長鏈非編碼RNA與顱頜面發(fā)育及畸形的相關(guān)性研究進(jìn)展

孟小輝 綜述 宋濤 審校

長鏈非編碼RNA與顱頜面發(fā)育及畸形的相關(guān)性研究進(jìn)展

孟小輝 綜述 宋濤 審校

先天性顱頜面畸形是臨床較多見的生長發(fā)育缺陷。長鏈非編碼RNA（Long non-coding RNA，lncRNA）是指長度大于200個(gè)核苷酸，無法編碼蛋白的RNA。近年來，越來越多的研究表明，lncRNA在顱頜面的生長發(fā)育進(jìn)程中有著重要的作用。本文對(duì)lncRNA與顱頜面發(fā)育及畸形的相關(guān)性研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

長鏈非編碼RNA顱頜面發(fā)育顱頜面畸形

長鏈非編碼RNA（Long non-coding RNA，lncRNA）是生物體內(nèi)重要的調(diào)節(jié)分子，雖然對(duì)lncRNA功能和作用機(jī)制的研究尚處于起步階段，但已有不少證據(jù)表明lncRNA參與了細(xì)胞發(fā)生、分化、增殖、代謝、凋亡等多種生物學(xué)過程[1-3]。顱頜面發(fā)育畸形是人類生長發(fā)育過程中易出現(xiàn)的缺陷，與lncRNA有著密切關(guān)系。本文對(duì)lncRNA的概念、生物學(xué)功能，及其在顱頜面發(fā)育畸形過程中的作用進(jìn)行綜述。

1 lncRNA的概述

1.1 概念與分類

lncRNA是指長度在200個(gè)核苷酸以上，且不能編碼蛋白質(zhì)的RNA[3]。lncRNA生物來源比較廣泛，在生物體內(nèi)含量巨大，種類繁多，至今沒有統(tǒng)一的生物學(xué)分類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)lncRNA與蛋白質(zhì)編碼基因的位置關(guān)系，可分為順式反義型、雙向型、重疊型和內(nèi)含子型等[4]；而根據(jù)lncRNA的功能，則可分為信號(hào)分子（Signal molecule）、誘餌分子（Decoy molecule）、引導(dǎo)分子（Guide molecule）和骨架分子（Scaffold molecule）等4類[4]。

1.2 生物學(xué)功能

1.2.1 調(diào)控基因表達(dá)

lncRNA可在表觀遺傳水平、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因的表達(dá)。lncRNA在基因表觀遺傳調(diào)控中具有著重要的作用。研究表明，參與哺乳動(dòng)物染色體劑量補(bǔ)償效應(yīng)的經(jīng)典lncRNA，即X染色體特異性失活轉(zhuǎn)錄物（X-inactive specific transcript，Xist），當(dāng)其與多梳抑制復(fù)合體2（Polycomb repressive complex 2，PRC2）結(jié)合，形成復(fù)合體靶向，作用于X染色體作用位點(diǎn)時(shí)，可使大量組蛋白被甲基化，最終導(dǎo)致X染色體失活[5-6]。lncRNA可以通過模仿DNA元件參與基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控。生長阻滯特異轉(zhuǎn)錄物5（Growth arrest-specific transcript 5，Gas5）通過利用自身莖環(huán)結(jié)構(gòu)，模擬糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件，來結(jié)合糖皮質(zhì)激素受體（Glucocorticoid receptor）的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，阻止糖皮質(zhì)激素受體與糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件的相互作用，從而抑制下游基因的表達(dá)[7]。lncRNA參與基因轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，主要包括RNA的剪接、成熟、代謝及穩(wěn)定性調(diào)節(jié)[8]。Tripathi等[9]研究發(fā)現(xiàn)，肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄物1（Metastasisassociated in lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1）的lncRNA與絲氨酸/精氨酸（Serine/arginine，SR）剪接因子相互作用，并調(diào)控剪接因子在剪接斑點(diǎn)中的分布和磷酸化水平，從而改變mRNA前體的選擇性剪接模式。

