榮 燦，胡 云

隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展和ENCODE計劃揭示，曾一度被認為是無功能的“轉(zhuǎn)錄噪音”的非編碼RNA(noncoding RNA，ncRNA)，近年來被證實在細胞分化、生物發(fā)育及疾病發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮巨大作用［1］。其中長鏈非編碼 RNA(long noncoding RNA，lncRNA)是一類轉(zhuǎn)錄本長度超過200 nt的非編碼RNA，在哺乳動物基因組中，有4% ～9%的序列產(chǎn)生的轉(zhuǎn)錄本是lncRNA(相應(yīng)的蛋白編碼RNA的比例是1%)，其中許多l(xiāng)ncRNA與人類疾病密切相關(guān)，參與調(diào)節(jié)基因表達、招募染色質(zhì)修飾物、調(diào)節(jié)X染色體失活、染色體重組、基因組印記、蛋白質(zhì)折疊和蛋白質(zhì)活性等［2］。與微小 RNA(microRNA，miRNA)相比，lncRNA序列更長、空間結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、信息含量更加豐富，可能是遺傳信息表達調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的一個核心［3-4］。目前l(fā)ncRNA的功能和作用機制雖然尚不完全清楚，但已有研究顯示lncRNA參與內(nèi)分泌代謝疾病的發(fā)生發(fā)展，成為診斷和治療肥胖、糖尿病、高脂血癥等疾病標(biāo)志物和潛在的治療靶點。本文就lncRNA的生物學(xué)功能及其在內(nèi)分泌代謝疾病研究中的進展作綜述。

1 lncRNA的生物學(xué)特性和作用機制

lncRNA是RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物，位于細胞核或胞質(zhì)內(nèi)，缺乏蛋白質(zhì)編碼功能。根據(jù)lncRNA與其相鄰蛋白編碼基因的位置關(guān)系，lncRNA可分為正義lncRNA、反義lncRNA、雙向lncRNA、基因內(nèi)lncRNA和基因間 lncRNA［2］，這種位置關(guān)系對于推測lncRNA的功能有很大幫助。lncRNA具有保守的二級結(jié)構(gòu)、剪切形式以及精確的亞細胞定位［5］，在不同組織和發(fā)育階段的表達具有特異性［6-7］，這些特征對其在疾病發(fā)生中的作用有很重要影響。

lncRNA可通過各種分子機制在X染色體失活、基因印跡、染色體修飾、轉(zhuǎn)錄、翻譯、蛋白質(zhì)的活性調(diào)控以及RNA的可變剪切調(diào)控等過程中發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。研究表明lncRNA的作用方式如下:(1)lncRNA通過招募染色質(zhì)重構(gòu)和組蛋白修飾復(fù)合體到特定位點，改變DNA/RNA甲基化狀態(tài)、染色體結(jié)構(gòu)和修飾狀態(tài)，進而控制基因表達。如HOXC基因簇轉(zhuǎn)錄的lncRNA HOTAIR，會募集染色質(zhì)修飾復(fù)合體PRC2，并將其定位到HOXD基因簇位點，改變該區(qū)域的染色質(zhì)修飾狀態(tài)，進而抑制HOXD基因表達［8］。同樣，Xist、Airn 及 Kcnq1ot1 這些 lncRNA 能通過招募相應(yīng)的重構(gòu)復(fù)合體，實現(xiàn)表觀遺傳學(xué)沉默［9-11］。(2)lncRNA通過作為配基，與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合形成復(fù)合體，控制基因轉(zhuǎn)錄活性，如小鼠的lncRNA Evf2，一段轉(zhuǎn)錄自Dlx5和Dlx6基因間的超保守遠端增強子，它能募集轉(zhuǎn)錄因子DLX和MECP2蛋白至 Dlx5/6附近，調(diào)控 Dlx5、Dlx6和 Gadl的表達［12］。還有一些lncRNA本身就是轉(zhuǎn)錄因子，如lncRNA HSR1可以同HSF1、eEF1A共同形成復(fù)合物，在細胞熱休克應(yīng)激反應(yīng)時調(diào)節(jié)熱休克蛋白表達［13］。(3)lncRNA通過與編碼蛋白基因轉(zhuǎn)錄本形成互補雙鏈，直接參與到mRNA可變剪切、RNA編輯、蛋白翻譯及轉(zhuǎn)運等轉(zhuǎn)錄后調(diào)控過程中，如lncRNA Zeb2能夠與HOX位點轉(zhuǎn)錄的mRNA的一個內(nèi)含子的5’端剪切位點形成雙鏈，抑制該內(nèi)含子被剪切［14］，該區(qū)域含有Zeb2蛋白表達必須的核糖體結(jié)合點，從而增加Zeb2蛋白的表達量。lncRNA BACE1-AS與正義BACE1 mRNA相結(jié)合增強BACE1 mRNA的穩(wěn)定性，從而增加BACE1蛋白的表達量［15］。(4)lncRNA可作為一種競爭性內(nèi)源性RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)與miRNA之間互相調(diào)控［16］。在一些腫瘤細胞和特定組織中，lncRNA攜帶有某些miRNA的“種子序列”，像海綿一樣結(jié)合miRNA，從而阻止miRNA同其靶mRNA結(jié)合［17］。(5)lncRNA可加工產(chǎn)生小分子RNA，作為小分子RNA(如miRNA、piRNA、mascRNA)的前體分子轉(zhuǎn)錄［18］。

