郭澤慧，蘭 茜，李 祥，劉成利，黃勇富

（西南大學(xué)動(dòng)物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，重慶市牧草與草食家畜重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶市草食動(dòng)物資源保護(hù)與利用工程技術(shù)研究中心，重慶 400715）

長期以來，疾病是影響畜禽業(yè)發(fā)展的重要因素，在生產(chǎn)過程中大多通過加強(qiáng)管理和使用藥物等傳統(tǒng)方法以短期解決畜禽疾病問題，但這不能從根本上控制和解決疾病的流行[1]，且長期使用藥物會(huì)使機(jī)體產(chǎn)生耐藥性，也無法完全確保藥物在動(dòng)物體內(nèi)的殘留狀況。疾病的發(fā)生與遺傳和環(huán)境有關(guān)，因此可以從遺傳角度選擇抗病性較高的個(gè)體，提高整體群體抗病力[2]。

抗病能力關(guān)乎畜禽的健康水平，是影響畜禽生長和繁殖的重要因素[3]?，F(xiàn)今研究較多的是轉(zhuǎn)基因技術(shù)和分子標(biāo)記輔助選擇（Marker Assisted Selection，MAS），兩者從選擇抗性基因出發(fā)，改良品種，可以有效地進(jìn)行抗病育種[4]。雖然從轉(zhuǎn)基因技術(shù)和分子育種等方面進(jìn)行抗病選育可以在一定程度上改變畜禽的生長性能，但畜禽很多生物性狀不僅發(fā)生在DNA 水平，也會(huì)受到mRNA 轉(zhuǎn)錄水平及翻譯水平等影響，因此要考慮不同水平的影響，才能更加全面、準(zhǔn)確地探究畜禽的抗病選育。長鏈非編碼RNA（Long non-coding，LncRNA）是一種長度大于200 bp 且不具編碼能力的RNA，LncRNA 可通過DNA 甲基化、基因組印記、組蛋白修飾等參與表觀遺傳及轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮調(diào)控作用，同時(shí)在機(jī)體的正常生長發(fā)育、細(xì)胞的增殖分化以及疾病的病變、癌癥等方面也發(fā)揮重要作用[5]。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)LncRNA 表達(dá)異常時(shí)，一方面可通過調(diào)節(jié)鄰近基因的表達(dá)參與宿主的抗病毒應(yīng)答，另一方面可通過共表達(dá)的蛋白編碼基因的表達(dá)進(jìn)行功能調(diào)控，在抗病育種中發(fā)揮重要作用[6-7]。LncRNA 給畜禽的抗病育種提供了新的研究思路。

隨著分子生物學(xué)、分子遺傳學(xué)和基因工程技術(shù)的發(fā)展，抗病育種也將成為提高畜禽抗病力的重要手段。畜禽遺傳改良工作者應(yīng)將抗病性狀列為遺傳改良的目標(biāo)性狀之一，通過使用現(xiàn)代遺傳學(xué)方法提高畜禽抗病力，加強(qiáng)畜禽機(jī)體免疫能力，來達(dá)到提高畜禽生產(chǎn)效率，促進(jìn)畜禽業(yè)健康發(fā)展的終極目標(biāo)。因此，本文綜述畜禽抗病育種的現(xiàn)狀及LncRNA 在畜禽疾病調(diào)控中的研究進(jìn)展，揭示LncRNA 在畜禽抗病育種中的作用機(jī)制，以期為畜禽抗病育種工作提供一個(gè)新的視角。

1 LncRNA 調(diào)控作用機(jī)制

隨著高通量測序技術(shù)不斷發(fā)展，越來越多物種的基因圖譜被解析出來，研究發(fā)現(xiàn)基因組序列中只有2%可編碼蛋白，其余98% 的基因組序列不參與編碼功能，產(chǎn)生非編碼RNA（non-coding，ncRNA）。LncRNA 大多由RNA 聚合酶II 轉(zhuǎn)錄而來，存在于真核生物內(nèi)，無開放閱讀框，LncRNA 在一些癌癥或腫瘤性疾病中發(fā)揮作用，在畜禽疾病研究中也具有重要功能[8]。

