何瑞瑩，吳章情，昝林森，張濤平，馬偉東，楊武才*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)動物科技學(xué)院國家肉牛改良中心，陜西楊凌 712100；2.陜西秦寶牧業(yè)股份有限公司，陜西楊凌 712100；3.陜西省良種農(nóng)牧場，陜西寶雞 722200）

隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，人民生活水平逐漸提升，高端牛肉市場迅速擴大，產(chǎn)品供不應(yīng)求。目前，我國高端牛肉主要依賴于進(jìn)口，國產(chǎn)高檔牛肉生產(chǎn)比例不足5%，高端牛肉生產(chǎn)是我國牛肉產(chǎn)業(yè)的突出弱點。脂肪作為儲存能量的重要器官，與牛肉品質(zhì)密切相關(guān)，特別是肌內(nèi)脂肪含量是評價牛肉等級的重要指標(biāo)，而脂肪沉積在一定程度由前體脂肪細(xì)胞的增殖分化決定[1]。

前體脂肪細(xì)胞來源于骨髓中的間充質(zhì)干細(xì)胞（Mesenchymal stem cells，MSCs）[2]，是脂肪組織的基本生物學(xué)單位，MSCs 在細(xì)胞因子、信號通路、激素、誘導(dǎo)因素（胰島素等）及分化因子的刺激和調(diào)控下，定向分化為前體脂肪細(xì)胞[3]。近年來，研究發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)沉積是通過調(diào)節(jié)前體脂肪細(xì)胞分化過程中的甘油三酯相關(guān)合成酶來實現(xiàn)的，越來越多的功能基因和代謝途徑被鑒定參與了前體脂肪細(xì)胞分化，如脂肪細(xì)胞中的特異性調(diào)控因子PPARγ、C/EBPα、FABP4 和SREBP-1 以及PPAR 信號通路、mTOR 通路、MAPK 通路和Wnt 通路等[4]。

非編碼RNA（Non-coding RNA，ncRNA）是一類不編碼蛋白質(zhì)的表觀遺傳學(xué)調(diào)節(jié)因子，根據(jù)核苷酸序列長短可分為短鏈非編碼RNA（Small non-coding RNA,sncRNA）和長鏈非編碼RNA（Long non-coding RNA，lncRNA），sncRNA 是長度＜200nt 的ncRNA，如微小RNA（MicroRNA，miRNA）、小干擾RNA（Small interfering RNA，siRNA）、核小RNA（Small nuclear RNA，snRNA）等；lncRNA 是長度＞200nt 的ncRNA；另外還有一種結(jié)構(gòu)特殊的ncRNA——環(huán)狀RNA（Circular RNA，circRNA）[5]。隨著分子生物學(xué)及高通量測序技術(shù)的快速發(fā)展，ncRNA 在細(xì)胞增殖、分化、凋亡等多種生物學(xué)過程中發(fā)揮的重要調(diào)控作用被進(jìn)一步揭示，已有研究發(fā)現(xiàn)ncRNA 在前體脂肪細(xì)胞分化過程中發(fā)揮重要功能。有研究表明，miRNA 通過靶向基因影響靶mRNA 的穩(wěn)定性或翻譯過程，從而調(diào)控牛前體脂肪細(xì)胞分化；lncRNA 作為調(diào)控元件或者競爭性內(nèi)源RNA（Competing endogenous RNA，ceRNA）影響前體脂肪細(xì)胞分化；circRNA 作為ceRNA 海綿吸附miRNA，從而削弱miRNA 對靶基因的抑制作用，進(jìn)而調(diào)控牛前體脂肪細(xì)胞分化[6]。

目前，對前體脂肪細(xì)胞分化機制研究主要集中在脂質(zhì)合成相關(guān)通路和編碼基因的表達(dá)水平上，而關(guān)于ncRNA 調(diào)控前體脂肪細(xì)胞分化的研究較少。因此，本文主要就ncRNA 調(diào)控牛前體脂肪細(xì)胞分化相關(guān)研究進(jìn)行綜述，以期為研究ncRNA 調(diào)控牛前體脂肪細(xì)胞分化的分子機制提供理論參考。

