劉 成 綜述 李 巖 審校

帕金森病(Parkinson′s disease, PD)是僅次于阿爾茲海默癥的第二大神經(jīng)退行性疾病,其臨床表現(xiàn)主要有靜止性震顫、肌強(qiáng)直、姿勢(shì)不穩(wěn)以及運(yùn)動(dòng)遲緩等。據(jù)報(bào)道[1],全球每年都有新增的PD患者,且隨著人口老齡化,病例呈逐年上升的趨勢(shì)。PD分為偶發(fā)性和遺傳性兩類[2]。約10%的PD遺傳病例由α-突觸核蛋白(α-synuclein, α-syn)、parkin RBR E3泛素連接酶(parkin RBR E3 ubiquitin protein ligase, Parkin)、PTEN誘導(dǎo)的推定激酶1(PTEN-induced kinase 1, PINK1)、蛋白質(zhì)去糖蛋白酶DJ-1和富亮氨酸的重復(fù)激酶2(leucine-rich repeat kinase 2, LRRK2)等基因突變引起;而某些環(huán)境因素破壞線粒體功能可能會(huì)導(dǎo)致偶發(fā)性PD,如殺蟲劑和重金屬。目前針對(duì)PD患者的治療只能改善其癥狀,而不能阻止疾病的進(jìn)展。因此,進(jìn)一步了解PD的發(fā)病機(jī)制,探尋潛在的早期診斷標(biāo)志物和有效治療靶點(diǎn)十分重要。

長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long noncoding RNA, lncRNA)是長(zhǎng)度超過200個(gè)核苷酸的RNA轉(zhuǎn)錄本,不具備編碼蛋白質(zhì)的能力,但可通過與DNA、RNAs和蛋白質(zhì)的相互作用調(diào)控轉(zhuǎn)錄、表觀遺傳修飾、蛋白質(zhì)/RNA穩(wěn)定性以及翻譯和翻譯后修飾。如,lncRNA可通過調(diào)控微小RNA(miRNA)的表達(dá)來影響其靶基因的表達(dá)量,還可直接參與到mRNA轉(zhuǎn)錄后調(diào)控過程中。研究[3]表明lncRNA大量存在于神經(jīng)細(xì)胞中,參與了對(duì)神經(jīng)退行性疾病,如PD的調(diào)控,且從多個(gè)方面影響了PD的發(fā)生和發(fā)展。

1 細(xì)胞自噬

自噬是一種細(xì)胞降解與再循環(huán)的過程,主要包含巨自噬、微自噬和分子伴侶介導(dǎo)的自噬(chaperone-mediated autophagy, CMA)三種類型。自噬的發(fā)生受一系列關(guān)鍵蛋白分子和部分信號(hào)通路的調(diào)控,這些蛋白和通路的異常變化會(huì)導(dǎo)致自噬功能異常,α-syn的病理性堆積通常被認(rèn)為和自噬功能異常相關(guān)。

CMA是一種選擇性自噬過程,CMA激活可抑制α-syn寡聚體積累,但突變型LRRK2卻能干擾CMA降解α-syn,同時(shí),有超過100個(gè)LRRK2突變基因已被證明與PD的發(fā)展有關(guān)[4]。在1-甲基-4-苯基吡啶(1-methyl-4-phenylpyridinium, MPP+)誘導(dǎo)的PD細(xì)胞模型中,敲低lncRNA XIST后,可改善細(xì)胞的存活狀態(tài),同時(shí)細(xì)胞內(nèi)的LRRK2表達(dá)降低,α-syn表達(dá)減少[5]。此外,lncRNA HOTAIR也可以正向調(diào)控LRRK2的表達(dá),HOTAIR敲低對(duì)MPP+處理的人神經(jīng)母細(xì)胞瘤細(xì)胞(SH-SY5Y)有保護(hù)作用[6]。

