lncRNAs在脊髓損傷中的分子功能研究綜述,SCI醫(yī)學論文

lncRNAs在脊髓損傷中的分子功能研究綜述,SCI醫(yī)學論文摘要：脊髓損傷(spinalcordinjury,SCI)是一種高發(fā)生率、高致殘率、高死亡率的中樞神經系統(tǒng)創(chuàng)傷性疾病,其病理經過主要包括原發(fā)性和繼發(fā)性兩個損傷階段。在骨折、壓迫等導致的原發(fā)性損傷后,繼發(fā)的炎癥反響、組織缺氧、神經元壞死凋亡、局部抑制性微環(huán)境等一系列病理生理的變化進一步加重了脊髓損傷,進而導致嚴重的感覺和運動功能障礙[1,2]。因而,探究SCI后病理生理改變的發(fā)生機制對于脊髓損傷的研究和修復具有極其重要的意義。長鏈非編碼RNAs(longnon-codingRNAs,lncRNAs)被定義為長度大于200個核苷酸的非編碼RNA轉錄本[3]。當前已有研究表示清楚,lncRNAs能夠通過調節(jié)染色質、轉錄及轉錄后修飾來調節(jié)下游基因的表示出,這被以為是很多疾病研究的新方向[4]。當前關于lncRNAs在SCI中作用的研究相對較少,且缺乏較為全面的綜述。本文對近年來lncRNAs在SCI中的分子功能相關的研究進行了綜述,并進一步討論了lncRNAs作為SCI預后相關生物標志物及治療靶點等方面的潛在作用,旨在較為全面的了解lncRNAs在SCI中所發(fā)揮的作用。本文關鍵詞語：長鏈非編碼，RNA，脊髓損傷1、lncRNAs的生物發(fā)生、分類及功能1.1、lncRNAs的生物發(fā)生非編碼RNA(Non-codingRNAs,ncRNAs)在人類基因組中所占比例超過98%[3]。lncRNAs是一類超過200個核苷酸的非編碼RNA轉錄本亞群,大部分lncRNAs由RNA聚合酶Ⅱ轉錄,有5apos;-甲基化帽子及3apos;-多聚腺苷酸(polyA)尾[3]。lncRNAs最初被以為是轉錄組的轉錄噪音[4,5]。近年來,lncRNAs的研究迅速發(fā)展,越來越多的研究者認識到lncRNAs是基因表示出等很多細胞生命經過的關鍵調節(jié)因子[6]。與信使RNA(messengerRNA,mRNA)相比,lncRNAs通常遭到精細調控,且具有明顯的組織表示出特異性和細胞表示出特異性[7]。1.2、lncRNAs的分類根據lncRNAs母本基因在基因組中的位置,可分為五種類型[8,9,10]:a)正義lncRNAs,其轉錄方向與鄰近mRNA轉錄方向一樣;b))反義lncRNAs,其轉錄方向與鄰近mRNA轉錄方向相反;c)雙向lncRNAs,該lncR-NAs可同時從與鄰近mRNA轉錄方向一樣與相反兩個方向發(fā)生轉錄;d)內含子lncRNAs,由基因的內含子區(qū)轉錄產生;e)長鏈基因間lncRNAs(longintergenicnon-codingRNAs,lincRNAs),即從兩個基因之間的轉錄產生。1.3、lncRNAs的功能lncRNAs的主要功能[6,7,8,9,10]如下:a)作為支架分子,穩(wěn)定染色質修飾復合物;b)作為引導分子,引導包含RNA結合蛋白的蛋白復合體定位到調控位點;c)作為信號分子,通過辨別轉錄因子調節(jié)靶基因的表示出;d作為誘餌分子,與相應分子結合并阻斷其對靶基因的作用;e)充當miRNA海綿,通過競爭性吸附與mRNA結合的微小RNA(MicroRNA,miRNA)進而調節(jié)mRNA活性;f)作為加強子RNAs,甚至能夠編碼具有調節(jié)功能的短肽。但是當前仍有大量lncRNAs的生物學意義尚不清楚,需要進一步研究說明。2、SCI后lncRNAs的表示出變化及其調控為明確SCI后lncRNAs的表示出水平變化及其在脊髓損傷中的作用,研究者進行了一系列基因芯片和RNA測序研究。Wang等[11]對大鼠脊髓挫傷后1、4、7dlncRNAs的表示出進行了大規(guī)模挑選,以錯誤發(fā)現率(falsediscoveryrate,FDR)0.001且倍數變化2的轉錄本作為差異表示出lncR-NAs,發(fā)如今成年大鼠脊髓中7個lncRNAs的表示出出現了明顯的變化,華而不實2個(LOC100910973,H19)上調,1個(RGD1559747)下調,4個(Rn28s,Rn45s,RT1-CE6,Rmrp)在SCI后1d上調、4d和7d下調;Ding等[12]在小鼠脊髓挫傷后1d、3d、1周和7周進行基因芯片檢測,結果顯示與對照組相比,lncRNAs在SCI后1d幾乎沒有表示出變化,SCI后1周變化到達高峰,隨后出現表示出下降。Duran等[13]利用RNA測序研究SCI的亞慢性和慢性階段(SCI后1個月、3個月和6個月)lncRNAs表示出的變化,共鑒定到277個差異表示出的lncRNAs。