张晓丽，陈伟强，王烈峰

(赣南医学院 1.2016级硕士研究生；2.2017级硕士研究生；3.基础医学院，江西 赣州 341000)

在生物体中根据RNA是否能编码蛋白质，可以将其分为具有编码蛋白质能力的mRNA(messenger RNA)和不具有蛋白质编码能力的RNA(non-coding RNA, ncRNA)。研究发现在组成人类基因组的30亿碱基对中仅有2%的RNA具有编码蛋白质的能力[1]，而剩下的98%的RNA则为非编码RNA[2-4]，包括微小RNA(miRNAs)，核仁小RNAs(snoRNAs)，lncRNAs和环形RNAs(circRNAs)等。

lncRNA最初是在小鼠细胞的全长cDNA文库的测序中发现的，是一类转录本长度超过200 nt的RNA，因缺少特异性开放阅读框，所以不具备编码蛋白质的能力。lncRNA曾一度被认为是基因转录的噪音、垃圾序列、RNA聚合酶Ⅱ的副产物，因此被研究人员所忽视。高通量测序技术使lncRNA的研究深入到分子水平，越来越多的lncRNA被注释，但是绝大多数的lncRNA的功能及作用机制仍然不清楚。因此，对lncRNA的探索具有极大的研究意义和价值。本文主要从lncRNA的功能及与人类某些疾病的相关性进行综述。

1 lncRNA的性质

lncRNA的一级结构即为核苷酸排列顺序，是碱基互补配对的基础[5]。lncRNA在结构上与编码蛋白的mRNA较难区分，均由RNA聚合酶Ⅱ转录而成，在其5' 端有甲基鸟苷帽子，其3'端有多聚腺苷酸尾巴(polyA)[6-8]。但与mRNA相比，lncRNA通常在细胞核中更富集且序列保守性更低；此外，lncRNA基因比编码基因的表达水平更低，在某些组织具有表达特异性[9]。细胞核lncRNA参与相邻基因位点的顺式转录调节或远端基因位点的反式转录调节；细胞质lncRNA调节mRNA的翻译、稳定和降解过程；并可以作为竞争性内源RNA，充当“分子海绵”靶向作用于miRNA和蛋白因子，抑制它们的活性，促进mRNA翻译上调[10-12]。此外，lncRNA还可以与RNA、DNA分子以及蛋白质复合物相互作用行使其功能，调节各种生理和病理过程。

2 lncRNA的功能

2.1分化发育中的功能已有报道表明，lncRNA可调控细胞和组织发育，目前已知可参与调节心肌细胞、干细胞、上皮细胞等的发育。Guttman M等对小鼠胚胎干细胞中的lncRNA进行功能分析，结果显示胚胎干细胞中的lncRNA主要作用于内含子影响基因表达，并结合染色质蛋白影响干细胞的多能状态。将胚胎干细胞中lncRNA ROR水平降低后多能性标记基因Oct4、Nanog等表达均下调，并影响干细胞增殖、分化[13]。另有研究表明在小鼠胚胎细胞分裂的所有阶段都发现了lncRNA转录物，存在于卵母细胞和合子中的母体lncRNA转录物有助于早期胚胎分化。Fendrr被证明是器官发育和胚胎存活中发挥重要作用的lncRNA，可干扰心脏功能、体壁细胞发育和胚胎发育[14]。Fendrr与染色质修饰复合物和DNA相互作用，从而改变反式特异性靶启动子，特别是中胚层的染色质形态而影响发育。

2.2染色体剂量补偿在性染色体决定的生物个体胚胎发育的初期，连锁基因会选择性以表达沉默或表达上调的方式使其在雌性和雄性个体内以同等剂量进行表达，保证X染色体编码的蛋白质或其它酶类物质在数量上达到平衡，这种遗传学机制称为剂量补偿效应[15]。不同物种剂量补偿机制是不同的，人的两条X染色体随机失活，报道最多的是胚胎发育初期X染色体沉默(X-chromosome inactivation, XCI)。X染色体由X染色体失活中心(X-chromosome inactive center, XIC)来控制[16]。 XIC可以产生一个20-kb lncRNA，称为Xist(X-inactive specific transcript)[17-18]。lncRNA Xist包裹X染色体，启动X染色体失活。随后lncRNA Xist在X染色体上的扩展导致DNA甲基化和组蛋白修饰，这对X染色体失活的建立和维持都有重要作用[19]。雄性果蝇的X染色体通过2倍表达上调实现剂量补偿，果蝇lncRNAs roX1和roX2能结合精子X染色体上的许多区域，并且对染色体10和11号剂量补偿至关重要[20-21]。秀丽隐杆线虫类的剂量补偿机制是通过雌性两条X染色体基因表达减半来维持雌雄两性间X染色体的表达平衡[22]。

