长链非编码RNA 影响家畜脂肪沉积的研究进展

李瑞瑞，郑渊予，冯 偞，黄洁萍

（广西大学 亚热带农业生物资源保护与利用国家重点实验室，广西 南宁 530000）

脂肪组织是储存多余能量的重要内分泌器官，适量的脂肪沉积可以应付紧急情况下的能量需求。而过量的脂肪沉积，会对人类造成一些疾病，影响人类的健康，而对家畜饲养则是一种浪费。家畜脂肪组织的价值是由其沉积部位决定的。沉积在肌肉内部的脂肪组织，称为肌内脂肪组织（Intramuscular fat,IMF），IMF 可改善肉的风味、提高肉的多汁性和嫩度，广受人们喜爱；而沉积在其它部位的脂肪组织，如皮下脂肪和内脏脂肪等，这类脂肪是人们所不需要的，这类脂肪对肉用家畜的饲养是一种能量的浪费。因此，人们希望在提高IMF 水平的同时，抑制皮下脂肪和内脏脂肪的沉积。然而，这几乎很难做到，因为脂肪组织的发育遵循一定的规律。通常，皮下脂肪和内脏脂肪优先发育，然后才是IMF 沉积；并且，IMF 的含量通常与皮下脂肪呈正相关。因此，从遗传学角度揭示家畜脂肪沉积的分子调控机制可为家畜脂肪沉积的优化提供策略。已有研究表明，脂肪沉积是一个错综复杂的基因调控网络，其中包括编码基因和非编码基因。人们对长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）的关注已有十余年，越来越多的研究证明，lncRNA 在脂肪形成及调节脂肪发育方面发挥着重要作用，广泛参与脂肪细胞的增殖、分化和脂滴的形成，在动物育种、繁殖和畜牧生产相关的基础研究中获得广泛关注。

随着高通量测序技术和生物信息学分析技术的迅猛发展，越来越多与脂肪沉积密切相关的lncRNA 被鉴定和研究，但lncRNA 在家畜中的研究则相对有限。本文对lncRNA 在家畜脂肪沉积中的研究结果进行综述，使人们对参与家畜脂肪沉积的lncRNA 有更清晰的认识，为深入研究lncRNA 调控家畜脂肪沉积的分子机制提供基础信息。

1 长链非编码RNA 概述

1.1 长链非编码RNA 的来源 非编码RNA 最初在细菌中发现，曾被认为是“转录垃圾”，但近几年，越来越多研究表明非编码RNA 在动物的基因表达中发挥着重要的调控作用，其中，长度大于200 nt的被称为lncRNA，是家畜基因组中常见的转录产物，在表观遗传、转录和转录后等水平调控基因的表达。除此之外，lncRNA 在细胞周期、代谢和分化过程中也发挥关键作用。由此可见，lncRNA 在动物的生长和发育中起着重要的调控作用。

1.2 长链非编码RNA 的定位及功能 lncRNA 可位于细胞核、细胞质、细胞器、外泌体及细胞与细胞之间连接的区域。早期的研究表明，lncRNA 存在于细胞核中较多，细胞质较少，但随着研究的深入，越来越多的细胞质lncRNA 被发现。lncRNA 的定位不同，其功能及作用机制也会有所不同。在细胞核中，lncRNA 可以指导特定的基因组定位、充当蛋白质的分子支架、与启动子结合调控转录等，在细胞质中，lncRNA 可作为miRNA 和piRNA 的前体分子、充当miRNA 和蛋白质的分子海绵、调节RNA 结合蛋白(RBP)和DNA 结合蛋白（DBP）、抑制翻译等（如图1 所示）。有时即使是同一种lncRNA，若在细胞中的定位不同，功能也会有所不同。如lncRNA PYCARD-AS1 同时存在于细胞质和细胞核中，在细胞核中，PYCARD-AS1 将DNMT1 和G9a 招募到PYCARD 启动子上，促进DNA 甲基化和H3K9me2修饰，在细胞质中，则是与PYCARD 的mRNA 相互作用，抑制核糖体组装和PYCARD 翻译。有趣的是，lncRNA 会被募集到核糖体，核糖体的存在可能与lncRNA 的降解有关，具体如何降解还有待研究。在线粒体中，lncRNA 会对基因调控发挥作用，具有高度的细胞和组织特异性。还有少数的lncRNA 存在于外泌体中，（如lncMALAT1），还可在细胞间的连接区域发挥作用（如lncMER52A）。

