劉 敏,劉 鑫,云 睿,王陸飛

(吉林大學(xué)第二院 眼科，吉林 長(zhǎng)春130041)

在人類(lèi)基因組中，編碼蛋白質(zhì)的序列僅占2%[1]，絕大部分的DNA不具備編碼功能，這些DNA轉(zhuǎn)錄后形成的產(chǎn)物即為非編碼RNA(Non-coding RNA,ncRNA)。起初發(fā)現(xiàn)時(shí)，受研究條件的限制，ncRNA長(zhǎng)期被認(rèn)為是RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物，被稱(chēng)作無(wú)生物學(xué)功能的轉(zhuǎn)錄噪音或基因組中的 “暗物質(zhì)”。ncRNA按照功能可分為管家RNA和調(diào)控RNA,前者包括tRNA和rRNA,調(diào)控RNA根據(jù)轉(zhuǎn)錄本長(zhǎng)度又可分為微小RNA (microRNA，miRNA)、長(zhǎng)鏈非編碼RNA、內(nèi)含子RNA和環(huán)狀RNA等[2,3]。其中，lncRNA是指長(zhǎng)度大于200個(gè)核苷酸的非編碼RNA，lncRNA在結(jié)構(gòu)上類(lèi)似于mRNA(messenger RNA,mRNA) ，經(jīng)過(guò)剪接，具有polyA尾巴與啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)，但序列中不存在開(kāi)放閱讀框，因而不編碼蛋白質(zhì)或編碼功能有限[4,5]。根據(jù)染色體上轉(zhuǎn)錄基因組和蛋白質(zhì)編碼基因的相對(duì)位置，可將lncRNA分為7種亞型，即反義型(antisense lncRNA)、基因內(nèi)型(intronic lncRNA)、雙向型(bidirectional lncRNA)、基因間型(intergenic lncRNA)、正義型(sense lncRNA)、增強(qiáng)子型(enhancer lncRNA) 和環(huán)狀型(circRNA)[6]。隨著微陣列和二代測(cè)序等敏感且高通量基因組技術(shù)的出現(xiàn)，人們對(duì)lncRNA的結(jié)構(gòu)和功能有了新的認(rèn)識(shí)[7]。研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA參與表觀遺傳學(xué)、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平的基因表達(dá)調(diào)控，進(jìn)而影響細(xì)胞的增殖、凋亡、活性、免疫應(yīng)答及氧化應(yīng)激等生命活動(dòng)[8,9]。已有研究表明，lncRNA正成為疾病的治療靶點(diǎn)或生物標(biāo)志物且迅速發(fā)展起來(lái)[10-12]。

白內(nèi)障是全球范圍內(nèi)居首位的致盲性眼病。是一種因晶狀體混濁而導(dǎo)致視力下降或視功能損傷的疾病，是晶狀體異常所致的主要疾病[13]。年齡相關(guān)性白內(nèi)障(age-related cataract,ARC)，糖尿病性白內(nèi)障(diabetes cataract,DC)和后發(fā)性白內(nèi)障(posterior capsule opacification,PCO)是較常見(jiàn)的白內(nèi)障類(lèi)型。ARC的形成與晶狀體老化、氧化、Ca2+失衡及晶狀體蛋白的修飾密切相關(guān)[14]。DC發(fā)病機(jī)制可能是高血糖引起多元醇通路中的醛糖還原酶 (aldose reductase,AR)激活，進(jìn)而引起晶狀體上皮細(xì)胞(lens epithelium cells,LECs)內(nèi)高滲透梯度，致使晶狀體皮質(zhì)纖維水腫、崩解、退化以及晶狀體蛋白合成功能受損,最終形成白內(nèi)障[15]。PCO是由白內(nèi)障摘除術(shù)后，前囊和赤道部殘留的LECs增殖、遷移至后囊膜并且分泌膠原和基底膜樣物質(zhì)引起晶狀體后囊膜渾濁[16]。另外，LECs的凋亡是導(dǎo)致非先天性白內(nèi)障發(fā)生的重要原因。目前臨床上普遍采用的治療方法是晶體摘除及人工晶體植入術(shù)，盡管手術(shù)可以使大多數(shù)患者的視力恢復(fù)到較好的狀態(tài)，但畢竟存在手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)及術(shù)后并發(fā)癥，因此，研究者們始終致力于對(duì)白內(nèi)障發(fā)病機(jī)制和預(yù)防方法的探索。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究表明，lncRNA在白內(nèi)障的發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用，與LECs的增殖、遷移、分化、凋亡以及晶體蛋白的修飾密切相關(guān)，為尋找預(yù)防白內(nèi)障的方法提供了新的策略。

