李 鑫，王永，王雨雪，李艷艷，朱江江，林亞秋*

（1.青藏高原動物遺傳資源保護與利用，四川省重點實驗室，四川成都 610041；2.西南民族大學畜牧獸醫(yī)學院，四川成都 610041）

脂肪組織是機體內(nèi)最大的儲能庫，具有保溫、緩沖等功能，同時脂肪性狀是肉用家畜的重要經(jīng)濟形狀，尤其肌內(nèi)脂肪（Intramuscular Fat，IMF）含量是影響肉品質(zhì)的一個重要因素，脂肪含量過低或過高不僅會影響肉質(zhì)，還會引起代謝疾病。動物肌內(nèi)脂肪沉積主要是由肌內(nèi)脂肪細胞數(shù)目的增多和體積增大造成，而脂肪細胞分化對這一過程起決定性作用，因此構(gòu)建動物脂肪細胞分化的調(diào)控網(wǎng)絡對生產(chǎn)具有重要指導意義。研究表明，動物脂肪細胞分化不僅受功能基因調(diào)控，還受非編碼RNA（Non-coding RNA，ncRNA）的調(diào)控。

ncRNA 是一類不具有編碼能力的RNA 分子，根據(jù)其轉(zhuǎn)錄本的長度可以分為小非編碼 RNA（snoRNA、miRNA、siRNA 等）和長鏈非編碼RNA（Long Noncoding RNA，lncRNA）。lncRNA 是ncRNA中占比最大的RNA，哺乳動物中的比例高達4%～9%，而mRNA僅占細胞RNA 總量的1%～5%。lncRNA 與mRNA具有相似的結(jié)構(gòu)，雖然lncRNA 在物種保守性方面低于mRNA，但其具有更高的組織細胞特異性?；趌ncRNA 在序列、結(jié)構(gòu)和功能等方面的獨特生物學特征，其自發(fā)現(xiàn)以來受到研究人員的廣泛關注。本文在概述lncRNA 特征的基礎上，對其在家畜脂肪細胞分化中的研究動態(tài)及可能發(fā)揮作用的機制進行綜述，以期為進一步闡明lncRNA 調(diào)控動物脂肪細胞分化的分子調(diào)控網(wǎng)絡提供參考。

1 lncRNA 概述

lncRNA 在1990 年被Brannan 等首次報道，被定義為轉(zhuǎn)錄本長度>200 nt 的RNA 片段，是最豐富的ncRNA 類型之一，它們沒有>100個氨基酸的開放閱讀框，但在分化和組織穩(wěn)態(tài)中起重要作用。大多l(xiāng)ncRNA 由RNA聚合酶II 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生，經(jīng)剪切后的lncRNA 和mRNA 相似，包含5'端帽子、多個外顯子和3'端poly A 尾巴，一些轉(zhuǎn)錄本來自基因間，而另一些轉(zhuǎn)錄本是由接近或部分重疊于蛋白編碼基因的基因組區(qū)域產(chǎn)生的。根據(jù)與鄰近編碼基因的相對位置，lncRNA 一般可分為基因間（intergenic）、反義（antisense）、雙向（divergent）、內(nèi)含子（intronic）和增強子（enhancer）lncRNA（圖1）。

圖1 lncRNA 分類[20]

哺乳動物中l(wèi)ncRNA 在進化過程中保守性和表達水平較低，但具有更精確的組織特異性和時序性，如Divoux 等在人腹部脂肪組織和臀部脂肪組織中篩選表達的lncRNA，發(fā)現(xiàn)僅有l(wèi)ncRNA HOTAIR 在臀部脂肪組織中表達，在腹部脂肪組織中不表達。有研究指出在24 種人體組織和細胞類型中收集到的4 662個lncRNA 中僅993 種（12%）在其他物種中檢測到同源轉(zhuǎn)錄本，說明序列保守性低；在小鼠全胚胎中發(fā)現(xiàn)lnc-H13 隨著胚胎的發(fā)育表達水平逐漸升高，即在胚胎發(fā)育早期在腦組織和肺臟中檢測到表達，發(fā)育至中期則廣泛表達于腦、舌、心、肺、腎等重要組織器官，且高表達于腦組織，以上資料佐證了lncRNA 具有組織特異性和時序性的特性。