图1 lncRNA 在脂肪中的功能机制

2 家畜的脂肪沉积

2.1 脂肪的分类 按功能分类，可将脂肪分为白色脂肪、棕色脂肪和米色脂肪。这三类脂肪组织在形态和功能上各不相同。在形态学上，白色脂肪细胞体积大，充满大粒脂肪滴，而棕色脂肪细胞体积小，含有丰富的小脂滴。在功能上，白色脂肪组织主要将体内多余的能量以甘油三酯的形式储存起来，而棕色脂肪组织主要负责非颤抖产热。在后来的研究中，发现了米色脂肪细胞，其形态和功能介于白色和棕色脂肪细胞之间。棕色和米色脂肪细胞通过燃烧化学能产生热量，改善人类或啮齿动物的肥胖和代谢疾病。同时，棕色和米色脂肪细胞还可以通过产热来提高家畜的抗寒能力，但会降低饲料的利用率。在育肥黄牛和水牛的白脂肪组织中均可鉴定到棕色脂肪组织标记基因，因此，我们认为水牛和黄牛的脂肪也能通过非颤抖产热来抵御寒冷，但猪体内很少会存在棕色脂肪。

在实际的家畜生产中，主要根据脂肪沉积的部位将脂肪组织分为：皮下脂肪和内脏周围脂肪。此外，还存在零散分布的肌间脂肪和肌内脂肪。不同部位脂肪组织具有不同的基因表达谱，说明它们的生物学功能不同。在对人类脂肪与健康的研究表明，皮下脂肪组织与胰岛素敏感性、II 型糖尿病和其他代谢紊乱有关，内脏脂肪与胰岛素抵抗、血脂异常、II 型糖尿病，高血压和全因死亡率有关。而在家畜生产中，皮下脂肪和内脏脂肪被认为是一种能量的浪费。另外，肌内脂肪主要与肉用动物的肉质的嫩度、多汁性和风味相关。动物成年后，对于肌肉和骨骼的生长所需的能量减少，能量将以脂肪的形式沉积在各个部位，并且沉积的速度和位置也随之发生改变。Gotoh T 等认为牛脂肪首先会沉积在内脏器官周围，其次是皮下脂肪，最后是肌内脂肪。除此之外，不同物种不同部位的脂肪，沉积的量也有所差异。有研究表明，在肉牛中皮下脂肪约占它们全身脂肪的15%，肌间脂肪约占23%，肌内脂肪约占14%；而猪的皮下脂肪约占全身脂肪的70%，比绵羊和牛的皮下脂肪多，猪的腹部脂肪较皮下脂肪少。我们认为这种差异可能受物种间的个体生理差异、脂肪能量消耗顺序以及基因的调控的影响。

2.2 脂肪在家畜生产中的价值 脂肪组织沉积是评估畜牧业生产的重要经济指标，尤其是肌内脂肪的含量，越来越受到人们的关注。如人们在购买肉制品时候多会注意肉制品的大理石花纹及颜色，口感上更加追求肉质的风味、嫩度、多汁性。牛肉的大理石花纹越丰富，牛肉的嫩度就越理想，大理石花纹的丰富度可直观地反映牛肉肌内脂肪的多少。其中肌内脂肪的磷脂是影响肉质风味的主要因素，在肌内脂中占比60%～70%。在牛的肌肉中，肌内脂肪含量的增加在一定程度上可以降低肌肉剪切力，从而提高肉制品的嫩度。肉制品的多汁性和水分的含量相关，脂肪含量和水分含量成负相关，为研究肉制品的多汁性奠定基础。不同品种肌内脂肪含量可存在明显差别，高肌内脂肪含量的肉产品更能获得人们青睐。在日本和牛中，背最长肌的肌内脂肪含量约为23%，而在欧洲品种中肌内脂肪含量低于5%，因此，日本和牛肉的价格通常比普通牛肉高出几倍。鲁莱黑猪肌内脂肪的含量也较其他品种高，市场售卖价格也更高。由此可见，家畜肌内脂肪的沉积在满足人们需求的同时还提高了家畜的经济价值。

