邵子益，薛琳琳，計(jì) 紅*，邵百卉，詹雪龍，牛春陽(yáng)，郭景茹，李士澤，楊煥民

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué) 動(dòng)物科技學(xué)院，黑龍江 大慶 163319；2.黑龍江職業(yè)學(xué)院，黑龍江 雙城 150111)

長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)作為一種具有200個(gè)以上核苷酸的非編碼轉(zhuǎn)錄物，其首次由OKAZAKI等[1]于2002年在小鼠全長(zhǎng)cDNA文庫(kù)大規(guī)模測(cè)序中描述，其種類繁多，占哺乳動(dòng)物基因組的80%[2]，但功能明確者甚少，曾被認(rèn)為是基因組中的暗物質(zhì)。而在2007 年，RINN等[3]報(bào)道了 1 條長(zhǎng) 2 200 bp 的功能性lncRNA 基因(HOTAIR)，并發(fā)現(xiàn) HOTAIR RNA 可與蛋白復(fù)合體 polycomb 相互作用，修飾染色質(zhì)，抑制HOX 基因的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而調(diào)節(jié)生物體的生長(zhǎng)發(fā)育。由于新一代高通量基因測(cè)序技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，近年來(lái)lncRNA受到越來(lái)越多研究者的廣泛關(guān)注，并提供了豐富的試驗(yàn)依據(jù)。目前認(rèn)為，lncRNA可涉及轉(zhuǎn)錄調(diào)控、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸和染色體重塑等重要的生物學(xué)功能，并參與細(xì)胞分化、生長(zhǎng)發(fā)育、應(yīng)激反應(yīng)和疾病發(fā)生發(fā)展等多種生物學(xué)進(jìn)程[4]。

盡管lncRNA在各種細(xì)胞過(guò)程中已經(jīng)成為一種關(guān)鍵的調(diào)控因子，但其在激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的潛在參與仍然未知[5]。lncRNA表達(dá)的失調(diào)可能導(dǎo)致體內(nèi)穩(wěn)態(tài)喪失，并與包括癌癥在內(nèi)的多種疾病有關(guān)。lncRNA不僅能參與X染色體失活、端粒生物學(xué)、染色體修飾以及基因組印記等多種生物學(xué)活性的調(diào)控，而且與人類各種疾病的發(fā)生發(fā)展相關(guān)。此外，大量的資料顯示其參與了哺乳動(dòng)物許多重要生理、病理過(guò)程，并起到了至關(guān)重要的生物學(xué)作用[6]。有研究顯示，lncRNA是一種重要的信號(hào)通路調(diào)節(jié)因子，在轉(zhuǎn)錄時(shí)、轉(zhuǎn)錄后以及表觀遺傳學(xué)水平上調(diào)節(jié)如P53、NF-κB和MAPK等信號(hào)通路的基因表達(dá)?，F(xiàn)對(duì)lncRNA與相關(guān)信號(hào)通路的生物學(xué)功能研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 lncRNA對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控

lncRNA介導(dǎo)的基因調(diào)控機(jī)制多種多樣，這可能歸因于其與DNA、RNA或蛋白質(zhì)相互作用的能力有關(guān)。例如，lncRNAs可作為促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的信號(hào)、抑制轉(zhuǎn)錄的誘餌以及表觀遺傳調(diào)節(jié)因子，最后還可以與各種蛋白質(zhì)伙伴相互作用而形成核糖核蛋白復(fù)合物的支架[7-9]。根據(jù)基因表達(dá)水平，lncRNA介導(dǎo)的基因表達(dá)可能在轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)生。

1.1 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控在轉(zhuǎn)錄時(shí)，lncRNA能夠受轉(zhuǎn)錄復(fù)合物或DNA元件(如參與轉(zhuǎn)錄的啟動(dòng)子)的影響并與其相互作用，從而直接參與轉(zhuǎn)錄過(guò)程。lncRNA通過(guò)招募染色質(zhì)修飾酶而間接地參與染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)過(guò)程，并導(dǎo)致了大量基因的表達(dá)或抑制。例如：根據(jù)靶蛋白的性質(zhì)，DNA結(jié)合蛋白通過(guò)與lncRNA的相互作用可以阻止蛋白質(zhì)與DNA識(shí)別元件的結(jié)合從而誘導(dǎo)或抑制轉(zhuǎn)錄過(guò)程。KINO等[10]研究表明，GAS5通過(guò)占據(jù)糖皮質(zhì)激素受體的DNA結(jié)合域并與DNA上的糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件競(jìng)爭(zhēng)，而阻止糖皮質(zhì)激素受體進(jìn)入靶DNA。

