open angle glaucoma，POAG）等。位于9号染色体短臂上的CDKN2B-AS1可编码lncRNA ANRIL。ANRIL主要位于细胞核中，属于反义lncRNA，主要以多梳蛋白通路发挥作用，广泛参与肿瘤、冠心病及2型糖尿病等多种疾病的发生发展。ANRIL可通过表观遗传的修饰调控CDKN2B和CDNK2A的转录及翻译，同时γ干扰素也可调控CDKN2B和CDNK2B-AS1的表达［19-20］。在POAG中，因CDNK2A/2B的表达下降，可致细胞周期蛋白依赖性激酶（cyclin-dependent kinase，CDK）活性降低，从而视网膜神经节细胞（retinal ganglion cell，RGC）更易凋亡，这一理论在青光眼小鼠模型中也得到确定［21-22］。同时，有学者通过对POAG和正常人的CDKN2B-AS1的单核苷酸多态性（single nucleotide poly morphisms，SNPs）分析发现，rs1063192-C属于POAG易感位点，而且也可增高ANRIL的表达［23］。可见，ANRIL的表达可能与POAG的疾病进程有关。
2.4　LncRNA与DR　DR是最常见的视网膜血管病，是50岁以上人群主要致盲眼病之一。目前，关于DR的发病机制还需进一步探讨，研究证明lncRNA MIAT在DR和用高糖培育的内皮细胞中的表达增高，干预实验证实，MIAT表达下调可明显缓解高糖所致的视网膜微血管功能紊乱，也可抑制内皮细胞的增殖、迁移及内皮管腔的形成，机制可能是作为ceRNA，竞争性结合miR150-5p［24］。LncRNA MALT1属于最早发现的lncRNA之一，具有高度保守性。MALAT1可通过特异性招募SR蛋白家族成员，并参与表观遗传及细胞周期调控。在DR中，还发现MALAT1可通过p38 MAPK信号通路调控DR中内皮细胞功能，促进其增殖，MALAT1表达下调可明显减轻视网膜的炎症反应［25］。AWATA等［26］通过对837例患有2型糖尿病同时并发DR的日本患者和1149例对照组通过3步法全基因组关联研究（genome-wide association study，GWAS）发现，rs9362054与DR高度相关，rs9362054位于编码lncRNA的RP1-90L14.1的内含子区，并且该lncRNA毗邻纤毛相关基因CEP162，可见纤毛相关基因的调节异常可能与DR的易感性相关。同时也有研究发现lncRNA-SOX2OT、ANRIL在DR中发挥着相应的调控作用［27-28］。
2.5　LncRNA与PVR　PVR是一种常见的难治性致盲性眼病，指在视网膜前、后面及玻璃体内形成可以收缩的细胞性膜，进而引起视网膜牵拉、脱离及固定的一种病变。视网膜色素上皮（retinal pigment epithelial，RPE）细胞是 PVR发生发展的关键细胞之一，由于受到多种细胞因子（如 TGF-β1）的诱导而向上皮间质转化。研究发现lncRNA MALAT1在PVR患者的黄斑前膜及血清中表达升高，并且升高水平与PVR的严重性呈正相关，PVR术后MALAT1的表达也相应降低。通过干预实验下调MALAT1的表达可减弱TGF-β1对黄斑前膜RPE细胞的作用。同时MALAT1可正向调控RPE细胞的增殖、迁移，其机制可能在于激活了Smad2/3信号通路，并且MALAT1表达上调能够明显增加PVR玻璃体中的原代RPE细胞［29-30］。
2.6　LncRNA与眼部肿瘤
2.6.1　LncRNA与视网膜母细胞瘤　视网膜母细胞瘤（retinoblastoma，RB）是婴幼儿最常见的眼内恶性肿瘤，占小儿恶性肿瘤的第二位。新生儿发病率基本恒定在1/15 000~1/20 000，全世界每年大约有9000例新增患者［31］。我国人口出生率高，每年新增患者约1100人，且84%为晚期高风险患者［32］。FLOCKHART等［33］首次发现lncRNA BANCR通过MAPK通路调控恶性黑色素瘤细胞的增殖及转移。已有学者通过对60例RB患者和对照组检测发现，BANCR在RB组织及细胞系中的表达是显著增加的，且其表达量与肿瘤的大小、脉络膜和视神经侵袭情况是成正比的，与患者的预后呈负相关。通过检测BANCR表达下调的RB细胞系，发现细胞的增殖、迁移及侵袭能力下降［34］。LncRNA HOTAIR作为为数不多的功能和机制研究较为明确的lncRNA，HOTAIR可通过结合染色质修饰复合体或组蛋白去甲基酶1，重塑染色质，从而在表观遗传学水平上调控基因表达，引起肿瘤细胞的增殖、凋亡或侵袭［35］。研究发现，HOTAIR在RB中表达升高，体外及体内实验发现，下调HOTAIR可抑制RB细胞的增殖及侵袭，使细胞周期停滞在G0/G1期，可能机制是HOTAIR通过激活Notch信号通路促进瘤细胞的增殖与侵袭［36］。可见，HOTAIR可作为致瘤性RNA在RB中影响其发生发展。同时也有学者发现，lncRNA BDNF-AS、CCAT1在RB的发生发展中起着一定的调控作用［37-38］。
2.6.2　LncRNA与葡萄膜黑色素瘤　葡萄膜黑色素瘤（uveal melanoma，UM）是成年人最常见的眼内恶性肿瘤，其发病率为0.7/10万。其恶性程度高，极易转移到肝脏，且大多数患者确诊UM时，已发生肝转移。在很多种人类肿瘤组织中可见P2RX7是高度表达，其功能涉及到细胞增殖、凋亡及血管的再生。其中，P2RX7编码的lncRNA P2RX7-V3在UM增高，通过体内体外实验研究发现，P2RX7-V3表达的下调可抑制肿瘤的生长，同时全基因组cDNA芯片揭示P2RX7-V3沉默会致很多基因调节表达异常，揭示P2RX7-V3在UM的诊断、发生发展及治疗上具有重要意义［39］。如前所述，lncRNA可通过组蛋白的甲基化，影响相应基因的表达。在UM组织及细胞系中，lncRNA PAUPAR的表达下调。体内外实验表明，上调PAUPAR可明显降低UM细胞的增殖，减弱其迁移能力，缩小其成瘤的尺寸，其主要机制：PAUPAR是通过抑制组蛋白H3K4甲基化，降低HES1表达，进而减弱肿瘤细胞的迁移能力［38］。也有学者发现lncRNA MALAT1、lncRNA-numb、lncRNA RHPN1-AS1在UM的发生发展中起着一定的作用［40-43］。
3　总结与展望
    目前，已经发现一些lncRNA在眼科疾病的发生发展中至关重要，如lncRNA H19、MIAT、ANRIL、MALAT1、HOTAIR、P2RX7等，其所涉及不同的调控机制，可通过细胞中的多种分子及信号通路影响疾病的发生发展，且在多种疾病中也具有重要意义。近年来，虽然lncRNA的研究取得了一定的成果，但与之前的microRNA相比，仍然处于起步阶段，对某一具体眼科疾病而言还未发现最具有决定意义的lncRNA，以及如何将其运用于临床，如疾病诊断的特异性分子、精准治疗的靶向分子等，还需要更进一步研究及验证。随着人类对lncRNA调控机制更加深入认识、医学生物信息学更进一步发展，lncRNA在眼科疾病中的预防、诊断和治疗中将发挥更加重要的作用。