1.1 LncRNA 通過表觀遺傳學(xué)調(diào)控疾病發(fā)生過程 表觀遺傳學(xué)是指在基因序列不改變時(shí)基因表達(dá)可遺傳的現(xiàn)象，其在生物體的發(fā)生和腫瘤的發(fā)生中起著重要作用，LncRNA 通過作為信號、誘餌、向?qū)Ш椭Ъ艿茸饔脵C(jī)制，與DNA、組蛋白修飾酶、異染色質(zhì)蛋白等結(jié)合，參與表觀遺傳調(diào)控[9-10]。例如，LncRNA-CASC9 表達(dá)失調(diào)可以引起食管癌等多種疾病，CASC9 通過與CBP 結(jié)合并修飾組蛋白乙?；险{(diào)LAMC2 表達(dá)，該研究表明CASC9 可作為疾病的預(yù)后生物標(biāo)記物[11]。H19 和Xist是最早被發(fā)現(xiàn)參與表觀遺傳調(diào)控的2 個(gè)LncRNA。Xist參與牛乳腺上皮細(xì)胞的炎性反應(yīng)，研究表明Xist 抑制由大腸桿菌或金黃色葡萄球菌引起的NF-κB 通路的磷酸化，抑制炎癥的發(fā)生，調(diào)節(jié)機(jī)體的免疫應(yīng)答[12-13]。除此之外，在果蠅中，LncRNA-hsrω 與dFUS 蛋白相互作用，可以通過敲低LncRNA-hsrω 的表達(dá)來降低dFUS 表達(dá)，參與神經(jīng)退行性疾病[14]。還有研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)與疾病相關(guān)的LncRNA 利用染色質(zhì)重塑結(jié)合招募特質(zhì)的染色體復(fù)合物，進(jìn)而影響機(jī)體調(diào)控[15]。例如，調(diào)控艾滋病病毒1 型（HIV-1）的LncRNA 招募含有DNMT3A這種脫氧核糖核酸甲基轉(zhuǎn)移酶的表觀重塑復(fù)合物，進(jìn)而引起RNA 定向轉(zhuǎn)錄基因沉默，表明該LncRNA 可能參與了病毒潛伏期過程[16]。

1.2 LncRNA 通過轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控疾病發(fā)生過程 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是LncRNA 參與基因調(diào)控的重要方式，在已知作用機(jī)制的LncRNA 中，大多數(shù)通過轉(zhuǎn)錄水平發(fā)揮調(diào)控作用。參與轉(zhuǎn)錄調(diào)控的LncRNA 可以與轉(zhuǎn)錄因子相互作用，激活或抑制下游基因的表達(dá)，也可與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合形成復(fù)合物調(diào)控鄰近蛋白編碼基因的表達(dá)，從而參與基因的轉(zhuǎn)錄過程[17]。例如LncRNAPvt1在白血病小鼠骨髓細(xì)胞中高表達(dá)，可通過轉(zhuǎn)錄因子MYC 發(fā)揮作用，而干擾Pvt1會(huì)引起骨髓分化表型[18]。另外，研究發(fā)現(xiàn)LncRNAMALAT1通過將轉(zhuǎn)錄因子Sp1 募集到啟動(dòng)子LTBP3 來促進(jìn)上游基因LTBP3的轉(zhuǎn)錄，在多發(fā)性骨髓瘤起調(diào)控作用[19]。

