長鏈非編碼RNA對脂肪組織作用的研究進展

李佳寧，車慧，梁梅花，傅雪蓮，王麗宏

(哈爾濱醫科大學附屬第二醫院 內分泌科，黑龍江 哈爾濱 150001)

·綜 述·

長鏈非編碼RNA對脂肪組織作用的研究進展

李佳寧，車慧，梁梅花，傅雪蓮，王麗宏

(哈爾濱醫科大學附屬第二醫院 內分泌科，黑龍江 哈爾濱 150001)

近年來關于長鏈非編碼RNA(lncRNA)的研究進展迅猛，但是絕大部分lncRNA的功能仍然不清楚。作者從大量有關lncRNA的文獻中提取出若干lncRNA與肥胖的相關研究，并從lncRNA與脂肪組織的能量消耗及脂肪組織的合成兩方面進行歸納。在論述lncRNA對肥胖具有直接影響的同時，從lncRNA的功能和機理出發，列舉出lncRNA與肥胖作用機制的相關理論及實驗手段，為進一步研究lncRNA與肥胖的關系提供依據。

長鏈非編碼RNA； 肥胖； 脂肪組織； 文獻綜述

隨著社會物質生產的極大豐富，以及社會生產方式從傳統體力型勞動過渡到腦力型勞動，由此而引發的肥胖問題已成為危害人類健康的重要殺手。部分國家和地區已發出了肥胖警報，與肥胖相關的代謝綜合征(如糖尿病、胰島素抵抗、心血管疾病)已成為全球性流行性疾病，因此對肥胖誘因的研究已成為醫學界研究的熱點。肥胖的流行引起了醫學界關于長鏈非編碼RNA(lncRNA)對脂肪細胞作用機制的研究。作者綜述lncRNA與抵抗肥胖之間的聯系，著重強調lncRNA對脂肪細胞合成的影響，從而為lncRNA與抵抗肥胖的后續相關研究提供基礎。

1 lncRNA概述

1.1 lncRNA的功能概述

lncRNA在基因的轉錄及調控中發揮著重要作用，并據此控制和影響著生物體的表象。現對lncRNA在基因特異性轉錄、調控基因轉錄、基因轉錄后調控及表觀遺傳調控等方面的功能進行簡要說明。

1.1.1lncRNA在基因特異性轉錄中的作用 RNA轉錄在真核生物中是一個受到嚴密調控的過程。lncRNA可以靶向該進程的多個方面，包括靶向轉錄激活因子或轉錄抑制因子、如RNA聚合酶(RNAP)Ⅱ等轉錄反應中的各組分甚至是DNA雙螺旋結構，以調控基因轉錄及表達的目的真核生物的基因表達[1]。

1.1.2lncRNA在調控基因轉錄中的作用 非編碼RNA還可以靶向通用轉錄因子，后者是RNAPⅡ轉錄所有基因所必需的[2]。這些通用因子包括了起始復合體中組裝在啟動子上或涉及轉錄延伸的部件。轉錄自二氫葉酸還原酶(DHFR)基因上游次要啟動子的一條非編碼RNA進入DHFR主要啟動子，形成穩定的RNA-DNA三股螺旋以阻止轉錄輔因子TFⅡB結合到其上[3]。已知真核染色體上存在著數千個三股螺旋[4]，這一調控基因表達的新機制可能代表了這些三股螺旋在控制啟動子上起到的廣泛作用。

1.1.3lncRNA在基因轉錄后調控中的作用 除了在轉錄水平上調控，lncRNAs 也在轉錄后水平調控mRNA加工的不同方面。與小調控RNAs(例如微小RNAs和小核仁RNAs)類似，lncRNAs的功能包括與目標mRNA進行互補堿基配對。互補lncRNA和mRNA形成的RNA雙鏈可能為需要結合反式作用因子的mRNA募集關鍵因子，可能影響轉錄后水平基因表達的每一步，包括前體mRNA加工、剪接、運輸、翻譯以及降解。

1.1.4lncRNA在表觀遺傳調控中的作用 包括組蛋白和DNA甲基化、組蛋白乙酰化和SUMO化等在內的表觀遺傳修飾影響了染色體生物學的眾多方面，主要包括通過對廣大染色質區域進行重塑從而調控大量基因[5-6]。一段時間以來，RNA作為染色質的有機組成部分已被人知曉[7]，目前RNA在涉及到染色質修飾通路上的意義開始逐漸被研究者重視[8-9]。

