宿主lncRNA在病毒感染中的作用研究进展

王 晨，杜彦廷，张 莹

(沈阳农业大学动物科学与医学学院/东北畜禽疫病研究教育部重点实验室，辽宁沈阳 110866)

人类基因组计划是20世纪末至21世纪初最宏伟的基因工程，长链非编码RNA(long non-coding RNAs，lncRNA)作为一种新发现的具有生物调控重要作用的关键因素，近年来受到了广泛的关注。多种多样的lncRNA已经牵涉到一系列的发育过程和疾病中，但其作用机理尚未完全知晓，其功能作用仍存在较多争议。本文综述了宿主lncRNA的功能及在病毒感染中的作用，以期为研究宿主lncRNA在病毒感染中的作用提供参考。

1 lncRNA概述

1.1 lncRNA定义与分类

长链非编码RNA(lncRNA)是转录本长度大于200个核苷酸的非编码RNA，无开放阅读框，没有可识别的蛋白质编码能力，并且有可能主要作为RNA分子发挥作用[1]。通常情况下，与mRNA结构几乎相同，但与mRNA相比，lncRNA具有较强的组织特异性、不易表达和保守性差的特点[1]。lncRNA可以分为5大类：(1)正义型(sense)，另一个转录本的一个或多个外显子分别重叠在相同的链上；(2)反义型(antisense)，另一个转录本的一个或多个外显子分别重叠在相反的链上；(3)双向型(bidirectional)，相邻的编码转录本在相反的链上的表达是在接近基因组的情况下启动的；(4)内含子型(intronic)，完全来源第二个转录物的内含子或可能代表pre-mRNA序列；(5)基因间型(intergenic)，位于两个基因之间的基因组间隔之内[2]。

1.2 lncRNA产生机制

lncRNA是由RNA聚合酶Ⅱ转录、剪接，经过加帽和加尾形成的，其结构类似于经典的mRNA结构，但因其缺乏阅读框，所以不编码蛋白质。通常认为lncRNA是由RNA聚合酶Ⅱ转录的，具有一个或多个内含子，可以通过剪接消除，并且一些内含子可能在其3′端被聚腺苷酸化。lncRNA也可以从独立的转录本、增强子、启动子和其他基因的内含子及其他基因的反义链中产生。目前，对于lncRNA的产生机制尚不明确，主要有以下几种观点：(1)蛋白编码基因的开放阅读框破坏，并被转化为功能性lncRNA，且该lncRNA可与前期编码序列结合；(2)染色质重组之后，两个已经分离完全且未进行转录的序列区域并列排列，进而产生具有多个外显子的lncRNA；(3)通过逆转录转座的作用，非编码基因可以进行复制进而产生功能性lncRNA[3]；(4)在非编码RNA内出现相邻的重复序列，而在重复序列的重复复制中可产生lncRNA[4]；(5)在基因中插入转录元件后会产生功能性lncRNA[5]。

1.3 lncRNA的功能

部分lncRNA可作为亚核结构的支架，还可控制蛋白质转运或翻译后修饰。lncRNA 可调节 mRNA 的稳定性及翻译情况进而调控基因的活性[6]。在病毒感染方面(表1)，lncRNA对病毒的遗传稳定有重要作用，同时还可影响病毒感染后宿主细胞先天性免疫反应的产生[7]。例如，IFN诱导的lnc-Lsm3b可以在先天免疫应答的后期使RIG-I失活[8]，而lncRNA-ACOD1通过调节细胞代谢来促进病毒复制[9]。另外，lncRNA-NRAV通过抑制干扰素刺激的基因转录来调节抗病毒应答[10]，以及lnc-ISG20通过增强ISG20表达来抑制甲型流感病毒复制[11]。

表1 lncRNA对病毒复制的调控机制

2 宿主lncRNA影响病毒复制机制

2.1 宿主lncRNA通过天然免疫反应影响病毒复制

天然免疫系统(innate immune system)是生物体在长期种系进化中逐渐形成的天然免疫体系，天然免疫应答(innate immune response)则是机体固有免疫细胞和分子在识别病原体及其产物或体内衰老损伤、畸变细胞等抗原性异物后，迅速活化有效吞噬杀伤、清除病原体或体内“非己”抗原性异物产生非特异性免疫防御、监视、自稳等保护作用的过程[12]。

