張曉麗，陳偉強(qiáng)，王烈峰

(贛南醫(yī)學(xué)院 1.2016級(jí)碩士研究生；2.2017級(jí)碩士研究生；3.基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院，江西 贛州 341000)

在生物體中根據(jù)RNA是否能編碼蛋白質(zhì)，可以將其分為具有編碼蛋白質(zhì)能力的mRNA(messenger RNA)和不具有蛋白質(zhì)編碼能力的RNA(non-coding RNA, ncRNA)。研究發(fā)現(xiàn)在組成人類基因組的30億堿基對(duì)中僅有2%的RNA具有編碼蛋白質(zhì)的能力[1]，而剩下的98%的RNA則為非編碼RNA[2-4]，包括微小RNA(miRNAs)，核仁小RNAs(snoRNAs)，lncRNAs和環(huán)形RNAs(circRNAs)等。

lncRNA最初是在小鼠細(xì)胞的全長(zhǎng)cDNA文庫的測(cè)序中發(fā)現(xiàn)的，是一類轉(zhuǎn)錄本長(zhǎng)度超過200 nt的RNA，因缺少特異性開放閱讀框，所以不具備編碼蛋白質(zhì)的能力。lncRNA曾一度被認(rèn)為是基因轉(zhuǎn)錄的噪音、垃圾序列、RNA聚合酶Ⅱ的副產(chǎn)物，因此被研究人員所忽視。高通量測(cè)序技術(shù)使lncRNA的研究深入到分子水平，越來越多的lncRNA被注釋，但是絕大多數(shù)的lncRNA的功能及作用機(jī)制仍然不清楚。因此，對(duì)lncRNA的探索具有極大的研究意義和價(jià)值。本文主要從lncRNA的功能及與人類某些疾病的相關(guān)性進(jìn)行綜述。

1 lncRNA的性質(zhì)

lncRNA的一級(jí)結(jié)構(gòu)即為核苷酸排列順序，是堿基互補(bǔ)配對(duì)的基礎(chǔ)[5]。lncRNA在結(jié)構(gòu)上與編碼蛋白的mRNA較難區(qū)分，均由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄而成，在其5' 端有甲基鳥苷帽子，其3'端有多聚腺苷酸尾巴(polyA)[6-8]。但與mRNA相比，lncRNA通常在細(xì)胞核中更富集且序列保守性更低；此外，lncRNA基因比編碼基因的表達(dá)水平更低，在某些組織具有表達(dá)特異性[9]。細(xì)胞核lncRNA參與相鄰基因位點(diǎn)的順式轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)或遠(yuǎn)端基因位點(diǎn)的反式轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)；細(xì)胞質(zhì)lncRNA調(diào)節(jié)mRNA的翻譯、穩(wěn)定和降解過程；并可以作為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA，充當(dāng)“分子海綿”靶向作用于miRNA和蛋白因子，抑制它們的活性，促進(jìn)mRNA翻譯上調(diào)[10-12]。此外，lncRNA還可以與RNA、DNA分子以及蛋白質(zhì)復(fù)合物相互作用行使其功能，調(diào)節(jié)各種生理和病理過程。

2 lncRNA的功能

2.1分化發(fā)育中的功能已有報(bào)道表明，lncRNA可調(diào)控細(xì)胞和組織發(fā)育，目前已知可參與調(diào)節(jié)心肌細(xì)胞、干細(xì)胞、上皮細(xì)胞等的發(fā)育。Guttman M等對(duì)小鼠胚胎干細(xì)胞中的lncRNA進(jìn)行功能分析，結(jié)果顯示胚胎干細(xì)胞中的lncRNA主要作用于內(nèi)含子影響基因表達(dá)，并結(jié)合染色質(zhì)蛋白影響干細(xì)胞的多能狀態(tài)。將胚胎干細(xì)胞中l(wèi)ncRNA ROR水平降低后多能性標(biāo)記基因Oct4、Nanog等表達(dá)均下調(diào)，并影響干細(xì)胞增殖、分化[13]。另有研究表明在小鼠胚胎細(xì)胞分裂的所有階段都發(fā)現(xiàn)了lncRNA轉(zhuǎn)錄物，存在于卵母細(xì)胞和合子中的母體lncRNA轉(zhuǎn)錄物有助于早期胚胎分化。Fendrr被證明是器官發(fā)育和胚胎存活中發(fā)揮重要作用的lncRNA，可干擾心臟功能、體壁細(xì)胞發(fā)育和胚胎發(fā)育[14]。Fendrr與染色質(zhì)修飾復(fù)合物和DNA相互作用，從而改變反式特異性靶啟動(dòng)子，特別是中胚層的染色質(zhì)形態(tài)而影響發(fā)育。

