长链非编码RNA与皮肤黏膜疾病

易圣果 沈征宇

·综述·

长链非编码RNA与皮肤黏膜疾病

易圣果 沈征宇∗

长链非编码RNA(long non－coding RNA，lncRNA)是一种长度超过200个核苷酸的非编码RNA，在生物体的发育，细胞的增殖、分化、凋亡以及肿瘤发生发展中担任着不可或缺的角色。lncRNA在皮肤黏膜疾病发生发展中也起到了重要作用。该文就lncRNA及其在皮肤黏膜疾病中的研究进展作一综述。

lncRNA； 皮肤黏膜疾病

人类基因组中，蛋白质编码基因的总数约为20 000～25 000个，其中约4%～9%的基因组序列都转录产生非编码RNA(non－coding RNA，ncRNA)。1长度大于200 nt的ncRNA称为长链非编码RNA (long non－coding RNA，lncRNA)，它们几乎占细胞转录组的五分之四。2近来，人们通过高通量基因测序技术发现了大量lncRNA，2然而目前lncRNA的研究并不深入，其中研究较为广泛的lncRNA只有十几个。已有研究表明lncRNA在生物体内具有重要作用，在皮肤黏膜疾病的发生发展中也起到相关作用。

1 lncRNA概述

1.1 生物学特征 ncRNA是指不能翻译成蛋白质的功能性RNA分子，ncRNA中具有调控作用的按其长度大小主要分为:短链非编码RNA(其中有miRNA、siRNA、piRNA)和lncRNA。1，3

现在lncRNA仍未有明确定义，大多数研究人员认为lncRNA是长度超过200个核苷酸且无蛋白质编码功能的RNA，位于细胞核内或胞浆内，4多数由RNA聚合酶II转录生成(ncRNA中的Alu序列和B2蛋白由聚合酶III转录)。5它的分型有以下五种:(1)正义；(2)反义(以上两种分别为邻近蛋白质编码基因中一个或多个外显子在相同或者相反的转录方向上不断重复转录)；(3)双向(lncRNA与反义链上邻近的蛋白质编码基因转录都从邻近密切的基因组启动)；(4)内含子来源(lncRNA完全来自于基因内含子区转录)；(5)基因间隔区来源(lncRNA从两个基因区的基因间隔转录得到)。1

lncRNA形成方式主要有:(1)蛋白质编码基因发生框架断裂转变成功能性的ncRNA，并与某些编码序列相结合，例如Xist基因；(2)染色质重排过程中两个未转录并间隔的序列紧靠产生一个多外显子序列组成的ncRNA；(3)由某些非编码基因经过逆转录转座作用多次复制形成；(4)ncRNA中的某段序列多次重复形成；(5)转座因子的插入产生功能性的ncRNA。1尽管很多lncRNA没有共同的起源，但研究表明它们在基因表达的调控过程中发挥的作用极其相似。6

1.2 基本功能 lncRNA因为没有编码蛋白质的功能一直被认为是转录的“噪音”。但最近越来越多的lncRNA被证明在分子遗传水平和细胞水平上对生物体的发育以及细胞的增殖、分化、凋亡具有相应的功能。它们可能通过以下方式直接参与细胞的功能调控:(1)lncRNA较长，一般大于2 Kb，并具有mRNA样结构，经过剪接后可形成多聚腺苷酸尾(PolyA)与启动子结构；(2)lncRNA启动子可与转录因子例如Oct3、Nang、Sox2等结合，也可以与癌基因C－myc和抑癌基因p53等结合；7(3)lncRNA表达具有组织特异性和时空特异性。8，9lncRNA的功能包括染色体剂量补偿、染色质的修饰、参与基因组印记过程、细胞周期的调控、细胞分化、细胞内物质的运输、干细胞的程序重排以及热休克反应等，10在表观遗传学上也能导致可遗传的基因表达改变，11并且lncRNA的表达异常与多种肿瘤的发生相关。12

1.3 基因水平调控 lncRNA对基因表达调控的层次包括:(1)表观修饰水平调控，主要通过调节DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重构、miRNA等在基因表达中发挥表观遗传学作用，通过与各种染色质修饰酶相互作用，修饰染色质，改变其构象，靶向激活或抑制相关基因的表达；lncRNA还可以参与基因表达沉默、表观性状的维持，因此对于多细胞动物的正常生长发育与细胞分化起到了重要的作用；(2)转录水平调控，lncRNA通过调节转录因子的结合与装配，与调控序列DNA形成三链复合物，调控RNA聚合酶II，转录干扰等方法实现；(3)转录后水平调控，通过与互补的mRNA形成dsRNA，影响mRNA的加工、剪接、转运、翻译和降解等过程，从而调节基因的表达。4

lncRNA在表观遗传分子调控水平上可发挥指导和连结的作用，相较于短链RNA和蛋白质能更好地作为表观遗传调节因子，尤其是对同座及等位基因特异性的控制:(1)lncRNA能一直连接在转录的位点上，特异调节等位基因的表达；(2)lncRNA能对跨度很长的基因大片段进行调控，从而精确地对细胞生长发育进行时空特异性调节，而蛋白质和短链RNA则没有上述能力。13

Hawkins等证明了lncRNA在人类细胞中可以调控多功能相关因子的转录调节，14通过调节基因编码影响表观遗传。很多lncRNA具有mRNA样结构，提示其可能与miRNA有相互作用，如在肝细胞癌中过度表达的一种lncRNA——肝癌高表达基因(HULC) RNA，能够有效结合miRNA，抑制其与下游靶基因结合，促使肝癌细胞增殖。15也有研究发现lncRNA能作用于启动子元件，抑制邻近蛋白质编码基因，以阻止转录延伸，从而调节基因表达。16

