長鏈非編碼RNA與皮膚黏膜疾病

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，在生物體的發育，細胞的增殖、分化、凋亡以及腫瘤發生發展中擔任著不可或缺的角色。lncRNA在皮膚黏膜疾病發生發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展作一綜述。

lncRNA； 皮膚黏膜疾病

人類基因組中，蛋白質編碼基因的總數約為20 000～25 000個，其中約4%～9%的基因組序列都轉錄產生非編碼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)，它們幾乎占細胞轉錄組的五分之四。2近來，人們通過高通量基因測序技術發現了大量lncRNA，2然而目前lncRNA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在生物體內具有重要作用，在皮膚黏膜疾病的發生發展中也起到相關作用。

1 lncRNA概述

1.1 生物學特征 ncRNA是指不能翻譯成蛋白質的功能性RNA分子，ncRNA中具有調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

現在lncRNA仍未有明確定義，大多數研究人員認為lncRNA是長度超過200個核苷酸且無蛋白質編碼功能的RNA，位于細胞核內或胞漿內，4多數由RNA聚合酶II轉錄生成(ncRNA中的Alu序列和B2蛋白由聚合酶III轉錄)。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編碼基因中一個或多個外顯子在相同或者相反的轉錄方向上不斷重復轉錄)；(3)雙向(lncRNA與反義鏈上鄰近的蛋白質編碼基因轉錄都從鄰近密切的基因組啟動)；(4)內含子來源(lncRNA完全來自于基因內含子區轉錄)；(5)基因間隔區來源(lncRNA從兩個基因區的基因間隔轉錄得到)。1

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

1.2 基本功能 lncRNA因為沒有編碼蛋白質的功能一直被認為是轉錄的“噪音”。但最近越來越多的lncRNA被證明在分子遺傳水平和細胞水平上對生物體的發育以及細胞的增殖、分化、凋亡具有相應的功能。它們可能通過以下方式直接參與細胞的功能調控:(1)lncRNA較長，一般大于2 Kb，并具有mRNA樣結構，經過剪接后可形成多聚腺苷酸尾(PolyA)與啟動子結構；(2)lncRNA啟動子可與轉錄因子例如Oct3、Nang、Sox2等結合，也可以與癌基因C－myc和抑癌基因p53等結合；7(3)lncRNA表達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償、染色質的修飾、參與基因組印記過程、細胞周期的調控、細胞分化、細胞內物質的運輸、干細胞的程序重排以及熱休克反應等，10在表觀遺傳學上也能導致可遺傳的基因表達改變，11并且lncRNA的表達異常與多種腫瘤的發生相關。12

1.3 基因水平調控 lncRNA對基因表達調控的層次包括:(1)表觀修飾水平調控，主要通過調節DNA甲基化、組蛋白修飾、染色質重構、miRNA等在基因表達中發揮表觀遺傳學作用，通過與各種染色質修飾酶相互作用，修飾染色質，改變其構象，靶向激活或抑制相關基因的表達；lncRNA還可以參與基因表達沉默、表觀性狀的維持，因此對于多細胞動物的正常生長發育與細胞分化起到了重要的作用；(2)轉錄水平調控，lncRNA通過調節轉錄因子的結合與裝配，與調控序列DNA形成三鏈復合物，調控RNA聚合酶II，轉錄干擾等方法實現；(3)轉錄后水平調控，通過與互補的mRNA形成dsRNA，影響mRNA的加工、剪接、轉運、翻譯和降解等過程，從而調節基因的表達。4

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

Hawkins等證明了lncRNA在人類細胞中可以調控多功能相關因子的轉錄調節，14通過調節基因編碼影響表觀遺傳。很多lncRNA具有mRNA樣結構，提示其可能與miRNA有相互作用，如在肝細胞癌中過度表達的一種lncRNA——肝癌高表達基因(HULC) RNA，能夠有效結合miRNA，抑制其與下游靶基因結合，促使肝癌細胞增殖。15也有研究發現lncRNA能作用于啟動子元件，抑制鄰近蛋白質編碼基因，以阻止轉錄延伸，從而調節基因表達。16

