羅 濤

近幾年，在生命科學(xué)領(lǐng)域，非編碼核糖核酸(RNA)的調(diào)控方式和機(jī)制得到廣泛研究。長(zhǎng)鏈非編碼核糖核酸(long non-coding RNA, lncRNA)作為其中一員，參與了多種重要的病理生理調(diào)控過(guò)程，這些調(diào)控作用已逐步引起學(xué)者們的關(guān)注。lncRNA是一類(lèi)可能具有初期或迭接轉(zhuǎn)錄本功能的RNA，其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周神經(jīng)系統(tǒng)中均有表達(dá)；一系列研究結(jié)果表明，其在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中發(fā)揮重要作用。本綜述旨在介紹lncRNA在神經(jīng)系統(tǒng)疾病方面的研究進(jìn)展。

1 lncRNA的概述

弗朗西斯·克里克于1958年提出“中心法則”并指出，遺傳信息由脫氧核糖核酸(DNA)轉(zhuǎn)錄成為RNA再翻譯成為蛋白質(zhì)，從而發(fā)揮生物學(xué)功能。這一觀念的普及極大地促進(jìn)了生命科學(xué)的發(fā)展。lncRNA是近期發(fā)現(xiàn)的不同于小分子RNA和結(jié)構(gòu)基因(編碼蛋白質(zhì)或RNA的基因)，可能具有初期或迭接轉(zhuǎn)錄本功能的一類(lèi)RNA[1]。lncRNA主要基于表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平等層面實(shí)現(xiàn)對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控，從而在多種生物學(xué)過(guò)程中發(fā)揮重要作用， 與疾病的發(fā)生密切相關(guān)[2]。研究[3]發(fā)現(xiàn)，一般情況下，lncRNA表達(dá)水平低于編碼蛋白質(zhì)基因水平，而在特殊組織中某些lncRNA優(yōu)先表達(dá)。按照其相對(duì)于編碼基因的位置，lncRNA可以分為正義lncRNA、反義lncRNA、雙向lncRNA、內(nèi)含子內(nèi)lncRNA和基因間lncRNA 5類(lèi)[1]。lncRNA有5個(gè)來(lái)源[4]：編碼蛋白的基因因結(jié)構(gòu)中斷而轉(zhuǎn)變?yōu)閘ncRNA；兩個(gè)未轉(zhuǎn)錄的基因與另一個(gè)獨(dú)立的基因并列而產(chǎn)生含多個(gè)外顯子的lncRNA；由非編碼基因復(fù)制過(guò)程中的反移位產(chǎn)生的lncRNA；由局部的串聯(lián)復(fù)制子產(chǎn)生鄰近的lncRNA；基因中插入1個(gè)轉(zhuǎn)座子成分而產(chǎn)生功能的lncRNA。

2 lncRNA在神經(jīng)系統(tǒng)中的功能

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)研究中，lncRNA參與了神經(jīng)元分化、腦發(fā)育、突觸可塑性，以及神經(jīng)退行性疾病和腫瘤的發(fā)生、發(fā)展；其在中樞神經(jīng)系統(tǒng)和外周神經(jīng)系統(tǒng)中均有表達(dá)。lncRNA有特定的定位，其表達(dá)具有組織特異性[5]和時(shí)空特異性[6]。研究[7-9]發(fā)現(xiàn)，lncRNA在處于發(fā)育過(guò)程中和成熟的神經(jīng)系統(tǒng)組織或細(xì)胞中均有表達(dá)，例如腦組織、視網(wǎng)膜、神經(jīng)元亞型等。lncRNA在小鼠神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的過(guò)程中有不同程度的表達(dá)，參與小鼠腹側(cè)前腦源性神經(jīng)干細(xì)胞種系的形成、γ-氨基丁酸(GABA)能神經(jīng)元和少突膠質(zhì)細(xì)胞種系的發(fā)育、神經(jīng)元向膠質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)變、少突膠質(zhì)細(xì)胞種系的成熟和成熟髓鞘終末分化等過(guò)程[9]。功能學(xué)分析發(fā)現(xiàn)，神經(jīng)系統(tǒng)表達(dá)的lncRNA主要參與調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的發(fā)展、突觸的可塑性，使動(dòng)物的行為活動(dòng)發(fā)生改變，或調(diào)節(jié)視網(wǎng)膜發(fā)育等[10-15]。

