嚴(yán) 平 ， 周媛媛 ， 賈永超 ， 郭 營(yíng) ， 王臨喜 ， 尹榮蘭 ， 郭忠博 ， 王 欣 ， 尹榮煥

(1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)與醫(yī)學(xué)學(xué)院 重要家畜疫病研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 ， 遼寧 沈陽 110866 ；2.吉林省畜牧獸醫(yī)科學(xué)研究院 ， 吉林 長(zhǎng)春 130062 ； 3.遼寧農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ， 遼寧 營(yíng)口115009)

長(zhǎng)鏈非編碼RNA(Long non-coding RNA，lncRNA)是一類長(zhǎng)度超過200個(gè)核苷酸的RNA。由于它不具有開放閱讀框因而缺乏蛋白編碼能力，或者僅能編碼短的多肽[1]。LncRNA廣泛存在于動(dòng)植物、酵母、原核生物與病毒等多種生物中，并在生物學(xué)過程中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。目前，基因表達(dá)調(diào)控是病原微生物與宿主關(guān)系中的熱門研究問題。研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA在病原微生物感染過程中起著重要的調(diào)控作用，與疾病的發(fā)生、發(fā)展息息相關(guān)。

1 LncRNA的分類及功能

在哺乳動(dòng)物基因組中僅少量轉(zhuǎn)錄成編碼RNA，大部分轉(zhuǎn)錄為非編碼RNA。而非編碼RNA中大多數(shù)是lncRNA，其余包括microRNA、circRNA和snoRNA等。LncRNA主要位于細(xì)胞核中，其次存在于細(xì)胞質(zhì)中，由RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄形成，經(jīng)過剪接、加帽和多聚腺苷酸化等加工過程可成為含有5′帽子和3′poly(A)尾結(jié)構(gòu)的成熟RNA分子。其與編碼RNA的區(qū)別在于具有更少的外顯子、較低保守性和更高的組織特異性[2]。

1.1 LncRNA分類 依據(jù)lncRNA相對(duì)于相鄰編碼基因的位置關(guān)系，其可分為5種類型[3]：正義lncRNA、反義lncRNA、雙向lncRNA、內(nèi)含子lncRNA和基因間lncRNA，其中基因間lncRNA研究較為透徹。LncRNA的數(shù)量龐大，作用方式多，其繁瑣的調(diào)控機(jī)制是緊密聯(lián)系而非彼此孤立的，充當(dāng)著信號(hào)分子、誘餌分子、引導(dǎo)分子、骨架分子等角色，作用于多種基因形成互作網(wǎng)絡(luò)在宿主的生理過程中扮演著重要的角色。

1.2 LncRNA功能 LncRNA參與了協(xié)調(diào)宿主狀態(tài)，代謝與發(fā)育，影響細(xì)胞的遷移、分化、周期與凋亡等各種不同的生物過程[4-5]。位于細(xì)胞核內(nèi)的lncRNA參與調(diào)控染色質(zhì)重塑、組蛋白修飾、基因轉(zhuǎn)錄、編碼基因的剪接和修飾等過程；而位于細(xì)胞質(zhì)中的lncRNA則調(diào)控編碼基因的穩(wěn)定性、翻譯和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)通路[6]。LncRNA可以與DNA、RNA和蛋白質(zhì)相互作用，且在表觀遺傳水平、轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平等多個(gè)水平調(diào)控基因的表達(dá),發(fā)揮生物學(xué)功能。

1.2.1 LncRNA在表觀遺傳水平的基因調(diào)控 表觀遺傳現(xiàn)象包括DNA甲基化、組蛋白修飾、基因組印跡、基因沉默等，均與lncRNA的調(diào)控密切相關(guān)。LncRNA作為向?qū)⑷旧|(zhì)修飾復(fù)合物招募到特定的基因組位點(diǎn)并賦予其催化活性來影響表觀遺傳效應(yīng)。LncRNA NeST通過與WD重復(fù)序列蛋白5(WD-repeat protein，WDR5)形成復(fù)合物來促進(jìn)組蛋白第三亞基四號(hào)賴氨酸三甲基化(Histone H3 lysine 4 methyl-transferase，H3K4 me3)的形成，激活CD8+T細(xì)胞中IFN-γ轉(zhuǎn)錄水平的增加[7]。LncRNA也參與印跡結(jié)構(gòu)域內(nèi)基因的調(diào)控，Zhang等(2014年)發(fā)現(xiàn)lncRNA Kcnq1ot1在Kcnq1等位基因的啟動(dòng)子上積累而介導(dǎo)等位基因的抑制，從而在Kcnq1基因印跡中發(fā)揮重要的作用[8]。