2 lncRNA與皮膚黏膜疾病

lncRNA具有不同的亞細胞定位(如細胞核、細胞質組分、細胞骨架)，并在不同的亞細胞定位中起不同的作用，尤其是在細胞核中。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)和反式轉錄調控(HOTAIR17)等方面lncRNA起到了重要作用，與多種病理過程密切相關。

研究發現一種來自于含有sprouty4基因的內含子(SPRY4，一種MAPK信號轉導通路的抑制劑)的lncRNA－SPRY4－IT1在皮膚惡性黑素瘤中表達顯著上調，而它的表達降低則會導致皮膚惡性黑素瘤細胞的生長缺陷、侵襲和遷移的減少，以及細胞凋亡率增加。18另有研究發現一種反義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生缺失和高甲基化，20對黑素瘤的發生發展有一定的作用。研究認為ANRIL是介導INK4b－ARFINK4a位點沉默的機制之一，對該基因起到了調節作用。然而需要進一步研究以闡述其中的作用機制，研究lncRNA是否與黑素瘤的信號轉導通路中基因破壞有關。

現在有證據表明ncRNA廣泛參與SLE的發病過程，例如miRNA已被證實參與紅斑狼瘡的發病，且與疾病的嚴重程度相關。21進一步研究發現，在系統性紅斑狼瘡活動組和穩定組中通過表達譜芯片檢測結果表明，許多lncRNA出現顯著差異表達，例如uc003ngn、uc010bq等在SLE患者外周血單個核細胞中顯著上調，而AK022005、uc010gdp等顯著下調。以上提示這些lncRNA參與了SLE疾病發生及發展的分子調節過程，22但是仍需進一步探索這些lncRNA在SLE的發生發展進程中的作用機制。

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

Kretz等人在研究中比較lncRNA在表皮組織祖細胞和已分化表皮細胞中的表達差異，鑒定出了一類在分化過程中下調的lncRNA，稱為抗分化ncRNA (anti－differentiation ncRNA，ANCR)，它是一種有855個堿基對的lncRNA。24研究證明祖細胞中ANCR減少，且在沒有任何其他刺激的情況下，導致了細胞快速的分化誘導。ANCR對未分化的表皮細胞的分化具有調節作用，能夠抑制大部分的表皮和角質形成細胞的分化過程。他們也在角質形成細胞中發現一類lncRNA，稱為終末分化誘導非編碼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胞的分化。這一發現突顯了lncRNA的新作用－調節人類皮膚組織的分化。

3 治療策略與預測

針對lncRNA為基礎的治療策略研究隨著lncRNA深入探索而迅速擴大。Tsai等研究提示可以通過lncRNA靶向作用于染色質修飾復合物和RNA結合蛋白來改變特定基因的表達程序，在原發腫瘤及其轉移灶中抑制不同的基因表達從而發揮不同的生物學效應。26以上表明lncRNA在調節某些lncRNA相關疾病表觀基因組中發揮積極的作用，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(例如病毒)進入人體，但具有潛在的風險；(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勢，可以形成復雜的空間結構，與蛋白質因子相互作用；同時也可以提供較大的空間位置與多個分子結合，共同發揮生物學功能；(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通過標記和鑒定這些分子化合物然后與lncRNA結合，從而定位lncRNA或核糖核蛋白復合物。如果能成功尋找并使用這類化合物，對與lncRNA表達相關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分子調控機制以及在皮膚黏膜生理和病理的認識仍較膚淺。但是皮膚易于吸收藥物的特性以及病理標本的易取性，有利于我們進行對lncRNA相關皮膚黏膜疾病的研究。可以通過了解lncRNA自身表達與功能以及反饋調控等機制，指導疾病的基因診斷、治療以及確定疾病的分級標準和預測，從而開創基于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

國家自然科學基金(編號:81200786)

上海市自然科學基金(編號:12ZR1417000)

上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院皮膚科，上海，200011

?通信作者