孫夢(mèng)云，高 云

(南昌大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院生理教研室，江西 南昌 330006)

人類基因組中有超過(guò)4/5的基因是活躍轉(zhuǎn)錄的，但是，其中只有2%-3%的基因可以被翻譯成蛋白質(zhì)，這意味著人類基因組中絕大多數(shù)基因僅參與轉(zhuǎn)錄卻不參與翻譯，這部分轉(zhuǎn)錄輸出幾乎都是非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)[1]。根據(jù)ncRNA的序列長(zhǎng)度可以將其分為小ncRNA和長(zhǎng)ncRNA，后者又是ncRNA中最豐富的一類[2]。長(zhǎng)非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)是一組缺乏編碼蛋白質(zhì)功能的核苷酸轉(zhuǎn)錄本，他們中的大多數(shù)沒(méi)有用于蛋白質(zhì)翻譯的開(kāi)放閱讀框，因此幾乎不具有表達(dá)蛋白質(zhì)的能力。但是，它們可以在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后加工和翻譯等過(guò)程參與調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。

研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的lncRNA在中樞神經(jīng)系統(tǒng)(central nervous system，CNS)高表達(dá)，并參與細(xì)胞識(shí)別、應(yīng)激反應(yīng)、可塑性機(jī)制以及精神障礙的發(fā)生和發(fā)展等重要的生物學(xué)過(guò)程。LncRNA參與腦的正常生理功能的維持以及正常生理功能遭到破壞后所引發(fā)的一系列神經(jīng)精神類疾病，例如抑郁癥[3]。

遺傳因素和環(huán)境因素均與抑郁癥的易感性有關(guān)。基因和環(huán)境的相互作用一直被認(rèn)為會(huì)影響多種精神疾病的發(fā)生和發(fā)展，并且遺傳因素包含未知數(shù)目的基因集[4]。有報(bào)道，DNA甲基化、組蛋白修飾及染色質(zhì)構(gòu)像變化等表觀遺傳因素都參與了抑郁癥的基因失調(diào)[5]?；跈z測(cè)到lncRNA在抑郁癥患者體內(nèi)的差異性表達(dá)，提示lncRNA在一定程度上可以作為抑郁癥臨床診斷生物標(biāo)志物和抗抑郁治療的潛在靶標(biāo)。

1 抑郁時(shí)lncRNA在基因表達(dá)水平上的變化

非編碼RNA在整個(gè)精神類疾病基因中占很大比例。在7個(gè)精神類疾病的性狀中鑒定出的1 132個(gè)獨(dú)特基因中有132個(gè)(占27.6%)是非編碼性基因,8個(gè)風(fēng)險(xiǎn)基因中有六個(gè)是非編碼基因，其中，作為長(zhǎng)基因間非編碼RNA的LINC00461，被認(rèn)為是涉及5個(gè)精神特質(zhì)最多效性基因。敲低LINC00461，小鼠胚胎中受損的神經(jīng)元出現(xiàn)遷移，表明LINC00461參與了胚胎發(fā)育的特異性調(diào)節(jié)，進(jìn)一步支持了大多數(shù)精神疾病病因的神經(jīng)發(fā)育假說(shuō)[6]。在許多人類疾病中，包括重度抑郁癥(major depressive disorder，MDD)在內(nèi)，均觀察到了lncRNA的異常表達(dá)。從比較基因組學(xué)研究可知，靈長(zhǎng)類譜系中已有1/3的lncRNA被發(fā)現(xiàn)，并且，其中約40%的lncRNA具有大腦特異性，這表明，lncRNA在維持大腦高級(jí)功能的進(jìn)化中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

通過(guò)利用全基因組關(guān)聯(lián)(genome-wide association，GWA)研究方法，能夠在每個(gè)基因樣本中分析出超過(guò)一百萬(wàn)個(gè)單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)，有43%的性狀-疾病相關(guān)SNP是位于基因間的，而且基因間區(qū)域的大部分變體與MDD密切相關(guān)。然而，這些基因間的變體是如何促使MDD的發(fā)生發(fā)展目前尚不清楚，與MDD相關(guān)的基因座可能通過(guò)調(diào)節(jié)lncRNA的表達(dá)來(lái)促進(jìn)MDD的發(fā)病，證明基因間變體可能通過(guò)調(diào)節(jié)這些變體的lncRNA的表達(dá)來(lái)促進(jìn)MDD的發(fā)病[7]。