3 长链非编码RNA 调控家畜的脂肪沉积

3.1 长链非编码RNA 在猪脂肪沉积中的作用

高通量测序技术和生物信息学技术的快速发展，使得大量的、在脂肪组织中表达的lncRNA 被发现，结合细胞功能和机制的研究，使得人们对lncRNA 在脂肪沉积的调控中所发挥的作用有了更深的认识。对猪脂肪沉积的研究，在转录组水平上，主要对皮下脂肪进行研究，因猪的肌内脂肪含量特别低，难以直接获取肌内脂肪组织。Liu 等对猪皮下前脂肪细胞不同分化阶段进行转录组测序分析和研究，确定了两个与脂肪形成相关的lncRNA（MSTRG.131380 和MSTRG.62128）。Kumar H 等对16 头两个年龄段（10 周和26 周）的猪背部脂肪组织进行鉴定分析，发现经qRT-PCR 验证的11 个差异表达lncRNA 参与背部脂肪组织的发育。不仅如此，Zhang等研究者在嘉兴黑猪和大白猪皮下脂肪细胞中共鉴定出221 个差异表达的lncRNA，经GO 和KEGG通路富集分析表明，差异表达的lncRNA 主要参与免疫应答、细胞命运测定、MAPK 信号通路，通过蛋白质免疫印迹分析证实嘉兴黑猪和大白猪MAPK通路活性与皮下脂的发生有关，为进一步研究猪皮下脂肪沉积的分子机制提供了新的目标。而在细胞水平上，主要进行肌内脂肪研究，因为肌内脂肪是影响肉品质的重要指标之一。Sun 等对八眉猪和大白猪的肌内前脂肪细胞诱导分化后进行RNA 测序，共鉴定出760 个lncRNA 在前脂肪细胞分化过程中存在差异表达。由此可见，无论是在细胞水平还是转录组水平上，肌内脂肪和皮下脂肪的发育，均离不开lncRNA 的调控。

机体的活动是受基因表达的控制。在猪的不同部位或不同处理条件下的脂肪组织中存在大量的差异表达lncRNA，说明脂肪组织的发育受大量lncRNA 的调控作用。为进一步确认lncRNA 对脂肪组织发育的影响，人们在细胞和分子水平上进行了深入研究。Yi X 等发现敲除lncIMF2 后，猪肌内脂肪细胞的增殖受到抑制，细胞周期相关基因及成脂分化标志基因的表达也受到影响，包括PPARγ 和ATGL(甘油三酯脂肪酶)。Cai 等发现敲除lncIMF4 可促进猪肌内脂肪细胞的增殖和成脂分化，还可通过自噬调节脂解来影响脂类沉积。所谓自噬是一种生物过程，当缺乏营养、能量或环境失衡时，通过降解细胞器和蛋白质来维持生命的生存。如果脂肪细胞发生自噬，自噬小体将包裹脂类进行消融。在食物供应充足的情况下，自噬和脂解作用都会减少，而在营养缺乏的情况下，两者都会增加。这些发现将有助于更好地理解lncRNA 控制猪脂肪生成的作用，为提高猪肉品质提供了一个新的视角。

目前，在猪上，关于lncRNA 分子机制的研究发现，lncRNA 可作为分子海绵来影响脂肪沉积。Wang等对肌内脂肪沉积相关的lncRNA 进行研究发现lncRNAIMFlnc1 可以通过与海绵miR-199a-5p 竞争内源RNA 来调节蛋白质的表达水平，从而促进肌内脂肪的生成。与此不同的是，Yi 等发现的lncIMF2，可以直接作为miR-217 的分子海绵，影响miR-217 靶基因的表达，进而影响脂肪形成。综上可知，在测序、功能和机制上的研究结果均表明lncRNA 影响脂肪沉积。

3.2 长链非编码RNA 在牛脂肪沉积中的作用

关于lncRNA 在牛上的研究，基本处于功能研究阶段，相关机制研究极其有限。在黄牛上，Zhang等的研究表明，lncFAM200B 在脂肪组织中的表达水平高于肌肉组织；在离体培养的牛脂肪细胞中，lncFAM200B 可抑制前体脂肪细胞的增殖，不足的是，未研究对于脂肪细胞分化的影响。不仅如此，Li等在牛脂肪细胞中发现一个新的lncRNA（MIR221H G），敲低MIR221HG 后，可促进成脂标记基因（过氧化物酶体增殖物激活受体γ（PPARγ），CCAAT/增强子结合蛋白α（C/EBPα）和脂肪酸结合蛋白4（FABP4））的表达。后来，Cai 等发现lncRNA BADLNCR1 可负调控GLRX5 基因mRNA 表达，GLRX5 基因可促进脂滴形成和成脂基因的表达，GLRX5 可部分逆转BADLNCR1 对牛脂肪细胞抑制分化的作用。在里lncRNA 的分子机制上，Li 等发现lncRNA ADNCR 可以作为分子海绵吸附miR-204，解除miR-204 对靶基因SIRT1 的抑制作用，从而增强靶基因SIRT1 的表达，而SIRT1 可抑制PPARγ活性，进而抑制牛脂肪细胞成脂分化。综上所述，lncRNA 可以直接或间接调控牛脂肪细胞的分化，为理解成脂分化的机制提供了理论基础。