這些lncRNAs的研究表示清楚lncRNAs表示出變化對SCI后的很多病理生理經過都有影響,為SCI的分子機制解析提供新的研究方向。3、lncRNAs對神經細胞行為的調控作用3.1、神經元脊髓損傷后,永久性神經元喪失是導致機體感覺、運動功能障礙的一個主要原因,因而增加SCI后神經元存活對于SCI患者的功能恢復至關重要[1,2]。當前,已有研究表示清楚調節(jié)基因表示出能夠促進創(chuàng)傷后脊髓神經元的存活,華而不實lncRNAs的調節(jié)是重要途徑[14]。lncRNAs已被發(fā)如今中樞神經系統(tǒng)(Centralnervoussystem,CNS)發(fā)育和神經發(fā)生中起到重要作用[15]。同時,相關研究表示清楚lncRNAs的表示出與神經元行為相關[15,16,17,18]。Lv等[16]證實lncRNA-Map2k4能夠通過miR-199a/FGF1途徑促進神經元增殖并抑制神經元凋亡。Zhang等[17]研究發(fā)現抑制內源性lncRNAIGF2AS促進了DRG神經元的生長并能夠減輕局部麻醉誘導的神經毒性。Pnky是一種調節(jié)神經發(fā)生的神經細胞特異性lncRNA[15]。Ramos等[15]的研究表示清楚,敲低Pnky可促進神經干細胞分化,這一結果有利于提高SCI患者神經干細胞移植的治療效果。Han等[18]報道lncRNAH19可能通過海綿機制吸附miRNAlet-7b,調節(jié)神經元凋亡。以上研究為探尋求索lncRNAs在神經元行為中的作用奠定了良好的基礎,同時預示著調控相關lncRNAs表示出可能是修復脊髓損傷的一種潛在方式方法。3.2、星形膠質細胞星形膠質細胞是中樞神經系統(tǒng)中數量最多的一種膠質細胞,它們在向神經元提供能量代謝物和維持細胞外離子平衡方面發(fā)揮著重要作用[19]。脊髓損傷后,星形膠質細胞增殖和反響性膠質增生促進膠質瘢痕的構成,而膠質瘢痕在SCI局部微環(huán)境中作為物理和化學屏障,抑制脊髓功能的恢復[19]。但是反響性星形膠質細胞也能提供內源性神經保衛(wèi)以及分泌促生長神經營養(yǎng)因子[20]。因而,怎樣充分利用其有利方面,抑制其不利方面,將是今后的研究重點。近期已有研究開場探尋求索lncRNAs對星形膠質細胞增殖和反響性膠質增生的影響。通過敲低星形膠質細胞中l(wèi)ncSCIR1的表示出,發(fā)現lncSCIR1的下調可促進星形膠質細胞的體外增殖和遷移,并可能在SCI的病理生理經過中發(fā)揮著不利作用[11]。另一項研究顯示,lncRNAGm4419能夠通過上調炎性細胞因子腫瘤壞死因子(Tumornecrosisfactor,TNF-)的表示出來促進創(chuàng)傷誘導的星形膠質細胞凋亡,而TNF-的上調可能通過競爭性結合miR-466l來實現[21]。因而,挑選和鑒定調控星形膠質細胞增殖和活化的關鍵lncRNAs已成為SCI治療中的重要問題。3.3、少突膠質細胞少突膠質細胞(oligodendrocytes,OLs)的凋亡和軸突脫髓鞘是脊髓損傷繼發(fā)性損傷的重要組成部分[1,2]。除此之外,損傷后微環(huán)境中增加的軸突生長抑制因子限制了內源性少突膠質細胞的生成和軸突再髓鞘化經過[22]。因而,加強軸突再髓鞘化的能力是促進SCI后感覺、運動功能恢復的重要因素之一。近年來,越來越多的研究發(fā)現lncRNAs有望成為脊髓損傷修復的治療靶點,因而有必要了解lncRNAs在軸突再髓鞘化中的作用。He等[23]建立了少突膠質細胞不同發(fā)育階段lncRNAs的動態(tài)表示出譜,發(fā)現lncOL1的過表示出可促進大腦發(fā)育中早熟的少突膠質細胞分化,lncOL1的失活可導致?lián)p傷后CNS軸突髓鞘構成障礙和再髓鞘化缺陷,除此之外,lncOL1可通過與Suz12的互相作用促進少突膠質細胞成熟。Dong[24]等的研究表示清楚少突膠質前體細胞(oligodendrocyteprecursorcell,OPC)的分化經過中遭到lncRNAs的調控,華而不實lnc-OPC的表示出最高,且在OPC中表現出高度特異性表示出。lncRNAs對脊髓神經元軸突髓鞘構成及再髓鞘化的影響仍需進一步研究,以期為SCI的治療提供有用的線索。3.4、小膠質細胞脊髓損傷后繼發(fā)性損傷階段的炎癥反響牽涉中樞神經系統(tǒng)內的多種細胞,包括神經元、大膠質細胞和小膠質細胞,華而不實小膠質細胞為主要炎癥細胞[1,2]?；罨男∧z質細胞能夠釋放多種促炎分子,如白介素-1、TNF-、活性氧和一氧化氮,進而介導炎癥反響[25]。