APP下载

长链非编码RNA在癫痫发生发展中的作用及机制研究进展

2022-11-27黄小妹李欢刁丽梅

医学综述 2022年13期
关键词:海马癫痫神经元

黄小妹,李欢,刁丽梅

(1.广西中医药大学研究生院,南宁 530000; 2.广西中医药大学第一附属医院脑病科,南宁 530001)

癫痫是一种由多种原因引起的脑部神经元异常放电所致的短暂脑功能障碍,长期癫痫发作可导致不同程度的大脑功能减退,严重影响患者的生活质量[1]。流行病学调查显示,癫痫的年发病率为50/10万~70/10万,癫痫患者病死率是一般人群的 2~3倍[2]。另有研究显示,全球约有6 500万癫痫患者,每年新增病例超过500万,约占全球疾病负担的0.5%[3]。目前我国癫痫患者已达1 000万,给社会、家庭均带来极大的经济负担[3-4]。其中20%~30%的癫痫患者会发展为难治性癫痫或药物无法控制的癫痫,这可能与癫痫多病因、多靶点的疾病特点相关[5]。因此,寻求新的癫痫治疗方法迫在眉睫。长链非编码 RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是一类重要的非编码RNA,可通过转录、转录后水平或表观遗传学调控蛋白编码基因的表达,在癫痫、阿尔茨海默病等神经系统疾病中发挥重要作用[6]。研究表明,lncRNA可通过诱导炎症反应、神经元死亡、离子通道功能障碍、神经发生、应激信号转导、神经元激发、树突突触形成和神经胶质增生等调控癫痫的发生或加重其进展[7-8]。因此,深入了解lncRNA在癫痫患者中的差异表达及其在相关病理机制中的作用,可以为癫痫的早期诊治及预后判断等提供理论依据。现就lncRNA在癫痫发生发展中的作用及机制研究进展予以综述。

1 lncRNA的定义及功能

lncRNA是一类多样化的转录RNA分子,占细胞内总RNA的70%~98%,且与微RNA(microRNA,miRNA/miR)相比,lncRNA具有更大的空间和时间特异性以及更低的种间保守性[9]。既往研究认为lncRNA是转录过程的副产品,较少或无蛋白编码能力,但后来的研究发现lncRNA可参与细胞分化和生长过程以及多种疾病的发病机制[10]。根据基因组中与蛋白质编码基因的相对位置,lncRNA被分为正义lncRNA、外显子lncRNA、内含子lncRNA、基因间lncRNA和反义lncRNA等不同类型[11]。研究证实,lncRNA在转录、转录后水平以及表观遗传学的基因表达调控中发挥重要作用[12]。lncRNA的功能几乎涵盖了基因表达调控的各个层面:①与来自上游非编码启动子结合,抑制RNA聚合酶Ⅱ募集,干预其下游基因表达;②通过与特定蛋白质伴侣结合,调节蛋白质的活性或定位,以及作为亚细胞结构的组织框架将多个相关的转录因子结合在lncRNA分子上,形成核蛋白(核糖核蛋白体)行使特定功能;③诱导染色质重构和核小体修饰,影响下游基因的表达;④与正、反义转录本杂交,阻断剪接体对剪接位点的识别,影响翻译或产生内源性干扰小RNA等[13]。此外,lncRNA还可作为竞争性内源RNA,通过竞争性抑制miRNA使其与靶信使RNA互补配对,从而抑制靶基因的翻译效率和(或)诱导靶基因信使RNA降解,在转录后水平调控其他RNA转录本的表达[14]。

