孫嘉宏，譚曉冬，楊欣婷，趙桂蘋，文 杰，劉冉冉

（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所，動物營養(yǎng)學(xué)國家重點實驗室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部動物遺傳育種與繁殖（家禽）重點實驗室，北京 100193）

脂肪是動物重要的儲能與供能組織，當(dāng)動物能量過剩時，脂肪以中性脂質(zhì)的形式儲存在體內(nèi)；當(dāng)能量缺乏時，脂肪則通過脂解的方式為機體提供能量。畜禽許多重要經(jīng)濟性狀與脂代謝密切相關(guān)，如背膘厚、肌內(nèi)脂肪含量和腹脂率等。以肉雞生產(chǎn)為例，肌內(nèi)脂肪含量提高有利于肉品質(zhì)提高，而腹部脂肪過度沉積會影響胴體品質(zhì)和經(jīng)濟效益，并造成環(huán)境污染。因此，研究機體脂代謝的精準調(diào)控機制將為體脂性狀的遺傳技術(shù)研發(fā)奠定必要基礎(chǔ)。

長鏈非編碼RNA（Long noncoding RNAs，lncRNA）是一類長度大于200nt、不編碼蛋白質(zhì)的RNA，廣泛存在于動植物中。在很長一段時間內(nèi)，lncRNA 被看作是“轉(zhuǎn)錄噪聲”，不被人們重視。但近些年研究已充分證明，lncRNA 在生物體代謝調(diào)控過程中發(fā)揮著重要作用，如lncRNA 在肌細胞分化和細胞周期過程中具有調(diào)控作用，并直接參與卵子成熟、精子形成、胎盤形成、妊娠、性腺激素應(yīng)答、胚胎發(fā)育等過程。lncRNA 在脂肪代謝中同樣起重要調(diào)控作用，lncRNA 與棕色脂肪生成、白色脂肪生成、血漿高密度脂蛋白濃度、血漿甘油三酯濃度有關(guān)。lncRNA 在小鼠和人上的相關(guān)研究較為豐富，在肝臟中，LNCLSR 直接與TDP-43 結(jié)合并抑制的表達以下調(diào)甘油三酯水平，APOA1-AS 在體內(nèi)外均對的表達有負調(diào)控作用，以抑制高密度脂蛋白形成，在脂肪發(fā)育過程中，SRA 通過調(diào)節(jié)PPAR和P38/JNK 磷酸化促進體外脂肪生成，促進前脂肪細胞分化，ADINR 通過轉(zhuǎn)錄激活C/EBPa 促進脂肪生成，Blnc1 結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子EBF2 促進棕色和米色脂肪細胞分化。在畜禽脂代謝研究中，lncRNA 調(diào)控機制解析也成為研究熱點之一。因此，本文就lncRNA 及其在畜禽脂代謝上的相關(guān)研究進展做一綜述，為相關(guān)工作提供科學(xué)依據(jù)。

1 lncRNA 簡介

lncRNA 的種類繁多，功能復(fù)雜，在不同的物種間保守性較低，有組織和發(fā)育階段特異性，在不同的亞細胞區(qū)域發(fā)揮作用。由于lncRNA 結(jié)構(gòu)和功能的多樣性，為利于開展研究，通常根據(jù)lncRNA 與功能基因的相對位置對其進行分類。根據(jù)其與鄰近蛋白質(zhì)編碼基因的相對位置可將lncRNA 分為六類，包括：①基因內(nèi)lncRNA：來源于內(nèi)含子的二次轉(zhuǎn)錄；②基因間lncRNA：位于2 個基因的間隔區(qū)域內(nèi)，構(gòu)成最大的非編碼RNA 家族；③正義lncRNA：由蛋白質(zhì)基因編碼的正義鏈轉(zhuǎn)錄；④反義lncRNA：由蛋白質(zhì)基因編碼的反義鏈轉(zhuǎn)錄，大約70%的lncRNA 是自然反義轉(zhuǎn)錄本（Natural Antisense Transcripts，NAT）；⑤雙向lncRNA：由蛋白質(zhì)編碼基因的反向互補鏈轉(zhuǎn)錄，其功能與蛋白質(zhì)編碼基因相似；⑥增強子lncRNA：通過向特定的基因啟動子募集染色質(zhì)重塑復(fù)合物來增強基因活性。