1 lncRNA在年齡相關(guān)性白內(nèi)障中的作用

ARC是最常見(jiàn)的白內(nèi)障類(lèi)型。白內(nèi)障發(fā)病過(guò)程中會(huì)發(fā)生許多形態(tài)和功能的改變，包括蛋白質(zhì)水解增多、細(xì)胞周期的改變、DNA損傷以及LECs生長(zhǎng)和分化的改變[17]。

1.1 lncRNA-miRNA軸調(diào)節(jié)晶狀體細(xì)胞的功能和凋亡影響白內(nèi)障的進(jìn)程

lncRNA H19是一種分子量為2.3 kb的lncRNA,位于人類(lèi)染色體端粒區(qū)11p15.5。miR-675是由lncRNA H19加工修飾形成，其表達(dá)受lncRNA H19的正向調(diào)控，H19和miR-675協(xié)同調(diào)控LECs的功能[18]。 Liu等[19]通過(guò)lncRNA測(cè)序技術(shù)發(fā)現(xiàn)在透明和核性白內(nèi)障晶狀體中有63個(gè)lncRNA差異表達(dá)，包括37個(gè)下調(diào)的lncRNA和26個(gè)上調(diào)的lncRNA。其中，lncRNA H19在核性白內(nèi)障晶狀體中表達(dá)量最高，這一結(jié)果促使他們進(jìn)一步研究lncRNA H19在核性白內(nèi)障發(fā)病機(jī)制中的潛在作用。他們發(fā)現(xiàn)下調(diào)lncRNA H19的表達(dá)水平后，LECs的細(xì)胞活力降低、遷移數(shù)量減少、凋亡加速。此外，α晶體蛋白(αA-crystallin,CRYAA)是miR-675-5p的作用靶點(diǎn)，即miR-675-5p的表達(dá)水平受lncRNA H19的調(diào)控，同時(shí)也調(diào)控CRYAA的表達(dá)，從而參與LECs的凋亡、增殖和遷移過(guò)程。通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)表明lncRNA H19可通過(guò)miR-675介導(dǎo)的CRYAA的表達(dá)調(diào)控LECs凋亡、增殖和遷移，在白內(nèi)障的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮作用。

?；撬嵘险{(diào)基因1(long non-coding RNA taurine upregulated gene 1,lncRNA TUG1)是一種分子量為7.1 kb的lncRNA,位于人類(lèi)染色體22q12.2上，最初在?；撬崽幚磉^(guò)的視網(wǎng)膜中被發(fā)現(xiàn)上調(diào)[20]。lncRNA TUG1和視網(wǎng)膜的發(fā)育密切相關(guān)，敲除TUG1后，視網(wǎng)膜上發(fā)育中的棒狀光感受器在向外核層遷移、錐體特異性標(biāo)記物的異位表達(dá)、細(xì)胞凋亡增加等方面都會(huì)表現(xiàn)出缺陷[21]。Li[22]等在紫外線照射的LECs模型以及白內(nèi)障術(shù)中獲得的晶狀體前囊膜中發(fā)現(xiàn)，LECs中的lncRNA TUG1表達(dá)上調(diào)， miR-421的表達(dá)量則明顯降低，進(jìn)一步的研究表明lncRNA TUG1可通過(guò)miR-421/caspase-3軸調(diào)控晶狀體蛋白的表達(dá)以及LECs的凋亡，LECs的凋亡是白內(nèi)障發(fā)生發(fā)展的早期病變。