1.2.2 與蛋白質(zhì)、RNA、DNA相互作用

lncRNA可以通過與DNA、RNA和蛋白分子結(jié)合而發(fā)揮調(diào)控作用，其作用機(jī)制主要包括：①lncRNA作為蛋白質(zhì)的引導(dǎo)分子。在p53信號(hào)通路研究中，Huarte等[10]發(fā)現(xiàn)長鏈基因間非編碼RNA p21（Long intergenic ncRNA p21，lincRNAp21）可作為核不均一核糖核蛋白-K（Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein-K，hnRNP-K）的引導(dǎo)分子，將其定位到p21基因啟動(dòng)子區(qū)，激活p21轉(zhuǎn)錄表達(dá)。②lncRNA作為蛋白質(zhì)的支架分子。長鏈非編碼RNA Hotair可以利用其5′端的結(jié)構(gòu)域與PRC2蛋白復(fù)合體相互作用，同時(shí)還可以利用其3′端的結(jié)構(gòu)域與去甲基化蛋白復(fù)合體結(jié)合，作為連接支架和橋梁而發(fā)揮作用[11]。③通過以誘餌的方式吸附一些特定的microRNA，從而調(diào)控靶基因的表達(dá)[2，12]。④與RNA結(jié)合形成互補(bǔ)雙鏈，參與mRNA的剪切、降解及翻譯等過程[2，12]。

2 lncRNA與顱面部發(fā)育及畸形

2.1 lncRNA與唇腭裂

唇腭裂是顱頜面最常見的先天性畸形。H19和IGF2交互印記，基因定位相近，共用同一調(diào)控體系，且在個(gè)體生長、發(fā)育及行為發(fā)展方面有重要作用，許多疾病的發(fā)生發(fā)展又與兩者的印記調(diào)控異常有關(guān)[13-14]。H19基因在胚胎各種組織中廣泛表達(dá)，包括腭部[15]。Ozturk等[16]通過RNA測(cè)序分析發(fā)現(xiàn)，lncRNA H19基因是轉(zhuǎn)化生長因子-β3敲除小鼠的腭裂基因。Gao等[17]發(fā)現(xiàn)，IncRNA H19可能通過與IGF2相互作用而參與小鼠腭裂的發(fā)生，但并未明確其機(jī)制。Liu等[18]通過酵母雙雜交和共沉淀實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，RNA結(jié)合蛋白vigili能夠與轉(zhuǎn)錄因子CTCF（CCCTC-binding factor）相互作用，從而調(diào)控H19和IGF2的表達(dá)。此外，近來有學(xué)者在人和鼠細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)lncRNA H19是miR-675的前體[19]，提示lncRNA H19可能通過miRNA發(fā)揮基因調(diào)控作用。

上皮-間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)換（Epithelial-mesenchymal transition，EMT）與著床、胚胎形成和器官發(fā)育等相關(guān)。lncRNA可直接或間接調(diào)節(jié)EMT過程。天然反義轉(zhuǎn)錄物（Natural antisense transcript，NAT）是自然情況下生物體內(nèi)生成的重要lncRNA，通過與互補(bǔ)RNA堿基配對(duì)，形成自然有義-反義轉(zhuǎn)錄物（Natural sense-antisense transcript，NSAT），導(dǎo)致靶mRNA降解或翻譯抑制，從而抑制編碼E-cadherin（黏附連接）、ZO-3（緊密連接）、plakophilin2（橋粒）和connexin26（間隙連接）等基因的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而削弱細(xì)胞間的連接作用，促進(jìn)EMT的發(fā)生。此外，TGF-β信號(hào)通路在腭部發(fā)育過程，如上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、基膜降解中有重要作用[20]。TGF-β1和TGF-β2共同調(diào)節(jié)間質(zhì)細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)的合成，而TGF-β3作為其通路中的關(guān)鍵因子，可介導(dǎo)腭突中脊上皮接觸、裂解等生物學(xué)過程，從而使腭間質(zhì)融合、腭部形成[21-22]。近年來，較多研究證實(shí)，在TGF-β信號(hào)通路中存在一些發(fā)揮著不同介導(dǎo)作用的lncRNA，這些lncRNA在不同水平與TGF-β信號(hào)通路相互作用[23]：①lncRNA通過TGF-β信號(hào)通路參與調(diào)控（如MEG3、PVT-1、BANCR、UCA1、ANRIL、Suzl2等）；②lncRNA被TGF-β信號(hào)通路調(diào)控（如lncRNA-mad7、lncRNA-HIT、HOXD-AS1、H19等）。TGF-β本身也可誘導(dǎo)產(chǎn)生一些具有重要調(diào)控功能的lncRNA，從而形成復(fù)雜的交聯(lián)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。然而，這些研究大部分是基于腫瘤形成相關(guān)的EMT，是否符合唇腭裂的EMT過程，還需要更多的實(shí)驗(yàn)來進(jìn)一步驗(yàn)證。