SCI后,小膠質細胞的細胞形態(tài)和功能發(fā)生變化,小膠質細胞的活化常被用來作為神經系統(tǒng)炎癥發(fā)生的標志[25]。近期的一項研究表示清楚,蛛網膜下腔出血(subarachnoidhaemorrhage,SAH)后早期腦損傷(earlybraininjury,EBI)中,lncRNAfantom3_F730004F19可能通過TLR信號通路(toll-likereceptorsignallingpathway)影響小膠質細胞炎癥[26]。Qi等[26]發(fā)現lncRNASNHG14可通過抑制miR-145-5p而增加PLA2G4A的表示出,進而激活小膠質細胞?；罨男∧z質細胞可分為兩種功能類型:M1型和M2型,M1極化的小膠質細胞通常被以為促進神經元凋亡并抑制OPCs分化為成熟的OLs,而M2極化的小膠質細胞被以為促進神經元存活、神經突起生長和OPCs分化[27]。Sun等[28]的研究將lncRNAGAS5確定為小膠質細胞極化的表觀遺傳調控位點,并以為GAS5可能是治療脫髓鞘疾病的靶點。Wen等[29]的研究表示清楚,lncRNAPtprj-as1激活小膠質細胞NF-B通路,促進炎性細胞因子分泌,介入腦出血導致的炎性損傷。4、lncRNAs介入脊髓損傷后的炎癥反響脊髓損傷后,炎癥反響包括小膠質細胞的活化和中性粒細胞、單核細胞、淋巴細胞的浸潤,華而不實中性粒細胞是首先進入損傷部位的主要炎癥細胞[30]。研究表示清楚中性粒細胞中存在很多l(xiāng)ncRNAs,并且lncRNAs的表示出水平與中性粒細胞的發(fā)育、分化和活化相關[31]。已有研究報道lncRNAs在B淋巴細胞和T淋巴細胞的發(fā)生發(fā)展、活化中具有特異性表示出[32,33]。Panzeri等[34]發(fā)現lincRNAs可促進人類淋巴細胞分化。Mirsafian等[35]對來自4名患者樣本進行單核細胞RNA測序,并將其數據與其他11個數據集合并分析,得到了單核細胞中的lncRNAs譜。Huang等[36]發(fā)現lncRNALINC00341可抑制血管細胞黏附分子1(vascularcelladhesionmolecule1,Vcam1)的表示出和單核細胞粘附,且具有抗炎作用。Zhang等[37]揭示了lncRNALINC00305能夠通過激活AHRR-NF-B途徑來促進單核細胞炎癥。Zhou等[38]的研究表示清楚,大鼠SCI后lncRNAMALAT1表示出明顯上調,上調的lncRNAMALAT1可激活IKK/NF-B通路,并通過下調miR-199B促進促炎細胞因子TNF-和IL-1的產生;而敲低MALAT1,可促進SCI大鼠運動功能恢復及抑制炎癥因子表示出。盡管已有相關文獻報道lncRNAs可調節(jié)SCI后炎癥反響,但當前大部分lncRNAs調節(jié)炎癥的相關機制尚不完全清楚。因而,需要進一步的實驗來探尋求索lncRNAs在SCI后調節(jié)炎癥反響的詳細機制。5、lncRNAs介入脊髓損傷后的血管構成脊髓損傷后造成細胞和組織損傷的另一個重要原因是血管損傷引起的缺血缺氧狀態(tài)[1,2]。因而,怎樣促進血管損傷后血管的構成和再通,為受損脊髓提供氧氣、生長因子及其他營養(yǎng)物質的輸送,是脊髓損傷修復的一個關鍵問題。研究表示清楚,lncRNAHIF1A-AS2可促進缺氧時人臍靜脈內皮細胞(Humanumbilicalveinendothelialcells,HUVECs)的血管生成,其可能作為miR-153-3p海綿促進缺氧誘導因子(hypoxiainduciblefactor,HIF-1a)上調,進而促進新生血管的構成[39]。lncRNAMEG3被以為是一些癌癥的重要的腫瘤抑制劑,MEG3的過度表示出顯著抑制血管內皮細胞(vascularendothelialcells,VECs)中的血管生成[40]。除此之外,缺血性卒中后MEG3顯著降低,而過表示出MEG3可通過抑制Notch信號降低缺血性卒中后毛細血管密度[41]。因而,MEG3同樣可能在SCI后血管生成的控制中發(fā)揮重要作用。除此之外,Fiedler等[42]的研究發(fā)現內皮細胞缺氧會誘導兩個lincR-NAs:linc00323-003和MIR503HG的表示出量增加,進而促進血管生成。Wang等[43]研究發(fā)現,lncRNAsnhg1對腦微血管內皮細胞存活和血管生成具有促進作用,其依靠于miR-199a,同時miR-199a介入HIF-1a和血管內皮細胞生長因子(vascularendothelialcellgrowthfactor,VEGF)表示出的調節(jié)?？傊?越來越多的證據表示清楚lncRNA在血管生成中起重要作用,但是這些lncRNAs在脊髓損傷后血管生成中的作用尚需進一步實驗驗證。