另外，隨著對lncRNA研究越來越深入，研究者也將發(fā)現(xiàn)更多l(xiāng)ncRNA調(diào)控模式。最新研究發(fā)現(xiàn)lncRNAs還可以輕易地找到并結(jié)合附近的基因，在可重組遺傳物質(zhì)的幫助下，拉動其它的相關(guān)基因，遷移到新的位點，構(gòu)建起一個“功能空間”(compartment)，在那里許多基因同時受到調(diào)控［19］。

2 lncRNA參與調(diào)控糖尿病的發(fā)生發(fā)展

糖尿病是一種由遺傳因素與環(huán)境因素相互作用而引起的糖代謝性疾病。目前，已經(jīng)報道的2型糖尿病基因易感位點有近60個。而Pullen等［20］發(fā)現(xiàn)55個2型糖尿病的易感基因位點中，有9個主要SNP位點150 kb范圍內(nèi)含有胰島 lncRNA，提示lncRNA與糖尿病易感性相關(guān)。Morán等［21］檢測了人胰島β細胞基因組轉(zhuǎn)錄圖譜發(fā)現(xiàn)1 128個lncRNAs，Refseq數(shù)據(jù)庫中具有注釋的基因中只有9.4%是胰島特異性表達的，但是55%的基因間 lncRNA和40%的反義 lncRNA具有胰島組織特異性，這些lncRNA在胚胎胰腺祖細胞時是失活的，在胰島細胞分化和成熟過程中逐漸被激活，推測人類的胰島細胞lncRNA是以高度組織特異模式轉(zhuǎn)錄的。

胰島β細胞功能缺陷和胰島素抵抗是2型糖尿病的主要發(fā)病機制。胰島β細胞位于胰島內(nèi)，是體內(nèi)胰島素的唯一來源。Morán等［21］進一步檢測了14個具有胰島細胞特異性lncRNA在2型糖尿病患者胰島β細胞中的表達情況，發(fā)現(xiàn)lncRNA HI-LNC25顯著上調(diào)，抑制其表達可正向調(diào)節(jié)胰島轉(zhuǎn)錄因子GLIS3 mRNA的表達。GLIS3編碼一種胰島轉(zhuǎn)錄因子，它的突變發(fā)生在包括2型糖尿病風(fēng)險變異位點在內(nèi)的單基因糖尿病中，提示反義lncRNA能調(diào)控人類胰島β細胞單基因疾病的蛋白編碼基因。同樣，細胞周期素依賴性激酶4抑制因子(inhibitor of cyclin-dependent kinase 4，INK4)位點的反義 lncRNA(antisense noncoding RNA in the INK4 locus，ANRIL)作為一個基因敏感位點與冠心病及2型糖尿病密切相關(guān)。Jarinova等［22］發(fā)現(xiàn) ANRIL轉(zhuǎn)錄物與 p15INK4b有很好的相關(guān)性，在全血中，ANRIL轉(zhuǎn)錄物能夠直接影響p15INK4b的表達。而動物模型研究顯示p15INK4b的過表達可引起小鼠胰島發(fā)育不全并出現(xiàn)糖尿病癥狀［23］。Cunnington 等［24］發(fā)現(xiàn) lncRNA ANRIL 表達下降與糖尿病相關(guān)風(fēng)險的易感基因突變(rs10811661-T和rs2383208-A)密切相關(guān)，其表達下調(diào)可以導(dǎo)致糖尿病在內(nèi)的多種疾病的發(fā)生。

