长链非编码RNA调控脂肪发育与代谢研究进展

于树龙, 张昊, 李岑岑*

1.信阳师范学院, 河南 信阳 464000; 2.信阳师范学院生命科学学院, 河南 信阳 464000

长链非编码RNA(lncRNA)在细胞核、细胞质及细胞器中均有分布。通常，lncRNA具有异质结构，可能带有polyA尾巴也可能不带[1]。其结构与mRNA具有一定的相似性，但表达水平低于mRNA，序列保守性也相对较差，许多lncRNA在组织发育过程中具有明显的特异性表达[2]。相对于同样不编码蛋白质的微小RNA(microRNA，miRNA)，lncRNA具有数量多、序列长、空间结构复杂、信息含量丰富等特点。也有研究表明，有些lncRNA可能具有小的开放式阅读框并且能编码短肽，这些lncRNA约占总lncRNA的8%[3]。由于lncRNA的数量和功能等还在不断的研究中，所以其分类也没有明确统一的标准。根据基因组中lncRNA在蛋白质编码基因的相对位置及背景，有些研究者将其分为：基因间lncRNA、内含子lncRNA、双向lncRNA、正义lncRNA、反义lncRNA等5类[4]；而另一些研究者将其分为6类，把增强子lncRNA也单独归为一类[5]。起初人们并不重视对lncRNA的研究，但随着lncRNA位置关系的推导预测与研究的深入，研究者们发现lncRNA在基因的表达和调控过程中发挥着重要的作用，参与了生物体基本上全部的生物学过程，特别是在脂肪发育与代谢的调控过程中扮演着重要的角色，与肥胖等代谢疾病的产生、发展有着紧密的联系[6]。

脂肪是存在于动植物体中的油性物质，由脂肪细胞分化而成，具有储能、供热、保护内脏器官、提供动力等作用，是生物体的重要组成部分。但是在人和动物体中脂肪沉积过多会导致肥胖，影响人类健康以及动物胴体的品质。随着肥胖人群的不断增多，人们对于脂肪的形成与调控的具体机制产生了浓厚的兴趣[7]。近年来，越来越多的研究证实lncRNA在脂肪形成过程中扮演着关键的角色。基于此，本文就lncRNA及其参与脂肪调控和肥胖等代谢疾病的产生等相关研究展开综述，以期为lncRNA调控脂肪发育机制的深入研究提供有力参考。

1 lncRNA作用模式

lncRNA在表观遗传水平(如基因印迹、染色质修饰等)、转录水平(如转录激活、转录干扰等)和转录后水平(如调控mRNA剪接和降解、与miRNA相互作用等)3个层面影响着脂肪的形成与代谢。由于lncRNA拥有较长的核苷酸链，可形成较为复杂的二级空间结构，所以其有多种作用模式，主要分为：信号、诱饵、引导和支架4种。这4种作用模式并不是单独起作用，而是相互协作。

1.1 作为信号分子

lncRNA可以调节其他基因的表达，充当可以调节和控制下游基因的转录或基因剪接的信号分子。某些lncRNA在不同的信号通路给予不同刺激的条件下，能够特异性的转录并参与信号传导。从生物体的角度来看，运用RNA进行转录调控具有较大的优势。因为利用RNA调控转录过程不需要进行蛋白质的翻译，这样就提高了转录效率。

lncRNA可以以信号分子的方式参与基因组印迹的过程，如Kcnq1ot1、Xist等都可以作为信号分子。Kcnq1ot1一方面与染色质结合，另一方面与G9a(组蛋白去甲基化酶)和多梳蛋白抑制复合体2(polycomb repressive complex 2，PRC2)结合，使Kcnq1基因的表达受阻[8]。Xist作用模式类似于Kcnq1ot1，通过招募PRC2形成Xist-PRC2复合体，该复合体能使组蛋白H3上第27位的赖氨酸三甲基化，从而使X染色体上相关基因失活[9]。

1.2 作为分子诱饵

有些lncRNA可以作为分子诱饵，诱导RNA、miRNA或蛋白质离开某一特定区域，来激活或者抑制转录基因。如在肝细胞癌中lncRNA DLX6-AS1与miR-203a相互作用调节基质金属蛋白酶(matrix metalloprotease，MMP-2)的表达，从而影响肝癌的形成[10]。lncRNA PTENP1可以作为miR-17、miR-19b、miR-20a的分子诱饵与这3个miRNAs结合，提高磷酸酶与张力蛋白同源物(phosphatase and tensin homolog，PTEN)、富含亮氨酸重复序列的蛋白磷酸酶(pH domain leucine-rich repeat protein phosphatase，PHLPP)以及ULK1、ATG7、p62等自噬基因的表达[11]。lncRNA DINO可与p53结合形成复合物，并作用于p53靶基因(CDKN1A、FAS、GADD45A等)在DNA损伤过程中发挥作用[12]。lncRNA ADNCR通过诱饵作用与miR-204结合，使miR-204不能靶向沉默信息调节因子2相关酶1(silent information silent information regulation 2 homolog-1，sirtuin 1，SIRT1)，由此来抑制脂肪的形成[13]。