自噬的啟動(dòng)與腺苷酸激活蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)和雷帕霉素靶蛋白(mechanistic target of rapamycin, mTOR)相關(guān)。在自噬小泡的起始部分, mTOR激活后,可促進(jìn) unc-51樣自噬激活激酶1(unc-51-like autophagy activated kinase 1, ULK1)的結(jié)合伴侶自噬相關(guān)基因13(autophagy-related genes13, ATG13)的磷酸化,從而阻止ULK1復(fù)合體的形成,進(jìn)一步抑制自噬小泡的出現(xiàn)。在PD細(xì)胞模型中,Liu et al[7]發(fā)現(xiàn),lncRNA AC136007.2通過失活A(yù)MPK/mTOR信號(hào)抑制SH-SY5Y細(xì)胞中的自噬,促進(jìn)其存活,但在使用AMPK激活劑后觀察到細(xì)胞存活率下降,這可能與AMPK促進(jìn)ULK1復(fù)合體的形成有關(guān)。而lncRNA小核糖體RNA管家基因1(small nucleolar RNA host gene 1, SNHG1)不僅能夠激活細(xì)胞中的Akt/mTOR信號(hào)通路,還能促進(jìn)Bcl-xl的表達(dá),同時(shí)過表達(dá) SNHG1可降低MPP+處理的SH-SY5Y細(xì)胞活力[8]。此外, HAGLR反鏈lncRNA(HAGLR opposite strand lncRNA, HAGLROS)在1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine, MPTP)誘導(dǎo)的PD小鼠模型和MPP+處理的SH-SY5Y細(xì)胞中上調(diào),并通過調(diào)節(jié)miR-100/ATG10軸和激活PI3K/Akt/mTOR 通路抑制細(xì)胞自噬來促進(jìn)PD的發(fā)展[9]。相似地,在MPP+誘導(dǎo)的多巴胺能神經(jīng)元損傷中,lncRNA SNHG14的上調(diào)使ATG10表達(dá)增加,細(xì)胞自噬受到抑制,這可能與被激活的ATG阻止了UKL1復(fù)合體形成有關(guān)[10]。

2 細(xì)胞凋亡

中腦黑質(zhì)多巴胺(dopamine, DA)能神經(jīng)元的逐漸喪失,導(dǎo)致紋狀體DA的缺乏,隨后PD患者出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能障礙。Fan et al[11]研究發(fā)現(xiàn),PD患者循環(huán)白細(xì)胞中四種lncRNA(AC131056.3-001、HOTAIRM1、lnc-MOK-6:1和RF01976.1-201)上調(diào),其中HOAIRM1和AC131056.3-001可促進(jìn)DA神經(jīng)元的凋亡。另外,Zhang et al[12]發(fā)現(xiàn),PD患者血清中的lncRNA miR-17-92a-1簇宿主基因(MIR17HG)上調(diào),而miR-153-3p下調(diào),通過抑制MIR17HG后上調(diào)miR-153-3p的表達(dá),能夠改善中樞神經(jīng)元凋亡。

髓樣細(xì)胞白血病-1(myeloid cell leukemia 1, MCL-1)是調(diào)節(jié)細(xì)胞凋亡Bcl-2家族蛋白的抗凋成員之一。據(jù)報(bào)道[13],lncRNA PART1能增強(qiáng) MCL1的表達(dá),減輕MPP+對(duì)SH-SY5Y細(xì)胞的損傷。凋亡的激活與線粒體外膜通透性(mitochondrial outer membrane permeabilization, MOMP)的變化有關(guān)。MOMP增加,細(xì)胞色素C(cytochrome C, cyt-C)從線粒體膜間隙釋放到胞質(zhì)中,并與凋亡蛋白酶激活因子1相互作用,后者結(jié)合dATP并形成功能性凋亡小體。凋亡小體隨后激活胱天蛋白酶9(caspase-9)和胱天蛋白酶3(caspase-3)誘導(dǎo)的線粒體依賴凋亡。Zhang et al[14]研究發(fā)現(xiàn),過表達(dá)SH-SY5Y細(xì)胞中的lncRNA LINC01347,能夠抑制caspase-3的表達(dá),減輕利多卡因誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。與Lu et al[15]研究結(jié)果一致。而另外一項(xiàng)研究[16]表明上調(diào)lncRNA SNHG1的表達(dá)后,MPP+誘導(dǎo)的PD細(xì)胞模型中的caspase-3表達(dá)上調(diào)、cyt-C釋放增多,同時(shí)促進(jìn)細(xì)胞的凋亡。