1.2.2 LncRNA在轉(zhuǎn)錄水平的基因調(diào)控 在真核生物中，lncRNA與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合形成復(fù)合物，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的活性從而調(diào)控轉(zhuǎn)錄過程。例如，lncRNA DHFR與二氫葉酸還原酶(Dihydrofolate reductase，DHFR)基因的上游啟動(dòng)子互補(bǔ)配對(duì)形成穩(wěn)定的螺旋結(jié)構(gòu)復(fù)合物阻礙轉(zhuǎn)錄因子(Transcription factor IID，TFIID)，與DHFR基因的啟動(dòng)子區(qū)域相結(jié)合，導(dǎo)致DHFR基因的轉(zhuǎn)錄受抑制[9]。LncRNA不僅可以招募轉(zhuǎn)錄因子到啟動(dòng)子，還可以招募增強(qiáng)子來啟動(dòng)基因的轉(zhuǎn)錄。Wang等(2014年)研究發(fā)現(xiàn)，在樹突狀細(xì)胞中l(wèi)ncRNA DC受到病原體刺激時(shí)可以調(diào)節(jié)多種轉(zhuǎn)錄因子的活性，激活的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子與轉(zhuǎn)錄激活子3(Signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)與lncRNA DC形成復(fù)合物，阻礙STAT3與蛋白酪氨酸磷酸酶1(SH2-containing protein tyrosine phosphatase，SHP1)結(jié)合使其去磷酸化，促進(jìn)酪氨酸705上的STAT3磷酸化[10]。此外，lncRNA作為誘餌分子或分子支架與轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合形成復(fù)合物，影響基因的轉(zhuǎn)錄過程。LncRNA NRON與鳥苷三磷酸酶激活蛋白及T細(xì)胞胞漿中活化細(xì)胞的核因子(Nuclear factor of activated T cells，NFAT)激酶的復(fù)合物作為激活核因子NFAT的分子支架，使NFAT從復(fù)合物中釋放出來并促進(jìn)核轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而啟動(dòng)基因轉(zhuǎn)錄[11]。

1.2.3 LncRNA在轉(zhuǎn)錄后水平的基因調(diào)控 LncRNA在轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)控包含mRNA的剪接和編輯、蛋白翻譯及轉(zhuǎn)運(yùn)等。其與蛋白編碼基因形成RNA雙鏈，成為mRNA的重疊基因中的順式調(diào)控元件，導(dǎo)致基因的可變剪切。細(xì)胞核中l(wèi)ncRNA MALAT1與細(xì)胞核斑點(diǎn)結(jié)構(gòu)域中的絲氨酸、精氨酸剪接因子相互作用，影響其分布并調(diào)節(jié)mRNA的可變剪接，可能通過調(diào)節(jié)細(xì)胞核區(qū)域中精氨酸蛋白的濃度，實(shí)現(xiàn)最佳的選擇性剪接[12]。LncRNA還參與調(diào)控mRNA的降解，是影響mRNA穩(wěn)定性的重要因素。Faghihi等(2008年)研究表明，貝塔分泌脢(Beta-secretase-1，BACE1)是在阿爾茨海默病中起關(guān)鍵作用的一種酶，發(fā)現(xiàn)體外引入BACE1的反義轉(zhuǎn)錄本(BACE1-antisense transcript，BACE1-AS)可保護(hù)BACE1的mRNA不被核糖核酸酶降解，并且沉默BACE1-AS后可促進(jìn)培養(yǎng)細(xì)胞BACE1的mRNA的降解，證明BACE1-AS與保護(hù)BACE1的mRNA不被降解密切相關(guān)[13]。由于lncRNA與microRNA的結(jié)構(gòu)相似，所以它可與microRNA競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合靶向mRNA或作為microRNA的海綿。有研究發(fā)現(xiàn)，H19可作為microRNA的海綿，間接調(diào)控microRNA下游靶基因的表達(dá)，從而介導(dǎo)多種類型疾病的發(fā)生和發(fā)展[14]。