6、結論與瞻望脊髓損傷是一種嚴重的創(chuàng)傷性疾病,其病理生理改變牽涉神經系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)和血管系統(tǒng)等多個系統(tǒng),同時在SCI的發(fā)生發(fā)展經過中多種分子機制和信號通路介入華而不實。SCI牽涉多種復雜的病理生理經過,其分子機制尚不完全明確,當前尚無有效的修復策略修復SCI后的繼發(fā)性損傷。SCI后lncRNAs的表示出變化可能在SCI的病理經過中起著關鍵作用,lncRNAs的發(fā)現和相關研究為SCI的修復提供了新的方向。與可靶向多個mRNAs的miRNAs相比,lncRNAs有更高層次的組織細胞特異性,預示著其作為治療靶點、生物標志物等更具優(yōu)勢。在本綜述中,我們總結了近年來有關lncRNAs在SCI中的研究,我們以為這一綜述將有助于全面了解SCI的分子機制,為lncRNAs臨床應用提供一定的理論根據。除此之外,尚有幾個問題可能成為今后研究的重點。首先,大部分關于lncRNAs對SCI作用的研究都是小動物研究,為了促進向臨床治療的轉化,還需要對非人靈長類進行相關的研究,以驗證利用lncRNAs修復脊髓損傷在靈長類中的安全性和有效性。其次,應用lncRNAs治療需要適宜的遞送系統(tǒng),因而怎樣選擇適宜的載體來確保lncRNAs高效、定向的遞送到相應靶點是將來的研究方向。同時,SCI中大部分lncRNAs的功能及其發(fā)揮作用的分子機制尚不完全清楚,因而進一步深切進入了解SCI中l(wèi)ncRNAs的功能及其發(fā)揮相應功能的調節(jié)機制,選擇關鍵的lncRNAs,將為SCI的修復提供新的思路和方向。以下為參考文獻：[1]KwonBK,TetzlaffW,GrauerJN,etal.Pathophysiologyandpharmacologictreatmentofacutespinalcordinjury[J].SpineJ,2004,4(4):451-464.[2]ShiZ,ZhouH,LuL,etal.TherolesofmicroRNAsinspinalcordinjury[J].IntJNeurosci,2021,127(12):1-12.[3]DiGesualdoF,CapaccioliS,LulliM.Apathophysiologicalviewofthelongnon-codingRNAworld[J].Oncotarget,2020,5(22):10976-10996.[4]ShiX,SunM,LiuH,etal.Longnon-codingRNAs:anewfrontierinthestudyofhumandiseases[J].CancerLett,2020,339(2):159-166.[5]GuttmanM,AmitI,GarberM,etal.Chromatinsignaturerevealsoverathousandhighlyconservedlargenon-codingRNAsinmammals[J].Nature,2018,458(7235):223-227.[6]RinnJL,ChangHY.GenomeregulationbylongnoncodingRNAs[J].AnnuRevBiochem,2020(81):145-166.[7]XiongG,FengM,YangG,etal.Theunderlyingmechanismsofnon-codingRNAsinthechemoresistanceofpancreaticcancer[J].CancerLett,2021(397):94-102.[8]UlitskyI,BartelDP.lincRNAs:genomics,evolution,andmechanisms[J].Cell,2020,154(1):26-46.[9]FangY,FullwoodMJ.Roles,Functions,andmechanismsoflongnon-codingRNAsincancer[J].GenomProteomBioinf,2021,14(1):42-54.[10]WangKC,ChangHY.MolecularmechanismsoflongnoncodingRNAs[J].MolCell,2018,43(6):904-914.[11]WangJ,HuB,CaoF,etal.DownregulationoflncSCIR1afterspinalcordcontusioninjuryinrat[J].BrainRes,2021(1624):314-320.