已知的lncRNA 實現(xiàn)生物學(xué)功能的分子機制包括（圖1）：①lncRNA 作為信號分子，對來自細胞內(nèi)或細胞外的各種刺激做出回應(yīng)，作為特定時間、地點、生理狀態(tài)、基因調(diào)控的標志物；②lncRNA 作為誘餌分子，誘導(dǎo)某些蛋白質(zhì)、RNA 或MicroRNA（miRNA）分子離開特定的區(qū)域；③lncRNA 作為引導(dǎo)分子，通過與目標分子結(jié)合，指引核糖核蛋白復(fù)合體定位至目標區(qū)域，進而影響鄰近基因或遠距離基因的表達；④lncRNA 作為支架分子，為多個不同類型大分子組件的裝配提供一個中心平臺，在生物信號傳導(dǎo)過程中發(fā)揮調(diào)控作用。

圖1 lncRNA 實現(xiàn)生物學(xué)功能的分子機制[22]

lncRNA 能夠在染色質(zhì)、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后等水平影響基因表達，從而發(fā)揮生物學(xué)功能（圖2）：①染色質(zhì)水平：通過介導(dǎo)染色質(zhì)重構(gòu)以及組蛋白修飾來調(diào)控下游基因的表達，lncRNA HOTAIR等可以將核心蛋白復(fù)合體招募到特定位點，在那里將組蛋白H3 的賴氨酸27 殘基3（me3K27）甲基化以誘導(dǎo)異染色質(zhì)的形成和抑制基因表達（圖2-a）；②轉(zhuǎn)錄水平：與上游啟動子區(qū)結(jié)合，干擾下游基因的表達。lncRNA 募集RNA 結(jié)合蛋白TLS（translocatedinliposarcoma）來調(diào)節(jié)CREB 結(jié)合蛋白（CBP）和p300 的組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶活性，以抑制基因轉(zhuǎn)錄（圖2-b）；一種超保守的增強子被轉(zhuǎn)錄為一個lncRNA，Evf2 作為轉(zhuǎn)錄因子DLΧ2 的共同激活因子可調(diào)節(jié)Dlx6 基因的轉(zhuǎn)錄（圖2-c）；lncRNA可以在主要啟動子處形成一個三聯(lián)體以阻斷一般轉(zhuǎn)錄因子TFIID 的結(jié)合，從而使基因表達沉默[26]（圖2-d）；③轉(zhuǎn)錄后修飾：反義lncRNA 通過與mRNA 形成互補雙鏈，干擾mRNA 的剪切或者生成內(nèi)源性Small interfering RNA（siRNA）來調(diào)控基因的表達（圖2-e）。

圖2 lncRNA 的功能[29]

2 lncRNA 在畜禽脂代謝中的研究進展

2.1 lncRNA 在肝脂代謝過程中的作用 肝臟在脂肪的消化、吸收、分解、合成及運輸?shù)却x過程中發(fā)揮重要作用，是機體脂代謝的樞紐。肝臟從血液中攝取游離脂肪酸，合成甘油三酯，隨后以極低密度脂蛋白的形式將甘油三酯轉(zhuǎn)運出肝。正常情況下，肝臟僅儲存少量脂肪酸，當(dāng)機體營養(yǎng)過剩時，肝脂代謝加劇會引起代謝性綜合征。大量研究表明，畜禽肝脂代謝受表觀遺傳調(diào)控，包括lncRNA 作用。