2 与癫痫发病相关的lncRNA

某些lncRNA在神经元功能、中枢神经系统发育和记忆的维持以及认知功能和突触可塑性等方面发挥作用[15]。这些lncRNA异常表达可导致大脑功能障碍,进而导致某些神经发育和神经退行性疾病,如癫痫、肌萎缩侧索硬化症、阿尔茨海默病等[16]。Lee等[7]分别对红藻氨酸与毛果芸香碱诱导的颞叶癫痫模型小鼠进行全基因组lncRNA谱测序,结果发现,与正常对照小鼠相比,红藻氨酸与毛果芸香碱诱导的颞叶癫痫模型小鼠中分别有279个和384个lncRNA显著失调,其中羧肽酶N2和色素框同源蛋白7上调可导致癫痫进展。Jang等[17]通过分析毛果芸香碱诱导的癫痫模型小鼠特定大脑区域、海马和皮质中的lncRNA发现,在海马区有105个差异表达的lncRNA,其中22个上调、83个下调,在皮质中有705个差异表达的lncRNA,其中46个上调、659个下调。但以上研究均为动物实验,关于人类海马中lncRNA的报道尚少。有研究者首次分析人类颞叶内侧癫痫(medial-temporal lobe epilepsy,MTLE)伴海马硬化症患者的lncRNA表达谱,结果发现,与正常海马体患者相比,MTLE伴海马硬化症患者存在497个差异表达的lncRNA,其中294个上调、203个下调[18]。以上研究在动物模型和人类脑组织中均观察到与癫痫相关的lncRNA的异常表达,因此lncRNA异常表达在癫痫中具有重要的临床意义。lncRNA在癫痫中具有重要作用,可调节胶质细胞增生、神经炎症、神经元死亡、突触可塑性等。如lncRNA可通过调节细胞外谷氨酸潜在毒性积累的静态与动态变化激活谷氨酸受体,导致神经元异常兴奋,引起癫痫发作[19]。lncRNA还可作用于血脑屏障,使其功能受损,加重脑组织损伤;同时,lncRNA也可兴奋神经元,使其损伤加重甚至凋亡,促进癫痫的形成和进展[20]。癫痫发作后,lncRNA可通过影响内在或外在细胞凋亡途径激活死亡受体,导致死亡受体信号转导复合物形成[21]。lncRNA还可通过调控蛋白质的表达与合成影响癫痫发作后的神经元突触重构[22]。此外,lncRNA也可通过改变离子通道和递质受体的沉默与翻译引起癫痫发生[7-8,23]。有报道指出,癫痫患者存在lncRNA的特异性表达,且以调控靶基因的方式参与癫痫的生理病理过程[15-16]。因此,lncRNA在调控癫痫发生发展过程中具有重要作用。

2.1lncRNA尿路上皮癌胚抗原1(urothelial carcinoembryonic antigen 1,UCA1) lncRNA UCA1在乳腺癌、黑色素瘤、食管鳞状细胞癌、结直肠癌等肿瘤中的表达均上调,被认为是一种致癌lncRNA,同时其在神经干细胞的增殖和分化中也起重要作用[24]。Miller-Delaney等[25]在MTLE患者手术切除的海马中首次发现了lncRNA UCA1的差异甲基化,但其导致癫痫发病的潜在机制目前尚未阐明。Wang等[26]研究发现,lncRNA UCA1可通过与组织分化、凋亡密切相关的核因子κB(nuclear factor-κB,NF-κB)的相互作用诱发大鼠癫痫甚至加重癫痫发作,且癫痫大鼠外周血中的lncRNA UCA1水平与脑组织中的lncRNA UCA1水平呈正相关。据报道,lncRNA UCA1在癫痫患儿血清中的表达水平较健康儿童显著降低,且lncRNA UCA1水平与癫痫患儿病情严重程度相关[27],提示外周血中的lncRNA UCA1水平变化可作为诊断癫痫的生物学标志物。但Geng等[28]研究显示,癫痫患者海马组织中的lncRNA UCA1和核转录因子E2相关因子2表达均下调、miR-495上调,且lncRNA UCA1过表达可通过下调miR-495表达抑制海马神经元凋亡,表明lncRNA UCA1可通过miR-495/核转录因子E2相关因子2信号通路抑制海马神经元凋亡,从而减轻由癫痫引起的脑损伤。另有研究发现,lncRNA UCA1过表达可通过调控miR-203的表达促进癫痫患者肌细胞增强因子2C表达、抑制NF-κB信号通路,从而抑制癫痫的发生[29]。Diao等[30]发现,癫痫小鼠海马组织中的lncRNA UCA1和分泌型卷曲相关蛋白1表达均显著下调,而miR-375的表达显著上调;进一步分析发现,lncRNA UCA1过表达可通过降低miR-375水平促进分泌型卷曲相关蛋白1的表达、抑制Wnt/β联蛋白通路激活,进而抑制癫痫小鼠神经元细胞的异常增殖。另有研究显示,lncRNA UCA1过表达可抑制颞叶癫痫大鼠海马星形胶质细胞的激活和谷氨酸/天冬氨酸转运体表达,同时抑制Janus激酶/信号转导及转录活化因子(signal transducer and activator transcription,STAT)信号通路的激活,可改善癫痫引起的不良反应[31]。杨诚等[32]研究表明,lncRNA UCA1可通过与转化生长因子-β1相互作用诱发或加剧红藻氨酸诱导的癫痫小鼠的癫痫症状,表明抑制lncRNA UCA1可上调转化生长因子-β1的表达,减少细胞凋亡并缓解癫痫。综上,lncRNA UCA1通过调节细胞的增殖和分化等参与癫痫的发生发展,为癫痫患者的诊疗及预后提供了潜在的治疗靶点。