1.3 引导作用

lncRNA通过引导作用模式介导RNA结合蛋白质到特定的DNA序列上并发挥功能，通过顺式或反式机制改变基因的表达，发挥分子导向作用。lncRNA HOTTIP与蛋白质WDR5及组蛋白甲基化转移酶MLL形成复合物，并将其靶向到HOXA区域，发生组蛋白H3第4位赖氨酸(H3K4)甲基化和激活HOXA位点的转录[14]。TINCR是一种细胞质lncRNA，与RNA结合蛋白STAU1相互作用，并将STAU1转化为mRNA稳定因子。TINCR和STAU1结合能够形成功能稳定的mRNAs编码结构和终末分化角质细胞关键调节蛋白[15]。lncRNA-p21能够在基因组的多个位点对基因表达产生影响，可通过反式作用机制绕过上游调控因子p53来诱导改变基因表达和细胞凋亡[16]。

1.4 作为分子支架

lncRNA具有不同的结构域，可作为分子支架结合多个转录因子，相当于一个“中心平台”，在信号传导过程中起调控作用。当多个信号传导途径同时被激活时，lncRNA会在同一时间将多个效应因子结合在一起形成复合物，并对不同途径之间的信息进行整合，然后选择性地利用特定的信号对外部信号或刺激做出反馈和调节。HOTAIR是一种抑制性lncRNA，它能够将2种不同的蛋白复合物靶向至染色体特定位点，在2个不同的染色质修饰复合物之间起支架作用。HOTAIR的5’端可与PRC2结合以用来调节染色体的状态，3’端可以与组蛋白去甲基酶1(lysine specific demethylase1，LSD1)相互作用，进而调控HOXC基因的表达[5]。lncRNA ANRIL可作为分子支架与核心蛋白复合体PRC1和PRC2结合，使染色质状态发生改变，影响靶基因INK4b位点的转录[17]。

2 lncRNA调控脂肪发育与代谢

起初，研究者们认为lncRNA是RNA聚合酶Ⅱ转录的副产物，不具有重要的功能，所以对lncRNA研究较少。随着测序与生物信息技术的发展，越来越多的lncRNA被鉴定为在脂肪的形成与代谢过程中发挥着重要的作用，因此探索在脂肪形成与代谢过程中发挥作用的lncRNA成为了重要研究内容。如利用去除核糖体RNA高通量测序技术发现在牛脂肪细胞分化前后有16个lncRNA差异性表达[13]；采用RNA深度测序和生物信息学技术对出生后35、85和120 d兔内脏脂肪组织的lncRNA进行分析，证实lncRNA是兔内脏脂肪生长的重要调节因子，且多数lncRNA参与早期脂肪调控[18]。此外，Sun等[7]分析了初级脂肪细胞、前脂肪细胞和脂肪细胞的转录组，并确定了175个在脂肪形成过程中受到特异性调控的lncRNA；Luan等[19]鉴定出207个lncRNA在脂肪间质细胞的分化过程中有表达差异，通过关联分析发现有26个lncRNA在脂肪相关组织中上调。以上研究揭示了lncRNA在脂肪调控中的重要作用，弥补了相关研究的不足，同时也为后续研究提供了新的靶点。

SRA属于基因间lncRNA，对类固醇激素受体具有选择性，能够通过其氨基末端的激活功能介导反式激活[20]。Cooper等[21]发现lncRNA NEAT1在3T3-L1脂肪细胞向脂肪细胞分化过程中呈时间性波动，并在脂肪形成的主要转录因子PPARγ mRNA可变剪切中发挥重要的作用。具有类似作用的还有lncRNA U90926、Paral1、Gm15290、Plnc1等，其通过控制关键的脂肪形成转录因子PPARγ来调控脂肪的形成[22-25]。HoxA-AS3在骨髓间充质干细胞(mesenchymal stem cells，MSCs)中受到抑制时，脂肪的形成及脂肪标志物的表达都会下降，证明HoxA-AS3在脂肪形成过程中发挥着作用[26]。lncRNA AK079912在脂肪组织中高表达，并且随着脂肪组织的发育其表达量逐渐升高，在脂肪组织棕色化过程中起着重要的作用[27]。以上研究证实lncRNA在脂肪调控中起着重要作用，但是其具体调控机制还有待深入研究。

