邢曉蕊 呂海燕 趙紅桃

摘 要：長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）是指長度大于200個核苷酸的不參與蛋白質(zhì)編碼過程的DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。近年來，這類lncRNA在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)控基因表達(dá)方面的研究比較廣泛，已獲得較為深刻的認(rèn)知。最近人們認(rèn)識到lncRNA在許多的生理、病理途徑中發(fā)揮著一定的作用，比如干細(xì)胞全能性、神經(jīng)生長分化與腫瘤發(fā)生等。本文主要介紹lncRNA在人及動物中的功能及相關(guān)的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：lncRNA；表觀遺傳；腫瘤

基因組測序結(jié)果表明人基因組30億個堿基對中，僅有1.5%的核酸序列用于蛋白質(zhì)編碼，其余的98.5%的序列為非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNA）[ 1 ]。

隨著研究的深入，ncRNA的功能越來越受到人們的重視。在ncRNA 調(diào)控中，短鏈非編碼RNA在基因組水平調(diào)控基因表達(dá)、介導(dǎo)mRNA降解，導(dǎo)致染色質(zhì)結(jié)構(gòu)改變，進(jìn)而改變細(xì)胞命運。

長鏈非編碼RNA（lncRNA）是通過募集特定蛋白質(zhì)或參與microRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)等方式發(fā)揮不同的作用。并且，相關(guān)實驗數(shù)據(jù)顯示，lncRNA也可以調(diào)控機(jī)體的生長、發(fā)育等正常生理過程以及癌癥等病理過程。

在本篇綜述中，我們總結(jié)了最近的研究報告，試圖闡述人和動物中l(wèi)ncRNA的功能和其在表觀遺傳中的作用。

1 lncRNA的發(fā)現(xiàn)

RNA是具有高靈活性與準(zhǔn)確性的信息編碼分子，具有容易激活、修飾、轉(zhuǎn)運和降解的特點。在分子生物學(xué)領(lǐng)域中，信使RNA（mRNA）的主要作用就是指導(dǎo)氨基酸組裝成蛋白質(zhì)。然而，一些功能性的ncRNA，比如核糖體RNA（rRNA ）和轉(zhuǎn)運RNA（tRNA），其在蛋白質(zhì)翻譯過程中的功能也不容忽視。

在真核生物中，除參與蛋白質(zhì)翻譯過程的tRNA及rRNA這些功能性的ncRNA外，還存在著許多的不同長度的ncRNA。根據(jù)其大小可以將其分為很多類。

到現(xiàn)在為止，并不存在一個一致的標(biāo)準(zhǔn)來判定一個RNA分子是否屬于ncRNA。對于未知的RNA分子，分析其轉(zhuǎn)錄本的開放閱讀框（open reading frame，ORF）是被廣泛認(rèn)可的區(qū)分編碼RNA和ncRNA的初級標(biāo)準(zhǔn)。

2002年，日本科學(xué)家在小鼠全長cDNA文庫大規(guī)模測序中首次提出lncRNA的概念。lncRNA是指核苷酸數(shù)大于200的非編碼RNA轉(zhuǎn)錄本[ 2 ]。lncRNA種類豐富，功能復(fù)雜，位于不同的亞細(xì)胞核區(qū)域，在不同物種間序列保守性低，有組織與發(fā)育階段特異性，同時又是具有快速進(jìn)化潛力的ncRNA分子。lncRNA可轉(zhuǎn)錄自基因與非基因區(qū)域，包括基因的上游區(qū)域、基因間區(qū)域、基因內(nèi)部內(nèi)含子區(qū)域等。

現(xiàn)在，被認(rèn)定的編碼lncRNA基因的數(shù)量遠(yuǎn)比編碼蛋白質(zhì)基因的數(shù)量要多。數(shù)據(jù)分析表明，在人類基因組中有9640多種lncRNA，其中僅有大約100種的功能被報道[ 3，4 ]。