[12]DingY,SongZ,LiuJ.AberrantLncRNAexpressionProfileinacontusionspinalcordinjurymousemodel[J].BiomedResInt,2021(2021):9249401.[13]DuranRC,YanH,ZhengY,etal.Thesystematicanalysisofcodingandlongnon-codingRNAsinthesub-chronicandchronicstagesofspinalcordinjury[J].Scientificreports,2021(7):41008.[14]ZhangM,TaoW,YuanZ,etal.Mst-1deficiencypromotespost-traumaticspinalmotorneuronsurvivalviaenhancementofautophagyflux[J].JNeurochem,2021,143(2):244-256.[15]RamosAD,AndersenRE,LiuSJ,etal.ThelongnoncodingRNAPnkyregulatesneuronaldifferentiationofembryonicandpostnatalneuralstemcells[J].CellStemCell,2021,16(4):439-447.[16]LvHR.lncRNA-Map2k4sequestersmiR-199atopromoteFGF1expressionandspinalcordneurongrowth[J].BiochemBiophysResCommun,2021,490(3):948-954.[17]ZhangX,ChenK,SongC,etal.Inhibitionoflongnon-codingRNAIGF2AShasprofoundeffectoninducingneuronalgrowthandprotectinglocal-anestheticinducedneurotoxicityindorsalrootganglionneurons[J].BiomedPharmacother,2021(82):298-303.[18]HanCL,GeM,LiuYP,etal.Longnon-codingRNAH19contributestoapoptosisofhippocampalneuronsbyinhibitinglet-7binaratmodeloftemporallobeepilepsy[J].CellDeathDis,2021,9(6):617.[19]FigleyCR,StromanPW.Therole(s)ofastrocytesandastrocyteactivityinneurometabolism,neurovascularcoupling,andtheproductionoffunctionalneuroimagingsignals[J].EurJNeurosci,2018,33(4):577-588.[20]WhiteRE,RaoM,GenselJC,etal.Transforminggrowthfactoralphatransformsastrocytestoagrowth-supportivephenotypeafterspinalcordinjury[J].JNeurosci,2018,31(42):15173-15187.[21]YuY,CaoF,RanQ,etal.Longnon-codingRNAGm4419promotestrauma-inducedastrocyteapoptosisbytargetingtumornecrosisfactoralpha[J].BiochemBiophysResCommun,2021,491(2):478-485.[22]MekhailM,AlmazanG,TabrizianM.Oligodendrocyte-protectionandremyelinationpost-spinalcordinjuries:areview[J].ProgNeurobiol,2020,96(3):322-339.[23]HeD,WangJ,LuY,etal.lncRNAfunctionalnetworksinoligodendrocytesrevealstage-specificmyelinationcontrolbyanlncOL1/Suz12complexintheCNS[J].Neuron,2021,93(2):362-378.[24]DongX,ChenK,Cuevas-Diaz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