迄今發(fā)現(xiàn)80%已知的印記基因傾向于成簇分布于16個不同的基因組區(qū)域內(nèi)，進而形成不同的印記基因簇，這些基因簇內(nèi)包含著來源于不同父母本的多個基因［25］。有趣的是，在目前已知的印記簇內(nèi)，都包含有l(wèi)ncRNA。一些印記基因編碼與生長因子和能量代謝相關(guān)的劑量敏感性蛋白，且與在同一等位基因相連的抑制蛋白質(zhì)編碼基因表達的lncRNA相關(guān)。lncRNA MEG3(maternal expressed gene 3)是小鼠母系印記基因Glt2(gene-trap locus 2)的人類同系物，位于人染色體14q32.3上，長度約為1.6 kb，由10 個外顯子組成［26］。Wallace等［27］發(fā)現(xiàn)與 1 型糖尿病相關(guān)性最強的SNP rs941576位于14號染色體14q32.28的一個完整印跡區(qū)域，而此區(qū)域位于lncRNA MEG3的第6個內(nèi)含子內(nèi)。進一步研究發(fā)現(xiàn)lncRNA MEG3單核苷酸多態(tài)性可調(diào)節(jié)父系表達基因跨膜蛋白delta-like 1(DLK1)和逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子樣1(retrotransposon-like 1，RTL1)的表達，從而導(dǎo)致1型糖尿病的發(fā)生與發(fā)展。Kameswaran等［28］發(fā)現(xiàn) lncRNA MEG3在2型糖尿病患者的胰島內(nèi)表達下調(diào)，其表達下調(diào)可能與MEG3啟動子超甲基化有關(guān)，而MEG3啟動子的超甲基化可能是miRNA-29a調(diào)控通路作用的結(jié)果［29］，因此miRNA-29a可能通過某種調(diào)控通路參與lncRNA MEG3的甲基化，從而導(dǎo)致糖尿病的發(fā)生與發(fā)展。Kcnq1ot1是由遺傳印記Kcnq1區(qū)的一個內(nèi)含子的印跡控制區(qū)父源性非等位基因轉(zhuǎn)錄而成的、長度為91.5 kb的長鏈反義非編碼RNA［11］。Kcnq1ot1的啟動子在母本染色體上被甲基化而在父本染色體上非甲基化，在父本中Kcnq1ot1 RNA產(chǎn)物與8～10個蛋白質(zhì)編碼基因的沉默相關(guān)聯(lián)。Morán等［21］發(fā)現(xiàn)2型糖尿病患者胰島β細胞內(nèi)Kcnq1ot1表達明顯高于正常人，上述研究提示，lncRNA通過參與調(diào)控印記基因表達，在一定程度上影響胰島β細胞的功能，可能是人群糖尿病發(fā)生發(fā)展的遺傳因素之一。