近年来，随着技术水平的提高以及研究的深入，有些lncRNA调控脂肪形成的通路被证实。lncRNA ADINR从脂肪产生的关键转录调控因子C/EBPα基因上游450 bp的位置转录而来，可通过顺式调控C/EBPα在人间充质干细胞向脂肪细胞分化过程中发挥作用[28]。lncRNA MIR31HG可降低脂肪形成相关基因FABP4启动子中活性组蛋白标志物H3K4me3和AcH3的富集，从而抑制其表达和脂肪生成[29]；lncRNA GM2788可与Pur_β蛋白相互结合降低脂代谢相关基因(FASN、SCD1、GPAD1等)的表达来降低甘油三酯的含量从而调控脂代谢[30]。除转录调控因子和脂肪形成相关基因外，部分lncRNA是通过调控miRNA来影响脂肪的代谢和形成的。如MEG3是一种具有肿瘤抑制作用的lncRNA，但也可通过调控miR-140-5p参与人脂肪源性干细胞的成脂分化[31]。Liu等[32]发现lncRNA GAS5的异位表达能显著降低miR-21a-5p水平，抑制3T3-L1前脂肪细胞的增殖，在脂肪形成过程中发挥重要作用。

3 lncRNA与肥胖等代谢相关疾病

肥胖是由于机体内能量代谢失衡、脂肪沉积过多而导致的体重过度增长的一种慢性代谢疾病，不仅影响外在体型还威胁着机体健康[33]。近年来肥胖问题日益严重并且趋向于年轻化，已经成为威胁人类健康的主要公共卫生问题。通过lncRNA作用机制来研究肥胖产生与发展的过程对于解决肥胖问题具有重要的意义。

Chen等[34]以雄性C57BL/6-J小鼠为材料进行研究，表明lncRNA AK142386和AK133540可通过不同的转录因子起作用以调节Hoxa3和Acad10转录，从而影响脂肪生成和能量代谢。脂联素(adiponectin，AdipoQ)是一种脂肪细胞衍生的激素，对全身糖脂代谢具有积极作用。研究表明，AdipoQ AS lncRNA对高脂饮食小鼠的白色脂肪组织、棕色脂肪组织和肝甘油三酯均有调控作用[35]。Nuermaimaiti等[36]发现，lncRNA HOXA11-AS1在肥胖患者中高表达，并在脂肪细胞分化过程中显著升高。随后，从患者脂肪组织中分离人脂肪源性干细胞(human adipose-derived stem cells，hADSCs)，进行体外培养，发现敲除HOXA11-AS1能够抑制脂肪细胞的分化和成脂基因的转录，同时降低hADSCs脂质沉积。lncRNA MEG3在肥胖人群内脏脂肪组织中表达量显著增加并且与人群体质量指数(body mass index，BMI)呈正相关，是肥胖防治的潜在靶点[37]。在生物体内，lncRNA H19的超表达能够抑制肥胖的产生、改善胰岛素敏感性和促进线粒体生物合成[38]。lnc-ORA可通过调节PI3K/AKT/mTOR信号通路来调节脂肪细胞分化，并为肥胖相关的代谢疾病提供新的潜在治疗靶点[39]。

此外，肥胖与糖尿病、心血管病等代谢性疾病有密切关系，常常会导致并发症的发生。大量的研究证实lncRNA与糖尿病、心血管病、高血脂等代谢性疾病相关，并且在这些代谢性疾病中起着重要的作用(表1)。

表1 与糖尿病、心血管病等代谢相关的lncRNATable1 lncRNA that related to metabolism such as diabetes and cardiovascular diseases

4 展望

脂肪发育是生物体内关键且复杂的过程，对生命活动具有重要意义。lncRNA在脂肪调控过程中起着重要的作用，对于调控脂肪发育的lncRNA的研究可以了解脂肪形成的机制，不仅能为动物生产提供研究方向，还能为治疗人类代谢疾病提供新的方法。虽然随着研究的深入，人们对脂肪发育相关的lncRNA有了更深的认识。但是，目前大量的研究成果集中在人类癌症等相关领域，对于与脂代谢以及改善动物肉质相关的lncRNA研究成果相对较少。因此，仍需对生物体脂代谢及肉质相关的lncRNA进行深入研究，尤其是其精确作用机制及生物学过程。