从多能干细胞生产功能性心肌细胞需要严格控制分化过程。长链非编码rna (lncrna)在细胞发育中起着重要的调控作用。在这项研究中，作者设计了一种综合的方法来识别在分化的人类胚胎干细胞(ESCs)中参与心脏发生的lncrna。研究结果发表在最近的《心血管研究》杂志上。

Mechanism of conserved lncRNA CARMA regulating cardiomyocyte differentiation.

图1所示。保守lncRNA CARMA调控心肌细胞分化的机制

心血管疾病仍然是世界上死亡的主要原因，尤其是心功能障碍，最终导致心力衰竭，这是继发于心肌梗死后大量心肌细胞丧失。由于哺乳动物心肌细胞在出生后不久就退出细胞周期，这些细胞不会因损伤而增殖，这限制了成人心脏的再生潜力。已经评估了几种促进损伤后心脏再生的途径，其中一种依赖于内源性心肌细胞增殖的治疗诱导。另一方面，心脏疾病的细胞疗法设想通过分化多能干细胞生产功能性心肌细胞，然后将这些细胞移植到受伤的心肌中。此外，最近的方法已经研究了通过操纵表观基因组直接将细胞重编程成心肌细胞来改变非心肌细胞身份的可能性。

非编码rna (Non-coding RNAs, ncRNAs)在心脏基因调控网络的转录和转录后水平发挥着重要作用。microrna (mirna)是一类小型非编码rna(18-23个核苷酸)，被认为是心源性途径的中心调节剂。相比之下，长链非编码rna (lncrna)是长度超过200个核苷酸的转录本。越来越多的证据表明，lncrna在心脏发育和损伤反应中发挥关键作用。例如，Bvht、Fendrr和CARMEN是正确的心脏中胚层规范和随后的心肌细胞分化所需的三个lncrna。在成人心脏中，MHRT和CHRF调节心室心肌细胞肥大。心血管lncrna的名单正在迅速扩大。然而，lncrna在心肌细胞成熟中的作用仍然有限。因此，识别在控制心肌细胞末端分化中发挥重要作用的lncrna，应该有助于为心脏再生提供新的工具。此外，从未分化的多能干细胞中产生功能完整的心肌细胞也将被证明对体外药物开发有用。

在这里，本研究报道了心肌细胞成熟相关lncRNA (CARMA)，一种以前被称为C20orf166-AS1的lncRNA。在机制上，CARMA是从含有增强子元件的序列上以反义方向转录的，并与相邻基因MIR1-1HG进行比较。CARMA与MIR1-1HG表达呈负相关。具体而言，下调CARMA导致MIR1-1HG表达增加，其次是两种成熟的心源miRNAs MIR-1-1和MIR-133a2。有趣的是，这两个mirna是由两个不同的前体产生的，它们被两个不同的启动子转录。双反位的CARMA协调控制。然而，lncRNA也可以在反式中发挥作用，调节基因组中遥远位置的靶基因的表达。因此，CARMA控制MIR1-1HG转录附近的表达，但也可以调控与心脏发生相关的远端基因。

下调CARMA后，MIR-133a2靶蛋白编码基因同步下调。其中，研究人员发现了编码NOTCH通路效应因子的RBpJ基因。一般来说，在心脏发育过程中，Notch的激活会干扰心脏的分化，抑制Notch会加速心肌细胞的形成，导致心肌发育不良。在分化ESCs时，受损的NOTCH信号也能促进心脏发生和心肌细胞成熟。相反，NICD的结构性活性形式的表达阻断了中胚层发育和心肌细胞的分化，并增强了神经元的分化。因此，NOTCH调控中胚层和神经外胚层谱系之间的决定性步骤。有趣的是，在ESCs中发现了两种已知的神经外皮层抑制因子，linc1230和linc1335，在Notch1沉默后上调。强制表达linc1230或linc1335可增加esc来源心肌细胞的产量。在ESCs中，这两个lncrna也在CARMA敲低后上调。

参考文献：

Kay M,et al. The conserved long noncoding RNA CARMA regulates cardiomyocyte differentiation.Cardiovascular Research, 2021.