胰島素抵抗主要指胰島素敏感細胞對胰島素介導(dǎo)的葡萄糖攝取及處置的抵抗。胰島素通過與靶器官上特異的胰島素和胰島素樣生長因子受體(insulin-like growth factor receptor，IGFR)結(jié)合調(diào)節(jié)葡萄糖的代謝。目前已有研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA能夠通過調(diào)控IGFR參與調(diào)控胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)［30］。Keniry等［31］發(fā)現(xiàn)lncRNA H19通過加工生成miR-675，抑制胰島素樣生長因子1型受體(IGF-1R)mRNA的翻譯，間接減少IGF-1R的表達。Mutskov等［32］發(fā)現(xiàn)用高濃度葡萄糖刺激胰島β細胞后，lncRNA Airn表達上調(diào)。進一步研究發(fā)現(xiàn)Airn通過折疊胰島素樣生長因子2型受體(IGF-2R)啟動子區(qū)域抑制RNA聚合酶Ⅱ的募集，最終抑制IGF-2R表達［33］。此外，Ellis等［34］發(fā)現(xiàn)用胰島素和胰島素樣生長因子(IGF)處理大腸癌細胞后，lncRNA CRNDE的核轉(zhuǎn)錄本表達下降，反之，當(dāng)干擾lncRNA CRNDE中一段高度保守序列后，細胞內(nèi)胰島素/IGF信號通路應(yīng)答受抑制，提示結(jié)直腸瘤差異表達轉(zhuǎn)錄物lncRNA CRNDE可能既受到胰島素/IGF的調(diào)節(jié)，又反作用于胰島素/IGF信號通路。

上述研究表明，lncRNA在胰島細胞功能和胰島素信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方面起著重要作用，為糖尿病發(fā)病機制的研究提供了一個新的方向。

3 lncRNA參與調(diào)控脂肪代謝

肥胖是一種遺傳、環(huán)境等多種因素所致體內(nèi)能量過剩而引起機體脂肪總含量過多和(或)局部含量增多及分布異常，并可導(dǎo)致胰島素抵抗、2型糖尿病、高血壓、高脂血癥、冠心病甚至危及生命的慢性代謝性疾病。機體內(nèi)主要存在2類脂肪組織:白色脂肪組織(white adipose tissue，WAT)以儲存脂肪為主要功能，過多積聚會形成肥胖;棕色脂肪組織(brown adipose tissue，BAT)通過非寒顫性產(chǎn)熱機制，將儲存的脂肪以熱能的形式釋放出來，在機體的能量代謝與體溫維持等生物過程中發(fā)揮著重要的作用。

Sun等［35］通過對脂肪細胞分化過程中mRNA及帶polyA尾的長鏈非編碼RNA的表達譜進行了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)1 734個編碼基因及175個lncRNAs在白色及棕色脂肪細胞分化過程中被強烈誘導(dǎo)表達，其中有26種lncRNA在棕色和白色脂肪細胞由脂肪前體細胞分化為成熟細胞的過程中上調(diào)，敲除其中調(diào)控作用最強的10種lncRNA后，成熟脂肪細胞幾乎完全可以去分化為前體脂肪細胞，且脂肪細胞內(nèi)脂質(zhì)積累顯著下降。Yi等［36］分析了在3T3-L1細胞脂肪形成過程中帶polyA尾長鏈非編碼RNA的潛在功能，發(fā)現(xiàn)一類長度約為136 kb的超長鏈基因間非編碼 RNA(slincRAD)參與脂肪分化，進一步用slincRAD特異性的小干擾RNA使前脂肪細胞中的slincRAD表達沉默后，發(fā)現(xiàn)脂滴形成調(diào)控因子過氧化物酶體增殖物活化受體γ(PPARγ)水平降低，脂質(zhì)積累減少，證實了slincRAD參與脂肪細胞分化過程的作用。Xu等［37］發(fā)現(xiàn)PPARγ的共轉(zhuǎn)錄激活子lncRNA SRA在成熟的白色脂肪組織高表達，參與3T3-L1細胞脂肪脂滴形成，增加脂肪細胞胰島素敏感性及葡萄糖攝取功能，參與調(diào)控細胞周期、胰島素和炎癥信號的信號通路。