2.2染色體劑量補(bǔ)償在性染色體決定的生物個(gè)體胚胎發(fā)育的初期，連鎖基因會(huì)選擇性以表達(dá)沉默或表達(dá)上調(diào)的方式使其在雌性和雄性個(gè)體內(nèi)以同等劑量進(jìn)行表達(dá)，保證X染色體編碼的蛋白質(zhì)或其它酶類物質(zhì)在數(shù)量上達(dá)到平衡，這種遺傳學(xué)機(jī)制稱為劑量補(bǔ)償效應(yīng)[15]。不同物種劑量補(bǔ)償機(jī)制是不同的，人的兩條X染色體隨機(jī)失活，報(bào)道最多的是胚胎發(fā)育初期X染色體沉默(X-chromosome inactivation, XCI)。X染色體由X染色體失活中心(X-chromosome inactive center, XIC)來控制[16]。 XIC可以產(chǎn)生一個(gè)20-kb lncRNA，稱為Xist(X-inactive specific transcript)[17-18]。lncRNA Xist包裹X染色體，啟動(dòng)X染色體失活。隨后lncRNA Xist在X染色體上的擴(kuò)展導(dǎo)致DNA甲基化和組蛋白修飾，這對(duì)X染色體失活的建立和維持都有重要作用[19]。雄性果蠅的X染色體通過2倍表達(dá)上調(diào)實(shí)現(xiàn)劑量補(bǔ)償，果蠅lncRNAs roX1和roX2能結(jié)合精子X染色體上的許多區(qū)域，并且對(duì)染色體10和11號(hào)劑量補(bǔ)償至關(guān)重要[20-21]。秀麗隱桿線蟲類的劑量補(bǔ)償機(jī)制是通過雌性兩條X染色體基因表達(dá)減半來維持雌雄兩性間X染色體的表達(dá)平衡[22]。

2.3基因組印記來自雙親的兩條等位基因由于受到甲基化、乙酰化等表觀遺傳修飾，導(dǎo)致子代只表達(dá)父源或母源等位基因，另一個(gè)不表達(dá)或表達(dá)極少，這種生物學(xué)過程稱為基因組印記(genomic imprinting)，參與此過程的基因稱為印記基因(imprinted gene)[23]。印記基因常成簇存在，基因印記的發(fā)生常有組織特異性和發(fā)育階段特異性?？蝶惾A等首次發(fā)現(xiàn)了lncRNA IRAIN在正常的乳腺組織和乳腺癌組織中存在表達(dá)差異和等位基因印記轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，與啟動(dòng)子區(qū)DNA甲基化異常有關(guān)，并證實(shí)了lncRNA IRAIN是母源印記基因，推測(cè)出lncRNA IRAIN可能作為抑癌基因存在。印記轉(zhuǎn)換很可能是抑癌基因失活的一種方式，參與印記轉(zhuǎn)換的lncRNA有望成為乳腺癌預(yù)后的生物標(biāo)記物和治療靶點(diǎn)[24]。

隨著對(duì)lncRNA關(guān)注日益增多，起來越多l(xiāng)ncRNA被發(fā)現(xiàn)參與人類疾病的發(fā)生與發(fā)展，其在重大疾病中扮演的角色也在吸引更多的目光。