3 lncRNA與神經(jīng)系統(tǒng)疾病

3.1 lncRNA與阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease, AD) AD患者發(fā)病時(shí)淀粉樣前體蛋白(amyloid precursor protein，APP)在腦內(nèi)異常代謝導(dǎo)致β淀粉樣蛋白(β-amyloid peptide，Aβ)沉積。這一過(guò)程受β位淀粉樣前體蛋白裂解酶1(β-site APP cleaving enzyme 1, BACE1)調(diào)控，該酶在AD患者腦內(nèi)的活性高于正常人。BACE1-AS作為BACE1 mRNA反義鏈能夠在細(xì)胞受到各種外界壓力刺激下，與BACE1 mRNA形成RNA復(fù)合體來(lái)防止BACE1 mRNA受到核酸酶的降解，增強(qiáng)BACE1 mRNA的穩(wěn)定性，導(dǎo)致更多的Aβ沉積，正反饋促進(jìn)BACE1-AS的表達(dá), 加速AD發(fā)展。BACE1-AS是AD的潛在治療靶點(diǎn)[16]。另外一種lncRNA BC200的表達(dá)量與AD患者病情嚴(yán)重程度呈正相關(guān)，表明lncRNA BC200的變異表達(dá)和非正常定位導(dǎo)致了AD的發(fā)生和病程進(jìn)展[17]。

3.2 lncRNA與帕金森病(Parkinson disease，PD)PD是位于AD后的第二大常見(jiàn)神經(jīng)退行性疾病。目前全球大約有600萬(wàn)PD患者。由于腦黑質(zhì)紋狀體多巴胺能神經(jīng)元(dopaminergie neurons，DN)逐漸喪失功能并累積到一定程度，出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)障礙，甚至發(fā)展成癡呆，但PD準(zhǔn)確的發(fā)病機(jī)制仍未明確[18]。采用全轉(zhuǎn)錄組RNA序列分析的方法研究PD患者白細(xì)胞，篩選出諸多與微RNA(microRNA)互補(bǔ)的U1剪切體lncRNA，經(jīng)實(shí)時(shí)熒光定量PCR證實(shí)，在PD患者白細(xì)胞、兩個(gè)腦區(qū)、杏仁體和黑質(zhì)中共表達(dá)U1剪切體lncRNA，這為研究PD和其他神經(jīng)退行性疾病提供了新思路[19]。

3.3 lncRNA與亨廷頓病(Huntington’s disease，HD)HD是由于CAG三核苷酸重復(fù)序列過(guò)度擴(kuò)展導(dǎo)致非正常亨廷頓蛋白(Htt)產(chǎn)生，從而造成紋狀體和皮質(zhì)神經(jīng)細(xì)胞的進(jìn)行性死亡，伴隨舞蹈癥和癡呆的一種惡性常染色體顯性神經(jīng)退行性疾病[20]。其主要表現(xiàn)為進(jìn)行性運(yùn)動(dòng)障礙、精神異常和智能衰退等。研究發(fā)現(xiàn)，HD患者和模型動(dòng)物中突變的Htt基因可促進(jìn)抑制元素1——沉默轉(zhuǎn)錄因子(REST)核轉(zhuǎn)位并導(dǎo)致其眾多靶基因表達(dá)下調(diào)。HD患者的腦組織中發(fā)現(xiàn)多個(gè)lncRNA表達(dá)變化，其中包括視網(wǎng)膜發(fā)育所必需的lncRNA TUG1和活化T細(xì)胞核因子(NFAT)1表達(dá)上調(diào)，母系表達(dá)基因3(maternally expressed gene 3, MEG3)的表達(dá)下調(diào)[21]。研究[22]結(jié)果顯示，lncRNA參與了HD關(guān)鍵性致病通路的機(jī)制調(diào)節(jié)，可引起基因轉(zhuǎn)錄紊亂并最終導(dǎo)致神經(jīng)元損傷。