1 m iRNA 調(diào)控牛前體脂肪細(xì)胞分化

miRNA 是長度為19～25 個核苷酸的內(nèi)源性單鏈非編碼RNA，在物種之間具有強烈的功能保守性，是第1 個被鑒定和表征的非編碼RNA[7]。當(dāng)miRNA 和mRNA 完全互補時，miRNA 可通過形成沉默復(fù)合體（miRNA-containing RNA induced silencing coplex，miRISC），將靶mRNA 特異降解；當(dāng)miRNA 和mRNA 不完全互補，僅在某些位點結(jié)合時，那么靶mRNA 不會被特異降解，而是抑制mRNA 翻譯過程，使其不能合成蛋白質(zhì)，從而發(fā)揮作用[8]。

1.1 差異miRNA 的鑒定

研究發(fā)現(xiàn)，不同牛品種間脂肪組織、肌肉組織及不同部位脂肪組織間存在miRNA 差異表達(dá)。Li 等[9]對新疆褐牛與哈薩克牛背最長肌進(jìn)行差異分析，鑒定出346 個差異表達(dá)的miRNA；Jin 等[10]在極低和極高背膘厚牛的皮下脂肪組織中鑒定到15個顯著差異表達(dá)的miRNA，其中7 個miRNAs 在高背膘厚牛的皮下脂肪組織中高表達(dá)，8 個miRNAs 在低背膘厚牛的皮下脂肪組織中高表達(dá)；汪海洋等[11]在西門塔爾牛皮下脂肪和肌內(nèi)脂肪中鑒定到88 個顯著差異表達(dá)miRNA；Zhang 等[12]在秦川閹牛和公牛肌內(nèi)脂肪中鑒定到52 個差異表達(dá)miRNA，KEGG 通路富集分析表明其通過脂質(zhì)代謝和脂肪細(xì)胞分化相關(guān)通路發(fā)揮作用。此外，在脂肪細(xì)胞分化不同時期，miRNA 也存在顯著的差異。Yang 等[13]選取不同分化階段的秦川牛肌內(nèi)前體脂肪細(xì)胞進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序，鑒定到77 個與分化期差異表達(dá)miRNA；Yu 等[14]在西門塔爾牛前體脂肪細(xì)胞和成熟脂肪細(xì)胞中鑒定到250 個差異表達(dá)的miRNA，其中131 個miRNA 在脂肪細(xì)胞中高表達(dá)，119 個miRNA 在前體脂肪細(xì)胞中高表達(dá)。以上結(jié)果表明，miRNA 可能在前體脂肪細(xì)胞分化過程中發(fā)揮重要調(diào)控作用。

1.2 miRNA 與脂肪分化

在轉(zhuǎn)錄組測序基礎(chǔ)之上，目前開展了大量的miRNA 功能研究。有研究發(fā)現(xiàn)，miR-130a/b、miR-149-5p、miR-224、miR-15a 等miRNA 可通過下調(diào)脂肪細(xì)胞分化相關(guān)基因的表達(dá)抑制前體脂肪細(xì)胞分化；而miR-1271、miR-378、miR-381、miR-302b 等miRNAs 通過上調(diào)脂肪細(xì)胞分化相關(guān)基因的表達(dá)促進(jìn)前體脂肪細(xì)胞分化（詳見表1）。除此之外，miRNA 可靶向特定基因調(diào)控相關(guān)信號通路來發(fā)揮作用，AKT1 是位于mTOR 通路下游調(diào)節(jié)脂肪沉積的重要蛋白質(zhì)。Chen 等[15]發(fā)現(xiàn)bta-miR-150 靶向AKT1 基因，通過miRISC 特異的降解AKT1 的mRNA 調(diào)控mTOR 通路，從而抑制秦川肉牛前體脂肪細(xì)胞分化。Zhang 等[16]發(fā)現(xiàn)miR-33a 可直接靶向胰島素受體底物2（IRS2），通過IRS2-Akt 途徑抑制牛前體脂肪細(xì)胞的分化。上述研究揭示了miRNA 在脂肪組織及不同分化階段脂肪細(xì)胞中的表達(dá)譜，數(shù)十個miRNAs 被證明影響脂肪細(xì)胞分化，但目前關(guān)于miRNA 與lncRNA 和circRNA 等ncRNAs 相互調(diào)控研究較少。