2.2lncRNA H19 lncRNA H19是一种印记基因,位于人类第11号染色体上,由母系遗传的等位基因转录而来,是最早鉴定的印迹lncRNA之一[33]。在中枢神经系统中,lncRNA H19在胶质母细胞瘤组织中过表达,并可促进神经胶质瘤细胞的增殖、分化、迁移和侵袭[34]。但lncRNA H19在包括癫痫在内的非肿瘤性中枢神经系统疾病中的生物学功能目前尚不清楚。Han等[35]通过高通量微阵列和生物信息学分析发现,lncRNA H19在MTLE大鼠中的潜伏期上调,并参与多种致痫过程,包括细胞增殖、凋亡以及免疫和炎症反应等。此外,lncRNA H19还可通过促进STAT3及其下游靶基因c-Myc的表达激活Janus激酶/STAT信号通路,参与星形胶质细胞和小胶质细胞的激活,并刺激海马体中的促炎性细胞因子(如白细胞介素-1β、白细胞介素-6以及肿瘤坏死因子-α)释放,在癫痫模型大鼠中枢神经系统损伤后的星形胶质细胞增殖以及炎症反应中发挥重要作用[36]。Han等[8]在研究癫痫大鼠海马区lncRNA的表达谱时发现,lncRNA H19可作为一种竞争性内源RNA海绵吸附miR-let-7b,进而调节胱天蛋白酶3的表达,促进海马神经元凋亡,诱导癫痫发作。同时,lncRNA H19还可通过与let-7b竞争性结合并靶向STAT3,诱导癫痫大鼠海马神经胶质细胞活化、炎症反应和癫痫发作[37]。总之,lncRNA H19可介导癫痫发作,诱导神经元凋亡及炎症反应发生,因此其可作为一个潜在治疗靶点,为未来相关靶点药物的研发提供新思路。