此外，MELLER等[11]報(bào)道，lncRNA可以招募染色質(zhì)修飾酶，從而影響其表觀遺傳學(xué)水平的表達(dá)。其中一個(gè)顯著的例子就是HOTAIR，它通過(guò)與多克隆抑制復(fù)合物2(polycomb repressive complex 2，PRC2)的相互作用對(duì)癌癥轉(zhuǎn)移方面起著關(guān)鍵作用[12]。由于受到HOTAIR的影響，組蛋白(H3K27)的甲基化模式與基因表達(dá)會(huì)發(fā)生改變，進(jìn)而促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的侵襲。此外，HOTAIR被抑制后可以導(dǎo)致細(xì)胞入侵的減少。這主要是因?yàn)镠OTAIR作為組蛋白修飾酶的支架而影響了特定基因的表達(dá)[13]。

1.2 轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控轉(zhuǎn)錄后調(diào)控主要涉及mRNA的穩(wěn)定性、蛋白質(zhì)穩(wěn)定性、亞細(xì)胞定位和翻譯調(diào)控等過(guò)程。以c-Myc為例，mRNA的轉(zhuǎn)化是轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的一種主要機(jī)制，部分通過(guò)3′-非翻譯區(qū)(3′-UTR)中的AU富集元件和ARE結(jié)合因子(如AUF1)進(jìn)行的結(jié)合，因?yàn)锳UF1的結(jié)合與靶基因的mRNA穩(wěn)定性有關(guān)[14]。為了驗(yàn)證這一觀點(diǎn)，HUANG等[15]的研究表明，Linc-RoR與異質(zhì)核核糖核蛋白(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein，hnRNP)和AUF1的相互作用影響了c-Myc的穩(wěn)定性。因此，Linc-RoR參與了如c-Myc等特定基因的mRNA穩(wěn)定性的選擇性調(diào)控。

而lncRNA介導(dǎo)基因表達(dá)的另一種機(jī)制是翻譯調(diào)控。YOON等[16]研究顯示，lincRNA-p21作為JunB和β-catenin翻譯的抑制劑，具有強(qiáng)烈的依賴性。mRNA-UTRs通常作為翻譯控制的調(diào)節(jié)因子。例如，反義lncRNA(UCHL1)通過(guò)增強(qiáng)5′重疊感覺(jué)蛋白編碼mRNA與活性多聚體的相互作用促進(jìn)UCHL1蛋白的合成[17]。HALABY等[18]研究顯示，p53的翻譯是可以通過(guò)其5′或3′UTR進(jìn)行調(diào)控。除此之外，ZHANG等[19]發(fā)現(xiàn)，Linc-RoR能夠通過(guò)與磷酸化的hnRNP I相互作用來(lái)抑制p53翻譯，并阻斷其與p53 5′-UTR的相互作用。

2 lncRNA與相關(guān)信號(hào)通路的研究進(jìn)展

2.1 lncRNA與NF-κB信號(hào)通路NF-κB 作為一種蛋白質(zhì)復(fù)合物，是由 p50、p65和IκB 組成的異源三聚體，可以控制轉(zhuǎn)錄的DNA、細(xì)胞存活和細(xì)胞因子的產(chǎn)生。NF-κB可以在所有動(dòng)物細(xì)胞類型中存在并參與細(xì)胞對(duì)刺激的反應(yīng)和介導(dǎo)多種生物學(xué)過(guò)程。NF-κB在調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)、炎癥反應(yīng)以及腫瘤的發(fā)生發(fā)展中均具有不可或缺的作用。NF-κB調(diào)節(jié)參與許多過(guò)程的基因表達(dá)，這些過(guò)程在癌癥的發(fā)生和發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，如增殖、遷移和凋亡等[20]。