1.3 LncRNA 通過轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控疾病發(fā)生過程 研究表明，定位在細(xì)胞質(zhì)中的LncRNA 多通過參與轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達(dá)過程，主要通過調(diào)控RNA 的剪切、加工、拼接，參與翻譯水平、調(diào)節(jié)蛋白活性以及通過競爭性內(nèi)源RNA（Competing Endogenous RNAs，ceRNA）等發(fā)揮作用[20]。ceRNA 是RNA 間相互作用的一種新機(jī)制，已有很多LncRNA 通過ceRNA 調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄水平，如HSUR1、H19、CCAT1 等[21-23]。目前，ceRNA 在畜禽疾病中的研究相對較少，但同樣發(fā)揮著重要作用。例如，針對會(huì)引起神經(jīng)性疾病并使哺乳動(dòng)物的腦細(xì)胞持續(xù)性感染的Boran 病毒（BODV）研究中，Sun 等[24]研究發(fā)現(xiàn)LncRNA 在不同的BODV 菌株中發(fā)揮不同的調(diào)控作用，ceRNA 作用分析表明ENSMUST00000128469可能與 miR-22-5p、miR-206-3p、miR-302b-5p、miR-302c-3p、miR-1a-3p 相互作用調(diào)控細(xì)胞增殖、病毒感染等過程。另外，在牛上的研究發(fā)現(xiàn)，H19 在牛乳腺炎上皮細(xì)胞炎癥等疾病中發(fā)揮作用，H19 過表達(dá)可促進(jìn)促炎因子表達(dá)，激活NF-κB 信號通路，影響脂多糖誘導(dǎo)的炎癥性牛乳腺上皮細(xì)胞的免疫反應(yīng)，表明H19 可能在調(diào)節(jié)牛乳腺上皮細(xì)胞免疫反應(yīng)中起作用[22]。ceRNA 在人類腫瘤疾病中研究相對較多，如在人類肝癌發(fā)生過程中，Peng 等[23]檢測肝癌組織和非肝癌組織中CCAT1 的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)該LncRNA 在肝細(xì)胞癌組織中的表達(dá)明顯高于非肝癌組織中的表達(dá)水平，找到了與CCAT1 特異性結(jié)合的let-7 的內(nèi)源性靶點(diǎn)HMGA2 和c-myc，并發(fā)現(xiàn)CCAT1 與let-7 競爭性結(jié)合可以明顯降低肝癌細(xì)胞的增殖和遷移。此外，有研究顯示ceRNA 作用機(jī)制也在胃癌[25]、食管鱗狀細(xì)胞癌[26]等癌癥及其他人類疾病如糖尿病[27]、心血管疾病[28]等都發(fā)揮著重要的調(diào)控作用。了解LncRNA在人類疾病中的相關(guān)研究可為探究LncRNA 在畜禽疾病中如何發(fā)揮作用及抗病育種提供參考。

LncRNA 作為一種在不同生物學(xué)過程中發(fā)揮重要作用的調(diào)控因子，還可以通過與一些結(jié)合蛋白結(jié)合、在蛋白質(zhì)翻譯修飾后參與免疫反應(yīng)[29]。例如，Li 等[30]研究表明 linc1992 THRIL 與hnRNPL 蛋白結(jié)合可調(diào)節(jié)腫瘤壞死因子的表達(dá)，說明在調(diào)控宿主與病原體的相互作用中發(fā)揮關(guān)鍵作用，參與機(jī)體先天免疫反應(yīng)。