2 LncRNA在細(xì)菌感染致病過程中的調(diào)控作用

LncRNA是宿主免疫系統(tǒng)發(fā)育及病原菌感染宿主的免疫應(yīng)答過程中新的調(diào)控分子，具有重要的功能。LncRNA XLOC-09813充當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA來穩(wěn)定原癌基因(FOS)的mRNA表達(dá)，作為調(diào)節(jié)Toll樣受體信號(hào)通路和相關(guān)的免疫功能中的關(guān)鍵調(diào)控分子[15]。LncRNA M2存在于M2巨噬細(xì)胞的胞核和胞漿內(nèi)，在轉(zhuǎn)錄因子STAT3作用下可以促進(jìn)lncRNA M2轉(zhuǎn)錄，并通過PKA/CREB途徑調(diào)控M2巨噬細(xì)胞的分化[16]?？傊琹ncRNA可通過調(diào)控染色質(zhì)甲基化狀態(tài)、NF-κB等信號(hào)通路和microRNA相互作用等模式介導(dǎo)病原菌感染過程。近年來，lncRNA在病原菌感染過程中發(fā)揮調(diào)控作用的研究情況見表1。

表1 LncRNA在病原菌感染過程中的調(diào)控機(jī)制研究

3 LncRNA在病毒感染致病過程中的調(diào)控作用

病毒可以通過誘導(dǎo)細(xì)胞的lncRNA的特異性表達(dá)，逃避抗病毒免疫系統(tǒng)監(jiān)視，降低抗病毒免疫力,提高病毒復(fù)制效率。同樣，細(xì)胞也可以特異性表達(dá)多種lncRNA來抵抗病毒感染。隨著高通量測(cè)序的發(fā)展，鑒定出多種lncRNA在病毒感染過程中的表達(dá)變化。在宿主的抗病毒反應(yīng)中l(wèi)ncRNA發(fā)揮著不可或缺的作用，lncRNA是病毒感染期間宿主免疫反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)控因子。近年來，lncRNA在病毒感染過程中發(fā)揮調(diào)控作用的研究情況見表2。

表2 LncRNA在病毒感染致病過程中的調(diào)控機(jī)制

根據(jù)lncRNA的來源可將病毒感染中發(fā)揮作用的lncRNA分為三類:病毒感染的細(xì)胞內(nèi)lncRNA、病毒編碼的lncRNA和由病毒與細(xì)胞共同形成的嵌合lncRNA。

3.1 病毒感染細(xì)胞內(nèi)lncRNA 病毒已被發(fā)現(xiàn)利用細(xì)胞內(nèi)的lncRNA來調(diào)節(jié)宿主和病毒基因的表達(dá)和功能。然而，宿主在病毒感染過程中也可通過胞內(nèi)的lncRNA表達(dá)來啟動(dòng)抗病毒反應(yīng)。在IAV感染過程中，lncRNA ISR依賴于維甲酸誘導(dǎo)基因I(Retinoic acid-inducible gene I，RIG I)的信號(hào)調(diào)控，IFN-β能誘導(dǎo)lncRNA ISR的表達(dá)，具有抑制病毒復(fù)制的能力[28]。在宿主的抗病毒反應(yīng)中，lncRNA能夠調(diào)節(jié)宿主的先天免疫系統(tǒng)參與病毒感染，不僅參與調(diào)節(jié)T細(xì)胞的生長(zhǎng)和分化，還調(diào)控干擾素刺激基因(Interferon-stimulated genes，ISGs)的表達(dá)。IAV感染A549細(xì)胞后，lncRNA IVRPIE表達(dá)上調(diào)顯著抑制了A549細(xì)胞中IAV的復(fù)制。此外，lncRNA IVRPIE通過影響組蛋白修飾，正向調(diào)節(jié)IFN-β1和幾個(gè)關(guān)鍵的ISGs的轉(zhuǎn)錄是宿主抗病毒反應(yīng)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子[36]。

研究表明，大多數(shù)lncRNA通過幾種機(jī)制來調(diào)節(jié)炎癥或抗病毒基因的表達(dá)。有些是誘導(dǎo)劑，lncRNA NEAT1通過抑制IL8的抑制因子即富含脯氨酸/谷氨酰胺的剪接因子(Splicing factor proline/glutamine-rich，SFPQ)而增加IL8的表達(dá)量[37]。有些是負(fù)調(diào)節(jié)因子，呼吸道合胞體病毒(Respiratory syncytial virus，RSV)感染時(shí)宿主抗病毒應(yīng)答負(fù)性調(diào)節(jié)因子lncRNA NRAV的表達(dá)減少，lncRNA NRAV與囊泡蛋白競(jìng)爭(zhēng)胞漿中的microRNA509-3p，促進(jìn)RSV囊泡運(yùn)輸從而加強(qiáng)RSV的增殖[38]。