2.3lncRNA核富集转录本(nuclear enriched abundant transcript,NEAT)1 lncRNA NEAT1是哺乳动物细胞核中高度丰富的lncRNA之一,在神经元和胶质细胞分化过程中lncRNA NEAT1表达显著上调[38]。lncRNA NEAT1在中枢神经系统疾病中表达异常,参与癫痫相关的神经元分化过程。研究发现,红藻氨酸诱导小鼠癫痫发作后1~4 h,短变异体lncRNA NEAT1 1和长变异体lncRNA NEAT1 2在齿状回的表达均上调,延长其上调时间,小鼠表现出不同的癫痫发作后动态[39]。同时,lncRNA NEAT1还可通过结合钾通道相互作用蛋白调节顽固性癫痫患者神经元兴奋性及活力;此外,lncRNA NEAT1在大脑皮质组织中的表达也上调,且与低峰值区域相比,高峰值区域表达显著[40]。Wan和Yang[41]运用实时荧光定量聚合酶链反应检测6例癫痫患者与6例正常对照者颞叶组织中的lncRNA NEAT1水平,结果发现,与正常对照者相比,癫痫患者的lncRNA NEAT1表达显著上调,而lncRNA NEAT1过表达可显著增加炎症细胞因子(白细胞介素-6、环加氧酶2和肿瘤坏死因子-α)的表达水平,抑制癫痫患者的细胞活力;该研究还证实,lncRNA NEAT1可通过抑制miR-129-5p的表达调控癫痫细胞模型的Notch信号通路,从而抑制癫痫引起的炎症反应。屈会霞等[42]研究发现,无镁细胞外液诱导的MTLE模型大鼠海马神经元中的lncRNA NEAT1表达上调,而下调lncRNA NEAT1表达则可促进miR-29b-3p表达,阻断Toll样受体4/NF-κB信号通路的激活,抑制MTLE模型大鼠海马神经元凋亡。然而,在毛果芸香碱或海藻酸诱导的癫痫模型大鼠海马神经元中,当急性活动刺激反应发生时,lncRNA NEAT1表达显著下调,但lncRNA NEAT1对慢性刺激反应不敏感,导致癫痫发作的风险增加[39]。总之,lncRNA NEAT1通过多种机制参与癫痫的病理过程,尤其在炎症反应中起重要作用,有望成为疾病治疗的潜在分子标志物。

2.4lncRNA肺腺癌转移相关转录本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1,MALAT1) lncRNA MALAT1也被称为NEAT2,是研究最广泛的lncRNA 之一,在哺乳动物中高度保守。lncRNA MALAT1位于染色体11q13上,首次发现于非小细胞肺癌转移和患者生存相关转录物的筛选中[43]。lncRNA MALAT1可调控多个参与突触、树突发育基因的表达,通过其选择性剪接以及转录和转录后调节发挥分子功能[44]。lncRNA MALAT1在神经元中高表达,敲除lncRNA MALAT1基因可降低突触密度,上调lncRNA MALAT1表达则可导致突触不受控制地激增[45]。还有研究发现,lncRNA MALAT1下调可通过激活磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphoinositide-3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(protein kinase B,PKB/Akt)信号通路,保护毛果芸香碱诱导的癫痫模型大鼠海马神经元过度自噬和凋亡。另有研究显示,在癫痫大鼠的海马中lncRNA MALAT1显著富集,抗lncRNA MALAT1干扰小RNA介导的lncRNA MALAT1耗竭可导致PI3K/Akt信号通路激活和海马神经元丢失,而LY294002作为PI3K/Akt信号通路的抑制剂,可逆转lncRNA MALAT1敲除引起的海马神经元变性和坏死,延长癫痫发作潜伏期[46]。虽然lncRNA MALAT1可能在突触形成、骨骼肌生成和血管生长中发挥重要作用,但仅通过简单的沉默或过表达使lncRNA MALAT1在病理条件下成为治疗靶点仍较困难。

2.5lncRNA FTX(five prime to Xist) lncRNA FTX是一种进化上保守的lncRNA,可在X-失活中心区域调节Xist的表达和染色质结构[47]。虽然lncRNA FTX在肿瘤发生过程中表达失调,但其在不同肿瘤中的作用不同,lncRNA FTX在肿瘤细胞增殖、迁移和侵袭等过程中起重要作用[48]。但lncRNA FTX在癫痫中的表达谱和生物学功能目前尚不清楚。Li等[49]研究发现,持续癫痫大鼠海马体中的lncRNA FTX表达显著下调,提示癫痫发作引起的脑缺氧可能抑制lncRNA FTX的表达;进一步研究发现,lncRNA FTX下调可缩短癫痫发作潜伏期,加剧海马神经元凋亡;此外,lncRNA FTX还可调节癫痫发生过程中miR-21-5p的表达,而miR-21-5p过表达可通过调节海马神经元中的SOX7(SRY related high mobility group box 7)表达降低lncRNA FTX的抗凋亡特性,表明海马中的lncRNA FTX上调通过调节miR-21-5p/SOX7轴参与癫痫持续状态诱导的神经元损伤,从而调节细胞凋亡。还有研究表明,lncRNA FTX在癫痫患儿血清中的表达水平较健康儿童显著降低,表明lncRNA FTX与小儿癫痫具有相关性,且与小儿癫痫发作频率有关[27]。因此,未来有望通过检测外周血中的特异性lncRNA FTX水平协助癫痫的诊断。