2 LncRNA 在抗病毒天然免疫反應(yīng)中的作用

近年來，研究顯示LncRNA 通過相關(guān)的免疫信號通路誘導(dǎo)下游相關(guān)基因進(jìn)行調(diào)控，在宿主抗病毒免疫反應(yīng)中起關(guān)鍵調(diào)控作用[31]。病毒感染宿主細(xì)胞后，一方面通過影響宿主中LncRNA 的表達(dá)以達(dá)到感染目的，使病毒得到繁殖；另一方面，病毒通過改變自身LncRNA 的表達(dá)來調(diào)控宿主的表達(dá)，達(dá)到隱性感染的目的，宿主細(xì)胞通過模式識別受體來識別病原相關(guān)模式分子，激活宿主天然免疫反應(yīng)，誘導(dǎo)抗病毒因子產(chǎn)生，進(jìn)而誘發(fā)抗病毒天然免疫反應(yīng)[32]。在病毒感染中，越來越多的LncRNA 已被證明通過調(diào)控干擾素（IFN）在多種病毒感染和抗病毒感染中發(fā)揮作用，IFN 在免疫信號通路中被誘發(fā)產(chǎn)生，激活干擾素刺激基因（ISGs）的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而影響病毒的復(fù)制與發(fā)生，誘發(fā)抗病毒反應(yīng)[33]。Hu 等[34]研究發(fā)現(xiàn)由IFN 和腫瘤壞死因子（TNF）介導(dǎo)抗病毒信號通路誘導(dǎo)LncRNA 差異表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)宿主免疫反應(yīng)，包括病原體識別受體（PRR）相關(guān)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)錄因子的易位和活化、IFN 和細(xì)胞因子的產(chǎn)生、IFN激活的JAK-STAT 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)以及抗病毒干擾素刺激基因的轉(zhuǎn)錄。劉洋等[35]以小鼠為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，用水皰性口炎病毒感染腹腔巨噬細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)LncBC47 敲除可通過提高 IRF3 的磷酸化水平與Ⅰ型干擾素的產(chǎn)生來進(jìn)行天然免疫應(yīng)答，從而抑制水皰性口炎病毒感染。除IFN 以外，LncRNA 也可調(diào)節(jié)TNF、白介素（IL）、Toll 樣受體等[36]細(xì)胞因子來影響天然免疫反應(yīng)，進(jìn)而引發(fā)宿主的抗病毒反應(yīng)。

隨著高通量測序技術(shù)的發(fā)展，通過轉(zhuǎn)錄組測序和生物信息學(xué)分析發(fā)現(xiàn)病毒感染引起的LncRNA 差異表達(dá)或失調(diào)，進(jìn)而影響抗病毒反應(yīng)，引起疾病發(fā)生（表1）。禽白血病[37]、馬立克氏病[38]、豬藍(lán)耳病[39]、豬腦心肌炎和水皰性口炎[40]等病毒是動(dòng)物養(yǎng)殖過程中常見的病毒性疾病，會(huì)引起LncRNA 差異表達(dá)，參與抗病毒反應(yīng)。禽白血病病毒和馬立克氏病病毒會(huì)引起雞的一些腫瘤性疾病，對雞的生長發(fā)育產(chǎn)生較大影響。Lan 等[37]通過轉(zhuǎn)錄組測序發(fā)現(xiàn)了17 個(gè)差異表達(dá)的LncRNA，可能在禽白血病感染過程中發(fā)揮作用，其中LOC-009715被證明與干擾素因子相互作用，參與先天免疫反應(yīng)。You 等[38]通過測序分析在脾臟組織中鑒定出了5 個(gè)差異表達(dá)的LncRNA，這些差異表達(dá)的LncRNA 與抗馬立克氏病的候選基因高度相關(guān)。豬德爾塔冠狀病毒（Porcine Deltacoronavirus，PDCoV）是一種新型的冠狀病毒，會(huì)引起豬腹瀉、嘔吐等，Tang 等[41]在感染的不同時(shí)期共篩選出了173 個(gè)可能與豬德爾塔冠狀病毒相關(guān)的差異表達(dá)的LncRNA。另外，在一些疾病相關(guān)研究中，研究者明確提出了LncRNA 表達(dá)與疾病的關(guān)系，例如在豬藍(lán)耳病研究中，甘立鵬[39]發(fā)現(xiàn)LncRNA TCONS_00179042 表達(dá)上調(diào)與豬感染繁殖與呼吸綜合征病毒有關(guān)。劉瑋等[40]利用轉(zhuǎn)錄組測序檢測發(fā)現(xiàn)LncRNA1 在豬腦心肌炎病毒、水皰性口炎病毒、單純皰疹病毒感染過程中表達(dá)量降低，提示在動(dòng)物機(jī)體感染病毒后，LncRNA1 特異性負(fù)調(diào)控I 型干擾素和促炎因子的產(chǎn)生。