1.2 lncRNA的研究概述

lncRNAs是一類長度大于200個核苷酸但缺乏蛋白質編碼潛力的調控型RNA，最近其對許多生物過程的調節作用受到高度重視。幾個研究小組已經從哺乳動物(如人和小鼠)的基因組鑒定了幾千種相對可靠的lncRNAs。這些lncRNAs已報道局限于特定的亞細胞區室[10]，參與許多監管過程中，表現出與各種疾病有關的細胞類型特異性表達[11]。

lncRNAs的表達主要收錄在H-INV[12]、GENCODE[13]、RefSeq[14]和FANTOM[15]數據庫中。目前通過實驗分析，已有大量的lncRNA區域及轉錄被探明。例如通過分析正向轉錄染色質標記基因[16-17]，證實了在小鼠和人的基因組中有超過1600和3300個區域包含lncRNAs。隨著RNA測序技術的發展，已在RNA-SEQ數據中成功實現了lncRNA的測序，例如Guttman等[18]利用Scripture軟件成功確定了上千種lncRNAs，從而實現了對RNA測序數據的長基因結構重建；另外，在24個組織及細胞類型的RNA-Seq數據中，已重建了超過8000個人類lncRNAs[19]。lncRNAs相較于microRNAs或蛋白質具有多樣性，因此僅從序列和結構特征無法推斷lncRNAs的功能[20]。雖然已經通過實驗驗證了一些lncRNAs如HOTAIR[21]、AIR[22]、Kcnq1ot1[23]和lncRNA-p21蛋白[24]部分功能的表征，而且已完成了對lncRNA功能注釋計算方法的設計，但大量的lncRNAs功能表達仍未探究。lncRNAs在正常樣本和病變樣本之間的表達譜不同，從而為疾病的病理學研究如腫瘤[25-26]、脂肪合成[27]、胰島細胞功能[28-29]及心肌代謝[30-31]的研究提供了方法和依據。

2 lncRNA與肥胖

肥胖是世界上許多地區發病率和死亡率的主要來源。到2008年，成年男性的肥胖發病率約為35.5%，成年女性約為32.2%[32]。多余的脂肪堆積是2型糖尿病、心腦血管疾病的主要危險因素。了解肥胖的病理機制以控制脂肪合成并調節能量平衡，可在抵御肥胖中起到至關重要的作用。肥胖是脂肪細胞數目過多或過大所致，因此，研究lncRNA對肥胖的作用，需要從lncRNA與脂肪組織的關系入手，分析lncRNA對脂肪組織的調控機制。

脂肪組織在人體內主要以白色脂肪組織(white adipose tissue，WAT)及棕色脂肪組織(brown adipose tissue，BAT)兩種組織形式存在。兩種脂肪組織在營養沉積及能量消耗方面起到了調節作用。其中WAT作為儲存器官保存過剩的營養；BAT細胞體積比WAT小，細胞表面密布交感神經纖維，細胞中脂肪顆粒很少。另外BAT含有大量線粒體，從而可以使用能量通過氧化磷酸化以釋放熱量[33]。WAT與BAT在能量代謝中發揮著截然相反的作用。WAT主要通過甘油三酯貯存能量，而BAT則通過產熱來消耗能量。

眾所周知lncRNA在生命體的發育過程中起到了調節作用(如脂肪合成)，目前已證實數種lncRNAs具有正向或負向的脂肪合成調節作用。肥胖是多種疾病的重要危險因素，了解脂肪細胞的形成機制是我們控制肥胖發生的關鍵，而lncRNA可能在脂肪細胞的形成過程中發揮了重要作用。Cooper等[34]運用高通量測序技術對小鼠不同發育階段的棕色脂肪及白色脂肪的表達譜分析發現，前脂肪細胞與成熟脂肪細胞相比有將近上百個lncRNA的差異表達，并且在前脂肪細胞中高度表達的一些lncRNA基因啟動子區具有脂肪細胞分化的關鍵轉錄因子PPARγ的結合位點。在對這些lncRNA進行干擾后發現，前脂肪細胞向成熟脂肪細胞分化過程明顯受阻，表現為脂肪的聚集明顯降低以及成熟標記物表達水平下降。此外，成熟脂肪細胞與前脂肪細胞的蛋白表達譜差異也消失了。以上研究有力地證明了lncRNA可能是脂肪細胞形成及成熟的關鍵調控因子。