lncRNA可以直接或間接地調(diào)控多種NF-κB途徑。lncRNA-Lethe是第一個(gè)被鑒定參與調(diào)節(jié)NF-κB信號(hào)通路的lncRNA。RAPICAVOLI等[21]研究結(jié)果顯示，Lethe在調(diào)節(jié)NF-κB通路中起積極作用，并通過(guò)典型的負(fù)反饋機(jī)制參與炎癥反應(yīng)?；罨腘F-κB促進(jìn)了Lethe的表達(dá)，并通過(guò)與RelA相互作用直接抑制了該途徑，從而減少了各種炎癥蛋白的產(chǎn)生[21]。核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB相互作用lncRNA(NKILA)是通過(guò)分析人類乳腺癌組織中的大量lncRNA所發(fā)覺(jué)的，其通過(guò)與NF-κB信號(hào)通路作用來(lái)抑制乳腺癌的轉(zhuǎn)移。NF-κB與NKILA的負(fù)反饋在防止炎癥刺激的乳腺上皮細(xì)胞中NF-κB通路的過(guò)度活化起著關(guān)鍵作用。NKILA的表達(dá)是受NF-κB通過(guò)與NKILA的啟動(dòng)子結(jié)合所影響而上調(diào)的，而大量的NKILA可以與NF-κB、IκB結(jié)合形成穩(wěn)固的復(fù)合物，為了防止IκB降解需要通過(guò)抑制IκB磷酸化所達(dá)成，從而抑制了NF-κB途徑的傳導(dǎo)[22]。而位于細(xì)胞核內(nèi)與lncRNA p50相關(guān)的COX-2外源RNA(PACER)，則可以直接與游離的p50結(jié)合，進(jìn)而抑制同源二聚體的形成，促進(jìn)異源二聚體的形成，提升轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)效應(yīng)，并提高COX-2的表達(dá)水平[23]。

此外，還有一些lncRNA作為下游的效應(yīng)因子來(lái)間接地調(diào)節(jié)該信號(hào)通路。據(jù)報(bào)道，HOTAIR在卵巢癌中的異常表達(dá)通過(guò)抑制DNA損傷反應(yīng)中的IκB-α來(lái)誘導(dǎo)NF-κB活化。它還可以增加NF-κB的關(guān)鍵靶基因MMP-9和IL-6的表達(dá)，并在DNA損傷反應(yīng)，細(xì)胞衰老和化學(xué)療法抗藥性中發(fā)揮重要作用[24]。ZHANG等[25]研究結(jié)果顯示，HOTAIR在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(RA)中是通過(guò)提高增殖速率和抑制炎癥反應(yīng)所表現(xiàn)保護(hù)作用，這可能與miR-138的表達(dá)和NF-κB信號(hào)通路的調(diào)節(jié)呈相關(guān)性。MALAT1可以通過(guò)與p65-p50異源二聚體相互作用來(lái)抑制下游TNF/IL-6的表達(dá)。生物信息學(xué)分析表明，MALAT1在上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中影響NF-κB/RelA的活性。lncRNA功能性基因間重復(fù)RNA元件(FIRRE)與OGD/R損傷相關(guān)?；诜肿由锛夹g(shù)，證明了FIRRE可以激活NF-κB信號(hào)通路。此外，NF-κB的活化對(duì)經(jīng)OGD/R處理的腦小膠質(zhì)細(xì)胞中FIRRE的表達(dá)產(chǎn)生促進(jìn)作用。因此，F(xiàn)IRRE和NF-κB形成一個(gè)正反饋環(huán)，以促進(jìn)NLRP3炎性小體，從而促進(jìn)了腦小膠質(zhì)細(xì)胞的OGD/R損傷[26-27]。

2.2 lncRNA與P53信號(hào)通路在正常細(xì)胞中，腫瘤抑制因子p53能夠保持在無(wú)法檢測(cè)到的低水平狀態(tài)。響應(yīng)激活信號(hào)(例如DNA損傷)而穩(wěn)定的蛋白質(zhì)會(huì)導(dǎo)致p53水平快速升高，并隨后抑制細(xì)胞生長(zhǎng)[28]。而在這其中，lncRNA在p53調(diào)控途徑中也起到了非常重要的作用。