lncRNA除了可調(diào)控白色脂肪的形成外，還參與了棕色脂肪細胞的分化與代謝功能。棕色脂肪細胞表面有腎上腺素受體，細胞內(nèi)含有大量線粒體。線粒體內(nèi)膜上的解偶聯(lián)蛋白1(uncoupling protein 1，UCP1)可引起線粒體氧化呼吸的電子傳遞和ATP產(chǎn)生解偶聯(lián)作用，從而降低脂肪酸氧化代謝的產(chǎn)能效率，大量能量以熱能的形式散發(fā)［38］。Zhao等［39］發(fā)現(xiàn)棕色脂肪lncRNA 1(Blnc1)作為核lncRNA，通過與轉(zhuǎn)錄因子EBF2形成核糖核蛋白復(fù)合物刺激UCP1基因和線粒體基因的表達，從而促進棕色和米色脂肪細胞分化和功能。另外，研究發(fā)現(xiàn)棕色脂肪與骨骼肌細胞有共同的分化來源，都源自Myf5+成肌細胞［40］。而在分化成熟過程中，棕色脂肪和骨骼肌在形態(tài)和功能上逐漸產(chǎn)生一定的差異。Zhang等［41］比較了棕色脂肪和骨骼肌的長鏈非編碼RNA表達譜，發(fā)現(xiàn)了704上調(diào)和896下調(diào)差異表達的lncRNAs，進一步發(fā)現(xiàn)lncRNA AK003288可能通過作用于親聯(lián)蛋白2(Jph2)在棕色脂肪和骨骼肌分化成熟及相互轉(zhuǎn)化中發(fā)揮作用。上述研究提示，lncRNA參與了棕色脂肪前體細胞向成熟的脂肪細胞分化的過程，并且可能在成肌祖細胞向功能特異性細胞定向分化過程中起到了指導(dǎo)性的作用，以lncRNA為靶標(biāo)，挖掘參與棕色脂肪生成的分子機制，將有可能促進解決棕色脂肪獲取的技術(shù)難題，從而為肥胖的治療帶來新的方向。

然而，機體內(nèi)不同部位的脂肪組織也存在一些差異，lncRNA在脂肪中的作用具有位點的特異性。Divoux等［42］通過分析人體脂肪異質(zhì)性的基因調(diào)控通路，發(fā)現(xiàn)lncRNA HOTAIR表達于臀部脂肪組織中而在腹部脂肪組織中無表達，這種差異在體外分化過程中依然存在且第4天差異最為顯著，腹部前體脂肪細胞中異位表達的HOTAIR可增加細胞成脂分化率，且成脂分化相關(guān)基因PPARγ和LPL的表達顯著增加。

上述研究均表明，lncRNA參與脂肪前體細胞向成熟脂肪細胞分化的過程和脂滴的積累過程，且具有位點特異性，但具體的機制尚未闡明，尚需進一步的研究探索。

4 總結(jié)和展望

疾病的發(fā)生是細胞內(nèi)多個分子多個環(huán)節(jié)作用失調(diào)的結(jié)果，蛋白編碼基因僅僅是疾病發(fā)生過程中復(fù)雜分子網(wǎng)絡(luò)相互作用中的一部分。相對于蛋白編碼序列以及小分子RNA，lncRNA的研究還僅僅處于起步階段。lncRNA在哺乳動物基因組中普遍存在，擁有信號分子、誘餌分子、引導(dǎo)分子和骨架分子等不同角色，基因表達的每一個階段幾乎都有l(wèi)ncRNA參與調(diào)控，包括轉(zhuǎn)錄起始、延長、RNA加工、RNA穩(wěn)定和翻譯等生物學(xué)過程。

眾多證據(jù)表明許多內(nèi)分泌代謝疾病的發(fā)生發(fā)展與lncRNA的突變或失調(diào)有關(guān)，成為遺傳學(xué)和分子生物學(xué)關(guān)注的新熱點。lncRNA作為疾病診斷的標(biāo)志物和潛在的治療靶點，對于診斷和治療肥胖、糖尿病、高脂血癥等內(nèi)分泌代謝疾病具有重要意義。

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