現(xiàn)在已知人類基因組中約有49 500個(gè)獨(dú)立的lncRNA基因，其中約54%位于基因間區(qū)域[8]。最近有GWA研究的結(jié)果支持了有關(guān)lncRNA參與抑郁癥發(fā)病機(jī)制的總體假設(shè)：許多l(xiāng)ncRNA基因組的基因座和抑郁癥的發(fā)生發(fā)展有關(guān)[9],以及l(fā)ncRNA基因內(nèi)的SNP與抑郁癥風(fēng)險(xiǎn)個(gè)體有關(guān)[7]。同時(shí) lncRNA能夠參與調(diào)控轉(zhuǎn)錄、RNA加工和翻譯等過(guò)程，lncRNA可以優(yōu)先定位于細(xì)胞核，通過(guò)與染色質(zhì)修飾復(fù)合物結(jié)合后充當(dāng)染色質(zhì)修飾劑的支架而完成調(diào)控任務(wù)，也可以通過(guò)調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合和裝配來(lái)控制其他基因的轉(zhuǎn)錄。

有臨床研究發(fā)現(xiàn)，抑郁癥患者有30%差異表達(dá)的基因是lncRNA, MDD患者的大腦組織中與突觸相關(guān)的大多數(shù)基因被下調(diào)[10]。另有研究報(bào)道，與健康對(duì)照組相比，MDD患者中l(wèi)ncRNA的表達(dá)出現(xiàn)異常改變，其中上調(diào)了1 556個(gè)，下調(diào)了441個(gè)。通過(guò)RT-PCR定量了4個(gè)上調(diào)的基因，并驗(yàn)證了單個(gè)基因表達(dá)的變化。LIND00998在MDD患者外周血的表達(dá)明顯低于正常人，而LINC01108的表達(dá)明顯高于健康對(duì)照者[7]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，抑郁癥大鼠海馬中的lncRNA uc.80-被明顯下調(diào)，而uc.80-過(guò)表達(dá)則很好地改善了慢性輕度不可預(yù)見(jiàn)性溫和應(yīng)激(chronic unpredictable mild stress，CUMS)大鼠的抑郁樣行為，也有效地挽救了CUMS大鼠海馬神經(jīng)元的凋亡[11]。

表觀遺傳學(xué)將遺傳學(xué)與環(huán)境和疾病聯(lián)系起來(lái)，是指基于非基因序列改變所致基因表達(dá)水平的變化，如DNA甲基化、組蛋白修飾和染色質(zhì)構(gòu)象變化等[12]。劇烈的環(huán)境和行為事件可能會(huì)促使特定基因位點(diǎn)的表觀遺傳學(xué)變化，進(jìn)而影響抑郁癥的病理改變[7]。早期有報(bào)道，MDD患者死后的腦組織以及抑郁癥模型小鼠的腦組織中觀察到表觀遺傳機(jī)制基因的表達(dá)發(fā)生了改變，這種改變很有可能是由于lncRNA與表觀遺傳調(diào)控因子相互作用而致[13]。LncRNA在后期進(jìn)化階段的物種呈特異性表達(dá)，在控制表觀遺傳過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，被認(rèn)為參與了包括精神活動(dòng)在內(nèi)的大腦高級(jí)功能，進(jìn)而可能影響MDD，有報(bào)道證實(shí)MDD患者的表觀遺傳控制與常人不同[14-15]，可作為對(duì)此觀點(diǎn)的支持。

2 LncRNA的表達(dá)在抑郁癥中的性別差異

LncRNA在抑郁癥發(fā)生發(fā)展的病理生理過(guò)程中的表達(dá)顯示出明顯的性別特異性，在臨床診斷上，女性的抑郁癥患病率明顯高于男性[16]。遺傳研究發(fā)現(xiàn)，性染色體中，X染色體的失活通常會(huì)導(dǎo)致患者出現(xiàn)精神癥狀[17]。X染色體失活特異轉(zhuǎn)錄因子(X-inactive specific transcript，XIST)為19 kb的lncRNA，這是調(diào)節(jié)lncRNA X染色體失活(X chromosome inactivation，XCI)唯一的RNA片段。XIST在MDD患者的淋巴母細(xì)胞中明顯過(guò)表達(dá)，這可能是由于XCI缺乏引起的代償性反應(yīng)[18]。