3.2 病毒編碼的lncRNA LncRNA可以調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子和蛋白質(zhì)的表達(dá)，對(duì)病毒復(fù)制和病毒潛伏期的激活至關(guān)重要。除細(xì)胞內(nèi)lncRNA的表達(dá)受病毒感染的調(diào)控，還發(fā)現(xiàn)病毒編碼的lncRNA同樣如此。黃病毒基因組RNA的3′UTR含有許多莖環(huán)結(jié)構(gòu)保護(hù)它們不被宿主核酸酶XRN1降解，并產(chǎn)生功能性的lncRNA。LncRNA sfRNA與microRNA結(jié)合并誘導(dǎo)microRNA的降解以保護(hù)病毒基因組RNA，從而允許病毒在宿主中復(fù)制[39]。

3.3 病毒與細(xì)胞嵌合lncRNA 嵌合lncRNA指的是通過將病毒基因組整合到宿主基因組中而產(chǎn)生的lncRNA。HBV誘發(fā)肝細(xì)胞癌主要是通過位于8號(hào)染色體短臂的HBV的DNA插入位點(diǎn)產(chǎn)生了重復(fù)序列，其被轉(zhuǎn)錄形成嵌合的lncRNA HBx-LINE1。LncRNA HBx-LINE1的表達(dá)促進(jìn)了細(xì)胞由上皮表型向間質(zhì)表型的轉(zhuǎn)化，從而增加了細(xì)胞的惡性程度并且激活Wnt/β-catenin的信號(hào)通路，促進(jìn)β-catenin轉(zhuǎn)位到細(xì)胞核，從而促進(jìn)細(xì)胞遷移[40]。

4 其他病原微生物

LncRNA在其他病原微生物如螺旋體、支原體等致病過程中也起著一定的調(diào)控作用。在梅毒螺旋體感染的患者中檢測(cè)發(fā)現(xiàn)有2 258個(gè)差異表達(dá)的lncRNA，通過lncRNA-mRNA共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析顯示，59個(gè)lncRNA存在顯著差異，其中部分lncRNA參與了CD4+T細(xì)胞對(duì)梅毒螺旋體應(yīng)答的關(guān)鍵生物學(xué)過程[41]。全基因組分析感染和未感染牛支原體的牛乳腺組織中，有1 310個(gè)差異表達(dá)的mRNA和57個(gè)差異表達(dá)的lncRNA。基因本體論分析表明，差異表達(dá)的mRNA和lncRNA在T細(xì)胞受體信號(hào)通路、TGF-β信號(hào)通路、PI3K-Akt信號(hào)通路、NF-κB信號(hào)通路、mTOR信號(hào)通路和細(xì)胞凋亡等重要生物學(xué)通路中發(fā)揮重要作用[42]。

5 展望

LncRNA不再是轉(zhuǎn)錄上的“噪音”，而是在基因表達(dá)調(diào)控中扮演著重要的角色，代表一個(gè)新的基因表達(dá)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。比如，現(xiàn)今研究的熱點(diǎn)ceRNA調(diào)控機(jī)制，lncRNA與mRNA競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合microRNA，從而調(diào)控mRNA的表達(dá)量。在病原微生物致病過程中，lncRNA通過與DNA、RNA和蛋白質(zhì)相互作用來調(diào)控自身與宿主基因的表達(dá)，涉及到轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后和表觀遺傳水平等多方面。研究發(fā)現(xiàn)，許多l(xiāng)ncRNA差異表達(dá)與疾病的發(fā)生、發(fā)展息息相關(guān)。與microRNA相比，lncRNA似乎更具有組織特異性和靶向性。這使lncRNA能夠成為具有特異性的生物標(biāo)志物[43]，為理解疾病的機(jī)制擴(kuò)展了新的視角、提供了新的治療策略，成為多種疾病的診斷標(biāo)志。

盡管lncRNA的調(diào)控機(jī)制錯(cuò)綜復(fù)雜，其如何調(diào)控病原微生物感染和致病過程還要繼續(xù)深入研究。而且隨著lncRNA與病原微生物感染致病關(guān)系的深入探索，必將為病原微生物致病機(jī)制的研究開辟新的道路。