3 LncRNA與心血管疾病

3.1動(dòng)脈粥樣硬化動(dòng)脈粥樣硬化的病情進(jìn)展包括以下步驟：血管內(nèi)皮損傷形成、脂肪條紋形成、動(dòng)脈粥樣硬化斑塊形成[25]。細(xì)胞粘附、血管生成、細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡以及缺血缺氧反應(yīng)均受相關(guān)基因表達(dá)調(diào)控[26-27]。最近，一些研究報(bào)道lncRNA在動(dòng)脈粥樣硬化的調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用。lncRNA H19由H19/IGF2基因轉(zhuǎn)錄，該基因位于人染色體11p15.5上[28-29]。JX. PAN發(fā)現(xiàn)H19在ApoE-/-動(dòng)脈粥樣硬化小鼠和動(dòng)脈粥樣硬化患者的血清中高表達(dá)[30]。在血管平滑肌細(xì)胞中過表達(dá)H19可導(dǎo)致增殖增加和凋亡減少。Li等報(bào)道H19/miR-675可以抑制心肌細(xì)胞的凋亡[31]。這些結(jié)果表明H19可能是抑制細(xì)胞凋亡的關(guān)鍵因素。為了進(jìn)一步探討H19在動(dòng)脈粥樣硬化中的調(diào)控機(jī)制，JX. PAN檢測(cè)H19過表達(dá)后p38和p65的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)p38和p65均在血管平滑肌細(xì)胞中高表達(dá)，它們分別是MAPK和NF-κB信號(hào)通路的關(guān)鍵因子，表明lncRNA H19可能通過MAPK和NF-κB信號(hào)通路調(diào)節(jié)動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生[30]。lncRNA P21最初被鑒定為P53的直接轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)，而P53在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。Wu等報(bào)道lncRNA P21可反饋調(diào)控P53途徑，影響ApoE-/-小鼠血管平滑肌細(xì)胞的增殖、凋亡過程[32]。Ballantyne等發(fā)現(xiàn)lncRNA SMILR可以調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞增殖，并在人體不穩(wěn)定的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中高表達(dá)[33]。以上研究表明lncRNA可以通過調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞增殖和凋亡參與動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)病，提示這些lncRNA可作為診斷和治療動(dòng)脈粥樣硬化疾病的潛在靶點(diǎn)。

3.2高血壓高血壓受多種疾病、遺傳和環(huán)境的影響而發(fā)病，神經(jīng)體液調(diào)節(jié)是人們廣泛接受的高血壓的發(fā)病機(jī)制。Jin等發(fā)現(xiàn)lncRNA AK098656在高血壓患者血管平滑肌細(xì)胞中高表達(dá)，促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞增殖和遷移、由收縮型向分泌型轉(zhuǎn)換。此外，AK098656可直接與血管平滑肌細(xì)胞的特異性收縮蛋白、肌球蛋白重型鏈-11和細(xì)胞外基質(zhì)纖連蛋白-1的重要組成部分結(jié)合，最后通過蛋白質(zhì)降解降低這些蛋白質(zhì)水平，縮小阻力動(dòng)脈來促進(jìn)高血壓的發(fā)生。AK098656轉(zhuǎn)基因大鼠表現(xiàn)出高血壓的發(fā)病癥狀，平滑肌細(xì)胞分泌型增加、動(dòng)脈變窄、輕微的心肌肥厚，這與高血壓的早期病理生理變化相似[34]。這些數(shù)據(jù)表明AK098656可促進(jìn)高血壓的發(fā)生發(fā)展。Yang等將七葉皂苷鈉通過尾靜脈注射到自發(fā)性高血壓大鼠中發(fā)現(xiàn)七葉皂苷鈉通過lncRNA AK094457調(diào)節(jié)一氧化氮合酶升高來降低自發(fā)性高血壓大鼠的尾部血壓[35]。Bayoglu B等利用微陣列方法檢測(cè)了自發(fā)性高血壓大鼠和對(duì)照組大鼠心臟組織中l(wèi)ncRNA的表達(dá)差異后，富集分析結(jié)果顯示lncRNA CDKN2B-AS1多態(tài)性可能是導(dǎo)致高血壓患者收縮壓增高的原因[36]。以上研究均顯示lncRNA參與高血壓的發(fā)病。

3.3心肌梗死心肌梗死是發(fā)病率和死亡率最嚴(yán)重的心臟疾病，炎癥反應(yīng)和心肌細(xì)胞凋亡是心肌梗死的主要特征，最終可導(dǎo)致心肌功能受損和心力衰竭[37]。NF-κB的激活可啟動(dòng)心肌損傷中的炎癥反應(yīng)，阻斷NF-κB信號(hào)通路可以保護(hù)心臟免受缺血性損傷和炎癥反應(yīng)[38]。MIAT首次被發(fā)現(xiàn)是與心肌梗死有關(guān)的lncRNA，在心肌梗死的患者中顯著上調(diào)[39]。Li等發(fā)現(xiàn)MIAT主要在心臟成纖維細(xì)胞中表達(dá)，并且MIAT下調(diào)能抑制心肌細(xì)胞凋亡，減少心肌炎癥細(xì)胞的浸潤(rùn)，從而改善心臟功能。進(jìn)一步研究表明心肌成纖維細(xì)胞中MIAT下調(diào)還抑制了NF-κB信號(hào)通路活化[40]，提示MIAT下調(diào)可能通過抑制NF-κB活化，從而減少心肌細(xì)胞凋亡和炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)來減輕心肌梗死損傷，保護(hù)心臟功能。生物形態(tài)學(xué)分析顯示，lncRNA MALAT1與miR-320中第10號(hào)染色體(Pten)上缺失的磷酸酶和張力蛋白同源物共享miRNA應(yīng)答元件，Pten是miR-320的直接靶基因，而miR-320與心肌梗死后心肌重構(gòu)密切相關(guān)[41]。Hu等發(fā)現(xiàn)在急性心肌梗死的小鼠中敲低MALAT1，可減少心肌細(xì)胞凋亡，原因可能為MALAT1通過調(diào)節(jié)miR-320抑制Pten表達(dá)，減少心肌細(xì)胞凋亡[42]。