3 線粒體功能障礙

線粒體功能障礙與PD的發(fā)生相關(guān)。研究[17]表明PINK1-Parkin通路能夠選擇性地識(shí)別并從細(xì)胞中去除功能失調(diào)的線粒體,PINK1將Parkin募集到線粒體外膜后,Parkin通過其線粒體外膜蛋白的泛素化促進(jìn)受損線粒體的選擇性降解。據(jù)報(bào)道[18],PD患者的黑質(zhì)和小腦中的α-syn mRNA水平增加,而LRRK2和PINK1的mRNA水平降低,表明PINK1和Parkin與PD的發(fā)生相關(guān)。另外,在DA能神經(jīng)元細(xì)胞中表達(dá)突變的PINK1和Parkin后,細(xì)胞表現(xiàn)出了異常的α-syn積累和線粒體缺陷[19]。而上調(diào)lncRNA NEAT1后可以通過正向穩(wěn)定PINK1蛋白來促進(jìn)MPP+誘導(dǎo)的SH-SY5Y細(xì)胞線粒體的自噬,減少功能障礙線粒體的積累[20]。另外,SH-5Y5Y細(xì)胞過表達(dá)lncRNA OIP5-AS1后,過表達(dá)miR-137或下調(diào)NIX可抑制線粒體自噬和ROS水平并加重線粒體空泡化,能夠部分逆轉(zhuǎn)OIP5-AS1過表達(dá)對(duì)線粒體自噬的促進(jìn)作用[21]。

4 氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激水平升高是PD早期的一個(gè)顯著特征,細(xì)胞氧化還原調(diào)節(jié)失衡后,ROS的積累會(huì)介導(dǎo)神經(jīng)元的損傷。據(jù)報(bào)道[22],錳(manganese,Mn)的暴露量增加可導(dǎo)致神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生,通常認(rèn)為是Mn誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激反應(yīng)起關(guān)鍵作用。Ding et al[23]的研究表明,Mn暴露會(huì)誘導(dǎo)MN9D細(xì)胞凋亡和ROS表達(dá)增加。而在Mn暴露的N2a細(xì)胞中,敲低lncRNA Sh2d3c可減少ROS的產(chǎn)生,增加細(xì)胞活力,從而抑制細(xì)胞凋亡[24]。

核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor E2-related factor 2, Nrf2)是一種協(xié)調(diào)氧化應(yīng)激反應(yīng)的細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子,與抗氧化應(yīng)答元件結(jié)合發(fā)揮作用。Nrf2通路已被證明在PD患者中受到影響,在PD細(xì)胞模型中激活Nrf2/HO-1信號(hào)通路后,可減輕細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)。此外,lncRNA可能通過與Nrf2相互作用的分子機(jī)制參與了百草枯和MPTP誘導(dǎo)的神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生[25-26]。在MPTP誘導(dǎo)的PD小鼠模型中,lncRNA MALAT1通過將zeste同系物2的增強(qiáng)子招募到Nrf2的啟動(dòng)子,抑制Nrf2的表達(dá),從而促進(jìn)神經(jīng)炎癥[27]。lncRNA MIAT在PD小鼠和細(xì)胞中大量表達(dá),敲低 MIAT后,Nrf2的表達(dá)增加,抑制了神經(jīng)元的凋亡和氧化應(yīng)激[28]。

5 神經(jīng)炎癥

小膠質(zhì)細(xì)胞誘導(dǎo)的神經(jīng)炎癥在PD的發(fā)病過程中扮演著重要角色。小膠質(zhì)細(xì)胞被激活后,其分泌的炎癥因子會(huì)對(duì)DA能神經(jīng)元造成損傷。一項(xiàng)PD人群研究[29]表明,lncRNA TUG1在PD患者血清中高表達(dá),且血清中的 TUG1與TNF-α、IL-6、IL-1β水平呈正相關(guān);細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明,TUG1的下調(diào)顯著抑制細(xì)胞增殖和 TNF-α、IL-6、IL-1β的釋放,這說明TUG1的下調(diào)可能抑制PD進(jìn)展過程中的炎癥反應(yīng)。與健康對(duì)照相比,PD患者血清中的lncRNA MALAT1的水平明顯升高,同時(shí)血清中的IL-1β、IL-6、TNF-α和IFN-γ炎癥因子水平也增高;在脂多糖(lipopolysaccharide, LPS)誘導(dǎo)的PD細(xì)胞模型中,敲低MALAT1后可降低炎癥因子的分泌,減輕細(xì)胞的炎癥損傷[30]。在PD小鼠模型中,沉默lncRNA DLX6-AS1可改善小鼠神經(jīng)功能和減輕小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥[31]。此外,lincRNA-p21能競(jìng)爭(zhēng)性地與miR-181家族結(jié)合并通過 miR-181/PKC-δ途徑誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞活化,促進(jìn)炎癥反應(yīng)的發(fā)生[32]。上述研究表明,抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的激活和減少炎癥因子的表達(dá)對(duì)改善神經(jīng)炎癥、減輕神經(jīng)元細(xì)胞損傷具有積極作用。