水牛是热带和亚热带地区的重要畜禽资源，中国水牛资源丰富，位居世界第三，是仅次于黄牛的第二大牛种。近年来，lncRNA 调控水牛脂肪沉积方面的研究也有新发现。Huang 等采用RNA 测序方法对幼龄水牛和成年脂肪组织进行RNA 测序，获得了大量的差异表达lncRNA 和mRNA；结合共表达分析和功能富集显示585 对mRNA-lncRNA 可能参与脂肪沉积的调控。进一步研究发现，lncRNANDUFC2-AS 通过上调THRSP 和C/EBPα 基因的表达来促进成水牛前体脂肪细胞的成脂分化。此外，另外一个在脂肪组织中高表达且定位于细胞核的lncRNA（lncSAMM50），是由SAMM50 基因上游区域的反义链转录而来，lncSAMM50 可以通过上调成脂标志基因促进水牛脂肪沉积。最近，在水牛肌内脂肪细胞中鉴定到的lnc210，同样可以通过上调PPARG 和C/EBPα 的表达来促进水牛肌内脂肪细胞的成脂分化。综上可知，lncRNA 在水牛脂肪沉积上的研究虽然获得了一些结果，但相对于调控脂肪沉积的复杂基因网络，已有的研究还十分有限，更多调控水牛脂肪沉积的lncRNA 有待挖掘，更深入的分子调控机制有待揭示，这将为水牛肉品质的遗传改良提供理论基础。

3.3 长链非编码RNA 在羊脂肪沉积中的作用

养羊业已成为世界上一些国家国民经济可持续发展的支柱产业，羊品种资源丰富多样，一般可分为绵羊和山羊。因绵羊尾脂占体重的重量超过20%时，就会极大地降低经济价值，故研究者们会选择尾部脂肪组进行转录组测序，进而研究lncRNA对尾部脂肪沉积的影响。在不同羊品种的研究上，Ma 等对兰州肥尾羊（长肥尾羊）、小尾寒羊（细尾羊）和小尾藏羊（短细尾羊）三种羊品种的尾部脂肪进行RNA 测序，发现一些差异表达的lncRNAs（TCONS-00372767，TCONS-00171926，CONS-0054 953 和TCONS_00373007）可能在尾部脂肪沉积过程中发挥重要作用。同样，Su XH 等选取新疆肥尾羊（巴什拜羊）、小尾羊（由巴什拜羊与野生盘羊的杂交而来）的尾部组织进行全转录组测序，共鉴定出了728 种差异表达的尾脂lncRNA，其中LncRNA-MSTRG.24995 在尾部脂肪中高度表达，lncRNA-MSTRG.36913 在皮下脂肪中高度表达，此外，LncRNA-MSTRG.24995 和LncRNA-MSTRG.36913在小尾羊的尾脂中的表达显著低于巴希拜羊，这将有助于我们从转录组学的角度理解脂肪尾沉积的分子机制。除了对不同品种的羊进行转录组测序研究，还有研究者会对同一种羊不同生长阶段的尾部脂肪进行研究。如He X 等还对苏尼特羊三个生长阶段（6 月、18 月、30 月）的尾脂进行RNA 测序并分析得出，lncRNA 可能通过靶向mRNA 参与尾部脂肪的生长发育。由此可见，lncRNA 对羊脂肪沉积的研究，大多集中于lncRNA 对尾脂沉积的影响，对于皮下脂肪和肌内脂肪的研究还有待挖掘，这将有助于缓解我国羊肉供给需求。

猪牛羊肉已成为研究者们的研究热点，这与其在市场上的占比和人们的需求量有关，在其他家畜中（马和兔）的研究还需进一步探究，特别是马属动物，是我国市场的一大缺口，而且马肉的营养价值不亚于牛羊肉，但由于马“好动”的天性，肌内脂肪含量较低，会影响肉制品的口感和风味，因此，是否存在lncRNA 对马脂肪沉积进行调控有待挖掘。

4 总结与展望

本文重点强调了有哪些lncRNA 影响家畜脂肪沉积，并且通过怎样的方式来影响家畜的脂肪沉积。lncRNA 分析的最大挑战，是不能从其序列预测其功能，与蛋白质不同，而且家畜之间的物种、个体差异大，再加上lncRNA 保守性低，表达量低，想要研究lncRNA 如何调控脂肪沉积以及其作用机制，以及如何更系统、更具体地对lncRNA 不同部位脂肪沉积的机制进行研究，这将是未来畜牧业研究的一大挑战。

目前，关于lncRNA 在家畜脂肪沉积上的研究大多局限于鉴定和功能上，也有部分研究了其调控机制。如果能够研究清楚lncRNA 对脂肪沉积的调控机制，不仅能为畜牧业肉品质的改良提供理论支撑，还能为人类肥胖疾病的治疗提供新的方向和思路。