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白内障发病与非编码RNA关系的研究进展
摘要：白内障是我国乃至全世界首要致盲眼病,其发病机制仍未明确,也尚无有效药物治疗方式。非编码RNA(non-codingRNA,ncRNA)是一类不具备蛋白编码功能的RNA。已有研究证明ncRNA与人类疾病的发生发展密切相关,其中ncRNA与眼科疾病的研究也日益增多。本文主要就微小RNA、长链非编码RNA和环状RNA在白内障中的研究进展进行总结,发现对微小RNA与白内障关系的研究较多,而长链非编码RNA和环状RNA在白内障发病机制中的研究近2年才逐渐开展,因此需要眼科医生进一步深入探究,从而为白内障的防治提供新思路与新方法。
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白内障是我国乃至全世界致盲率第一的眼部疾病，严重威胁着我国人民的生活质量，但其分子发病机制仍未明确，因此目前尚无有效的治疗药物能完全阻止或延缓其发生，手术治疗仍是当前治疗白内障最有效的方法。人类全基因组测序完成后，科学家发现除了具有编码功能的RNA外，还存在大量非编码RNA(ncRNA)，其在基因表达调控中具有重要作用。已有研究证明ncRNA与人类疾病的发生发展密切相关，其中对于ncRNA与白内障疾病关系的研究也越来越多。本文就不同的ncRNA在白内障中的研究进展进行综述，总结目前与白内障发病机制可能有关的ncRNA，为治疗和预防白内障提供新的思路。
1、ncRNA概述
在人类基因组中,编码蛋白质的序列只占人类基因组的1.5%,绝大多数为不编码蛋白质的DNA,这些DNA的转录产物即为ncRNA。1965年,Holley等[1]发现了丙氨酸tRNA,这是第1个被发现并报道的ncRNA,此后越来越多的ncRNA被发现。目前,ncRNA按大小可以分为短链非编码RNA和长链非编码RNA(lncRNA)。短链非编码RNA又可分为微小RNA(miRNA)、小干扰RNA(siRNA)和一类能与piwi蛋白质相互作用的新型非编码小RNA(piRNA)。按照功能可分为具有调节功能的ncRNA和管家ncRNA。其中具有调节功能的ncRNA又包括miRNA、siRNA、piRNA、lncRNA和circRNA;管家ncRNA又由tRNA、rRNA和snRNA组成。目前已有研究证明miRNA、lncRNA和circRNA与白内障的发生发展有关。
2、miRNA与白内障
miRNA是一类长度约22nt的内源性单链ncRNA,通过与目的mRNA的3’端非编码区结合,对翻译过程进行阻滞或者直接引起mRNA降解,从而对转录后水平及转录水平进行调控,参与多种生物学过程,其在进化过程中也保持高度保守[2,3,4]。近年研究证明miRNA在白内障的发生发展中有重要作用。
2012年Wu等[5]对透明晶状体和年龄相关性白内障(ARC)晶状体进行微阵列分析,首次在人晶状体中发现了206个miRNA,其中有32个miRNA在两组间表达差异达2倍以上。与透明晶状体相比,miRNA-34a在ARC组表达增高最明显,而miRNA-933的表达下降最多。在此基础上,Fan等[6]研究发现,miRNA-34a可通过靶向抑制Notch2的表达来调控人晶状体上皮细胞(HLECs)中的线粒体功能和HLECs的凋亡,从而影响ARC的发生。此后有研究对miRNA-34a与白内障级别、白内障程度的进展进行研究,结果表明miRNA-34a的表达水平与晶状体混浊严重程度之间存在正相关,且会影响年龄相关的核性白内障的进展。这些结果均进一步证实了miRNA-34a可能参与ARC的发生发展,同时也为治疗ARC提供新靶点[7,8]。秦宇等[9]通过反转录聚合酶链反应研究ARC的HLECs与透明晶体的HLECs中miRNAlet-7a的表达,发现let-7a在ARC的HLECs中呈低表达,并且其可能通过靶向调控caspase家族(caspase-3、caspase-8、caspase-9)在ARC发病过程中发挥重要作用。同时有研究表明miRNAlet-7另一个成员miRNAlet-7b可以通过靶向Lgr4调节HLECs的凋亡[10]。进一步研究发现let-7b表达量与ARC患者的年龄、与高龄患者的白内障程度呈正相关[11],因此得知miRNAlet-7b可能是ARC发病的危险因素,其成为白内障非手术治疗的又一新靶点。除上述miRNA外,越来越多的miRNA被发现与ARC的发生发展密切相关,如miRNA-125b靶向p53可以调节HLECs凋亡,同时p53的3’非编码区上rs78378222的等位基因可以促进miR-125b/p53mRNA的相互作用,进一步加强对HLECs凋亡的作用,从而影响ARC的发生[12,13]。miRNA-24也可以通过靶向p53增强HLECs死亡和凋亡[14]。再者,miR-204可能通过靶向调控Bcl-2家族成员Bcl-2的表达在ARC发病过程中发挥重要作用[15],以及miRNA-133b可以通过作用于BCL2L2来影响HLECs的活力和凋亡[16]。
此外对糖尿病性白内障(DC)与miRNA关系的研究也逐渐增多,Sun等[17]对DC早期形成过程中miRNA-29a的表达进行研究,发现在DC形成过程中,miRNA-29a和miRNA-29c的表达与大鼠晶状体上皮细胞凋亡有关。Zhang等[18]用免疫组织化学技术和Westernblot技术对DC的晶状体与透明晶状体组织进行分析发现,DC的晶状体上皮细胞存在上皮间质转化现象,后应用微阵列技术发现与透明晶状体相比,DC中有73种miRNA上调超过2倍,而199种miRNA下调超过2倍,选择其中下调倍数最多的miRNA-30a进行研究,结果表明miRNA-30a可以靶向于SNAI1来调节上皮间质转化,进而在DC的发生发展中发挥重要作用。同时Zhang等[19]进一步研究DC中miRNA-30a与自噬的关系,结果显示miR-30a可以靶向BECN1来抑制自噬从而影响DC的进展。2017年Zeng等[20]研究表明,miRNA-211在DC小鼠的晶状体上皮细胞中高表达,并可以通过靶向SIRT1基因调节晶状体上皮细胞凋亡和增殖。