對家禽而言，由于脂肪細胞不能或僅能合成微量脂類，肝臟成為其內(nèi)源性脂類合成的主要部位。Tan 等利用實驗室前期建立的持續(xù)5 個世代的雞脂肪肝父系遺傳模型為素材，通過對肝臟進行DNA 甲基化和lncRNA 測序研究脂肪肝發(fā)生后肝臟表觀修飾的變化，發(fā)現(xiàn)易感系公雞83 個脂肪和葡萄糖相關(guān)基因中有72%上調(diào)；通過共表達網(wǎng)絡(luò)分析鑒定到與脂代謝相關(guān)的重要新lncRNA（LNC_006756、LNC_012355 等）；此外，脂肪肝發(fā)生后肝臟甲基化水平顯著降低，并發(fā)現(xiàn)23 個甲基化與lncRNA 的共同靶點基因（等）。Li 等通過轉(zhuǎn)錄組測序比較20 周齡和30 周齡預(yù)產(chǎn)蛋雞和產(chǎn)蛋高峰雞的肝臟中l(wèi)ncRNA 表達差異，鑒定了一系列與雞肝脂代謝相關(guān)的lncRNA，分析了產(chǎn)前和產(chǎn)蛋母雞之間在肝臟中存在顯著差異表達的lncRNA 即lncLTR 的表達調(diào)控方式，lncLTR 受雌激素通過ERbeta 信號調(diào)節(jié)，并與雞胴體性狀和血液甘油三酯含量有關(guān)?；蚪M功能注釋是彌合基因型和表型之間差距的關(guān)鍵，Muret 等通過RNA-Seq 對雞肝臟和脂肪組織中l(wèi)ncRNA 轉(zhuǎn)錄組進行分析，在雞肝臟和脂肪組織中提供了一個完整的lncRNA 庫，該庫顯示了mRNA 和lncRNA 之間共表達的有趣模式，很多在其他物種上驗證的lncRNA 在雞上不具有參考意義，在肝臟和脂肪沉積中，相較于mRNA，lncRNA 表達量更低、組織特異性更強，他們還強調(diào)了參與脂質(zhì)代謝的新型lncRNA 候選物lnc_DHCR24，它與編碼膽固醇生物合成關(guān)鍵酶的基因表達量高度相關(guān)。Ning 等在構(gòu)建了4 個發(fā)育階段（60、133、220、400 日齡）肝臟組織的12 個RNA 文庫，鑒定的lncRNA 中一半以上是lincRNA（long intergenic ncRNAs），功能富集與脂質(zhì)代謝有關(guān)，通過結(jié)合加權(quán)基因共表達網(wǎng)絡(luò)分析（WGCNA）構(gòu)建DE-lncRNA（Differentially expressed lncRNA）和DEG（Differentially expressed gene）之間的共表達網(wǎng)絡(luò)，功能富集結(jié)果也與脂質(zhì)代謝有關(guān)，表明DE-lncRNA 具有調(diào)節(jié)肝臟脂質(zhì)代謝的生物學(xué)功能。

Liang 等使用HiSeq 平臺對3 只荷斯坦奶 牛在干乳期、泌乳早期和泌乳高峰期的9 份肝臟樣品的cDNA 和sRNA 文庫進行了測序，構(gòu)建了一個大型的可能影響牛乳脂合成的內(nèi)源競爭RNA（competing endogenous RNAs，ceRNA）調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，找到12 個可能會通過胰島素、PI3K-Akt、MAPK、AMPK、mTOR和PPAR 信號傳導(dǎo)途徑影響肝臟脂質(zhì)代謝的候選基因。

綜上，由于物種間差異，已驗證的lncRNA 對其他物種參考意義有限，研究者們?nèi)灾铝τ跇?gòu)建肝臟組織lncRNA 和mRNA 共表達網(wǎng)絡(luò)以及篩選出有參考價值的lncRNA。