細(xì)胞焦亡是由炎性小體觸發(fā)的一種促炎細(xì)胞死亡形式，炎性小體是一種多蛋白復(fù)合物，聚集在細(xì)胞溶膠中激活半胱天冬氨酸酶1(caspase-1)[23]。Jin等[23]的研究發(fā)現(xiàn)lncRNA重疊轉(zhuǎn)錄物1(KCNQ1 overlapping transcritp 1,KCNQ1OT1)可能作為內(nèi)源性miRNA海綿結(jié)合miR-214并調(diào)控其功能。另外，caspase-1是miR-214的下游靶點(diǎn)，其表達(dá)受miR-214的調(diào)控。綜上，lncRNA KCNQ1OT1可能通過(guò)miR-214/caspase-1軸促進(jìn)LECs的細(xì)胞焦亡，進(jìn)而參與白內(nèi)障的發(fā)生發(fā)展過(guò)程。

1.2 lncRNA-miRNA-蛋白激酶形成反饋回路來(lái)調(diào)節(jié)LECs功能和凋亡影響白內(nèi)障進(jìn)程

心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄物(myocardial infarc-tion associated transcript,MIAT)是一種lncRNA,最初認(rèn)為和心肌梗死有關(guān)[24]，近期的研究表明，lncRNA MIAT參內(nèi)皮細(xì)胞功能的調(diào)控以及糖尿病微血管功能障礙[25]。有關(guān)白內(nèi)障發(fā)生機(jī)制的研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA MIAT在白內(nèi)障患者的全血和房水中表達(dá)上調(diào)具有特異性，提示其可能是白內(nèi)障的特異性生物標(biāo)志物；同時(shí)其表達(dá)水平的升高有可能成為抗氧化應(yīng)激的補(bǔ)償反應(yīng)[26]。競(jìng)爭(zhēng)性?xún)?nèi)源性RNA (Competing endogenous RNA,ceRNA)是許多疾病(包括癌癥)的驅(qū)動(dòng)因素，又稱(chēng)miRNA誘餌或miRNA海綿，通過(guò)與miRNA識(shí)別元件堿基配對(duì)，與RNA轉(zhuǎn)錄本競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合miRNA，從而降低靶向mRNA可用的miRNA數(shù)量。ceRNA包含不同種類(lèi)的RNA：mRNA、lncRNA 、偽基因或環(huán)狀RNA，它們相互競(jìng)爭(zhēng)與共享的miRNA結(jié)合而相互作用和共同調(diào)控[27-32]。研究表明lncRNA MIAT是一種ceRNA,可作為miRNA-150-5p的海綿調(diào)控其和靶基因的有效結(jié)合，miRNA-150-5p也可直接控制LECs中l(wèi)ncRNA MIAT的表達(dá)水平。此外，研究發(fā)現(xiàn)AKT作為miRNA -150-5p的作用靶點(diǎn)，其表達(dá)受miRNA -150-5p的調(diào)控[26]。他們還發(fā)現(xiàn)lncRNA MIAT下調(diào)降低LECs的增殖和生存能力，而外源性AKT激活劑可逆轉(zhuǎn)lncRNA MIAT的作用，表明lncRNA MIAT、AKT串?dāng)_參與LECs功能調(diào)控。綜上表明，lncRNA MIAT、miRNA-150-5p和AKT形成反饋回路調(diào)控LECs的功能，進(jìn)而調(diào)控白內(nèi)障的發(fā)病過(guò)程。

2 lncRNA 在糖尿病性白內(nèi)障中的作用

肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)記錄1(metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1)是一種高度保守的lncRNA，在高糖處理的晶狀體細(xì)胞系RF/6A和糖尿病患者房水樣品中均顯著上調(diào)[33]。Gong[34]等的研究發(fā)現(xiàn)lncRNA MALAT1和SP1在DC前晶狀體囊膜組織和高糖處理過(guò)的LECs中表達(dá)上調(diào)，且高糖可通過(guò)SP1結(jié)合lncRNA MALAT1啟動(dòng)子區(qū)域誘導(dǎo)MALAT1上調(diào)，高糖處理可增強(qiáng)凋亡相關(guān)蛋白的表達(dá)，使SRA01/04細(xì)胞活力降低，也可誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，還可使P38的表達(dá)顯著升高。而下調(diào)lncRNA MALAT1的表達(dá)，可逆轉(zhuǎn)高糖引起的效應(yīng)，證實(shí)了lncRNA MALAT1在LECs的凋亡和氧化應(yīng)激中發(fā)揮作用。此外，lncRNA MALAT1可通過(guò)激活P38/MAPK通路促進(jìn)LECs的凋亡和氧化應(yīng)激，lncRNA MALAT1可能成為DC的潛在的治療靶點(diǎn)。