2.3基因组印记来自双亲的两条等位基因由于受到甲基化、乙酰化等表观遗传修饰，导致子代只表达父源或母源等位基因，另一个不表达或表达极少，这种生物学过程称为基因组印记(genomic imprinting)，参与此过程的基因称为印记基因(imprinted gene)[23]。印记基因常成簇存在，基因印记的发生常有组织特异性和发育阶段特异性。康丽华等首次发现了lncRNA IRAIN在正常的乳腺组织和乳腺癌组织中存在表达差异和等位基因印记转换现象，与启动子区DNA甲基化异常有关，并证实了lncRNA IRAIN是母源印记基因，推测出lncRNA IRAIN可能作为抑癌基因存在。印记转换很可能是抑癌基因失活的一种方式，参与印记转换的lncRNA有望成为乳腺癌预后的生物标记物和治疗靶点[24]。

随着对lncRNA关注日益增多，起来越多lncRNA被发现参与人类疾病的发生与发展，其在重大疾病中扮演的角色也在吸引更多的目光。

3 LncRNA与心血管疾病

3.1动脉粥样硬化动脉粥样硬化的病情进展包括以下步骤：血管内皮损伤形成、脂肪条纹形成、动脉粥样硬化斑块形成[25]。细胞粘附、血管生成、细胞增殖、细胞凋亡以及缺血缺氧反应均受相关基因表达调控[26-27]。最近，一些研究报道lncRNA在动脉粥样硬化的调节中起关键作用。lncRNA H19由H19/IGF2基因转录，该基因位于人染色体11p15.5上[28-29]。JX. PAN发现H19在ApoE-/-动脉粥样硬化小鼠和动脉粥样硬化患者的血清中高表达[30]。在血管平滑肌细胞中过表达H19可导致增殖增加和凋亡减少。Li等报道H19/miR-675可以抑制心肌细胞的凋亡[31]。这些结果表明H19可能是抑制细胞凋亡的关键因素。为了进一步探讨H19在动脉粥样硬化中的调控机制，JX. PAN检测H19过表达后p38和p65的表达，发现p38和p65均在血管平滑肌细胞中高表达，它们分别是MAPK和NF-κB信号通路的关键因子，表明lncRNA H19可能通过MAPK和NF-κB信号通路调节动脉粥样硬化发生[30]。lncRNA P21最初被鉴定为P53的直接转录靶点，而P53在动脉粥样硬化发病机制中发挥重要作用。Wu等报道lncRNA P21可反馈调控P53途径，影响ApoE-/-小鼠血管平滑肌细胞的增殖、凋亡过程[32]。Ballantyne等发现lncRNA SMILR可以调节血管平滑肌细胞增殖，并在人体不稳定的动脉粥样硬化斑块中高表达[33]。以上研究表明lncRNA可以通过调节血管平滑肌细胞增殖和凋亡参与动脉粥样硬化的发病，提示这些lncRNA可作为诊断和治疗动脉粥样硬化疾病的潜在靶点。