SCHMITT等[29]證明，DNA損傷受p53介導(dǎo)的影響下使lncRNA-DINO的轉(zhuǎn)錄發(fā)生激活。lncRNA-DINO通過(guò)參與p53依賴的基因表達(dá)、細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞凋亡以響應(yīng)DNA損傷。在沒(méi)有DNA損傷的情況下，DINO的過(guò)表達(dá)可以有效地激活DNA損傷反應(yīng)途徑和細(xì)胞周期停滯。相反，當(dāng)抑制DINO的表達(dá)時(shí)，細(xì)胞對(duì)p53信號(hào)的反應(yīng)則減弱。DINO與p53蛋白的相互作用，增加其穩(wěn)定性并介導(dǎo)p53自動(dòng)擴(kuò)增環(huán)。通過(guò)敲除小鼠體內(nèi)的DINO基因或滅活啟動(dòng)子可抑制p53信號(hào)傳導(dǎo)，并緩解體內(nèi)急性放射綜合征。反饋環(huán)是經(jīng)可誘導(dǎo)的lncRNA通過(guò)其同源轉(zhuǎn)錄因子所產(chǎn)生的，其作用是使細(xì)胞信號(hào)網(wǎng)絡(luò)得以放大。lncRNA能夠調(diào)節(jié)p53，并影響細(xì)胞周期進(jìn)程。而p53的降解則是MDM2通過(guò)泛素-蛋白酶體途徑發(fā)生的。在翻譯水平上，MDM2與異質(zhì)核核糖核蛋白Ⅰ(hnRNPⅠ)的相互作用使p53的活性直接受到抑制。lncRNA-ROR攜帶一個(gè)hnRNPⅠ結(jié)合結(jié)構(gòu)域，該結(jié)構(gòu)域作用于p53 mRNA的5′-非翻譯區(qū)以抑制p53的翻譯，從而抑制p53介導(dǎo)的細(xì)胞周期停滯和凋亡。阿霉素治療后p53的誘導(dǎo)增加ROR的表達(dá)水平，p53的異位表達(dá)誘導(dǎo)ROR的產(chǎn)生，從而導(dǎo)致ROR-p53的自主調(diào)控反饋回路[30]。

某些天然反義轉(zhuǎn)錄物是重要的lncRNAs，可與互補(bǔ)RNA配對(duì)形成反義雙鏈RNA，其能夠引起靶mRNA的降解或翻譯抑制。例如，lncRNA-Wrap53是p53的天然反義轉(zhuǎn)錄物。高度保守的Wrap53可調(diào)節(jié)內(nèi)源性p53 mRNA水平，并通過(guò)靶向p53 mRNA的5′-非翻譯區(qū)進(jìn)一步誘導(dǎo)p53蛋白表達(dá)[31]。DNA損傷活化P21相關(guān)非編碼RNA(p21-associated lncRNA DNA-damage activated，PANDA)是一種位于CDKN1A-TSS基因上游約5 kB處的lncRNA，由特異性DNA損傷誘導(dǎo)。PANDA也是一種p53相關(guān)的調(diào)節(jié)性lncRNA，參與細(xì)胞周期進(jìn)展和凋亡[32]。lncRNA的異位表達(dá)與許多疾病過(guò)程有關(guān)，不過(guò)其潛在的分子機(jī)制尚不完全清楚。

2.3 lncRNA與NOTCH信號(hào)通路Notch信號(hào)通路對(duì)細(xì)胞的分化、凋亡或增殖等各種影響高度依賴于信號(hào)強(qiáng)度和細(xì)胞環(huán)境，在許多組織和細(xì)胞類型的正常發(fā)育中起關(guān)鍵作用。由于在分化、存活或增殖調(diào)控中的擾動(dòng)是惡性轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，因此Notch信號(hào)可能以幾種不同方式促進(jìn)癌癥的發(fā)展[33]。其中，lncRNA對(duì)Notch相關(guān)分子的功能和基因表達(dá)有較強(qiáng)的影響，可影響腫瘤等疾病的易感性，可作為潛在的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)[34]。

T細(xì)胞急性淋巴細(xì)胞白血病(T-ALL)是未成熟T細(xì)胞中的一種侵襲性腫瘤。在T-ALL 中，lncRNA-LUNAR1的上調(diào)表達(dá)可以通過(guò)NOTCH通路的活化來(lái)增加，并通過(guò)順勢(shì)激活(cis)的方式維持高表達(dá)水平的胰島素樣生長(zhǎng)因子受體1(insulin-like growth factor 1，IGF1R)，從而使細(xì)胞增殖加快。因此IGF1R是Notch1的靶點(diǎn)，Notch1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)是維持T-ALL細(xì)胞IGF1R高水平表達(dá)的必要條件[35]。TRIMARCHI等[36]認(rèn)為，由于Notch調(diào)控的lncRNA-LUNAR1具有增強(qiáng)IGF1R的能力，因此它們需要在體內(nèi)和體外進(jìn)行有效的T-ALL增殖，從而證實(shí)lncRNA是Notch信號(hào)傳導(dǎo)途徑的重要下游靶標(biāo)，另外它們是T-ALL中致癌狀態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑。