抑郁癥患者中有30%差異表達(dá)的基因是lncRNA[10],其在女性患者中的表達(dá)更為失調(diào)，而且lncRNA對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控作用在女性中比男性更明顯。LncRNA可以被切成片段更小的miRNA,有36種獨(dú)特的miRNA僅在女性抑郁癥患者的多個(gè)大腦區(qū)域中差異表達(dá)[19]。產(chǎn)后抑郁癥是女性特有的疾病，有臨床研究發(fā)現(xiàn)，在孕婦的胎盤中也有l(wèi)ncRNA的表達(dá)[20]。作為目前臨床上廣泛應(yīng)用的抗抑郁癥藥物，氟西汀是一種選擇性的5-羥色胺(5-hydroxytryptamine，5-HT)再攝取抑制劑，有證據(jù)表明lncRNA參與了氟西汀的作用機(jī)理，在治療效果上，女性比男性對(duì)此類藥物的反應(yīng)要好[21]。

對(duì)大腦的研究發(fā)現(xiàn)，女性的相關(guān)lncRNA-蛋白質(zhì)編碼基因(protein coding gene，PCG)對(duì)的數(shù)量比男性的要多，表明女性中l(wèi)ncRNA-PCG相互作用更強(qiáng)。人類神經(jīng)元中的LINC00473在女性抑郁癥患者中被下調(diào)，LINC00473可能通過(guò)影響突觸功能和內(nèi)側(cè)前額葉皮層中的轉(zhuǎn)錄譜導(dǎo)致女性對(duì)應(yīng)激行為反應(yīng)發(fā)生改變，同時(shí)，LINC00473在雌性小鼠中有選擇性地影響神經(jīng)元的突觸前和突觸后的功能特性，這種作用與它在控制抑郁樣行為中的性別特異性相似[10]。

3 LncRNA作為抑郁的診斷標(biāo)記物

采用微陣列分析研究[22]檢測(cè)到了MDD患者中l(wèi)ncRNA的差異性表達(dá)。2 649個(gè)lncRNA被差異表達(dá)，有534個(gè)表達(dá)上調(diào)和2 115個(gè)表達(dá)下調(diào)。從其中選擇10個(gè)使用RT-PCR方法來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在MDD患者的外周血單核細(xì)胞(peripheral blood mononuclear cell，PBMC)中差異表達(dá)了8種(TCONSL200001212、NONHSAT102891、TCONS00019174、ENST00000566208、NONHSAG045500、ENST00000517573、NONHSAT034045和NONHSAT142707)。評(píng)估52名MDD患者外周血中的lncRNAgsk3βAS1-3的表達(dá)水平，分析它們與89名輕癥患者之間的臨床特征的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)：MDD患者中l(wèi)ncRNA-gsk3βAS3的表達(dá)明顯降低，lncRNAgsk3βAS2和3通過(guò)降低磷酸化水平而影響MDD的發(fā)展進(jìn)程，進(jìn)而發(fā)揮下調(diào)GSK3β的作用[23]。有一組研究報(bào)告指出，PBMC中下調(diào)的lncRNA比例較大[24]，而另一組報(bào)告則顯示：抑郁癥患者全血中l(wèi)ncRNA上調(diào)的比例較高[18]。

研究發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者血液中l(wèi)ncRNA存在異常,lncRNA可以作為MDD的診斷性生物標(biāo)記物。例如，與健康人對(duì)照相比，在MDD患者的外周血細(xì)胞中LINC01108的表達(dá)水平顯著升高，而LINC00998的表達(dá)水平顯著下降[7]。研究發(fā)現(xiàn)[25]，相較于健康受試者，MDD患者外周血白細(xì)胞中有5種lncRNA表達(dá)水平存在差異性變化。其中，RMRP(一種核DNA編碼的lncRNA)的表達(dá)水平較低，而MER11C，PCAT1，PCAT29和Y5的表達(dá)水平較高。在抑郁癥模型小鼠的血液中檢測(cè)到RMRP的表達(dá)水平呈下降趨勢(shì)。這些結(jié)果表明了5種lncRNA(特別是RMRP)在某種程度上的潛在用途，可以作為抑郁癥的生物標(biāo)記物。