表1 LncRNA 在動(dòng)物抗病毒免疫反應(yīng)中的研究

高通量測序的發(fā)展使研究者們發(fā)現(xiàn)了很多與疾病相關(guān)的LncRNA，也揭示了一些與抗病毒天然免疫反應(yīng)的LncRNA，表明在動(dòng)物機(jī)體被病毒感染后，先天免疫應(yīng)答引起的LncRNA 變化有助于闡明宿主對病毒的防御機(jī)制，使研究者們進(jìn)一步加深了對病毒發(fā)病機(jī)理的了解。但目前的研究鮮有說明這些LncRNA 在抗病毒天然免疫反應(yīng)中的具體作用機(jī)制，因此LncRNA 在抗病毒反應(yīng)中的如何發(fā)揮作用，在抗病育種中如何具體應(yīng)用還需要進(jìn)一步探究。

3 LncRNA 在抗菌反應(yīng)中的免疫調(diào)控作用

LncRNA 除了在抗病毒免疫反應(yīng)中具有調(diào)控作用外，其在調(diào)節(jié)宿主對細(xì)菌感染的免疫和炎癥反應(yīng)方面也發(fā)揮著重要作用。細(xì)菌是很多疾病的病原體，通過多種方式傳播，如分枝桿菌[42]、大腸桿菌[43-45]、金黃色葡萄球菌[46]、產(chǎn)氣莢膜梭菌[47]、沙門氏菌[48]等是生產(chǎn)養(yǎng)殖中常見的引起疾病的細(xì)菌，對動(dòng)物健康造成很大影響。在養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中，大多使用一些抗生素治療細(xì)菌感染，但長期使用可能會(huì)使動(dòng)物機(jī)體產(chǎn)生一定的耐藥性，因此，進(jìn)行疫苗研發(fā)或?qū)で笮碌闹委煼椒ㄊ羌逼鹊摹?/p>

研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA 可能通過調(diào)節(jié)自噬控制炎癥反應(yīng)，對細(xì)胞抵抗細(xì)菌的能力產(chǎn)生影響[49]。如牛分枝桿菌感染巨噬細(xì)胞后，LncRNA MEG3 表達(dá)降低，進(jìn)而抑制mTOR 和PI3K-AKT 信號傳導(dǎo)誘導(dǎo)細(xì)胞自噬，消除分枝桿菌[42]。另外，LncRNA 還通過調(diào)控一些蛋白、參與炎癥通路來參與疾病調(diào)控。奶牛乳腺炎是奶牛養(yǎng)殖過程中常見的一種炎癥，大腸桿菌和金黃色葡萄球菌是引起奶牛乳腺炎常見的致原菌，有研究顯示，奶牛乳腺上皮細(xì)胞發(fā)生炎癥時(shí)，LRRC75A-AS1 高表達(dá)，引起LRRC75A-AS1 mRNA 表達(dá)升高，細(xì)胞緊密連接蛋白降低，細(xì)菌對細(xì)胞的黏附和侵襲能力明顯升高，NF-κB 信號通路激活，從而參與乳腺上皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)，表明降低LRRC75A-AS1 的表達(dá)量可以緩解奶牛乳腺炎[43]。除此之外，還有研究表明LncRNA-TUB 也可能參與奶牛乳腺炎的發(fā)生，在炎癥應(yīng)答中發(fā)揮重要作用[46]。大腸桿菌種類多，除了可引起奶牛乳房炎外，也易引起動(dòng)物腸道性疾病，如產(chǎn)腸毒素性大腸桿菌（ETEC）易引起幼畜腹瀉。以小鼠為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的研究顯示，ETEC 在感染小鼠后，LncRNA ENSMUST00000122226 可能參與調(diào)控ETEC 引起的炎癥反應(yīng)的發(fā)生[44]。大腸桿菌F7菌株是大腸桿菌的一個(gè)菌株，也會(huì)引起綿羊腹瀉，黃賽男等[45]以服用大腸桿菌F7 菌株獲得的腹瀉型和非腹瀉型綿羊肝臟組織為實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行RNA-seq 測序，篩選得到34 個(gè)差異表達(dá)的LncRNA，分析發(fā)現(xiàn)這些LncRNA 富集到MAPK 信號通路、氧化磷酸化、綿羊甲狀腺激素信號通路等9 個(gè)重要通路。RNA-seq 測序的發(fā)展和應(yīng)用使更多在抗菌反應(yīng)中發(fā)揮作用的LncRNA被發(fā)現(xiàn)，如Huang 等[47]研究了C 型產(chǎn)氣莢膜梭菌感染仔豬后免疫應(yīng)答中LncRNA 的調(diào)控作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)480 個(gè)差異表達(dá)LncRNA 和3369 個(gè)mRNA，可能通過PPAR 信號通路、趨化因子信號通路和Toll 樣受體信號通路調(diào)節(jié)仔豬的免疫反應(yīng)，抵御C 型產(chǎn)氣莢膜梭菌感染。除此之外，該研究還發(fā)現(xiàn)差異表達(dá)的212 個(gè)LncRNA和505 個(gè)靶mRNA 與產(chǎn)氣莢膜梭菌感染病相關(guān)，25 個(gè)LncRNA 和13 個(gè)靶mRNA 顯示有抗細(xì)菌感染作用。

