易圣果 沈征宇

·綜述·

長鏈非編碼RNA與皮膚黏膜疾病

易圣果 沈征宇?

長鏈非編碼RNA(long non－coding RNA，lncRNA)是一種長度超過200個核苷酸的非編碼RNA，在生物體的發(fā)育，細(xì)胞的增殖、分化、凋亡以及腫瘤發(fā)生發(fā)展中擔(dān)任著不可或缺的角色。lncRNA在皮膚黏膜疾病發(fā)生發(fā)展中也起到了重要作用。該文就lncRNA及其在皮膚黏膜疾病中的研究進(jìn)展作一綜述。

lncRNA； 皮膚黏膜疾病

人類基因組中，蛋白質(zhì)編碼基因的總數(shù)約為20 000～25 000個，其中約4%～9%的基因組序列都轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生非編碼RNA(non－coding RNA，ncRNA)。1長度大于200 nt的ncRNA稱為長鏈非編碼RNA (long non－coding RNA，lncRNA)，它們幾乎占細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組的五分之四。2近來，人們通過高通量基因測序技術(shù)發(fā)現(xiàn)了大量lncRNA，2然而目前l(fā)ncRNA的研究并不深入，其中研究較為廣泛的lncRNA只有十幾個。已有研究表明lncRNA在生物體內(nèi)具有重要作用，在皮膚黏膜疾病的發(fā)生發(fā)展中也起到相關(guān)作用。

1 lncRNA概述

1.1 生物學(xué)特征 ncRNA是指不能翻譯成蛋白質(zhì)的功能性RNA分子，ncRNA中具有調(diào)控作用的按其長度大小主要分為:短鏈非編碼RNA(其中有miRNA、siRNA、piRNA)和lncRNA。1，3

現(xiàn)在lncRNA仍未有明確定義，大多數(shù)研究人員認(rèn)為lncRNA是長度超過200個核苷酸且無蛋白質(zhì)編碼功能的RNA，位于細(xì)胞核內(nèi)或胞漿內(nèi)，4多數(shù)由RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄生成(ncRNA中的Alu序列和B2蛋白由聚合酶III轉(zhuǎn)錄)。5它的分型有以下五種:(1)正義；(2)反義(以上兩種分別為鄰近蛋白質(zhì)編碼基因中一個或多個外顯子在相同或者相反的轉(zhuǎn)錄方向上不斷重復(fù)轉(zhuǎn)錄)；(3)雙向(lncRNA與反義鏈上鄰近的蛋白質(zhì)編碼基因轉(zhuǎn)錄都從鄰近密切的基因組啟動)；(4)內(nèi)含子來源(lncRNA完全來自于基因內(nèi)含子區(qū)轉(zhuǎn)錄)；(5)基因間隔區(qū)來源(lncRNA從兩個基因區(qū)的基因間隔轉(zhuǎn)錄得到)。1

lncRNA形成方式主要有:(1)蛋白質(zhì)編碼基因發(fā)生框架斷裂轉(zhuǎn)變成功能性的ncRNA，并與某些編碼序列相結(jié)合，例如Xist基因；(2)染色質(zhì)重排過程中兩個未轉(zhuǎn)錄并間隔的序列緊靠產(chǎn)生一個多外顯子序列組成的ncRNA；(3)由某些非編碼基因經(jīng)過逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座作用多次復(fù)制形成；(4)ncRNA中的某段序列多次重復(fù)形成；(5)轉(zhuǎn)座因子的插入產(chǎn)生功能性的ncRNA。1盡管很多l(xiāng)ncRNA沒有共同的起源，但研究表明它們在基因表達(dá)的調(diào)控過程中發(fā)揮的作用極其相似。6