Hauser等[35]通過(guò)以H2O2誘導(dǎo)LECs氧化應(yīng)激，發(fā)現(xiàn)H2O2的濃度升高會(huì)下調(diào)lncRNA LOXL1-AS1表達(dá)，表明lncRNA LOXL1-AS1可能在LECs的氧化應(yīng)激中也發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

3 lncRNA在后發(fā)性白內(nèi)障中的作用

lncRNA可以通過(guò)TGF過(guò)NA障中MAD通路調(diào)控LECs增殖和EMT

白內(nèi)障術(shù)后后囊膜渾濁又稱(chēng)為PCO，是白內(nèi)障囊外摘除術(shù)后最常見(jiàn)的并發(fā)癥[36]，其發(fā)病率為成人30%- 50%，兒童為100%，給全世界的患者帶來(lái)了沉重的負(fù)擔(dān)，也引起了外科醫(yī)生的關(guān)注[37]。PCO的主要原因是晶狀體上皮細(xì)胞的增殖、遷移以及上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-to-mesenchymaltransition,EMT)[38]。EMT是一種生物學(xué)過(guò)程，即極化的上皮細(xì)胞發(fā)生多種生化變化，遷移能力增強(qiáng)、侵襲性增強(qiáng)、抗凋亡能力增強(qiáng)而具有了間充質(zhì)細(xì)胞的表型[39]。已有研究表明轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(transforming growth factorite>

HOX轉(zhuǎn)錄反義RNA(HOX transcript antisense RNA,HOTAIR) 是一種具有反式作用的lncRNA,定位于人類(lèi)染色體12q13.13的HOXC家族中，以反式轉(zhuǎn)錄方式調(diào)控基因的表達(dá)[41]。相關(guān)研究證實(shí)TGF-β2在SRA01/04細(xì)胞中可以引起EMT。同時(shí)，TGF可上調(diào)SRA01/04細(xì)胞的lncRNA HOTAIR表達(dá)以及增加磷酸化和非磷酸化蛋白(Smad2和Smad3)的水平，HOTAIR的下調(diào)可使TGF引起的間質(zhì)化結(jié)果得到扭轉(zhuǎn)。表明lncRNA HOTAIR可以通過(guò)TGF-HOTAIR通路調(diào)節(jié)EMT[9]。此外，Zhang等[42]也以TGF)IN誘導(dǎo)LECs發(fā)生EMT,構(gòu)建白內(nèi)障細(xì)胞模型。發(fā)現(xiàn)上調(diào)的lncRNA325個(gè)，下調(diào)的lncRNA450個(gè)，說(shuō)明了下調(diào)的lncRNA 比上調(diào)的lncRNA更為常見(jiàn)。而后，他們對(duì)差異表達(dá)的lncRNA進(jìn)行了靶預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)565個(gè)lncRNA具有cis靶基因，213個(gè)lncRNA具有trans基因。他們選取了前4位的lncRNA(上調(diào)的lnc-PMEPA1-2∶1 ，ENST00000597865和下調(diào)的 NR-033931,ENST00000582120)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)他們可以通過(guò)相關(guān)通路調(diào)控EMT的進(jìn)程，表明lncRNA在后囊膜渾濁的形成中發(fā)揮潛在作用，為白內(nèi)障的研究和防治提供了新思路。

Chen[43]等以TGF-β誘導(dǎo)SRA01/04細(xì)胞構(gòu)建PCO細(xì)胞模型，經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)lncRNA KCNQ1OT1以及SMAD4在PCO患者晶體后囊膜組織樣本和白內(nèi)障模型中表達(dá)上調(diào)，且經(jīng)分析lncRNA KCNQ1OT1和SMAD4呈正相關(guān)。下調(diào)lncRNA KCNQ1OT1的表達(dá)，可顯著降低細(xì)胞的增殖能力，逆轉(zhuǎn)TGF-β誘導(dǎo)引起的EMT、纖連蛋白的增加以及鈣黏蛋白的降低等效應(yīng)。另外，上調(diào)和下調(diào)lncRNA KCNQ1OT1可分別上調(diào)和下調(diào)SMAD4的表達(dá)，表明lncRNA KCNQ1OT1通過(guò)SMAD4信號(hào)通路調(diào)控SRA01/04細(xì)胞的增殖和EMT。