2 LncRNA 與家畜脂肪細胞分化

2.1 脂肪相關lncRNA 在人類及小鼠上的研究歷程 關于lncRNA 在脂肪方面的研究始于2013 年，Sun 等研究發(fā)現(xiàn)有175個lncRNAs 在小鼠白色及棕色脂肪細胞分化過程中被強烈誘導表達，對脂肪細胞發(fā)育具有特異的調(diào)控作用，揭開了lncRNA 在動物脂肪方面的研究序幕。Cooper 等進一步研究發(fā)現(xiàn)，在小鼠白色和棕色前體脂肪細胞中高度表達的一些lncRNAs 基因啟動子區(qū)存在脂肪細胞分化關鍵轉(zhuǎn)錄因子過氧化物酶增殖體受體（Peroxisome Proliferator Activated Receptor，PPAR） 的結(jié)合位點，干擾這些 lncRNAs 能導致前體脂肪細胞分化過程受阻。Luan 等在人脂肪間充質(zhì)干細胞（Human Adipose-Derived Stem Cells，hADSCs）成脂定向分化過程中鑒定出了207個差異表達的lncRNA。在鑒定獲得lncRNA 后，學者們進一步集中對lncRNA功能進行研究。Alvarez-Dominguez 等和Chen 等相繼研究表明 lnc-BATE1 能夠調(diào)控小鼠棕色脂肪細胞的生長和產(chǎn)熱作用，過表達 lncRNA U90926 會抑制脂滴積累，從而減弱 3T3-L1 前體脂肪細胞的分化能力。Huang 等和Wu 等均指出lncRNA H19可促進小鼠骨髓間充質(zhì)干細胞（Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells，BMSCs）向成骨方向分化，并抑制成脂過程；lncRNA H19 可能是通過 miR-188/LCoR 軸調(diào)控BMSCs成脂分化。You 等發(fā)現(xiàn)小鼠棕色脂肪組織特異性表達的lncRNA -GM13133 具有促進白色脂肪細胞棕色化和產(chǎn)熱的作用。Xiong 等研究lncRNA AK079912在棕色脂肪細胞分化過程中表達水平增加，并且敲除AK079912 后抑制棕色前體脂肪細胞分化，Zhang 等指出lnc-ADAL 與hnRNPU 和IGF2BP2 可以在不同的亞細胞位置相互作用，調(diào)節(jié)脂肪細胞的分化和脂肪生成。Nuermaimaiti 等報道敲低HOXA11-AS1 的表達可通過抑制脂肪形成相關基因和的表達來抑制脂肪細胞分化及降低hADSCs中的脂質(zhì)積累。Ding 等根據(jù)轉(zhuǎn)錄組測序構(gòu)建了人類脂肪組織比較全面的lncRNA 調(diào)控網(wǎng)絡圖。Wang 等指出lnc-OAD 是3T3-L1 前體脂肪細胞分化所必需的，進一步證實了lncRNA 在脂肪細胞分化中發(fā)揮重要的調(diào)控作用。lncRNA 因其重要調(diào)控功能，同樣引起了畜牧工作者的極大重視。下面就lncRNA 在家畜中（豬、牛和山羊）的研究動態(tài)做總結(jié)分析。

2.2 LncRNA 在家畜脂肪細胞分化中的研究動態(tài)

2.2.1 LncRNA 在豬脂肪細胞分化中的研究動態(tài) 關于lncRNA 在豬中的研究始于2014 年，衛(wèi)寧指出m RNA 和AS lncRNA 在豬前體脂肪細胞分化過程中表達趨勢相近，而PU.1 蛋白的表達呈現(xiàn)上升趨勢，對脂肪細胞分化發(fā)揮正向調(diào)控作用；繼而利用其他物種探究PU.1 AS lncRNA 的作用機制，發(fā)現(xiàn)在斑馬魚適應性免疫中，未檢測到sense-antisense RNA 二聚體的形成，表明該lncRNA 作用具有物種差異。2017 年Wang等在未去勢和去勢的淮南雄豬的皮下脂肪組織中鑒定出343個lncRNA，通過分析預測303個lncRNA 啟動子區(qū)域中存在416個C/EBP的識別位點，并且有13個促進脂肪形成的miRNA 和5個抑制脂肪形成的miRNA 靶向這些lncRNA，lncRNA 及其靶基因可能參與了去雄誘導的脂肪沉積；該研究進一步分析1個保守的小鼠lncRNA 基因ENSMUST00000189966 的特征，發(fā)現(xiàn)該基因主要在細胞核中表達，并以核受體亞家族2 F組成員2 （）基因為靶點，且隨3T3-L1 細胞的分化而表達下調(diào)。2019 年秦晉通過測序篩得豬肌內(nèi)脂肪細胞分化過程中差異表達的 lnc IMF4，證明干擾lnc IMF4 后對PPAR和C/EBP的mRNA 和蛋白質(zhì)表達起促進作用，胞內(nèi)脂滴增多，又發(fā)現(xiàn)對其干擾后脂解被自噬途徑抑制，表明干擾lnc IMF4 促進豬肌內(nèi)前體脂肪細胞的分化。以上研究說明lncRNA 參與調(diào)控豬前體脂肪細胞分化，且其作用具有種屬特異性。

