长链非编码RNA与颅颌面发育及畸形的相关性研究进展

孟小辉 综述 宋涛 审校

长链非编码RNA与颅颌面发育及畸形的相关性研究进展

孟小辉 综述 宋涛 审校

先天性颅颌面畸形是临床较多见的生长发育缺陷。长链非编码RNA（Long non-coding RNA，lncRNA）是指长度大于200个核苷酸，无法编码蛋白的RNA。近年来，越来越多的研究表明，lncRNA在颅颌面的生长发育进程中有着重要的作用。本文对lncRNA与颅颌面发育及畸形的相关性研究进展进行综述。

长链非编码RNA颅颌面发育颅颌面畸形

长链非编码RNA（Long non-coding RNA，lncRNA）是生物体内重要的调节分子，虽然对lncRNA功能和作用机制的研究尚处于起步阶段，但已有不少证据表明lncRNA参与了细胞发生、分化、增殖、代谢、凋亡等多种生物学过程[1-3]。颅颌面发育畸形是人类生长发育过程中易出现的缺陷，与lncRNA有着密切关系。本文对lncRNA的概念、生物学功能，及其在颅颌面发育畸形过程中的作用进行综述。

1 lncRNA的概述

1.1 概念与分类

lncRNA是指长度在200个核苷酸以上，且不能编码蛋白质的RNA[3]。lncRNA生物来源比较广泛，在生物体内含量巨大，种类繁多，至今没有统一的生物学分类标准。根据lncRNA与蛋白质编码基因的位置关系，可分为顺式反义型、双向型、重叠型和内含子型等[4]；而根据lncRNA的功能，则可分为信号分子（Signal molecule）、诱饵分子（Decoy molecule）、引导分子（Guide molecule）和骨架分子（Scaffold molecule）等4类[4]。

1.2 生物学功能

1.2.1 调控基因表达

lncRNA可在表观遗传水平、转录水平、转录后水平调控基因的表达。lncRNA在基因表观遗传调控中具有着重要的作用。研究表明，参与哺乳动物染色体剂量补偿效应的经典lncRNA，即X染色体特异性失活转录物（X-inactive specific transcript，Xist），当其与多梳抑制复合体2（Polycomb repressive complex 2，PRC2）结合，形成复合体靶向，作用于X染色体作用位点时，可使大量组蛋白被甲基化，最终导致X染色体失活[5-6]。lncRNA可以通过模仿DNA元件参与基因转录调控。生长阻滞特异转录物5（Growth arrest-specific transcript 5，Gas5）通过利用自身茎环结构，模拟糖皮质激素应答元件，来结合糖皮质激素受体（Glucocorticoid receptor）的DNA结合结构域，阻止糖皮质激素受体与糖皮质激素应答元件的相互作用，从而抑制下游基因的表达[7]。lncRNA参与基因转录后调控，主要包括RNA的剪接、成熟、代谢及稳定性调节[8]。Tripathi等[9]研究发现，肺腺癌转移相关转录物1（Metastasisassociated in lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1）的lncRNA与丝氨酸/精氨酸（Serine/arginine，SR）剪接因子相互作用，并调控剪接因子在剪接斑点中的分布和磷酸化水平，从而改变mRNA前体的选择性剪接模式。

1.2.2 与蛋白质、RNA、DNA相互作用

lncRNA可以通过与DNA、RNA和蛋白分子结合而发挥调控作用，其作用机制主要包括：①lncRNA作为蛋白质的引导分子。在p53信号通路研究中，Huarte等[10]发现长链基因间非编码RNA p21（Long intergenic ncRNA p21，lincRNAp21）可作为核不均一核糖核蛋白-K（Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein-K，hnRNP-K）的引导分子，将其定位到p21基因启动子区，激活p21转录表达。②lncRNA作为蛋白质的支架分子。长链非编码RNA Hotair可以利用其5′端的结构域与PRC2蛋白复合体相互作用，同时还可以利用其3′端的结构域与去甲基化蛋白复合体结合，作为连接支架和桥梁而发挥作用[11]。③通过以诱饵的方式吸附一些特定的microRNA，从而调控靶基因的表达[2，12]。④与RNA结合形成互补双链，参与mRNA的剪切、降解及翻译等过程[2，12]。

2 lncRNA与颅面部发育及畸形

2.1 lncRNA与唇腭裂

唇腭裂是颅颌面最常见的先天性畸形。H19和IGF2交互印记，基因定位相近，共用同一调控体系，且在个体生长、发育及行为发展方面有重要作用，许多疾病的发生发展又与两者的印记调控异常有关[13-14]。H19基因在胚胎各种组织中广泛表达，包括腭部[15]。Ozturk等[16]通过RNA测序分析发现，lncRNA H19基因是转化生长因子-β3敲除小鼠的腭裂基因。Gao等[17]发现，IncRNA H19可能通过与IGF2相互作用而参与小鼠腭裂的发生，但并未明确其机制。Liu等[18]通过酵母双杂交和共沉淀实验发现，RNA结合蛋白vigili能够与转录因子CTCF（CCCTC-binding factor）相互作用，从而调控H19和IGF2的表达。此外，近来有学者在人和鼠细胞中发现lncRNA H19是miR-675的前体[19]，提示lncRNA H19可能通过miRNA发挥基因调控作用。