2.2 lncRNA 在脂肪沉積中的作用 動物體內(nèi)脂肪沉積程度取決于血漿中甘油三酯水平，脂肪沉積與畜禽繁殖、生長、產(chǎn)肉性狀有關(guān)，且脂肪對肉品質(zhì)及其加工特性有重要影響。機體內(nèi)脂肪沉積主要取決于合成代謝和分解代謝之間的動態(tài)平衡，lncRNA 對畜禽脂肪沉積有著重要作用。

Chen 等使用來自白色杜洛克和二花臉雜交的兩個F全同胞雌性個體240 日齡的肝臟、腹脂和背最長肌的數(shù)據(jù)以鑒定581 個與豬肌肉生長和脂肪沉積相關(guān)的lincRNAs，從預(yù)測的lincRNAs 中篩選了一些靶基因，與肌肉生長有關(guān)，和與脂肪沉積有關(guān)，和與肌肉生長和脂肪沉積均有關(guān)。這些lincRNAs 可能通過靶基因的穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)參與豬肌肉生長或脂肪沉積有關(guān)的生物學(xué)過程。lncRNA 雖然有組織特異性，但仍可能同時參與不同的生物學(xué)過程。脂肪沉積研究中可以將lncRNA 和性激素研究結(jié)合，Wang 等對閹割和未閹割的全同胞淮南公豬皮下脂肪組織進行轉(zhuǎn)錄組分析，共鑒定出343 個lncRNAs，其中18 個lncRNAs 在2 個組中差異表達，功能分析表明這18 種lncRNAs 及其靶基因參與脂肪酸、胰島素和脂肪細胞因子信號通路，去勢豬的脂肪酸合成和代謝更為活躍。Li 等在雞上也發(fā)現(xiàn)lncLTR受雌激素調(diào)節(jié)。Zhang 等對嘉興黑豬和長白豬皮下脂肪的lncRNAs 和mRNAs 表達譜進行比較，鑒定到221 個lncRNAs 和958 個mRNAs，對DEG 進行功能分析，其主要參與免疫應(yīng)答、PI3K-Akt 信號通路和MARK 信號通路等與脂肪形成和脂質(zhì)代謝相關(guān)通路，其中LTCONS_00055593 可能通過調(diào)節(jié)其靶基因在脂肪代謝和沉積中起關(guān)鍵作用。

羊的“脂尾”可以在遷徙期間和牧場處于休眠狀態(tài)或干物質(zhì)較少的季節(jié)為機體提供能量。綿羊的尾脂是人類用作膳食脂肪的重要來源。為鑒定與尾脂沉積和發(fā)育相關(guān)的lncRNA 和mRNA，Ma 等對蘭州肥尾羊、小尾寒羊和藏羊的尾脂進行高通量測序，對篩選的mRNA-lncRNA 對構(gòu)建共表達網(wǎng)絡(luò)，發(fā)現(xiàn)4個lncRNA（TCONS_00372767、TCONS_00171926、TCONS_00054953 和TCONS_00373007）與超過50 個mRNA 相互作用，對其靶基因進行功能富集可發(fā)現(xiàn)這些基因廣泛參與脂肪酸代謝和脂肪酸延伸相關(guān)途徑，均有助于脂肪沉積，可能作為核心lncRNA 在尾部脂肪沉積過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并且mRNA 和lncRNA 可能主要通過正調(diào)控發(fā)揮作用；組學(xué)分析說明mRNA 和lncRNA 在脂代謝中可能通過同向表達發(fā)揮作用。