1.2 基本功能 lncRNA因為沒有編碼蛋白質(zhì)的功能一直被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄的“噪音”。但最近越來越多的lncRNA被證明在分子遺傳水平和細(xì)胞水平上對生物體的發(fā)育以及細(xì)胞的增殖、分化、凋亡具有相應(yīng)的功能。它們可能通過以下方式直接參與細(xì)胞的功能調(diào)控:(1)lncRNA較長，一般大于2 Kb，并具有mRNA樣結(jié)構(gòu)，經(jīng)過剪接后可形成多聚腺苷酸尾(PolyA)與啟動子結(jié)構(gòu)；(2)lncRNA啟動子可與轉(zhuǎn)錄因子例如Oct3、Nang、Sox2等結(jié)合，也可以與癌基因C－myc和抑癌基因p53等結(jié)合；7(3)lncRNA表達(dá)具有組織特異性和時空特異性。8，9lncRNA的功能包括染色體劑量補(bǔ)償、染色質(zhì)的修飾、參與基因組印記過程、細(xì)胞周期的調(diào)控、細(xì)胞分化、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的運(yùn)輸、干細(xì)胞的程序重排以及熱休克反應(yīng)等，10在表觀遺傳學(xué)上也能導(dǎo)致可遺傳的基因表達(dá)改變，11并且lncRNA的表達(dá)異常與多種腫瘤的發(fā)生相關(guān)。12

1.3 基因水平調(diào)控 lncRNA對基因表達(dá)調(diào)控的層次包括:(1)表觀修飾水平調(diào)控，主要通過調(diào)節(jié)DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質(zhì)重構(gòu)、miRNA等在基因表達(dá)中發(fā)揮表觀遺傳學(xué)作用，通過與各種染色質(zhì)修飾酶相互作用，修飾染色質(zhì)，改變其構(gòu)象，靶向激活或抑制相關(guān)基因的表達(dá)；lncRNA還可以參與基因表達(dá)沉默、表觀性狀的維持，因此對于多細(xì)胞動物的正常生長發(fā)育與細(xì)胞分化起到了重要的作用；(2)轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控，lncRNA通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的結(jié)合與裝配，與調(diào)控序列DNA形成三鏈復(fù)合物，調(diào)控RNA聚合酶II，轉(zhuǎn)錄干擾等方法實現(xiàn)；(3)轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控，通過與互補(bǔ)的mRNA形成dsRNA，影響mRNA的加工、剪接、轉(zhuǎn)運(yùn)、翻譯和降解等過程，從而調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。4

lncRNA在表觀遺傳分子調(diào)控水平上可發(fā)揮指導(dǎo)和連結(jié)的作用，相較于短鏈RNA和蛋白質(zhì)能更好地作為表觀遺傳調(diào)節(jié)因子，尤其是對同座及等位基因特異性的控制:(1)lncRNA能一直連接在轉(zhuǎn)錄的位點上，特異調(diào)節(jié)等位基因的表達(dá)；(2)lncRNA能對跨度很長的基因大片段進(jìn)行調(diào)控，從而精確地對細(xì)胞生長發(fā)育進(jìn)行時空特異性調(diào)節(jié)，而蛋白質(zhì)和短鏈RNA則沒有上述能力。13

Hawkins等證明了lncRNA在人類細(xì)胞中可以調(diào)控多功能相關(guān)因子的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)，14通過調(diào)節(jié)基因編碼影響表觀遺傳。很多l(xiāng)ncRNA具有mRNA樣結(jié)構(gòu)，提示其可能與miRNA有相互作用，如在肝細(xì)胞癌中過度表達(dá)的一種lncRNA——肝癌高表達(dá)基因(HULC) RNA，能夠有效結(jié)合miRNA，抑制其與下游靶基因結(jié)合，促使肝癌細(xì)胞增殖。15也有研究發(fā)現(xiàn)lncRNA能作用于啟動子元件，抑制鄰近蛋白質(zhì)編碼基因，以阻止轉(zhuǎn)錄延伸，從而調(diào)節(jié)基因表達(dá)。16