IFN 具有抗病毒、調(diào)節(jié)免疫的作用，LncRNA 通過IFN 在多種抗病毒感染中發(fā)揮作用，在抗菌反應(yīng)中也進(jìn)行調(diào)控。例如，沙門氏菌是一種常見的致病菌，存在一定的致病性，NeST 是一種基因間的LncRNA，研究發(fā)現(xiàn)NeST 通過表觀遺傳對干擾素-γ存在正向調(diào)節(jié)，具有抗腫瘤免疫特性[50]，參與沙門氏菌的調(diào)控。Gomez 等[48]研究證明NeST 通過促進(jìn)小鼠體內(nèi)IFN-γ的產(chǎn)生來促進(jìn)沙門氏菌的清除；該研究也發(fā)現(xiàn)NEAT1/2 表達(dá)降低時(shí)機(jī)體易被沙門氏菌感染，揭示該LncRNA 的存在有助于宿主防御沙門氏菌感染。

細(xì)菌不僅在人類的生活中廣泛存在并發(fā)揮作用，其對畜禽養(yǎng)殖的影響也不容忽視。已有研究發(fā)現(xiàn)了很多與畜禽抗菌反應(yīng)相關(guān)的LncRNA（表2），這些LncRNA一方面可以通過調(diào)節(jié)自噬控制細(xì)菌反應(yīng)，一方面可以通過調(diào)控蛋白發(fā)揮抗菌作用，通過測序分析獲得了部分可能與抗菌反應(yīng)相關(guān)的通路，但這些LncRNA 如何通過通路調(diào)控抗菌反應(yīng)需要進(jìn)一步研究。

表2 LncRNA 在動(dòng)物抗菌反應(yīng)中的研究

4 總結(jié)

畜禽疾病關(guān)系著國民經(jīng)濟(jì)效益以及人類食品安全，同時(shí)，對養(yǎng)殖業(yè)的長期健康發(fā)展影響頗大，因此對畜禽進(jìn)行抗病選育研究顯得尤為重要。近年來，LncRNA作用機(jī)制及功能研究受到越來越多研究者們的關(guān)注，LncRNA 已被證明通過多種調(diào)控形式介導(dǎo)免疫反應(yīng)。近年來，隨著現(xiàn)代測序技術(shù)和生物信息分析技術(shù)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)了很多參與抗病毒和抗菌反應(yīng)的LncRNA，并揭示了LncRNA 與疾病間存在調(diào)控關(guān)系，預(yù)測了LncRNA與下游基因或通路的調(diào)控機(jī)制，證明LncRNA 在畜禽疾病過程中發(fā)揮了重要作用。但LncRNA 具體通過哪些通路或基因發(fā)揮抗病毒和抗菌反應(yīng)，如何參與疾病的調(diào)控還不清楚。隨著人們對LncRNA 的深入了解，將有更多的研究者通過篩選與疾病相關(guān)的LncRNA 并鑒定其功能進(jìn)而挖掘出更多的LncRNA 作為畜禽抗病育種的遺傳標(biāo)記，為抗病育種的應(yīng)用提供選育遺傳位點(diǎn)，同時(shí)，有助于抗病育種在畜禽生態(tài)健康養(yǎng)殖中發(fā)揮重要作用。