2.1 lncRNA與脂肪組織的能量消耗

BAT具有豐富的線粒體和能量消耗能力，其在分化成熟后具有一定的能量代謝潛能。lncRNA對BAT與其它能量消耗組織(如骨骼肌)的作用機制尚未界定。相關研究發現，包含了大部分非編碼轉錄功能的lncRNAs在生物合成過程起到了重要作用[35]。因此，區分lncRNA在BAT與其它能量消耗組織間的轉錄機制，成為lncRNAs與BAT研究的主要方向。目前，在lncRNAs與BAT相關性的實驗研究方面取得了較大的進展。Sun等[26]已證實了幾百種lncRNAs與脂肪合成有關，但未能驗證出其具體作用機制。此外Sun等[27]還驗證了部分lncRNAs對脂肪的生成起了強烈誘導的作用，并由關鍵轉錄因子(如過氧化物酶體增殖物激活受體γ(PPAR γ)和CCAAT/增強子結合蛋白α(CEBP α))抑制其啟動子。Cesana等[36]指出，脂肪細胞與肌細胞特異性lncRNA在分子形成過程中，通過調整其轉錄目標從而對轉錄產生變異影響。更多相關文獻指出，BAT與肌細胞有極為相似的轉錄過程[37]，通過控制BAT與肌細胞的轉錄規模并對二者的轉錄過程進行相關性分析，揭示了BAT與肌細胞的內在關聯，從而驗證了lncRNA與BAT及肌細胞的作用。另外，更多學者利用實驗驗證的方式指出，lncRNA在控制BAT與其它能量消耗組織間的相關性較大，其中Balakrishnan等[38]利用具有差異性lncRNA的多組隔離實驗[39]，將不同的lncRNA轉錄規模對能量消耗的作用進行了綜合分析，并得出了lncRNA可促進脂肪組織消耗的結論。Cooper等[34]則從脂肪能量消耗的誘因方面入手，通過分析lncRNA對誘發脂肪能量消耗因子的作用，驗證了lncRNA可間接促進脂肪組織的消耗。

2.2 lncRNA與脂肪細胞分化

過氧化物酶體增殖物激活受體-C(PPARC)是脂肪形成的一個主要轉錄調節子，且PPARC共激活因子的確定揭示了控制脂肪組織發育和生理基因表達的機制。Cooper等[34]對lncRNA在3T3-L1細胞的脂肪組織分化過程中的作用進行了實驗，并利用反轉錄酶-聚合酶鏈反應測量其效果，驗證了lncRNA通過調解PPARγ mRNA的拼接過程，從而促進了脂肪的合成。有研究表明，lncRNA與類固醇受體RNA激活劑(SRA)的ST2間充質前體細胞過表達，會促進脂肪細胞分化[40]；且SRA是一種獨特的lncRNA，可作為PPAR的轉錄激活劑[41]。相反，敲除內源性SRA會抑制3T3-L1脂肪細胞分化。微陣列分析揭示了在脂肪胞中具有上百種lncRNA與SRA應答基因，包括參與細胞周期的基因以及胰島素和TNF-α信號通路。此外，lncRNA與SRA可抑制脂肪細胞相關的炎性基因和c-Jun氨基末端激酶TNF-α誘導的磷酸化表達。在SRP中加入5′region不僅可產生出一種SRA蛋白(SRAP)，而且可作為轉錄的活化劑[42-43]。Liu等[44]將敲除SPA的實驗鼠與標準實驗鼠進行對比觀察，發現了相較于標準實驗鼠，敲除SPA后的實驗鼠具有較高的抵抗高脂肪飲食能力，其脂肪含量下降，糖耐量得到改善。綜上所述，lncRNA與SRA可能具有調節脂肪形成和脂肪細胞功能的能力。

3 總 結

作者分別從脂肪組織的能量消耗及脂肪細胞分化兩方面綜述了lncRNA與肥胖因素的相關性。大量的研究表明，lncRNA與肥胖之間的關系十分密切，因此，明確lncRNA與肥胖因素的關系，并通過lncRNA的染色質修飾、轉錄激活、轉錄干擾、核內運輸等多種作用機制進行調控，可實現對肥胖的預防及控制。此外，醫學界對lncRNA的研究還處于初級階段，隨著lncRNA的調控作用逐漸引起人們的廣泛關注，對lncRNA的研究成為各領域的熱點。作者所綜述的相關文獻及其實驗分析結果可作為lncRNA后續研究的基礎。

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2015-04-13

2015-05-01

國家自然科學基金資助項目(81200593)

李佳寧(1988-)，女，吉林四平人，在讀碩士研究生。E-mail:jianing8090@163.com

王麗宏 E-mail:nd6688@163.com

李佳寧，車慧，梁梅花，等.長鏈非編碼RNA對脂肪組織作用的研究進展[J].東南大學學報：醫學版，2015，34(5)：840-844．

R589.2

A

1671-6264(2015)05-0840-05

10.3969/j.issn.1671-6264.2015.05.036