3.2高血压高血压受多种疾病、遗传和环境的影响而发病，神经体液调节是人们广泛接受的高血压的发病机制。Jin等发现lncRNA AK098656在高血压患者血管平滑肌细胞中高表达，促进血管平滑肌细胞增殖和迁移、由收缩型向分泌型转换。此外，AK098656可直接与血管平滑肌细胞的特异性收缩蛋白、肌球蛋白重型链-11和细胞外基质纤连蛋白-1的重要组成部分结合，最后通过蛋白质降解降低这些蛋白质水平，缩小阻力动脉来促进高血压的发生。AK098656转基因大鼠表现出高血压的发病症状，平滑肌细胞分泌型增加、动脉变窄、轻微的心肌肥厚，这与高血压的早期病理生理变化相似[34]。这些数据表明AK098656可促进高血压的发生发展。Yang等将七叶皂苷钠通过尾静脉注射到自发性高血压大鼠中发现七叶皂苷钠通过lncRNA AK094457调节一氧化氮合酶升高来降低自发性高血压大鼠的尾部血压[35]。Bayoglu B等利用微阵列方法检测了自发性高血压大鼠和对照组大鼠心脏组织中lncRNA的表达差异后，富集分析结果显示lncRNA CDKN2B-AS1多态性可能是导致高血压患者收缩压增高的原因[36]。以上研究均显示lncRNA参与高血压的发病。

3.3心肌梗死心肌梗死是发病率和死亡率最严重的心脏疾病，炎症反应和心肌细胞凋亡是心肌梗死的主要特征，最终可导致心肌功能受损和心力衰竭[37]。NF-κB的激活可启动心肌损伤中的炎症反应，阻断NF-κB信号通路可以保护心脏免受缺血性损伤和炎症反应[38]。MIAT首次被发现是与心肌梗死有关的lncRNA，在心肌梗死的患者中显著上调[39]。Li等发现MIAT主要在心脏成纤维细胞中表达，并且MIAT下调能抑制心肌细胞凋亡，减少心肌炎症细胞的浸润，从而改善心脏功能。进一步研究表明心肌成纤维细胞中MIAT下调还抑制了NF-κB信号通路活化[40]，提示MIAT下调可能通过抑制NF-κB活化，从而减少心肌细胞凋亡和炎症细胞浸润来减轻心肌梗死损伤，保护心脏功能。生物形态学分析显示，lncRNA MALAT1与miR-320中第10号染色体(Pten)上缺失的磷酸酶和张力蛋白同源物共享miRNA应答元件，Pten是miR-320的直接靶基因，而miR-320与心肌梗死后心肌重构密切相关[41]。Hu等发现在急性心肌梗死的小鼠中敲低MALAT1，可减少心肌细胞凋亡，原因可能为MALAT1通过调节miR-320抑制Pten表达，减少心肌细胞凋亡[42]。

以上研究表明lncRNA的确广泛参与心血管疾病的发病，也提示lncRNA在发病过程中扮演了重要角色，还有很多研究在陆续报道中，相信不久的将来，lncRNA在心血管疾病发病中的作用将得到进一步的阐述，并作为疾病诊断的生物标记物或临床治疗的靶标得到广泛应用。

4 LncRNA与肿瘤

4.1宫颈癌肿瘤是一类与多基因突变有关的复杂疾病，发病机制包括表观遗传改变、染色体易位、缺失等，近几年通过高能量测序，在各种肿瘤中已发现成千上万的lncRNA的异常表达或突变。宫颈癌是最常见的妇科恶性肿瘤，近年来其发病有年轻化的趋势。目前的数据支持lncRNA参与宫颈癌的发病，可能机制包括调节癌细胞增殖、迁移和侵袭。lncRNA MEG3最初被证明是一种重要的肿瘤抑制因子。Zhang等发现MEG3在宫颈癌时失活，并且MEG3启动子处于高甲基化状态，MEG3启动子去甲基化后导致MEG3的重新表达，可抑制宫颈癌细胞的增殖。此外，随访数据表明低MEG3表达与宫颈癌复发和患者生存期缩短相关[43]，提示MEG3可作为宫颈癌预后的新指标，有助于识别高危患者。 HOTAIR是一种反式作用lncRNA，反式调控HOX基因簇。Zhang等研究表明HOTAIR在宫颈癌细胞中表达显著上调，抑制HOTAIR可抑制宫颈癌细胞增殖、迁移和侵袭[44]。随着研究的深入，会有越来越多的lncRNA被发现与宫颈癌的发病相关，也为研究者进一步了解宫颈癌的发病机制，寻找合适的治疗手段提供帮助。