肉雞的生長速度通過遺傳選擇可實現(xiàn)持續(xù)性提高，但對快速生長的選擇會伴隨腹脂過量，會影響飼料轉(zhuǎn)化率，降低腹脂沉積已成為肉雞育種目標之一。Zhang 等以14 日齡京海黃雞腹部脂肪組織的前脂肪細胞為樣本，通過對不同分化階段的轉(zhuǎn)錄組進行測序，鑒定出1 336個lncRNA 和1 759 個mRNA 差異表達，且在分化過程中各個階段差異表達基因數(shù)下降，這些基因涉及與前脂肪細胞分化相關(guān)途徑，包括丙酸脂代謝、脂肪酸代謝、氧化磷酸化途徑等。杜志強等指出lncRNA 基因可抑制活化T 細胞核因子（），且和在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)肉雞腹脂雙向選擇系和愛拔益加肉雞群體腹部脂肪組織中的表達水平隨周齡增加而顯著升高，提示基因可能影響肉雞肌肉和脂肪組織生長發(fā)育。李富原等研究發(fā)現(xiàn)隨填飼時間的增加，lncRNA LOC106047490 在朗德鵝肝臟、腹脂和胸肌中的表達量明顯下降，該基因受高葡萄糖、胰島素和不飽和脂肪酸的誘導(dǎo)且該基因在成年鵝腹脂中的表達量最高，提示LOC106047490 與脂肪代謝有關(guān)。

在牛上的相關(guān)研究主要關(guān)注脂肪組織的發(fā)育及分化。劉宇利用高通量測序等技術(shù)在秦川牛成年母牛皮下脂肪組織、內(nèi)臟脂肪組織和6 月齡犢牛皮下脂肪組織中分別獲得了大量差異表達的lncRNA，并對犢牛皮下脂肪組織特異性表達的lncRNA TCONS_00596625進行了生物信息學(xué)分析及雙熒光素酶報告系統(tǒng)驗證，發(fā)現(xiàn)其存在bta-miR-125b 結(jié)合位點。有研究發(fā)現(xiàn)btamiR-125b 參與牛肉嫩度調(diào)節(jié)，并且在健康奶牛和患乳房炎奶牛的乳腺組織中差異表達，提示該lncRNA TCONS_00596625 可能通過與bta-miR-125b 的結(jié)合參與到上述生物學(xué)過程中。Li 等通過Ribo-Zero RNAseq 研究體外培養(yǎng)的牛前脂肪細胞和分化的脂肪細胞中PolyA+lncRNA 和PolyA－lncRNA，共確定了2 882 個lncRNA，其中l(wèi)ncRNA ADNCR 作為miR-204 的競爭性內(nèi)源RNA（ceRNA），增強miR-204 靶基因的表達，通過與NCoR 和SMART 作用來抑制PPAR的活動，從而抑制脂肪細胞分化和脂肪合成基因表達。肖航等對肉牛肌肉和脂肪組織lncRNA 組學(xué)測序分析發(fā)現(xiàn)的lncRNA TCONS-585 進行熒光定量PCR 驗證，發(fā)現(xiàn)其在脂肪組織中表達水平顯著高于其他組織，干擾lncRNA TCONS-585 能下調(diào)具有抑食作用、參與脂肪分化的基因的表達，從而可能影響牛脂肪組織的分化。

2.3 lncRNA 在肌內(nèi)脂肪沉積中的作用 肌內(nèi)脂肪（Intramuscular Fat，IMF）分布在肌外膜、肌束膜、肌內(nèi)膜，主要由甘油三酯、磷脂和游離脂肪酸組成。IMF 含量增加可提高肉的風(fēng)味、嫩度和多汁性。IMF 沉積使肌肉組織的交織結(jié)構(gòu)松散，增加肌肉嫩度；其中的磷脂可以通過美拉德反應(yīng)產(chǎn)生香味；食物中的IMF 還可以通過刺激人類唾液分泌來增加咀嚼時的適口性。IMF 是畜禽肉品質(zhì)選育的重要指標之一。