4 lncRNA參與晶狀體的發(fā)育過(guò)程中的作用

晶狀體由LECs和晶狀體纖維細(xì)胞組成，在晶狀體發(fā)育過(guò)程中，赤道部LECs不斷向晶狀體內(nèi)延伸，細(xì)胞器逐漸降解分化為纖維細(xì)胞，從而維持晶狀體的透光性，實(shí)現(xiàn)晶狀體的光反射和光調(diào)節(jié)功能[44]。晶狀體發(fā)育過(guò)程的異常，也將導(dǎo)致白內(nèi)障的發(fā)生。

Chen[45]等通過(guò)對(duì)新生和正常8周齡小鼠的6種組織(即角膜、晶狀體、視網(wǎng)膜、RPE、脈絡(luò)膜和鞏膜)的研究和分析，表明lncRNA的表達(dá)在小鼠新生至成熟的過(guò)程中發(fā)生明顯的變化，并且具有明顯的組織特異性。另外，還研究了NONCODE網(wǎng)站上列出的人和小鼠lnc轉(zhuǎn)錄本之間的同源性，在19,315個(gè)lncRNA中，只有651個(gè)lncRNA與人類(lèi)lncRNA保守，說(shuō)明了這些lncRNA在促進(jìn)人類(lèi)眼的發(fā)育方面可能具有重要作用。Hoang等[46]通過(guò)對(duì)新生小鼠LECs和纖維細(xì)胞進(jìn)行高通量測(cè)序，發(fā)現(xiàn)86個(gè)lncRNA差異表達(dá)，另外根據(jù)基因本體論分析顯示，LECs上調(diào)的基因在細(xì)胞外基質(zhì)生成、細(xì)胞分裂、遷移、蛋白激酶活性、生長(zhǎng)因子結(jié)合、鈣離子結(jié)合等方面均得到富集。在纖維細(xì)胞中上調(diào)的基因被富集成蛋白體復(fù)合物、展開(kāi)蛋白反應(yīng)、磷酸酶活性和泛素結(jié)合。同時(shí)，也強(qiáng)調(diào)了幾個(gè)重要信號(hào)通路比如晶狀體結(jié)構(gòu)成分、細(xì)胞器丟失和去核等所涉及的差異表達(dá)基因，為晶狀體發(fā)育和晶狀體纖維分化提供了見(jiàn)解。

細(xì)胞自噬是指發(fā)生在真核細(xì)胞內(nèi)一系列保守的內(nèi)穩(wěn)態(tài)過(guò)程，它通過(guò)形成自噬體或蛋白酶體，將細(xì)胞內(nèi)受損的蛋白質(zhì)及其細(xì)胞器進(jìn)行吞噬、降解，必要時(shí)再循環(huán)產(chǎn)生必須的蛋白質(zhì)原料，從而保證細(xì)胞在不利的條件下獲得生存優(yōu)勢(shì)[47]。在晶狀體的發(fā)育過(guò)程中，初級(jí)的晶狀體纖維細(xì)胞分化成熟，通過(guò)使細(xì)胞核、線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等膜性細(xì)胞器退化降解來(lái)形成無(wú)細(xì)胞器區(qū)，來(lái)達(dá)到光學(xué)的透光性[48],自噬成為晶狀體細(xì)胞器降解過(guò)程中必不可少的一環(huán)，自噬功能的異常，將影響晶狀體的透明性，進(jìn)而發(fā)展為先天性白內(nèi)障。Qiu等[49]的研究發(fā)現(xiàn)在體外晶狀體誘導(dǎo)分化過(guò)程中，lncRNA ALB在分化晶狀體中高度表達(dá)，其表達(dá)模式與在人類(lèi)胚胎晶狀體中的表達(dá)模式一致。研究證實(shí)lncRNA ALB的下調(diào)可以降低LECs的自噬活性，表明lncRNA ALB在晶狀體發(fā)育過(guò)程中對(duì)細(xì)胞器的降解具有潛在作用。