以上研究表明lncRNA的確廣泛參與心血管疾病的發(fā)病，也提示lncRNA在發(fā)病過程中扮演了重要角色，還有很多研究在陸續(xù)報(bào)道中，相信不久的將來，lncRNA在心血管疾病發(fā)病中的作用將得到進(jìn)一步的闡述，并作為疾病診斷的生物標(biāo)記物或臨床治療的靶標(biāo)得到廣泛應(yīng)用。

4 LncRNA與腫瘤

4.1宮頸癌腫瘤是一類與多基因突變有關(guān)的復(fù)雜疾病，發(fā)病機(jī)制包括表觀遺傳改變、染色體易位、缺失等，近幾年通過高能量測(cè)序，在各種腫瘤中已發(fā)現(xiàn)成千上萬的lncRNA的異常表達(dá)或突變。宮頸癌是最常見的婦科惡性腫瘤，近年來其發(fā)病有年輕化的趨勢(shì)。目前的數(shù)據(jù)支持lncRNA參與宮頸癌的發(fā)病，可能機(jī)制包括調(diào)節(jié)癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。lncRNA MEG3最初被證明是一種重要的腫瘤抑制因子。Zhang等發(fā)現(xiàn)MEG3在宮頸癌時(shí)失活，并且MEG3啟動(dòng)子處于高甲基化狀態(tài)，MEG3啟動(dòng)子去甲基化后導(dǎo)致MEG3的重新表達(dá)，可抑制宮頸癌細(xì)胞的增殖。此外，隨訪數(shù)據(jù)表明低MEG3表達(dá)與宮頸癌復(fù)發(fā)和患者生存期縮短相關(guān)[43]，提示MEG3可作為宮頸癌預(yù)后的新指標(biāo)，有助于識(shí)別高?；颊?。 HOTAIR是一種反式作用lncRNA，反式調(diào)控HOX基因簇。Zhang等研究表明HOTAIR在宮頸癌細(xì)胞中表達(dá)顯著上調(diào)，抑制HOTAIR可抑制宮頸癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲[44]。隨著研究的深入，會(huì)有越來越多的lncRNA被發(fā)現(xiàn)與宮頸癌的發(fā)病相關(guān)，也為研究者進(jìn)一步了解宮頸癌的發(fā)病機(jī)制，尋找合適的治療手段提供幫助。

4.2非小細(xì)胞肺癌肺癌是我國(guó)發(fā)病率和病死率最高的惡性腫瘤，我國(guó)肺癌確診時(shí)多數(shù)患者已屬晚期，無法接受手術(shù)根治，尋找合適的早期診斷因子及新的治療方法則顯得尤為迫切。YANG等對(duì)非小細(xì)胞肺癌組織(40個(gè)腺癌和22個(gè)鱗狀細(xì)胞癌)及癌旁正常組織進(jìn)行了RNA和蛋白分析，證實(shí)lncRNA GACAT3在肺癌組織中顯著上調(diào)，并可增強(qiáng)肺癌細(xì)胞對(duì)放療的敏感性[45-47]。TIMP2是基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)的天然抑制劑。MMP可以降解細(xì)胞外基質(zhì)和基底膜，是腫瘤轉(zhuǎn)移的前提[48]。Vazquez等發(fā)現(xiàn)MMP10與非小細(xì)胞肺癌發(fā)病相關(guān)，在非小細(xì)胞肺癌組織中高表達(dá)[49]。YANG等發(fā)現(xiàn)GACAT3可以通過調(diào)控TIMP2抑制GACAT3誘導(dǎo)的MMP10上調(diào)，抑制癌細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移，增強(qiáng)放射敏感性，從而為提高非小細(xì)胞肺癌放療效果提供新的治療靶點(diǎn)[47]。lncRNA GAS5是近年來發(fā)現(xiàn)的可以調(diào)控細(xì)胞周期、細(xì)胞增殖的lncRNA。張學(xué)軍等分析了50例非小細(xì)胞肺癌患者的肺癌組織標(biāo)本及癌旁的正常肺組織標(biāo)本中GAS5的表達(dá)情況，結(jié)合臨床病理參數(shù)相關(guān)性研究發(fā)現(xiàn)GAS5在非小細(xì)胞肺癌患者的腫瘤組織標(biāo)本中呈表達(dá)下調(diào)，且下調(diào)與非小細(xì)胞肺癌直徑、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移明顯相關(guān)，是預(yù)后差的標(biāo)志[50]。雖然尚未發(fā)現(xiàn)能與肺癌發(fā)病相關(guān)的特異性lncRNA，但從上述可知，lncRNA應(yīng)該可以在肺癌的早期診斷，治療預(yù)后評(píng)價(jià)中發(fā)揮作用。