3.4 lncRNA與神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤 神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤包括神經(jīng)膠質(zhì)瘤和腦膜瘤兩大類(lèi)。神經(jīng)膠質(zhì)瘤簡(jiǎn)稱(chēng)膠質(zhì)瘤，也稱(chēng)為膠質(zhì)細(xì)胞瘤，是最常見(jiàn)的原發(fā)性中樞神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤，約占所有顱內(nèi)原發(fā)腫瘤的50%。腦膜瘤是起源于腦膜與腦膜間隙的衍生物，發(fā)病率高。研究[23]表明，MEG3在正常腦膜細(xì)胞中高表達(dá)，而在大多數(shù)腦膜瘤組織或細(xì)胞株中無(wú)表達(dá)，證明MEG3具有腫瘤抑制因子的作用。研究[24]結(jié)果顯示，MEG3還與神經(jīng)膠質(zhì)瘤增殖相關(guān)，MEG3的異位過(guò)表達(dá)抑制細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，這可能與MEG3誘導(dǎo)p53基因的活化有關(guān)。哺乳動(dòng)物轉(zhuǎn)移相關(guān)肺腺癌轉(zhuǎn)錄本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1, MALAT1) 經(jīng)轉(zhuǎn)錄后處理產(chǎn)生1個(gè)短鏈轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)樣MALAT1相關(guān)小細(xì)胞質(zhì)RNA(mascRNA)和1個(gè)長(zhǎng)鏈伴有poly(A)尾樣區(qū)域的MALAT1轉(zhuǎn)錄本。小鼠MALAT1經(jīng)核糖核酸酶P作用后產(chǎn)生1個(gè)長(zhǎng)鏈3’ MALAT1和短鏈5’ mascRNA MALAT1轉(zhuǎn)錄本，位于核散斑中。該lncRNA廣泛表達(dá)于正常人組織，敲除小鼠成神經(jīng)瘤細(xì)胞株的MALAT1基因會(huì)影響涉及神經(jīng)原軸突與樹(shù)突發(fā)育相關(guān)的基因，提示MALAT1基因與神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育相關(guān)[25]。

3.5 lncRNA與其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病 lncRNA還與其他多種神經(jīng)精神疾病[如唐氏綜合征(DS)、脆性X綜合征(FXS)、精神分裂癥等]有關(guān)。lncRNA NRON可特異性抑制NFAT轉(zhuǎn)錄因子由細(xì)胞質(zhì)穿梭至細(xì)胞核，減少細(xì)胞核中的NFAT轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)，導(dǎo)致核內(nèi)NFAT活性下降，以及其介導(dǎo)的靶基因轉(zhuǎn)錄減少，這與DS疾病的發(fā)生相關(guān)[26]。FXS及其相關(guān)的震顫和共濟(jì)失調(diào)綜合征(FXTAS)與FMR1基因的突變相關(guān)。FMR4基因本身也可影響FXS的發(fā)病。已有研究提示，小干擾RNA敲低FMR4基因可改變細(xì)胞周期調(diào)控，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡增加，而FMR4過(guò)度表達(dá)則促進(jìn)細(xì)胞增殖。此外，起源于FMR1基因位點(diǎn)的另一個(gè)lncRNA——ASFMR1，也可能與FMR1基因位點(diǎn)突變相關(guān)，F(xiàn)XS患者的ASFMR1 表達(dá)增加[26]。不安腿綜合征(restless legs syndrome，RLS)與感覺(jué)運(yùn)動(dòng)功能障礙有關(guān)，其臨床表現(xiàn)為夜間睡眠時(shí)雙下肢極度不適感，迫使患者不停地移動(dòng)下肢或下地行走，導(dǎo)致患者產(chǎn)生嚴(yán)重睡眠障礙。Meis1基因變異是該疾病主要的遺傳危險(xiǎn)因素，該基因編碼一個(gè)同源框蛋白并在發(fā)育和腫瘤形成中具有重要作用[27]。研究[28]結(jié)果顯示，Meis1基因表達(dá)受內(nèi)含子lncRNA順式作用元件的調(diào)控，表達(dá)降低者易患RLS。lncRNA也參與多種藥物成癮的形成，海洛因成癮者腦伏隔核內(nèi)MEG3等多種lncRNA水平升高[29]。