Nod 樣受體蛋白 3(nod-like receptor protein 3,NLRP3)炎癥小體是一種炎癥復(fù)合物,能誘導(dǎo)IL-1β成熟,介導(dǎo)炎癥反應(yīng)。而NLRP3介導(dǎo)的神經(jīng)炎癥與PD的演變密切相關(guān)。α-syn能激活NLRP3炎癥小體,Zhang et al[33]研究發(fā)現(xiàn),lncRNA MIR17HG 通過靶向miR-153-3p和上調(diào)α-syn可以誘導(dǎo)PD中小膠質(zhì)細(xì)胞炎癥。lncRNA GAS5在PD小鼠模型和LPS激活的小膠質(zhì)細(xì)胞中表達(dá)上調(diào),上調(diào)的GAS5通過競(jìng)爭(zhēng)性海綿化miR-223-3p正向調(diào)節(jié)NLRP3的表達(dá),促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞的炎癥反應(yīng)[34]。相反,沉默lncRNA HOTAIR后則可抑制NLRP3介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡來顯著抑制神經(jīng)元損傷[35]。此外,在MPTP誘導(dǎo)的PD小鼠模型中l(wèi)ncRNA SNHG1表達(dá)增加,下調(diào)SNHG1后miR-7的表達(dá)升高,抑制了小鼠中腦黑質(zhì)緊湊區(qū)中小膠質(zhì)細(xì)胞和NLRP3炎癥小體的活化以及DA能神經(jīng)元的丟失[36]。

6 鐵死亡

鐵死亡是一種由鐵依賴的脂質(zhì)過氧化誘導(dǎo)的調(diào)節(jié)性細(xì)胞死亡方式。神經(jīng)細(xì)胞鐵死亡可能是引起神經(jīng)退行性疾病的重要途徑,降低鐵積累可抑制脂質(zhì)過氧化引起的細(xì)胞損傷。在PD細(xì)胞模型中觀察到lncRNA NEAT1上調(diào),敲低NEAT1后,可降低Fe2+水平,提高細(xì)胞活力,同時(shí)NEAT1作為分子海綿發(fā)揮作用,抑制miR-150-5p的表達(dá),而miR-150-5p過表達(dá)抑制了PD細(xì)胞模型中的鐵死亡[37]。

7 表觀遺傳調(diào)控

表觀遺傳學(xué)證據(jù)[38]表明,認(rèn)知障礙、神經(jīng)元突觸功能和線粒體凋亡相關(guān)的基因甲基化異常與PD的認(rèn)知功能下降和運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)展相關(guān)。Coupland et al[39]研究發(fā)現(xiàn),在PD中,啟動(dòng)子區(qū)域的DNA甲基化異常會(huì)導(dǎo)致Tau蛋白(microtubule-associated protein tau, MAPT) 基因表達(dá)失調(diào)。而在敲低lncRNA MAPT-AS1后可增加內(nèi)源性MAPT啟動(dòng)子的甲基化以及MAPT同種型轉(zhuǎn)錄物的表達(dá),這表明lncRNA可作為MAPT表達(dá)的潛在調(diào)控因子。

8 外泌體

外泌體允許細(xì)胞交換蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和遺傳物質(zhì),其攜帶的lncRNA在相鄰細(xì)胞和遠(yuǎn)處細(xì)胞之間的細(xì)胞間通訊中發(fā)揮作用。研究[40]表明,PD患者和健康個(gè)體的血清或腦脊液中外泌體lncRNA有差異,而這些lncRNA在PD的進(jìn)展和康復(fù)中起關(guān)鍵作用。另外,Wang et al[41]也發(fā)現(xiàn),與健康對(duì)照組相比,PD組的外泌體lncRNA有15個(gè)上調(diào)和24個(gè)下調(diào),而其中的lnc-MKRN2-42:1可能參與了PD的發(fā)生和發(fā)展。

9 總結(jié)與展望

lncRNA通過調(diào)控細(xì)胞自噬、細(xì)胞凋亡、線粒體功能障礙、氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥、鐵死亡、表觀遺傳以及外泌體,從而影響PD的發(fā)生發(fā)展。這提示lncRNA有望作為疾病早期診斷的生物標(biāo)志物或藥物治療的潛在靶點(diǎn)。鑒于PD的發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜,且不同的病理過程受到不同lncRNA的調(diào)控,其中發(fā)揮關(guān)鍵作用的lncRNA仍有待進(jìn)一步的研究。此外,隨著RNA測(cè)序技術(shù)的發(fā)展,許多與PD有關(guān)的新的lncRNA被發(fā)現(xiàn),其分子功能和作用機(jī)制或可作為新的研究方向。