2.2.2 LncRNA 在牛不同組織中表達模式存在差異及其調(diào)控前體脂肪細胞分化作用的研究現(xiàn)狀 牛脂肪細胞中l(wèi)ncRNA 的研究始于2016 年，李明勛對秦川牛脂肪細胞分化前后進行去除核糖體RNA 高通量測序，篩選得到lncRNA ADNCR 隨脂肪細胞分化而顯著下調(diào)；隨后李明勛所在團隊于2019 年報道一個與miR-221 在基因組中重疊的lncRNA，命名為miR-221 宿主基因（MIR221HG），抑制MIR221HG 顯著促進脂肪細胞的分化，而成熟脂肪細胞的數(shù)量和分化標志基因和表達急劇增加。2019 年Choi 等從韓和牛各組織中分離出的lncRNA 包括肌肉組織67個，網(wǎng)膜脂肪10個，肌內(nèi)脂肪24個，皮下脂肪14個，在肌肉中表達的lncRNA 數(shù)量明顯高于脂肪組織，PCA 分析顯示皮下脂肪和網(wǎng)膜脂肪組織表達模式相似，而肌內(nèi)脂肪組織與皮下和網(wǎng)膜脂肪組織有區(qū)別，說明lncRNA 在肌肉和脂肪組織中有不同的表達模式，因此對牛脂肪組織中l(wèi)ncRNA 仍需深入研究。同年Huang 等對青年和成年水牛脂肪組織中的lncRNA和mRNA 測序，發(fā)現(xiàn)有124個lncRNA 和2 008個mRNA 在青年和成年樣本中表現(xiàn)出不同的表達模式，且有585 對mRNA-lncRNA 在脂肪沉積中具有潛在功能；隨后重點研究泛醌氧化還原酶亞基C2（NDUFC2）反義鏈轉(zhuǎn)錄的lncRNA——NDUFC2-AS lncRNA，該lncRNA 與甲狀腺激素反應蛋白（THRSP）高度相關，在脂肪組織和成熟脂肪細胞中高度表達，功能分析表明NDUFC2-AS lncRNA 通過上調(diào)和的表達水平從而在水牛中促進脂肪分化。2020 年Zhang 等指出lncFAM200B 在南陽牛脂肪細胞分化過程中的表達與C/EBP的表達呈顯著正相關，提示其可能在脂肪細胞分化過程中發(fā)揮重要作用。

圖2 牛脂肪細胞分化相關lncRNA 作用示意圖（基于研究報道，作者自主繪制）

2.2.3 LncRNA 在羊脂肪細胞分化中的研究現(xiàn)狀 目前l(fā)ncRNA 在羊方面的研究主要集中在毛囊發(fā)育、精子發(fā)生、皮膚色素沉積和性成熟等過程，在脂肪方面研究甚少。鄭竹清等于2014 年對內(nèi)蒙古白絨山羊肌內(nèi)脂肪細胞成熟前后轉(zhuǎn)錄組測序，結(jié)合工具分析預測山羊肌內(nèi)脂肪細胞中表達lncRNA 1 472個，其中29個lncRNA在脂肪細胞成熟前后差異表達，差異表達的lncRNA 主要在細胞分泌、生長調(diào)節(jié)和細胞形態(tài)變化等方面發(fā)揮作用。直到2019 年，Wang 等對不同年齡的山羊腎周脂肪組織構(gòu)建的RNA 文庫進行測序，共鑒定出21 232個來自腎周脂肪的lncRNA，共檢測到548個差異表達的lncRNA，共表達網(wǎng)絡表明4 519個lncRNA 和5 212個mRNA 可能存在互相調(diào)控關系，其靶基因參與生物合成的不飽和脂肪酸、氧化磷酸化、線粒體呼吸鏈復合體和活化蛋白激酶（AMPK）等信號通路，而山羊腎周脂肪內(nèi)的褐色脂肪組織隨年齡增長有從棕色脂肪組織向白色脂肪組織的明顯轉(zhuǎn)變。目前對在肉用山羊肌內(nèi)脂肪細胞分化前后的關鍵lncRNA 的調(diào)控功能及作用機制尚未見報道，僅見本實驗室利用轉(zhuǎn)錄組測序發(fā)現(xiàn)分化前后有143個差異lncRNA，其中上調(diào)的為73個，下調(diào)的為70個（未發(fā)表）。

3 脂肪細胞分化相關lncRNA 可能的作用機制

根據(jù)lncRNA 自身的結(jié)構(gòu)特點及在細胞中的分子定位，發(fā)現(xiàn)lncRNA 在細胞中發(fā)揮調(diào)控作用的途徑可主要歸納為轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平及表觀遺傳學等層面（圖3），還可作為信號分子、分子誘餌、分子支架等同時發(fā)揮導向作用和與miRNA 互作等機制實現(xiàn)功能調(diào)控。