3、lncRNA与白内障
lncRNA是指位于细胞核内或胞浆内且分子量大于200nt、参与或很少参与蛋白质编码功能的RNA。根据lncRNA的结构通常分为5类:即正义lncRNA、反义lncRNA、双向lncRNA、基因内lncRNA及基因间lncRNA。根据lncRNA功能可以分为4类:信号分子、诱饵分子、支架分子及引导分子。一般认为lncRNA可通过不同的机制调节多种生物学功能,如lncRNA参与X染色体的失活、参与细胞核亚结构的形成、调控mRNA的降解及调控染色质重塑等[21,22,23,24,25]。lncRNA与多种疾病的发生密切相关,如lncRNAH19的下调可以减少乳腺癌和肺癌的发生[26,27]。lncRNA在白内障发病机制中的作用也逐渐被揭示。
Fu等[28]通过对胚胎期和出生后的晶状体中lncRNA表达情况研究,发现lncRNAALB在胚胎期晶状体发育过程中的25周、26周和28周高表达,同时lncRNAALB可以调节LC3BⅠ向LC3BⅡ转化,调节细胞自噬功能而影响人类晶状体发育。Shen等[29]对白内障患者晶状体和透明晶状体进行研究,发现lncRNAMIAT是白内障的特异性生物标志,并且lncRNAMIAT通过miRNA-150-5p/Akt参与调节HLECs的功能,对细胞活力、细胞增殖、细胞凋亡均有影响。Li等[30]研究发现,在ARC的HLECs中lncRNATUG1通过miRNA-421/Caspase-3可以促进细胞的凋亡。Liu等[31]在ARC的HLECs中对lncRNAH19进行研究,发现lncRNAH19可以通过H19/miRNA-675/CRYAA网络来调节HLECs的功能。Gong等[32]对DC的HLECs进行研究,发现糖尿病患者中lncRNAMALAT1通过激活p38MAPK信号通路促进HLECs的凋亡和氧化应激,在DC中的发病机制中发挥重要作用。以上研究为白内障的发病机制提供了新的见解,同时也为白内障的药物治疗提供新的靶点。
4、环状RNA和白内障
环状RNA(circRNA)是一类通过共价键形成的闭合环状ncRNA。circRNA不具备5’→3’极性及3’多聚腺苷酸末端,表现出与线性RNA不同的特性。circRNA不易被核酸外切酶RNaseR降解。大部分circRNA由外显子编码(ecircRNA),主要存在于细胞质中;还有一部分circRNA由内含子编码(ciRNA)或外显子与内含子共同编码(EIciRNAs),位于细胞核内[33]。其主要的生物功能有可以充当ceRNA或miRNA海绵、调控基因表达。circRNA与人类疾病也关系密切,由于circRNA参与miRNA的调控,circRNA可以通过miRNA参与多种疾病的发生发展,如心血管疾病[34,35]、肿瘤[36,37]、糖尿病[38]等。但目前与白内障相关的circRNA研究较少,仍在起步阶段。Liu等[39]在ARC组和对照组中通过测序发现circRNA的差异性表达,并进一步研究circHIPK3的作用,发现circRNAHIPK3在ARC中低表达,并且可以通过circHIPK3/miRNA-193a/CRYAA网络来调节HLECs的功能。
5、结论
目前关于白内障的发病机制尤其在基因层面的表达调控机制尚不清楚,还未有安全有效的预防和治疗白内障的方法。随着高通量测序和生物信息学的发展,对ncRNA的研究逐渐增多,为明确白内障的发病机制和防治提供了新思路。本文主要总结了3种与白内障有关的ncRNA的研究现状,但是由于miRNA对基因调控的复杂性,加大了对靶基因预测的难度,也增加了预测的不准确性。同时与miRNA相比,lncRNA和circRNA与白内障关系的研究较少。因此仍需要眼科医生进一步探究ncRNA在白内障发生发展中的作用,进而为防治白内障提供新方法。
韩笑言,卢奕,杨晋.非编码RNA与白内障发病关系的研究进展[J].眼科新进展,2020,40(08):797-800.
基金:上海市科学委员会自然科学基金项目(编号:16ZR405200);上海市卫生局面上基金(编号:20174033)
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2024-07-10
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2024-06-07
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2024-05-30
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2023-10-11
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主管单位：安徽医科大学和安徽眼科研究所
主办单位：安微医科大学和安徽眼科研究所
出版地方：安徽
专业分类：医学
国际刊号：1006-8422
国内刊号：34-1149/R
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创刊时间：1993年
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