表1 非編碼RNA 在脂肪發(fā)育中的功能

2 lncRNA 調(diào)控牛前體脂肪細(xì)胞分化

長鏈非編碼RNA（lncRNA）是一類從基因組轉(zhuǎn)錄而來的ncRNA，保守性較低，長度超過200nt[16,17]。lncRNAs 通常根據(jù)其相對于蛋白質(zhì)編碼基因的轉(zhuǎn)錄位點進(jìn)行分類，有增強子lncRNAs、啟動子lncRNAs、反義lncRNAs（從蛋白質(zhì)編碼基因以反義方向轉(zhuǎn)錄）、基因間lncRNAs，以及內(nèi)含子和/ 或外顯子產(chǎn)生的環(huán)狀lncRNAs[18]。lncRNAs 可以通過染色體重塑和變構(gòu)調(diào)節(jié)參與轉(zhuǎn)錄前調(diào)控；通過啟動子或轉(zhuǎn)錄因子影響轉(zhuǎn)錄水平；通過mRNA 成熟、轉(zhuǎn)運、蛋白質(zhì)合成等過程參與轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，從而影響細(xì)胞分化、發(fā)育、免疫反應(yīng)和腫瘤發(fā)生等生物學(xué)過程[19]。

2.1 差異lncRNA 的鑒定

近年來通過轉(zhuǎn)錄組測序，在不同品種、組織、年齡及脂肪細(xì)胞分化階段中鑒定了大量差異表達(dá)的lncRNAs。Liu 等[20]在山東黑牛和魯西牛的背最長肌中鑒定出480 個差異表達(dá)的lncRNA。Choi 等[21]從Hanwoo 牛骨骼肌和3 種脂肪組織（肌內(nèi)、皮下和網(wǎng)膜）中鑒定出了76 個組織特異性的lncRNA。不同年齡階段的牦牛組織中l(wèi)ncRNAs 存在顯著差異，0.5 歲和2.5 歲牦牛在肌肉組織中差異表達(dá)4 個lncRNA 和223 個circRNA，而在脂肪組織中差異表達(dá)9 個lncRNA[22]。不同生長階段的秦川牛脂肪組織中有119 個差異表達(dá)的lncRNA[23]。研究lncRNA 在牛脂肪組織的表達(dá)譜，可以進(jìn)一步理解lncRNA 對脂肪生成功能的調(diào)控機制。

2.2 lncRNA 與脂肪分化

目前有研究表明，lncRNA 可以作為“分子海綿”，競爭性結(jié)合miRNA，從而發(fā)揮作用[24]。Ran 等[25]發(fā)現(xiàn)lncFAM200B 的可靶向bta-miR-6529a 負(fù)向調(diào)控牦牛前體脂肪細(xì)胞的增殖和分化，同時lncRNA-420 可作為競爭性內(nèi)源RNA（ceRNA）結(jié)合miR-129-5p，特異性調(diào)節(jié)DLK1 基因從而抑制牛前體脂肪細(xì)胞分化進(jìn)而影響脂質(zhì)代謝[26]。ADNCR 是一種新發(fā)現(xiàn)的lncRNA，可通過靶向miR-204 發(fā)揮作用，在mRNA 和蛋白質(zhì)水平上顯著調(diào)節(jié)牛前體脂肪細(xì)胞中靶向SIRT1 基因的表達(dá)，從而抑制脂肪生成[27]。而lnc MIR221HG 可能通過調(diào)節(jié)miR-221 的表達(dá)來抑制脂肪細(xì)胞分化[28]。