4.2非小细胞肺癌肺癌是我国发病率和病死率最高的恶性肿瘤，我国肺癌确诊时多数患者已属晚期，无法接受手术根治，寻找合适的早期诊断因子及新的治疗方法则显得尤为迫切。YANG等对非小细胞肺癌组织(40个腺癌和22个鳞状细胞癌)及癌旁正常组织进行了RNA和蛋白分析，证实lncRNA GACAT3在肺癌组织中显著上调，并可增强肺癌细胞对放疗的敏感性[45-47]。TIMP2是基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)的天然抑制剂。MMP可以降解细胞外基质和基底膜，是肿瘤转移的前提[48]。Vazquez等发现MMP10与非小细胞肺癌发病相关，在非小细胞肺癌组织中高表达[49]。YANG等发现GACAT3可以通过调控TIMP2抑制GACAT3诱导的MMP10上调，抑制癌细胞侵袭和转移，增强放射敏感性，从而为提高非小细胞肺癌放疗效果提供新的治疗靶点[47]。lncRNA GAS5是近年来发现的可以调控细胞周期、细胞增殖的lncRNA。张学军等分析了50例非小细胞肺癌患者的肺癌组织标本及癌旁的正常肺组织标本中GAS5的表达情况，结合临床病理参数相关性研究发现GAS5在非小细胞肺癌患者的肿瘤组织标本中呈表达下调，且下调与非小细胞肺癌直径、远处转移分期及淋巴结转移明显相关，是预后差的标志[50]。虽然尚未发现能与肺癌发病相关的特异性lncRNA，但从上述可知，lncRNA应该可以在肺癌的早期诊断，治疗预后评价中发挥作用。

4.3乳腺癌乳腺癌是女性中最常见的恶性肿瘤，其发病率逐年上升，患者的预后较差。BANCR最初是在黑素瘤细胞中发现的一个693 nt的lncRNA，在肺癌、肝细胞癌和结肠直肠癌等多种癌症中异常表达[51]。K-X. LOU等发现BANCR在乳腺癌组织中表达上调，下调BANCR可以抑制乳腺癌细胞的增殖、侵袭和转移能力，其机制与抑制上皮间充质转换过程和下调乳腺癌细胞中MMP-2、MMP-9表达有关，并与远处转移分期、淋巴转移与患者的预后显著相关[52]。此外，研究发现lncRNA NORAD高表达可促进乳腺癌细胞TGF-β通路信号传导。TGF-β可以调节细胞增殖、分化、凋亡、伤口修复和免疫功能，通过促进上皮间充质转换参与乳腺癌的恶性进展[53-54]。Zhou等发现lncRNA NORAD在乳腺癌细胞中表达增加，当NORAD在乳腺癌细胞中被敲低后，TGF-β及其下游因子RUNX2也出现下调，进一步研究表明NORAD可通过调节TGF-β信号通路，参与乳腺癌进展[53]。

以上研究表明lncRNA的确广泛参与肿瘤的发病，开发一种新的基于lncRNA的诊断技术和靶向治疗肿瘤的策略似乎非常有希望。随着研究的深入，在不久的将来靶向lncRNA可能成为治疗癌症的主要治疗策略。本文列举了部分参与心血管疾病、肿瘤疾病的lncRNA并汇总,见表1。

5 问题与展望

迄今为止，至少有58 000个lncRNA基因已经被分类，但是在结构、功能以及对疾病发展的影响等方面只有少量的lncRNA得到研究。对ncRNA的研究目前以miRNA的研究最为透彻，对lncRNA的研究只是冰山一角，关于lncRNA的高级结构、功能及其分子作用机制仍然不是十分清晰。因此，需要更多研究技术的应用去开发这一神秘的宝藏。大量研究表明lncRNA有望作为各种人类疾病的诊断和预后生物标志物，然而，这些研究结果缺乏一致性。如MEG3作为一种重要的肿瘤抑制基因，在乳腺癌组织中表达降低，但是否可以准确地成为淋巴结转移的标志，却存在不同的实验结果。因此，对lncRNA候选物的可靠、准确和灵敏的检测是其在临床应用中用作生物标志物的先决条件。一些lncRNA似乎显示出比常规生物标志物更强的诊断和预后价值，这不仅因为它们的组织和疾病特异性表达模式，而且还因为其物理化学性质的高度稳定性。总之，lncRNA的研究为人类进一步认识和征服疾病提供了一个新思路。