2 lncRNA的功能

LncRNA起初被認(rèn)為是沒有功能的轉(zhuǎn)錄垃圾。在經(jīng)過大量研究論證后，大多數(shù)的lncRNA被確定是轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中的關(guān)鍵調(diào)控因子，在細(xì)胞正常功能發(fā)揮中有著重要的影響。比如染色質(zhì)重塑、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運輸、細(xì)胞核亞結(jié)構(gòu)形成、干細(xì)胞多能性、體細(xì)胞重編程、發(fā)育調(diào)控、疾病發(fā)生等。在發(fā)揮這些功能時，lncRNA通過不同的作用途徑及方式實現(xiàn)基因表達(dá)的調(diào)控。包括順式調(diào)節(jié)與反式調(diào)節(jié)方式。另外，lncRNA可以借助蛋白質(zhì)與microRNA網(wǎng)絡(luò)這兩種不同途徑來發(fā)揮具體的作用[ 5 ]。

LncRNA在機(jī)體發(fā)育分化進(jìn)程中扮演著重要的角色。大腦發(fā)育過程中，神經(jīng)細(xì)胞和神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞分化時，lncRNA是動態(tài)表達(dá)的。

相關(guān)lncRNA基因的敲除會導(dǎo)致神經(jīng)元的分化異常。這些lncRNA主要通過和SOX2、PRC2復(fù)合體組分（REST和SUZ12）互作發(fā)揮其功能。其表達(dá)的異常會導(dǎo)致細(xì)胞分化的命運從神經(jīng)發(fā)生細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槟z質(zhì)發(fā)生細(xì)胞。這些結(jié)果表明lncRNA在神經(jīng)細(xì)胞命運決定過程中發(fā)揮著重要作用[ 5 ]。

最近，越來越多的證據(jù)證明lncRNA的突變和異常調(diào)節(jié)與許多復(fù)雜疾病的發(fā)展都有關(guān)，比如病毒感染、癌癥等。在病毒感染研究中beta2.7是一個受到較多關(guān)注的lncRNA。

通常，它可以特異地結(jié)合并抑制GRIM-19（gene associated with retinoid/interferon-induced mortality-19）在細(xì)胞內(nèi)的重新定位。當(dāng)細(xì)胞產(chǎn)生凋亡信號時，beta2.7對于穩(wěn)定線粒體膜電位和線粒體ATP具有重要作用。過量表達(dá)beta2.7 RNA會降低活性氧產(chǎn)生，可抑制細(xì)胞凋亡，它也可以避免代謝功能異常，這對于病毒生命周期的完成很關(guān)鍵。

在牛皮癬患者表皮表達(dá)的lncRNA PRINS（Psoriasis susceptibility-related RNA Gene Induced by Stress），可以調(diào)控牛皮癬病變組織中抑制細(xì)胞凋亡的G1P3基因的表達(dá)。

Meg3（Maternally expressed 3）是人類細(xì)胞中長度大約為1.6kb的lncRNA。在垂體瘤中，Meg3 RNA的異位表達(dá)會抑制腫瘤細(xì)胞的生長。這些結(jié)果顯示，Meg3 RNA有抑制生長的作用。Meg3 RNA在不同的癌癥中，發(fā)揮著不同的作用。

例如，在腦膜瘤中，它可抑制DNA的合成和刺激p-53介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄激活途徑；在舌鱗狀細(xì)胞癌中，它是重要的腫瘤抑制因子，并且在患者的舌鱗狀細(xì)胞癌成層中表現(xiàn)出了潛在的預(yù)后生物標(biāo)記物的特性。在前列腺癌中，lncRNA ANRIL（antisense non-coding RNA in the INK4 locus）的表達(dá)上調(diào)會導(dǎo)致腫瘤抑制子INK4a/p16和INK4b/p15的表達(dá)。

在乳腺癌、肝癌、胃腸癌和胰腺癌中，HOTAIR的表達(dá)上調(diào)與疾病不良預(yù)后相關(guān)；同時它也會增強(qiáng)癌細(xì)胞的侵染力和轉(zhuǎn)移力。

LncRNA PCAT-1為多梳抑制復(fù)合物（PRC2）的靶基因，在疾病進(jìn)程中可以促進(jìn)細(xì)胞的增殖。LncRNA在染色質(zhì)重塑、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控中扮演著重要的角色。它們的錯誤表達(dá)會賦予腫瘤細(xì)胞發(fā)生、生長和新陳代謝的能力。

最近，研究者通過基因組計算分析確定了一個翻譯調(diào)控lncRNA（trlncRNA）。在一些臨床乳腺癌和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移樣本中發(fā)現(xiàn)trlncRNA的表達(dá)是上調(diào)的。