2 lncRNA與皮膚黏膜疾病

lncRNA具有不同的亞細(xì)胞定位(如細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)組分、細(xì)胞骨架)，并在不同的亞細(xì)胞定位中起不同的作用，尤其是在細(xì)胞核中。雖然對這方面的研究不多，但有幾種lncRNA的深入研究證實了它具有重要的多功能性。11例如在基因組印記(H19)、X染色體失活(Xist，Tsix)和反式轉(zhuǎn)錄調(diào)控(HOTAIR17)等方面lncRNA起到了重要作用，與多種病理過程密切相關(guān)。

研究發(fā)現(xiàn)一種來自于含有sprouty4基因的內(nèi)含子(SPRY4，一種MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的抑制劑)的lncRNA－SPRY4－IT1在皮膚惡性黑素瘤中表達(dá)顯著上調(diào)，而它的表達(dá)降低則會導(dǎo)致皮膚惡性黑素瘤細(xì)胞的生長缺陷、侵襲和遷移的減少，以及細(xì)胞凋亡率增加。18另有研究發(fā)現(xiàn)一種反義lncRNA“ANRIL”(antisense ncRNA in the INK4 locus)，是由目前臨床上與黑素瘤最相關(guān)的易感基因INK4b–ARF–INK4a翻譯而來，19INK4b－ARF－INK4a位點在黑素瘤中則易發(fā)生缺失和高甲基化，20對黑素瘤的發(fā)生發(fā)展有一定的作用。研究認(rèn)為ANRIL是介導(dǎo)INK4b－ARFINK4a位點沉默的機(jī)制之一，對該基因起到了調(diào)節(jié)作用。然而需要進(jìn)一步研究以闡述其中的作用機(jī)制，研究lncRNA是否與黑素瘤的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中基因破壞有關(guān)。

現(xiàn)在有證據(jù)表明ncRNA廣泛參與SLE的發(fā)病過程，例如miRNA已被證實參與紅斑狼瘡的發(fā)病，且與疾病的嚴(yán)重程度相關(guān)。21進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，在系統(tǒng)性紅斑狼瘡活動組和穩(wěn)定組中通過表達(dá)譜芯片檢測結(jié)果表明，許多l(xiāng)ncRNA出現(xiàn)顯著差異表達(dá)，例如uc003ngn、uc010bq等在SLE患者外周血單個核細(xì)胞中顯著上調(diào)，而AK022005、uc010gdp等顯著下調(diào)。以上提示這些lncRNA參與了SLE疾病發(fā)生及發(fā)展的分子調(diào)節(jié)過程，22但是仍需進(jìn)一步探索這些lncRNA在SLE的發(fā)生發(fā)展進(jìn)程中的作用機(jī)制。

Gibb等23人使用SAGE庫發(fā)現(xiàn)lncRNA在正常和不典型增生的口腔黏膜的表達(dá)也有異常。他們在研究中提出了第一個lncRNA人類口腔黏膜的表達(dá)圖譜，對325個lncRNA的表達(dá)進(jìn)行了描述，提示了lncRNA在口腔黏膜轉(zhuǎn)錄中有顯著的表達(dá)，同時發(fā)現(xiàn)這些lncRNA有60%在口腔黏膜癌前病變有異常表達(dá)，例如NEAT1、mir155HG及PTENP1等表達(dá)皆有顯著差異。因此認(rèn)為lncRNA對口腔上皮輕度到重度不典型增生、原位癌，侵襲性口腔鱗狀細(xì)胞癌的發(fā)展可能有著重要作用，因此可以利用SAGE庫來進(jìn)行基因全轉(zhuǎn)錄分析，對疾病的預(yù)測和防治有重要意義。