4.3乳腺癌乳腺癌是女性中最常見的惡性腫瘤，其發(fā)病率逐年上升，患者的預(yù)后較差。BANCR最初是在黑素瘤細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)693 nt的lncRNA，在肺癌、肝細(xì)胞癌和結(jié)腸直腸癌等多種癌癥中異常表達(dá)[51]。K-X. LOU等發(fā)現(xiàn)BANCR在乳腺癌組織中表達(dá)上調(diào)，下調(diào)BANCR可以抑制乳腺癌細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移能力，其機(jī)制與抑制上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)換過程和下調(diào)乳腺癌細(xì)胞中MMP-2、MMP-9表達(dá)有關(guān)，并與遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移分期、淋巴轉(zhuǎn)移與患者的預(yù)后顯著相關(guān)[52]。此外，研究發(fā)現(xiàn)lncRNA NORAD高表達(dá)可促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞TGF-β通路信號(hào)傳導(dǎo)。TGF-β可以調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、分化、凋亡、傷口修復(fù)和免疫功能，通過促進(jìn)上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)換參與乳腺癌的惡性進(jìn)展[53-54]。Zhou等發(fā)現(xiàn)lncRNA NORAD在乳腺癌細(xì)胞中表達(dá)增加，當(dāng)NORAD在乳腺癌細(xì)胞中被敲低后，TGF-β及其下游因子RUNX2也出現(xiàn)下調(diào)，進(jìn)一步研究表明NORAD可通過調(diào)節(jié)TGF-β信號(hào)通路，參與乳腺癌進(jìn)展[53]。

以上研究表明lncRNA的確廣泛參與腫瘤的發(fā)病，開發(fā)一種新的基于lncRNA的診斷技術(shù)和靶向治療腫瘤的策略似乎非常有希望。隨著研究的深入，在不久的將來靶向lncRNA可能成為治療癌癥的主要治療策略。本文列舉了部分參與心血管疾病、腫瘤疾病的lncRNA并匯總,見表1。

5 問題與展望

迄今為止，至少有58 000個(gè)lncRNA基因已經(jīng)被分類，但是在結(jié)構(gòu)、功能以及對(duì)疾病發(fā)展的影響等方面只有少量的lncRNA得到研究。對(duì)ncRNA的研究目前以miRNA的研究最為透徹，對(duì)lncRNA的研究只是冰山一角，關(guān)于lncRNA的高級(jí)結(jié)構(gòu)、功能及其分子作用機(jī)制仍然不是十分清晰。因此，需要更多研究技術(shù)的應(yīng)用去開發(fā)這一神秘的寶藏。大量研究表明lncRNA有望作為各種人類疾病的診斷和預(yù)后生物標(biāo)志物，然而，這些研究結(jié)果缺乏一致性。如MEG3作為一種重要的腫瘤抑制基因，在乳腺癌組織中表達(dá)降低，但是否可以準(zhǔn)確地成為淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的標(biāo)志，卻存在不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。因此，對(duì)lncRNA候選物的可靠、準(zhǔn)確和靈敏的檢測(cè)是其在臨床應(yīng)用中用作生物標(biāo)志物的先決條件。一些lncRNA似乎顯示出比常規(guī)生物標(biāo)志物更強(qiáng)的診斷和預(yù)后價(jià)值，這不僅因?yàn)樗鼈兊慕M織和疾病特異性表達(dá)模式，而且還因?yàn)槠湮锢砘瘜W(xué)性質(zhì)的高度穩(wěn)定性?？傊?，lncRNA的研究為人類進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和征服疾病提供了一個(gè)新思路。