圖3 lncRNA 調(diào)控機制的類別[48]

在轉(zhuǎn)錄水平上，lncRNA 影響鄰近基因轉(zhuǎn)錄，與轉(zhuǎn)錄因子互作，與蛋白質(zhì)結(jié)合等調(diào)控轉(zhuǎn)錄起始。Yuan 等指出，lncRNA AC092159.2 可能通過調(diào)節(jié)TMEM18 基因表達來促進人脂肪細胞分化；1ncRNA U90926 抑制3T3-L1 前體脂肪細胞分化是通過抑制PPAR2 啟動子的轉(zhuǎn)錄活性實現(xiàn)的；lncRNA Paral1 通過與RBM14/CoAA 相互作用共同激活主要的成脂調(diào)節(jié)因子PPAR促進脂肪細胞分化，且可能存在其它未知的方式改變PPAR2 在mRNA 及蛋白的表達水平。

lncRNA 可以調(diào)控mRNA 前體的可變剪接，在轉(zhuǎn)錄后水平影響mRNA 穩(wěn)定性及豐度。如PU.1 AS lncRNA可與mRNA 形成mRNA/AS lnc RNA 復合物，來阻礙mRNA 翻譯過程，從轉(zhuǎn)錄后水平抑制PU.1 蛋白的合成，從而促進豬脂肪沉積；鼠源Adiponectin AS lncRNA 過表達后會抑制前體脂肪細胞分化，有研究指 出Adiponectin AS IncRNA 與mRNA 可形成內(nèi)源性的RNA 二聚體，抑制mRNA向蛋白質(zhì)的翻譯，從而抑制成脂分化。

表觀遺傳學可以定義為在不改變基礎堿基對序列的情況下，影響基因表達的可遺傳和可逆的現(xiàn)象，故表觀遺傳學是對全基因組表觀遺傳修飾的研究，一般包括DNA 甲基化，組蛋白甲基化、乙?；皖惙核鼗琗 染色體失活特異轉(zhuǎn)錄本是lncRNA 對組蛋白修飾的典型。lncRNA MIR31HG 通過脂肪酸結(jié)合蛋白基因啟動子區(qū)域的組蛋白 H3k4me3 的乙酰化來抑制人脂肪細胞分化。

除了上面幾種作用方式外，lncRNA 還與miRNA相互作用調(diào)控脂肪生成，如與牛脂肪細胞分化相關的lncRNA ADNCR 能夠作為競爭性內(nèi)源 RNA（competing endogenous RNA，ceRNA） 吸附miR-204，阻止 miR-204 對其靶基因 SIRT1 的抑制作用，增加脂肪細胞中SIRT1 表達量，使 SIRT1 與轉(zhuǎn)錄共抑制因子 NCoR 和SMRT 結(jié)合，降低活性，從而抑制脂肪生成。lncRNA GM15290作為的ceRNA 與miR-27b相結(jié)合，從而降低了miR-27b 對的沉默作用，從而使得表達增加，最終促進小鼠白色脂肪生成。IMFNCR 可作為一種ceRNA 充當miR-128-3p和miR-27b-3p 的分子海綿，提高的表達從而促進雞肌內(nèi)脂肪細胞分化。人源lncRNA GAS5 通過調(diào)節(jié)miR-18a/CTGF 軸作為ceRNA 負調(diào)控間充質(zhì)干細胞(Mesenchymal Stem Cells，MSCs) 的成脂分化。此外，lncRNA 還充當信號分子通過信號通路影響脂肪細胞分化，lnc-OAD 通過影響3T3-L1 細胞有絲分裂和調(diào)節(jié)Wnt/-catenin 信號傳導途徑來促進脂肪細胞分化并調(diào)控脂肪形成。敲低lnc-ORA 通過調(diào)節(jié)PI3K/AKT/mTOR 信號通路抑制脂肪細胞的分化。lncRNA AC092834.1 通過DKK1/Wnt/-catenin 信號傳導通路調(diào)控hADSCs 成脂分化。

4 小結(jié)與展望

lncRNA 數(shù)量巨大，功能復雜，隨著研究的深入人們對lncRNA 的認識日益深刻，lncRNA 廣泛表達同時具有物種和組織特異性，提示lncRNA 對基因表達和調(diào)控具有重要作用，尤為突出的是醫(yī)學相關的大量研究中發(fā)現(xiàn)lncRNA 涉及多種疾病的發(fā)生及發(fā)展，對人類健康和科學研究具有重要意義。但lncRNA 在家畜脂肪沉積中的功能研究仍有很多亟待解決的問題，并且需要克服lncRNA 低保守性和高級結(jié)構(gòu)不明確等困難，揭示其在家畜脂肪性狀等經(jīng)濟性狀的形成中的作用及分子機制。