除此之外，在T-ALL中，NALT表達(dá)的增加顯著促進(jìn)了細(xì)胞增殖。當(dāng)T-ALL發(fā)病后，lncRNA-NALT會(huì)受到NOTCH通路的影響，其表達(dá)水平也是明顯升高的，并隨后通過(guò)轉(zhuǎn)錄激活的方式顯著促進(jìn)細(xì)胞惡性增殖[37]?；罨腘otch1能夠誘導(dǎo)特定的神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞系中的lncRNA-TUG1發(fā)生表達(dá)，在膠質(zhì)瘤干細(xì)胞內(nèi)促進(jìn)干細(xì)胞的自我更新，提示NOTCH信號(hào)通路參與干細(xì)胞干性維持的調(diào)控作用。在細(xì)胞質(zhì)中，miR-145經(jīng)TUG1誘變后能夠?qū)?xì)胞自我更新產(chǎn)生促進(jìn)作用。在細(xì)胞核中，TUG1通過(guò)募集多梳狀復(fù)合物與YY1結(jié)合，從而允許位點(diǎn)特異性H3K27組蛋白甲基化，從而抑制基因突變。此外，將TSG1與反義寡核苷酸靜脈內(nèi)給藥可在體內(nèi)誘導(dǎo)神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞系的分化，并有效抑制其增殖[38]。

2.4 lncRNA與MAPK信號(hào)通路細(xì)胞增殖分化、轉(zhuǎn)化和凋亡等過(guò)程均能被MAPK信號(hào)通路所調(diào)控。MAPK途徑與包括炎癥和腫瘤在內(nèi)的各種疾病的發(fā)生均相關(guān)。MAPK信號(hào)傳導(dǎo)主要包括4個(gè)途徑：ERK、JNK/SAPK、P38和ERK5/BMK1。這些途徑可以被不同的刺激激活，并且這些途徑之間存在廣泛的串?dāng)_，導(dǎo)致它們之間的相互協(xié)同或抑制。作為重要的調(diào)控基因，許多l(xiāng)ncRNA已經(jīng)被證實(shí)可以調(diào)控MAPK通路[39]。

WANG等[40]研究結(jié)果表明，miR-181a受SNHG12沉默而上調(diào)來(lái)抑制MAPK1和MAP2K1的表達(dá)，從而通過(guò)降低磷酸化的MAPK1(p-MAPK1)、磷酸化的MAP2K1(p-MAP2K1)和Slug水平來(lái)抑制MAPK/Slug途徑。KONG等[41]認(rèn)為，lncRNA-XIST通過(guò)microRNA發(fā)揮作用來(lái)影響途徑的激活。XIST通過(guò)靶向miR-194-5p樣ceRNA并降低其表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)MAPK1。沉默的XIST抑制肝癌細(xì)胞的增殖并降低其侵襲性。

單獨(dú)的肺腺癌轉(zhuǎn)錄本1(MALAT1)的過(guò)表達(dá)顯著增加了p38/MAPK和NF-κB的水平。據(jù)報(bào)道，MALAT1通過(guò)激活p38/MAPK/NF-κB介導(dǎo)心力衰竭的發(fā)展和炎癥反應(yīng)。此外，在敗血癥的炎癥反應(yīng)中，p38/MAPK/NF-κB可能在MALAT1信號(hào)的下游[42]。也有研究顯示，H19過(guò)度表達(dá)可導(dǎo)致p38和p65的升高，MAPK和NF-κB信號(hào)通路的關(guān)鍵因素分別是p38和p65，提示lncRNA H19可激活HUVEC和VSMC中的MAPK和NF-κB信號(hào)通路，說(shuō)明lncRNA H19具有促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞遷移的作用。MAPK和NF-κB信號(hào)通路均參與動(dòng)脈粥樣硬化的調(diào)節(jié)[43]。

3 總結(jié)與展望

到目前為止，lncRNA 與相關(guān)信號(hào)通路的生物學(xué)功能研究提高了我們對(duì)細(xì)胞生物學(xué)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的理解，尤其是在腫瘤方面。然而在許多類型的癌癥和慢性疾病中，lncRNA的差異表達(dá)已經(jīng)揭示了lncRNA相互作用的復(fù)雜分子機(jī)制。盡管lncRNA目前作為治療癌癥的潛在靶標(biāo)處于研究的早期階段，但某些小分子lncRNA已作為靶向藥物進(jìn)入臨床試驗(yàn)。預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)會(huì)有更多與各種信號(hào)通路相關(guān)的lncRNA被識(shí)別出來(lái)。預(yù)期lncRNA的靶向治療將會(huì)在臨床上的應(yīng)用變得廣泛，改善生活質(zhì)量并延長(zhǎng)患者的生存期。因此，lncRNA可以更好地被研究，并有助于癌癥和其他疾病的診斷、治療和預(yù)后。