4 lncRNA與神經(jīng)免疫性疾病

lncRNA在神經(jīng)免疫性疾病的發(fā)生、發(fā)展研究中發(fā)揮重要作用。多發(fā)性硬化(multiple sclerosis，MS)是以少突膠質(zhì)細(xì)胞凋亡和軸突變性的慢性炎癥性脫髓鞘為特點(diǎn)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，泰勒鼠感染腦脊髓炎病毒(TMEV)可作為MS的動(dòng)物模型[26]。在人類(lèi)和小鼠的免疫細(xì)胞中由細(xì)胞因子基因簇(如γ-IFN)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的Tmevpg1 lncRNA通過(guò)控制TMEV的持續(xù)感染，調(diào)控MS的發(fā)病[26]。重癥肌無(wú)力(myasthenia gravis，MG)是神經(jīng)肌肉接頭相關(guān)疾病中最常見(jiàn)的自身免疫性疾病。研究[30]發(fā)現(xiàn)，microRNA-181對(duì)MG中淋巴細(xì)胞的分化具有調(diào)控作用，其中，lncRNA的異常表達(dá)是microRNA-181在MG患者中表達(dá)下調(diào)的原因之一；表明，lncRNA既可調(diào)控microRNA-181前體的表達(dá)，同時(shí)也作為內(nèi)源競(jìng)爭(zhēng)性RNA(ceRNA)競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合microRNA-181，通過(guò)改變microRNA-181表達(dá)影響免疫細(xì)胞的分化機(jī)制。lncRNA MALAT-1通過(guò)吸收MG中microRNA-338-3p，作為ceRNA調(diào)控雄性特異致死基因(MSL)2的表達(dá)。MALAT-1與基因調(diào)控和選擇性剪接有關(guān)。研究[31]發(fā)現(xiàn)，MALAT-1在MG中表達(dá)下調(diào)，MG患者外周血單核細(xì)胞中microRNA-338-3p水平升高，MALAT-1作為與microRNA-338-3p競(jìng)爭(zhēng)的ceRNA，可直接誘導(dǎo)MG中MSL2的表達(dá)，提示其可能為MG的治療靶點(diǎn)。

格林-巴利綜合征(Guillain-Barré syndrome, GBS)是以周?chē)窠?jīng)和神經(jīng)根的脫髓鞘病變，以及小血管炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)為主要病理特點(diǎn)的自身免疫性周?chē)窠?jīng)病，其病因與發(fā)病機(jī)制尚不明確。研究[32]發(fā)現(xiàn)，GBS患者的外周血單個(gè)核細(xì)胞和CD14+單核細(xì)胞中l(wèi)ncRNA均存在表達(dá)差異，這些異常表達(dá)的lncRNA可能作為潛在的生物標(biāo)志物在GBS的診斷中起到?jīng)Q定性作用。視神經(jīng)脊髓炎譜系疾病(neuromyelitis optica spectrum disorder, NMOSD)是一種較高發(fā)的特發(fā)性炎癥性中樞神經(jīng)系統(tǒng)脫髓鞘疾病。在發(fā)病機(jī)制研究方面，有學(xué)者探討了NMOSD的一些表觀遺傳學(xué)特征，采用微陣列分析法分析了NMOSD患者的lncRNA表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)在NMOSD患者中有1 310個(gè)lncRNA存在表達(dá)差異。共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)分析[33]結(jié)果表明，183個(gè)lncRNA被包括在該網(wǎng)絡(luò)中。這些研究結(jié)果提示，差異表達(dá)的lncRNA可能在NMOSD的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用，有望成為潛在的生物學(xué)標(biāo)志物。

5 總結(jié)與展望

隨著功能基因組學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，非編碼RNA家族的重要成員lncRNA受到學(xué)者關(guān)注。近幾年關(guān)于基因組與轉(zhuǎn)錄組學(xué)的研究結(jié)果提示，lncRNA主要參與調(diào)節(jié)神經(jīng)干細(xì)胞的發(fā)育、分化與成熟，維持神經(jīng)可塑性和人類(lèi)特有的認(rèn)知功能。隨著生命科學(xué)的發(fā)展，研究者可以利用分子生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和模式實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)一步研究中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)生理、病理過(guò)程中l(wèi)ncRNA的表達(dá)及其作用機(jī)制，為神經(jīng)發(fā)育、神經(jīng)損傷再生新理念的提出奠定基礎(chǔ)。