不同的脂肪組織具有不同的生化特性和肌內(nèi)表達模式，為研究lncRNA 在雞IMF 和腹脂形成中的功能，Zhang 等采用Ribo-Zero RNA-Seq 技術(shù)進行轉(zhuǎn)錄組分析，鑒定到1 624 個差異lncRNAs，其中l(wèi)ncAD 與PPAR 信號通路的多個基因共表達，且其下調(diào)會以順式調(diào)控的方式抑制的表達，從而減少肌內(nèi)前脂肪細胞的成脂分化，并促進細胞增殖。Χing 等以高IMF 肉雞品系的胸肌和腹脂轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)，通過WGCNA（Weighted Correlation Network Analysis）分析對發(fā)育過程中影響胸肌、腹脂沉積的功能基因模塊及其樞紐基因進行鑒定，并且篩選到了可能與胸肌IMF 沉積相關(guān)的核心lncRNA ENSGALG00000041996、ENSGALG00 000053368、LOC107050564、ENSGALG00000048510等，其中可能與胸肌早期發(fā)育階段IMF 沉積相關(guān)的lncRNA ENSGALG00000041996，它可能通過調(diào)控與脂肪酸轉(zhuǎn)運相關(guān)的和與催化線粒體脂肪酸氧化有關(guān)的發(fā)揮作用。

Abu-Elheiga 等研究發(fā)現(xiàn)基因敲除小鼠可以防止肥胖和高脂肪誘發(fā)的糖尿病，Zou 等推測可以促進脂質(zhì)合成或沉積，并且發(fā)現(xiàn)皖南花豬中l(wèi)incRNA TCONS_00061360 的高表達可以正向調(diào)節(jié)脂肪酸氧化途徑的必需調(diào)節(jié)劑——的表達，從而促進脂質(zhì)合成或沉積，在背最長肌中形成更高的IMF 含量。Huang 等對脂肪沉積差異顯著的萊蕪豬和大白豬之間IMF 基因表達譜進行比較分析，共鑒定出54 個lncRNAs 和482 個mRNAs，研究表明ΧLOC_046142、ΧLOC_004398 和ΧLOC_015408 可能分別靶向和，并在豬IMF 形成和脂質(zhì)蓄積中起關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。ΧLOC_064 871 和ΧLOC_011001 可能通過調(diào)節(jié)和在脂質(zhì)代謝相關(guān)疾病中起作用。Sun 等對脂肪型和瘦肉型豬種各3 頭仔豬的肌內(nèi)前脂肪細胞分化過程分4 個階段進行了轉(zhuǎn)錄組分析，鑒定出1 932 個差異lncRNAs，其中l(wèi)nc_000414 與脂肪合成密切相關(guān)，該lncRNA 可作為豬IMF 細胞增殖的抑制劑。

在牛上，Wang 等構(gòu)建了0.5 歲和2.5 歲2 個發(fā)育階段背最長肌以及其肌內(nèi)脂肪的整個轉(zhuǎn)錄組圖譜差異表達概況，并且根據(jù)2 個組織中共表達的轉(zhuǎn)錄本構(gòu)建了ceRNA 調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，推測3 個ceRNA 子網(wǎng)（miR-381-y-TCONS-00016416-SIRT1、miR-122-x-TCONS-000617 98-PRKCA、miR-499-y-TCONS-00084092-LPL）可能在IMF 沉積調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用。

3 小結(jié)與展望

目前，lncRNA 在畜禽脂肪代謝方面的研究仍處于起步階段，已有研究集中在挖掘新lncRNA 以及l(fā)ncRNA 與miRNA 的相互作用機制。雖然已有研究解析了部分lncRNA 在脂代謝過程中的調(diào)控機制，但是由于lncRNA 具有保守性低、作用方式多樣的特點，且畜禽個體間差異大，其功能解析成為研究難點。將挖掘到的lncRNA 進行功能解析和調(diào)控機制的研究，最終實現(xiàn)通過靶向調(diào)節(jié)lncRNA 對畜禽脂代謝進行定向調(diào)控，將是相關(guān)研究領(lǐng)域的重要方向之一。