2.1.1 IFN介导的天然免疫应答 Ⅰ型干扰素(IFN-I)是天然免疫反应中的关键成员，可发挥重要的抗病毒作用。在病毒感染的过程中，主要由胞内的PRR视黄酸诱导基因I(RIG-I)识别由病毒RNA在细胞内复制时所产生的5′-pppssRNA等产物，并通过接头分子MAVS募集并活化TANK结合激酶1(TBK1)分子，最终通过磷酸化的干扰素调节因子 3(IRF3)分子入核促进IFN-1产生[13]。

在IFN-I介导的天然免疫应答产生过程中，RIG-I作为识别病毒RNA复制产物的重要物质，其水平与活性也受到lncRNA调节。lncRNA ITPRIP-1和lnczc3h7a可调节特定核酸传感器的活性，它们分别增强MDA5和RIG-I的活性；lnc-Lsm3b或lncATV可阻断RIG-I发出信号[14]。HCV病毒载量和感染时间受到ITPRIP-1的依赖性诱导 。lncRNA ITPRIP-1能够增加MDA5和MAVS的表达以促进IRF3的激活，进而对IFN途径激活并影响丙型肝炎病毒 (Hepatitis C virus，HCV)复制[15]。与lncRNA ITPRIP-1不同，lncRNA NEAT1降低RIG-Ⅰ的水平是通过将转录阻遏物SFPQ重定位至副斑点，促进RIG-Ⅰ、DDX60、IFN-β和IL-8的表达，进而促进宿主对汉坦病毒(Hantaan virus，HTNV)、禽流感病毒(Avian influenza virus，AIV)、单纯疱疹病毒(Herpes simplex virus，HSV)的抗病毒作用[16]。

在RIG-Ⅰ识别病毒RNA复制产物后，还通过接头分子MAVS募集并活化TANK结合激酶1(TBK1)分子，进而磷酸化和激活IFN合成途径中的关键转录因子IRF3，而lncRNA可调节细胞接头因子活性并调控IRF3的磷酸化。

lncRNA-155由RIG-1和TLR3依赖性先天免疫信号转导，可受到禽流感病毒(Avian influenza virus，AIV)、仙台病毒(Sendai virus，SeV)、番鸭呼肠孤病毒(Muscovy duck reovirus，MDRV)和单纯疱疹病毒(Herpes simplex virus,HSV)等多种病毒的诱导，并且破坏A549细胞中的lncRNA-155表达会削弱抗lncRNA-155的AIV抗病毒应答。lncRNA-155缺乏会抑制免疫细胞因子和ISG的产生，敲除lncRNA-155的动物中对AIV感染的敏感性增加[17]。有研究表明，缺失miR的lncRNA-155可抑制PTP1B，进而抑制MyD88和TRIF的激活，并影响MAPK、NF-κB、IRF3与IFN的反应[18]。

lncRNA Malat1作为IFN-Ⅰ产生的负调节剂，广泛存在于细胞核中，但在流感病毒感染后表达水平显著下调。Liu W等发现lncRNA Malat1直接与细胞核中的反应活性DNA结合蛋白(TDP43)结合，并通过阻止活化的caspase-3介导的TDP43裂解为TDP35来阻止TDP43的激活。裂解的TDP35通过结合和降解Rbck1增加了核IRF3蛋白水平，从而选择性促进抗病毒IFN-Ⅰ的产生。Malat1的缺乏增强了体内抗病毒的先天应答，并伴随着IFN-Ⅰ产生的增加和病毒载量的减少[19]。影响核IRF3蛋白水平的还有lncA02830，lncA02830是存在于PRV-II感染细胞中的功能性lncRNA，lncA02830的低表达可显著上调IRF3、IFNβ和MX1的转录水平，并抑制PRV-Ⅱ的复制[20]。

与lncRNA Malat1不同，部分lncRNA可与细胞内其他转录因子相互作用。KSHV的RNA的产生部分取决于lncRNA PAN RNA，而 PAN RNA可与胞内转录因子IRF-4作用，抑制宿主的天然免疫应答反应，若PAN RNA缺乏，病毒将无法完成复制[21]。HUANG X等将传染性法氏囊炎病毒(Infectious bursal disease virus ,IBDV)感染DF-1细胞，发现lncRNA loc107051710正调节的表达IRF8，并可充当抗病毒相关IFN-α、IFN-β、STAT1、STAT2、OAS、Mx1和PKR的正转录调节因子。lncRNA loc107051710的下调，通过减少干扰素的产生而增强了IBDV的复制[22]。