Kretz等人在研究中比較lncRNA在表皮組織祖細(xì)胞和已分化表皮細(xì)胞中的表達(dá)差異，鑒定出了一類在分化過程中下調(diào)的lncRNA，稱為抗分化ncRNA (anti－differentiation ncRNA，ANCR)，它是一種有855個堿基對的lncRNA。24研究證明祖細(xì)胞中ANCR減少，且在沒有任何其他刺激的情況下，導(dǎo)致了細(xì)胞快速的分化誘導(dǎo)。ANCR對未分化的表皮細(xì)胞的分化具有調(diào)節(jié)作用，能夠抑制大部分的表皮和角質(zhì)形成細(xì)胞的分化過程。他們也在角質(zhì)形成細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)一類lncRNA，稱為終末分化誘導(dǎo)非編碼RNA(TINCR)。25在某些皮膚疾病(如皮膚癌、濕疹)中，阻斷TINCR的活性，可以終止所有表皮細(xì)胞的分化。這一發(fā)現(xiàn)突顯了lncRNA的新作用－調(diào)節(jié)人類皮膚組織的分化。

3 治療策略與預(yù)測

針對lncRNA為基礎(chǔ)的治療策略研究隨著lncRNA深入探索而迅速擴(kuò)大。Tsai等研究提示可以通過lncRNA靶向作用于染色質(zhì)修飾復(fù)合物和RNA結(jié)合蛋白來改變特定基因的表達(dá)程序，在原發(fā)腫瘤及其轉(zhuǎn)移灶中抑制不同的基因表達(dá)從而發(fā)揮不同的生物學(xué)效應(yīng)。26以上表明lncRNA在調(diào)節(jié)某些lncRNA相關(guān)疾病表觀基因組中發(fā)揮積極的作用，提示其可以作為診斷和治療的重要靶點。

lncRNA可能通過以下3種途徑作為治療劑或中介:(1)lncRNA通過基因治療傳遞系統(tǒng)(例如病毒)進(jìn)入人體，但具有潛在的風(fēng)險；(2)lncRNA作為合成的siRNA或miRNA靶點，它具有較長的核苷酸鏈的獨特優(yōu)勢，可以形成復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，與蛋白質(zhì)因子相互作用；同時也可以提供較大的空間位置與多個分子結(jié)合，共同發(fā)揮生物學(xué)功能；(3)服用專門能與lncRNA互相作用的藥物RNA定位lncRNA。27例如使用小分子化合物定位lncRNA，28通過標(biāo)記和鑒定這些分子化合物然后與lncRNA結(jié)合，從而定位lncRNA或核糖核蛋白復(fù)合物。如果能成功尋找并使用這類化合物，對與lncRNA表達(dá)相關(guān)的疾病患者無疑是個巨大的福音。

4 問題與研究前景

由于lncRNA本身的特殊性，如原始序列所包含的信息少、種類繁多及研究手段的限制，對lncRNA分子調(diào)控機(jī)制以及在皮膚黏膜生理和病理的認(rèn)識仍較膚淺。但是皮膚易于吸收藥物的特性以及病理標(biāo)本的易取性，有利于我們進(jìn)行對lncRNA相關(guān)皮膚黏膜疾病的研究。可以通過了解lncRNA自身表達(dá)與功能以及反饋調(diào)控等機(jī)制，指導(dǎo)疾病的基因診斷、治療以及確定疾病的分級標(biāo)準(zhǔn)和預(yù)測，從而開創(chuàng)基于lncRNA藥物靶點治療的新局面。

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(收稿:2013－04－20)

Long noncoding RNA and mucocutaneous diseases

YISheng-guo，SHEN Zheng-yu.Department of Dermatology，Shanghai Ninth People's Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University School ofMedicine，Shanghai，200011

Long non－coding RNA(lncRNA)(＞200 nt)is a non－coding RNAS(ncRNA)，which play an important role in cells differentiation，proliferation，apoptosis and cancer development.LncRNAs also have functions in the developmentofmucocutaneous diseases.In this paper we reviewed the relationship between lncRNA and themucocutaneous diseases.

long non－coding RNA；mucocutaneous diseases

國家自然科學(xué)基金(編號:81200786)

上海市自然科學(xué)基金(編號:12ZR1417000)

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院皮膚科，上海，200011

?通信作者