上皮-间质细胞转换（Epithelial-mesenchymal transition，EMT）与着床、胚胎形成和器官发育等相关。lncRNA可直接或间接调节EMT过程。天然反义转录物（Natural antisense transcript，NAT）是自然情况下生物体内生成的重要lncRNA，通过与互补RNA碱基配对，形成自然有义-反义转录物（Natural sense-antisense transcript，NSAT），导致靶mRNA降解或翻译抑制，从而抑制编码E-cadherin（黏附连接）、ZO-3（紧密连接）、plakophilin2（桥粒）和connexin26（间隙连接）等基因的转录，进而削弱细胞间的连接作用，促进EMT的发生。此外，TGF-β信号通路在腭部发育过程，如上皮间质转化、基膜降解中有重要作用[20]。TGF-β1和TGF-β2共同调节间质细胞增殖和细胞外基质的合成，而TGF-β3作为其通路中的关键因子，可介导腭突中脊上皮接触、裂解等生物学过程，从而使腭间质融合、腭部形成[21-22]。近年来，较多研究证实，在TGF-β信号通路中存在一些发挥着不同介导作用的lncRNA，这些lncRNA在不同水平与TGF-β信号通路相互作用[23]：①lncRNA通过TGF-β信号通路参与调控（如MEG3、PVT-1、BANCR、UCA1、ANRIL、Suzl2等）；②lncRNA被TGF-β信号通路调控（如lncRNA-mad7、lncRNA-HIT、HOXD-AS1、H19等）。TGF-β本身也可诱导产生一些具有重要调控功能的lncRNA，从而形成复杂的交联调控网络。然而，这些研究大部分是基于肿瘤形成相关的EMT，是否符合唇腭裂的EMT过程，还需要更多的实验来进一步验证。

2.2 lncRNA与脑发育

神经系统的生长发育依赖lncRNA在时间特异性与空间特异性上的准确表达。大脑有着丰富的lncRNA的表达[24]，在调节神经细胞分化、突触的可塑性和脑发育等方面有重要作用。Guttman等[25]通过分析小鼠神经元染色质标签，发现了超过1 000个基因间lncRNA，这些lncRNA与少突胶质细胞髓鞘形成、GABA能神经元分化、CREB介导的转录调节、小鼠海马发育、脑老化、G蛋白偶联受体和钙调神经磷酸酶依赖的信号转导通路有关。朱丽媛等[26]研究nTPB基因座上T-uc.33这一超保守lncRNA，在小鼠神经系统发育过程中的作用时，发现T-uc.33和nTPB在小鼠脑组织中的表达呈显著正相关，说明T-uc.33潜在地影响小鼠脑组织发育和神经干细胞的分化过程。

2.3 lncRNA与颌骨发育

lncRNA也参与调控颌骨的生长发育。Zhu等[27]在研究hFOB1.19细胞成骨分化时发现，lncRNA-ANCR与EZH2相互作用，可抑制Runx2的表达，从而促进成骨分化。Jin等[28]发现，lncRNA MIAT的表达在骨诱导期间以时间依赖性方式下调，MIAT的敲除促进脂肪干细胞的成骨分化抑制。夏昕等[29]利用lncRNA-seq测序技术，检测孕18 d及出生后14 d小鼠下颌骨组织中lncRNA表达谱的差异，发现出生前、后的颌骨发育变化过程中，有些lncRNA明显上调，而有些明显下调。Babajko等[30]发现，Msx1反义RNA（Msx1-AS RNA）调控Msx1基因的表达，当两者间的平衡受到干扰时，会造成牙齿发育不全和骨丢失。

2.4 lncRNA与先天性小耳畸形

Wei[31]在研究先天性小耳畸形microRNA生物信息学时发现，lncRNA MALAT1与microRNA形成调节网参与外耳的生长发育。张玲等[32]通过高通量lncRNA基因芯片研究发现，先天性小耳畸形存在明显的lncRNAs差异性表达，提示lncRNA可能在小耳畸形发生和发展中发挥重要作用。在随后的研究中，还发现lncRNANR_028308在先天性小耳畸形的残耳软骨中表达明显上调，提示其和先天性小耳畸形的发生、发展有一定的关系[33]。

3 结语与展望

颅颌面畸形的发生和发展，是多因素调控、机制非常复杂的生命过程。目前，lncRNA研究正处于初步阶段，其在颅颌面畸形中的作用和分子调控机制尚未明确。随着高通量测序技术和生物信息学的发展，越来越多的lncRNA被人们发现，更多颅颌面畸形相关的lncRNA调节基因的分子机制将被进一步阐明，有望应用于颅颌面畸形的预防和治疗。

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Research Progress of Long Noncoding RNAs in Craniomaxillofacial Development and Deformities

MENG Xiaohui, SONG Tao．Plastic Surgery Hospital,
Chinese Academy of Medical Sciences,Beijing 100144,China.Corresponding author: Song Tao(E-mail:songtao2059@163.com).

Long non-coding RNA;Craniomaxillofacial development;Craniomaxillofacial deformity

R682.1+1

B

1673－0364（2017）03－0172－03

2017年3月22日；

2017年5月16日）

10.3969/j.issn.1673-0364.2017.03.015

100144北京市中国医学科学院整形外科医院。

宋涛（E-mail：songtao2059@163.com）。

【Summary】Congenital craniomaxillofacial deformities are common human growth and development defects.A long noncoding RNA(lncRNA)is an RNA longer than 200 nucleotides that are not predicted to be translated to a functional protein product.Recently,an increasing number of studies have shown that lncRNA have a critical role in processes of craniomaxillofacial development.In this paper,the research progress of long non-coding RNAs in craniomaxillofacial development and deformities was reviewed.