2.6其他lncRNA 除上述lncRNA外,还有许多lncRNA与癫痫的进展密切相关。如有研究发现,毛果芸香碱诱导的癫痫模型大鼠海马组织中的lncRNA浆细胞瘤变异易位1(plasmacytoma variant translocation 1,PVT1)表达增加,沉默lncRNA PVT1则可通过下调Wnt信号通路减少神经元丢失、TUNEL阳性细胞数量以及胱天蛋白酶3和B细胞淋巴瘤/白血病-2相关X蛋白的表达,并增加前体胱天蛋白酶3和B细胞淋巴瘤/白血病-2蛋白的表达,表明lncRNA PVT1在神经元凋亡中具有重要作用;同时,抑制lncRNA PVT1基因表达可增加海马组织中脑源性神经营养因子的表达,而脑源性神经生长因子对神经元的存活非常重要,参与轴突、树突的生长和突触发生[50]。此外,AntagoNATs可通过介导癫痫相关Dravet综合征模型的电压门控钠离子通道α1亚基基因表达上调,改善癫痫发作频率和严重程度[51]。还有研究发现,大鼠海马神经元癫痫样放电模型和MTLE大鼠母系表达基因3(materally expressed gene 3,MEG3)的表达均下调,而lncRNA MEG3过表达可降低MTLE大鼠海马神经元促炎性细胞因子水平、氧化应激和海马神经元凋亡率,并抑制PI3K/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路;此外,MEG3还可通过激活自发性复发性癫痫样放电中的PI3K/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路增强细胞活力并抑制其凋亡[52]。因此,调节MEG3/PI3K/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白轴可作为治疗癫痫的新手段。Zhu等[53]发现,癫痫持续状态的海马组织和戊四氮诱导的星形胶质细胞中的lncRNA癌易感候选基因2(cancer susceptibility candidate 2,CASC2)及人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因的表达均下调;lncRNA CASC2过表达可通过靶向人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因的表达抑制戊四氮诱导的癫痫,从而在癫痫发生过程中抑制星形胶质细胞活化和腺苷代谢。另据报道,lncRNA生长抑制特异性基因5作为竞争性内源RNA可通过调控miR-135a-5p的表达增加电压门控钾离子通道亚基3基因的表达,而沉默lncRNA 生长抑制特异性基因5则可抑制癫痫的发生和发展[54]。

3 小 结

lncRNA参与癫痫发病的多个过程,特别是在神经细胞分化、炎症反应、细胞凋亡、突触可塑性、神经通道功能障碍等过程中的研究已较为成熟。lncRNA失衡可调控癫痫的发生发展,并通过直接或间接方式调节癫痫相关基因的表达,因此其可能为癫痫患者的诊治以及预后提供帮助,有助于提高患者的生活质量。但目前关于癫痫发生与lncRNA相关性的研究仍存在局限,且lncRNA与癫痫发病机制的研究仍处于起步阶段,仍有待进一步探索。相信随着研究的深入,lncRNA一定会成为癫痫诊断生物标志物和新的治疗靶点,同时其与癫痫患者的诊治及预后相关性的研究也将进一步丰富人们对该疾病的认识。

猜你喜欢

海马癫痫神经元
海马
AI讲座:神经网络的空间对应
癫痫多数可控可治
仿生芯片可再现生物神经元行为
这个神经元负责改变我们的习惯
玩电脑游戏易引发癫痫吗?
研究人员精确定位控制饮酒的神经元
癫痫,也可有良好预后
萌萌哒之长满痘痘的豆丁海马
最佳操控奖 海马3运动版