4 LncRNA作為治療抑郁的靶標(biāo)

由于發(fā)現(xiàn)lncRNA具有診斷抑郁癥的潛在意義，其在治療方面的研究也隨之受到重視。與差異表達(dá)的lncRNA反義并重疊的3個(gè)差異表達(dá)的基因(LY6E、IRF2和HMBOX1)均參與干擾素(interferon, IFN)信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程，IFN信號(hào)傳導(dǎo)過(guò)程在CNS穩(wěn)態(tài)和神經(jīng)精神類疾病(包括MDD)中都發(fā)揮著重要作用[26]。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)抗抑郁藥物治療后，抑郁癥患者的血白細(xì)胞中LY6E表達(dá)明顯上調(diào)，可能提示lncRNA在抑郁癥中對(duì)IFN信號(hào)傳導(dǎo)有一定的影響[27]。有研究分析了在3個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)(接受抗抑郁治療前，治療3周和治療6周)MDD患者的PBMC中8個(gè)lncRNA的表達(dá)情況。結(jié)果顯示，經(jīng)過(guò)6周的治療，7個(gè)下調(diào)的lncRNA的表達(dá)水平顯著上調(diào)，同時(shí)，對(duì)通路的分析表明，與差異表達(dá)的lncRNA相關(guān)的基因參與了中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病。從接受抗抑郁治療的許多患者身上也證實(shí)了6種lncRNA(TCONS00019174、ENST00000566208、NONHSAG045500、ENST00000517573、NONHSAT034045和NONHSAT142707)與抗抑郁藥物的作用機(jī)理有關(guān)[22]。其中，NONHSAG045500的表達(dá)失調(diào)可能參與了5-HT傳遞功能障礙的病理改變，通過(guò)作用于MDD患者的血清素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白SERT來(lái)發(fā)揮抗抑郁治療的作用[28]。MDD患者經(jīng)氟西汀治療后，52個(gè)上調(diào)的lncRNA和29個(gè)下調(diào)的lncRNA被逆轉(zhuǎn)表達(dá)[21]。這些研究表明lncRNA參與了抗抑郁藥物的作用機(jī)制,可以作為抗抑郁治療的潛在靶標(biāo)。

5 總結(jié)和展望

作為世界范圍內(nèi)導(dǎo)致殘疾的主要原因，抑郁癥參保者的總醫(yī)療保健費(fèi)用遠(yuǎn)高于非抑郁癥參保者[29]。下一代測(cè)序技術(shù)從根本上改變了我們看待基因組的態(tài)度，以前被視為“垃圾DNA”的基因逐漸引起了人們的注意。人類基因組中大多數(shù)帶注釋的基因座都是非編碼的，而研究人的基因與環(huán)境的相互作用顯然是很困難的，因?yàn)樵诃h(huán)境中存在著許多無(wú)法控制或測(cè)量的變量因素[30]。LncRNA介導(dǎo)的基因差異性表達(dá)和表觀遺傳調(diào)控與抑郁癥的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。另外，lncRNA在抑郁癥患者的性別上也是有明顯特異性的，基于上述可以推斷l(xiāng)ncRNA在抑郁癥方面具有診斷生物標(biāo)志物和治療靶標(biāo)的潛能。

目前，對(duì)于lncRNA在抑郁癥方面確切的作用機(jī)制的研究尚處于萌芽狀態(tài)；受lncRNA研究方法所限，其自身的功能特征還有待更深入地研究；抑郁癥動(dòng)物模型缺乏直觀特異的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)；現(xiàn)階段，絕大多數(shù)動(dòng)物模型依然用的是雄性鼠，這就限制了性別差異性的研究；抑郁癥是高度異質(zhì)性疾病，這在一定程度上也給研究造成困難。隨著這些問(wèn)題的解決和更多研究成果的出現(xiàn)，預(yù)計(jì)未來(lái)將改善我們對(duì)抑郁癥發(fā)病機(jī)理中l(wèi)ncRNA作用的理解，這會(huì)促使我們找到抑郁癥新穎的臨床診斷方法和治療靶標(biāo)。