此外，lncRNA 也可通過順式作用元件或者反式作用元件調(diào)控牛脂肪的生成。lnc SLC30A9通過抑制AKT 蛋白的表達(dá)來抑制增殖，并通過將FOS 蛋白募集到過氧化物酶體增殖物激活受體γ（Peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ）的啟動子來促進(jìn)脂肪細(xì)胞的分化[29]。lnc BNIP3 可以通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期、DNA 復(fù)制途徑和直接調(diào)節(jié)CDC6 表達(dá)來抑制牛肌內(nèi)前體脂肪細(xì)胞增殖[30]。lncRNA BADLNCR1 與GLRX5 基因的啟動子結(jié)合從而抑制基因的轉(zhuǎn)錄活性和mRNA 的表達(dá)，進(jìn)而抑制牛的成脂分化[30,31]。而過表達(dá)lnc210 可上調(diào)水牛肌內(nèi)脂肪細(xì)胞中過氧化物酶體增殖物從而激活PPARγ 和CCAAT 增強子結(jié)合蛋白α（C/EBPα）的mRNA 表達(dá)來促進(jìn)脂質(zhì)積累[32]。

目前，關(guān)于lncRNA 調(diào)控脂肪生成的研究在小鼠和人類中較多，在牛脂肪沉積方面的研究還處于起步階段，許多l(xiāng)ncRNA 的調(diào)控機制仍有待發(fā)現(xiàn)。

3 circRNA 調(diào)控牛前體脂肪細(xì)胞分化

環(huán)狀RNA 是通過在真核細(xì)胞中對基因外顯子的前RNA 進(jìn)行反向剪接而產(chǎn)生的，具有共價鍵合的閉環(huán)結(jié)構(gòu)，不易被核酸外切酶RNase 降解，因此穩(wěn)定性比線性RNA 更強[33]。與mRNA和lncRNA 不同，circRNA 不含poly A 尾，因此circRNA 主要富集在沒有poly A 尾巴的RNA 中。有研究發(fā)現(xiàn)circRNAs 主要有4 種功能：一是circRNA 與蛋白質(zhì)結(jié)合形成作用于靶基因的RNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物。例如，circ-FOXO3 可以與細(xì)胞周期依賴性激酶2（Cycle dependent kinase 2，CDK2）和P21 結(jié)合形成circ-FOOO3-CDK2-P21三元復(fù)合物，進(jìn)而抑制細(xì)胞周期[34]。二是circRNA 可以用作miRNA 海綿，與細(xì)胞質(zhì)中的mRNA競爭與miRNA 結(jié)合，從而調(diào)節(jié)基因表達(dá)。三是circRNA 可以編碼蛋白質(zhì)，circ-ZNF609 翻譯產(chǎn)生參與肌肉生長和發(fā)育的蛋白質(zhì)[35]。四是circRNAs可以調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄[36]，如circFUT10 和一些肌肉衍生的分化因子共同調(diào)節(jié)骨骼肌的生長發(fā)育[37]。

3.1 差異circRNA 的鑒定

隨著RNA 測序（RNA-Seq）和生物信息學(xué)技術(shù)的發(fā)展，研究牛轉(zhuǎn)錄組差異基因與特定性狀之間的關(guān)系已成為目前的研究熱點。Reyhan 等[38]整合了5 個肉牛品種（安格斯牛、中國西門塔爾牛、鹿西牛、南洋牛和山東黑牛）的差異表達(dá)分析轉(zhuǎn)錄組圖譜，鑒定了34 個參與脂質(zhì)代謝的circRNAs。Yang 等[39]比較了雷瓊牛和陸豐牛這兩種類型的中國南方牛背最長肌中的circRNA 轉(zhuǎn)錄物，鑒定出3330 個差異表達(dá)的circRNA，并分析了circRNA 相關(guān)的ceRNA 網(wǎng)絡(luò)。有學(xué)者在牦牛脂肪細(xì)胞分化過程中鑒定了circRNA 的表達(dá)模式，發(fā)現(xiàn)脂肪細(xì)胞分化后的第2 天有7 個circRNA 差異表達(dá)，第12 天有136 個circRNA 差異表達(dá)[40]。Zhao 等[41]使用RNA-Seq 技術(shù)從牛脂肪細(xì)胞中篩選了調(diào)節(jié)ACSL1 基因和其他UFA 合成相關(guān)基因的39 個circRNA，進(jìn)一步了解了牛脂肪細(xì)胞中PUFA 合成的分子調(diào)節(jié)機制。綜上，不同牛品種間脂肪組織、肌肉組織及不同部位脂肪組織間均存在circRNA 差異表達(dá)，即circRNA 在牛脂肪細(xì)胞分化中發(fā)揮著重要作用。