2 lncRNA与皮肤黏膜疾病

lncRNA具有不同的亚细胞定位(如细胞核、细胞质组分、细胞骨架)，并在不同的亚细胞定位中起不同的作用，尤其是在细胞核中。虽然对这方面的研究不多，但有几种lncRNA的深入研究证实了它具有重要的多功能性。11例如在基因组印记(H19)、X染色体失活(Xist，Tsix)和反式转录调控(HOTAIR17)等方面lncRNA起到了重要作用，与多种病理过程密切相关。

研究发现一种来自于含有sprouty4基因的内含子(SPRY4，一种MAPK信号转导通路的抑制剂)的lncRNA－SPRY4－IT1在皮肤恶性黑素瘤中表达显著上调，而它的表达降低则会导致皮肤恶性黑素瘤细胞的生长缺陷、侵袭和迁移的减少，以及细胞凋亡率增加。18另有研究发现一种反义lncRNA“ANRIL”(antisense ncRNA in the INK4 locus)，是由目前临床上与黑素瘤最相关的易感基因INK4b–ARF–INK4a翻译而来，19INK4b－ARF－INK4a位点在黑素瘤中则易发生缺失和高甲基化，20对黑素瘤的发生发展有一定的作用。研究认为ANRIL是介导INK4b－ARFINK4a位点沉默的机制之一，对该基因起到了调节作用。然而需要进一步研究以阐述其中的作用机制，研究lncRNA是否与黑素瘤的信号转导通路中基因破坏有关。

现在有证据表明ncRNA广泛参与SLE的发病过程，例如miRNA已被证实参与红斑狼疮的发病，且与疾病的严重程度相关。21进一步研究发现，在系统性红斑狼疮活动组和稳定组中通过表达谱芯片检测结果表明，许多lncRNA出现显著差异表达，例如uc003ngn、uc010bq等在SLE患者外周血单个核细胞中显著上调，而AK022005、uc010gdp等显著下调。以上提示这些lncRNA参与了SLE疾病发生及发展的分子调节过程，22但是仍需进一步探索这些lncRNA在SLE的发生发展进程中的作用机制。

Gibb等23人使用SAGE库发现lncRNA在正常和不典型增生的口腔黏膜的表达也有异常。他们在研究中提出了第一个lncRNA人类口腔黏膜的表达图谱，对325个lncRNA的表达进行了描述，提示了lncRNA在口腔黏膜转录中有显著的表达，同时发现这些lncRNA有60%在口腔黏膜癌前病变有异常表达，例如NEAT1、mir155HG及PTENP1等表达皆有显著差异。因此认为lncRNA对口腔上皮轻度到重度不典型增生、原位癌，侵袭性口腔鳞状细胞癌的发展可能有着重要作用，因此可以利用SAGE库来进行基因全转录分析，对疾病的预测和防治有重要意义。

Kretz等人在研究中比较lncRNA在表皮组织祖细胞和已分化表皮细胞中的表达差异，鉴定出了一类在分化过程中下调的lncRNA，称为抗分化ncRNA (anti－differentiation ncRNA，ANCR)，它是一种有855个碱基对的lncRNA。24研究证明祖细胞中ANCR减少，且在没有任何其他刺激的情况下，导致了细胞快速的分化诱导。ANCR对未分化的表皮细胞的分化具有调节作用，能够抑制大部分的表皮和角质形成细胞的分化过程。他们也在角质形成细胞中发现一类lncRNA，称为终末分化诱导非编码RNA(TINCR)。25在某些皮肤疾病(如皮肤癌、湿疹)中，阻断TINCR的活性，可以终止所有表皮细胞的分化。这一发现突显了lncRNA的新作用－调节人类皮肤组织的分化。

3 治疗策略与预测

针对lncRNA为基础的治疗策略研究随着lncRNA深入探索而迅速扩大。Tsai等研究提示可以通过lncRNA靶向作用于染色质修饰复合物和RNA结合蛋白来改变特定基因的表达程序，在原发肿瘤及其转移灶中抑制不同的基因表达从而发挥不同的生物学效应。26以上表明lncRNA在调节某些lncRNA相关疾病表观基因组中发挥积极的作用，提示其可以作为诊断和治疗的重要靶点。

lncRNA可能通过以下3种途径作为治疗剂或中介:(1)lncRNA通过基因治疗传递系统(例如病毒)进入人体，但具有潜在的风险；(2)lncRNA作为合成的siRNA或miRNA靶点，它具有较长的核苷酸链的独特优势，可以形成复杂的空间结构，与蛋白质因子相互作用；同时也可以提供较大的空间位置与多个分子结合，共同发挥生物学功能；(3)服用专门能与lncRNA互相作用的药物RNA定位lncRNA。27例如使用小分子化合物定位lncRNA，28通过标记和鉴定这些分子化合物然后与lncRNA结合，从而定位lncRNA或核糖核蛋白复合物。如果能成功寻找并使用这类化合物，对与lncRNA表达相关的疾病患者无疑是个巨大的福音。

4 问题与研究前景

由于lncRNA本身的特殊性，如原始序列所包含的信息少、种类繁多及研究手段的限制，对lncRNA分子调控机制以及在皮肤黏膜生理和病理的认识仍较肤浅。但是皮肤易于吸收药物的特性以及病理标本的易取性，有利于我们进行对lncRNA相关皮肤黏膜疾病的研究。可以通过了解lncRNA自身表达与功能以及反馈调控等机制，指导疾病的基因诊断、治疗以及确定疾病的分级标准和预测，从而开创基于lncRNA药物靶点治疗的新局面。

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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

国家自然科学基金(编号:81200786)

上海市自然科学基金(编号:12ZR1417000)

上海交通大学医学院附属第九人民医院皮肤科，上海，200011

∗通信作者