同时，lncRNA可作为宿主先天免疫反应的正向调节剂参与反应，Bin Zhou等发现lnc-EPAV缺陷型小鼠IFN-I表达水平降低，经过内源性反转录病毒(Endogenous retroviruses，ERV)攻毒后发现，lnc-EPAV缺陷型小鼠病毒载量和死亡率增加，其机制是lnc-EPAV通过竞争性结合并取代SFPQ来促进RELA的表达，而RELA是一种在抗病毒应答中起关键作用的NF-κB亚基[23]。

2.2.2 NF-κB信号通路 NF-κB通路广泛地存在于各种真核细胞中，参与多种病理和生理过程，NF-κB 的活化在病毒感染中也有重要作用，有研究表明，乙型肝炎病毒 (Hepatitis B virus，HBV)、人类疱疹病毒(Epstein-Barr virus，EBV)、人类免疫缺陷病毒(Human immunodeficiency virus，HIV)等多种病毒均可通过介导 NF-κB 信号通路，促使病毒在宿主体内复制转录[24]。

关于参与NF-κB 信号通路的天然免疫应答的lncRNA的种类众多，Hong Wang等发现lncRNA NKILA通过抑制HIV-1 LTR启动子活性以NF-κB依赖性方式有效抑制HIV-1复制。lncRNA NKILA表达消除了p65在HIV-1 LTR中复制的NF-κB结合位点的募集。破坏NF-κB抑制作用的lncRNA NKILA突变体也失去了抑制HIV-1复制的能力。为促进病毒复制，HIV-1感染或重新激活显著下调了T细胞中lncRNA NKILA的表达。lncRNA NKILA的下调主要是由于HIV-1感染降低了lncRNA NKILA启动子上组蛋白K27的乙酰化程度，从而阻止了NKILA的表达[25]。王琪研究表明，AIV感染A549细胞后lncRNA-TSPOAP1-AS1的表达量显著上调，且lncRNA-TSPOAP1-AS1的表达依赖于NF-κB细胞通路的激活[26]。

众多数据表明，lncRNA影响病毒的复制作用机制并不是单一存在的，例如前文提到的lnc-EPAV，lnc-EPAV不仅仅提高感染EPAV小鼠IFN-I表达水平，还可促进在抗病毒应答中起关键作用的NF-κB亚基SFPQ的表达水平[23]。此外，Betty Lau等发现，在HCMV感染过程中，RNA1.2可影响NF-κB活性和水平，同时抑制NF-κB活性可减少RNA1.2突变体转染细胞的IL-6的产生，NF-κB依赖性细胞因子和趋化因子释放中发挥作用，从而影响下游的免疫反应，进而影响病毒的复制[27]。

2.3 宿主lncRNA直接参与病毒复制

在病毒复制过程中宿主lncRNA发挥重要作用，宿主细胞受到病毒感染后，宿主免疫反应相关lncRNA的表达水平受到影响，进而影响病毒在宿主体内细胞的复制，使之达到利于病毒增殖和生存的状态，但是少数宿主lncRNA也可直接参与病毒的复制过程。lncRNA NEAT1作为一种核旁 lncRNA，在HIV的生命周期中起重要作用，研究发现HIV感染者体内NEAT1 lncRNA表达水平显著上升，敲低NEAT1 lncRNA会减少核散斑体，从而导致细胞核向细胞质的输出增加以及未剪接的依赖Rev的HIV-1 INS转录物的表达，即调控其mRNA转录，来抑制 HIV 的复制[28]。