3.2 circRNA 與脂肪分化

目前對circRNA 的研究主要集中在競爭性內(nèi)源RNA（ceRNA）網(wǎng)絡(luò)的調(diào)節(jié)作用上[42]。circBDP1 通過啟動靶向Sirt1/TRARG1 的miR-181b/miR-204 來調(diào)節(jié)牛的脂肪發(fā)育[43]。而circBTBD7主要位于細(xì)胞質(zhì)中，作為競爭性內(nèi)源RNA（ceRNA）通過circBTBD7/miR-183/SMAD4 軸抑制PPARγ 的表達(dá)[44]。研究發(fā)現(xiàn)circUBE2Q2 在肉質(zhì)相關(guān)肌肉、脂肪組織和細(xì)胞中含量豐富，其表達(dá)在MuSCs 成肌分化和SVFs 成脂分化過程中顯著上調(diào)，同時circUBE2Q2 可以作為miR-133a 的海綿來調(diào)節(jié)MuSC 的分化[45]。circFUT10 與海綿分子let-7c 結(jié)合并通過靶向牛脂肪細(xì)胞中的PPARG C1B 來促進(jìn)細(xì)胞增殖并抑制細(xì)胞分化[46]。研究發(fā)現(xiàn)circDAMTS16 靶向miR-10167-3p 抑制牛脂肪細(xì)胞分化并促進(jìn)其增殖[47]。也有研究表明circRNF111 與脂肪細(xì)胞分化呈正相關(guān)并作為miR-27a-3p 海綿發(fā)揮作用，消除miR-27a-2p 對PPARγ 基因的抑制作用，從而促進(jìn)脂肪生成[48]。

circRNA 通過ceRNA 機制調(diào)節(jié)牛脂肪和肌肉細(xì)胞的增殖和分化，并在調(diào)節(jié)脂肪沉積和肌肉生長發(fā)育中發(fā)揮重要作用[49]。但仍然需要進(jìn)一步的研究來鑒定不同circRNAs 亞型的差異表達(dá)，以及不同的circRNA 亞型是否具有不同的功能。

4 小結(jié)

脂肪沉積的分子調(diào)控機制錯綜復(fù)雜，涉及多種調(diào)節(jié)因子和信號通路?，F(xiàn)有研究表明，ncRNAs作為基因表達(dá)的調(diào)節(jié)因子在脂肪生成和發(fā)育中發(fā)揮著至關(guān)重要作用。隨著科技不斷進(jìn)步，分子生物學(xué)技術(shù)、單細(xì)胞和空間多組學(xué)、高分辨率顯微鏡、單分子分析方法等研究手段可以更準(zhǔn)確地揭示更多關(guān)于ncRNAs 的功能信息?，F(xiàn)有關(guān)于ncRNA 調(diào)節(jié)脂肪生成的研究大部分集中在單個ncRNA 對脂肪細(xì)胞分化的影響，其更深層次的作用機制仍然不夠明確。此外，還應(yīng)考慮ncRNAs 之間的互作網(wǎng)絡(luò)：lncRNA 可以吸收miRNA 來調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)，同樣，circRNA 也可以直接吸附miRNA 來緩解對基因的抑制作用。lncRNA、miRNA 和circRNA 的相互作用網(wǎng)絡(luò)是細(xì)胞中潛在的關(guān)鍵調(diào)節(jié)機制，可能對脂肪生成產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。因此，以ncRNAs 為中心的脂肪調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)仍需進(jìn)一步深入研究。隨著研究手段不斷進(jìn)步和牛ncRNAs 數(shù)據(jù)庫的不斷完善，加上ncRNAs分子功能與調(diào)節(jié)機制的研究進(jìn)展不斷加快，以ncRNA 為切入點研究肉牛脂肪沉積的研究成果會越來越多，這將為牛肉肉質(zhì)性狀改善和新品種選育改良提供理論支持。