除此之外，trlncRNA會通過抑制上皮E-cadherin mRNA的翻譯從而使其表達(dá)下調(diào)。這或許可以解釋，在體內(nèi)外實驗中發(fā)現(xiàn)的trlncRNA 的表達(dá)會刺激腫瘤的浸潤和轉(zhuǎn)移。

有報道稱，在尿道癌中，許多l(xiāng)ncRNA的表達(dá)譜都不同。這些研究預(yù)示著，通過對lncRNA在特異表型中的表達(dá)及其潛在機(jī)制的研究，lncRNA可能將被作為癌癥的預(yù)后生物標(biāo)記物[ 5 ]。

3 lncRNA與表觀遺傳的關(guān)系

染色質(zhì)是細(xì)胞核的主要組分，由DNA和蛋白質(zhì)組成。染色質(zhì)在DNA的包裝、復(fù)制和基因表達(dá)中發(fā)揮著重要的作用。一般認(rèn)為，表觀遺傳控制機(jī)制是在染色質(zhì)水平的調(diào)節(jié)，是DNA的序列不發(fā)生改變，而基因表達(dá)卻發(fā)生變化的遺傳機(jī)制，表現(xiàn)在兩代不同個體擁有相同的基因組DNA序列但卻發(fā)生了可遺傳的變異。目前關(guān)于其調(diào)控機(jī)制的研究集中在DNA的共價修飾（如甲基化）、組蛋白修飾、染色質(zhì)重塑、非編碼RNA等。

在癌癥中，組蛋白修飾和DNA甲基化這兩種表觀遺傳調(diào)控機(jī)制會導(dǎo)致lncRNA表達(dá)的異常。正常的黑色素細(xì)胞、角質(zhì)形成細(xì)胞和來源于黑色素瘤第一階段的細(xì)胞系中，可以轉(zhuǎn)錄抑癌lncRNA的13q14.3位點的甲基化水平很低。

然而，在第三階段或已轉(zhuǎn)移的黑色素瘤中，該位點上游的CpG島出現(xiàn)超甲基化現(xiàn)象。抑癌lncRNA 會因被甲基化而表達(dá)下調(diào)或沉默。然后，在癌變的過程中癌基因表達(dá)會上調(diào)[ 6 ]。使用DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶（DNMT）抑制劑5-azadC處理超甲基化的lncRNA，該lncRNA在24-96 h內(nèi)會被去甲基化而重新表達(dá)。

在結(jié)合使用組蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制劑治療后，超甲基化lncRNA 的表達(dá)會更加強(qiáng)。這些事實表明了在抑癌lncRNA 的沉默中，DNA甲基化與組蛋白修飾的相互協(xié)作。lncRNA在一些癌癥細(xì)胞中，可以通過調(diào)控一些關(guān)鍵基因來調(diào)整染色質(zhì)的表觀遺傳結(jié)構(gòu)。lncRNA基因通過miR-29調(diào)控meg3，并且在肝癌細(xì)胞中可調(diào)節(jié)相應(yīng)的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。

另外，在前列腺腫瘤中，過表達(dá)的lncRNA是與染色質(zhì)重塑蛋白（Bmi1、Ring2、Ezh2）一同作用的重要組分。在人類黑色素瘤細(xì)胞中，lncRNA所起到的表觀遺傳調(diào)控的重要性也有越來越多的證據(jù)支持[ 5，7，8 ]。

4 總結(jié)與展望

lncRNA種類復(fù)雜，功能繁多，目前僅確定了部分lncRNA的功能。表觀遺傳學(xué)是環(huán)境與遺傳相互作用的節(jié)點，在人類健康及科學(xué)研究中都有著重要的作用。

關(guān)于lncRNA是如何與蛋白質(zhì)、染色質(zhì)等相互作用的，一些特殊來源lncRNA 的功能是什么等問題仍是RNA研究領(lǐng)域的熱點。LncRNA與表觀遺傳學(xué)關(guān)系的研究，對于特定疾病的檢測、治療及預(yù)后提供了一種新的方法。然而，目前對于二者關(guān)系中關(guān)鍵節(jié)點及網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建研究仍然處于初步階段，相關(guān)研究還有待進(jìn)一步深入。

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