2.4 宿主lncRNA通过调控细胞代谢影响病毒复制

免疫细胞发挥功能在很大程度上依赖于细胞参与的代谢途径、激活条件和细胞微环境。与此同时，一些细胞代谢中间转导物具有众多的信号传导和效应子特性。病毒完全依靠宿主的细胞能量和分子机制进入、增殖。众多数据表明，在免疫中尤其是抗病毒免疫中，细胞代谢具有关键性作用[29]。

lncRNA ACOD1可被多种病毒诱导，并促进流感病毒在小鼠和人类细胞中的复制。胞质中的lncRNA-ACOD1直接与代谢酶谷草转氨酶(GOT2)结合，增强其催化活性。增加病毒复制所需的关键产物重组GOT2蛋白可在lncRNA-ACOD1缺乏时增加AIV的复制，并增加致命性[9]。而β 2.7 RNA与GRIM19的结合可稳定线粒体膜电位并导致持续的ATP产生，这对于成功完成病毒的生命周期至关重要[30]。Carla Winterling等研究显示，在lncRNA-VIN敲低后的MDCK细胞中，AIV感染后病毒浓度滴度降低了10倍以上，并确定lncRNA-VIN通过刺激宿主细胞核来促进病毒的复制[31]。

2.5 宿主lncRNA与其他非编码RNA共同影响病毒复制

在宿主内与病毒内非编码RNA不仅仅有lncRNA，还有微小RNA(microRNA，miRNA)和环状RNA(circRNA)等，病毒的复制往往不是孤立存在的，宿主lncRNA调控的病毒复制也是如此，有研究表明，lncRNA还可与microRNA或circRNA结合，甚至三者可结合为一个复合体，从而影响病毒的复制过程。lncRNA与mRNA有时可存在相似序列，因此，lncRNA可作为ceRNA，通过相似序列诱捕miRNA，释放mRNA，使其发挥正常的生物学功能。AIV感染后上调的lnc-ISG20是一种新型的干扰素刺激基因，lnc-ISG20作为竞争性内源RNA结合miR-326，以减少其对ISG20翻译的抑制进而抑制AIV复制[32]。LI J等发现，在RSV感染的患者中，抗病毒应答的负调控因子lncRNA NRAV的表达降低，而NRAV的过表达促进了体外RSV的产生，这表明RSV中NRAV的降低感染是宿主抗病毒反应的一部分。进一步研究发现，NRAV与囊泡蛋白Rab5c竞争细胞质中的microRNA miR509-3p，以促进RSV囊泡转运并加速RSV增殖[33]。

与lncRNA NRAV不同，部分细胞lncRNA可以与miRNA相互作用。通常情况下，它们表现为螯合的“miRNA海绵”，并导致miR靶基因的上调。例如，在肝癌中高度表达的lncRNA HULC，lncRNA HULC在HCC和潜在HBV感染患者的肝脏和血清中的表达增加，并作为预后不良的标志。 HULC单核苷酸多态性分析显示，慢性HBV患者对HCC的敏感性降低。在影响病毒复制的同时，HULC还可以螯合miR-372，参与多种人类癌细胞凋亡、侵袭和增殖的调控[34]。

而circRNA主要通过“miRNA海绵”的作用吸附miR-NA，从而解除miRNA对其靶基因的抑制作用，间接升高靶基因的表达水平。Huang等人发现IBDV感染可能激活了JAK-STAT信号通路，NOD样受体信号通路和细胞凋亡，差异表达的基因与产生的lncRNA-mRNA和circRNA-miRNA-mRNA调控网络之间存在相互作用[35]。

3 展望

随着测序技术的不断发展，越来越多的lncRNA被发现，也发现不同环境等外界刺激下差异性表达的不同lncRNA，但对应每一种lncRNA的具体作用机制与功能研究尚不深入。

对lncRNA在病毒感染中的作用和功能的研究仍处于初期阶段，需要进一步的研究来深入了解感染的细胞中lncRNA转录组是如何改变的，以及这些改变是如何影响病毒适应性和细胞存活的。同时，研究表明病毒感染细胞中lncRNA对病毒复制有重要作用，因此lncRNA的深入研究对病毒感染以及感染后的治疗具有积极作用。此外，在过去的研究中，关于宿主lncRNA通过天然免疫反应影响病毒复制的研究较多，但是对于细胞代谢方面研究较少，因此还需要继续研究与探索。

lncRNA在病毒感染复制的过程中发挥着重要作用，但lncRNA的作用机制研究的还不够透彻。一些病毒lncRNA可用作治疗靶标，这对治疗自身免疫性疾病、病毒感染以及癌症可能具有重大意义。以lncRNA为切入点研究病毒感染与宿主的相互作用，不仅有助于全面深入了解lncRNA功能，而且有助于解析病毒的致病机制。