2.2 lncRNA與腦發(fā)育

神經(jīng)系統(tǒng)的生長發(fā)育依賴lncRNA在時(shí)間特異性與空間特異性上的準(zhǔn)確表達(dá)。大腦有著豐富的lncRNA的表達(dá)[24]，在調(diào)節(jié)神經(jīng)細(xì)胞分化、突觸的可塑性和腦發(fā)育等方面有重要作用。Guttman等[25]通過分析小鼠神經(jīng)元染色質(zhì)標(biāo)簽，發(fā)現(xiàn)了超過1 000個(gè)基因間lncRNA，這些lncRNA與少突膠質(zhì)細(xì)胞髓鞘形成、GABA能神經(jīng)元分化、CREB介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、小鼠海馬發(fā)育、腦老化、G蛋白偶聯(lián)受體和鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶依賴的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路有關(guān)。朱麗媛等[26]研究nTPB基因座上T-uc.33這一超保守lncRNA，在小鼠神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中的作用時(shí)，發(fā)現(xiàn)T-uc.33和nTPB在小鼠腦組織中的表達(dá)呈顯著正相關(guān)，說明T-uc.33潛在地影響小鼠腦組織發(fā)育和神經(jīng)干細(xì)胞的分化過程。

2.3 lncRNA與頜骨發(fā)育

lncRNA也參與調(diào)控頜骨的生長發(fā)育。Zhu等[27]在研究hFOB1.19細(xì)胞成骨分化時(shí)發(fā)現(xiàn)，lncRNA-ANCR與EZH2相互作用，可抑制Runx2的表達(dá)，從而促進(jìn)成骨分化。Jin等[28]發(fā)現(xiàn)，lncRNA MIAT的表達(dá)在骨誘導(dǎo)期間以時(shí)間依賴性方式下調(diào)，MIAT的敲除促進(jìn)脂肪干細(xì)胞的成骨分化抑制。夏昕等[29]利用lncRNA-seq測(cè)序技術(shù)，檢測(cè)孕18 d及出生后14 d小鼠下頜骨組織中l(wèi)ncRNA表達(dá)譜的差異，發(fā)現(xiàn)出生前、后的頜骨發(fā)育變化過程中，有些lncRNA明顯上調(diào)，而有些明顯下調(diào)。Babajko等[30]發(fā)現(xiàn)，Msx1反義RNA（Msx1-AS RNA）調(diào)控Msx1基因的表達(dá)，當(dāng)兩者間的平衡受到干擾時(shí)，會(huì)造成牙齒發(fā)育不全和骨丟失。

2.4 lncRNA與先天性小耳畸形

Wei[31]在研究先天性小耳畸形microRNA生物信息學(xué)時(shí)發(fā)現(xiàn)，lncRNA MALAT1與microRNA形成調(diào)節(jié)網(wǎng)參與外耳的生長發(fā)育。張玲等[32]通過高通量lncRNA基因芯片研究發(fā)現(xiàn)，先天性小耳畸形存在明顯的lncRNAs差異性表達(dá)，提示lncRNA可能在小耳畸形發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。在隨后的研究中，還發(fā)現(xiàn)lncRNANR_028308在先天性小耳畸形的殘耳軟骨中表達(dá)明顯上調(diào)，提示其和先天性小耳畸形的發(fā)生、發(fā)展有一定的關(guān)系[33]。

3 結(jié)語與展望

顱頜面畸形的發(fā)生和發(fā)展，是多因素調(diào)控、機(jī)制非常復(fù)雜的生命過程。目前，lncRNA研究正處于初步階段，其在顱頜面畸形中的作用和分子調(diào)控機(jī)制尚未明確。隨著高通量測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)的發(fā)展，越來越多的lncRNA被人們發(fā)現(xiàn)，更多顱頜面畸形相關(guān)的lncRNA調(diào)節(jié)基因的分子機(jī)制將被進(jìn)一步闡明，有望應(yīng)用于顱頜面畸形的預(yù)防和治療。

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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北京市中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院整形外科醫(yī)院。

宋濤（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.