非編碼RNA在牙髓干細胞領域的研究進展

李嬌+郭玥+郭豐嘉+張靜瑩

摘要：本文旨在對非編碼RNA在基因表達方面的基因調控及其在干細胞增殖與分化中的作用進行綜述，為分析其介導基因調控的詳細機制提供參考。同時，闡述了非編碼RNA與牙髓干細胞二者的關系，總結了非編碼RNA對牙髓干細胞的作用，并就非編碼RNA對牙髓干細胞調控的發展趨勢進行了展望。

關鍵詞：非編碼RNA；干細胞；牙髓干細胞

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）03-0068-02

非編碼RNA為一類不能編碼蛋白質的轉錄產物，曾一度被認為是進化過程中產生的“垃圾序列”而未予以重視。干細胞為一類具有再生各種器官組織潛能的細胞，常作為生物學領域的主要研究對象之一。近年來發現非編碼RNA對干細胞具有重要的調控作用并引起廣泛關注。本文綜述非編碼RNA對各類干細胞調控的最新研究進展，其中包括胚胎干細胞、成體干細胞以及腫瘤干細胞，為今后非編碼RNA與干細胞的相關深入研究提供參考。

一、非編碼RNA

非編碼RNA（non-coding RNA，ncRNA）是一類不具備編碼蛋白質功能的RNA，長度一般為18—30個核苷酸。人類的基因組有不足2%的部分由編碼蛋白質的基因構成。相對于基因組的剩余超過80%的基因，這些編碼蛋白質的基因在人體內各細胞中轉錄廣泛。自從20世紀90年代起，Guo S在研究秀麗新小桿線蟲反義RNA的過程中發現，無論注射反義RNA還是正義RNA均能有效并特異性抑制秀麗新小桿線蟲par-1的基因表達。該結果無法用反義RNA技術理論做出合理的解釋，直到1998年Fire等人證實正義DNA能夠抑制同源基因表達是由于在制備過程中微量的dsRNA（double-stranded RNA）污染了體外制備的RNA而引發，并將這種現象命名為RNAi（RNA interference），由此非編碼RNA逐漸受到廣泛關注。隨著研究的深入，分子生物學領域也因此產生了重大變革。非編碼RNA中超過95%的為持家ncRNA（核糖體RNA和轉移RNA等），其他為調節ncRNA，按照長度可分為兩類：長度小于200nt的小非編碼RNA（如microRNA、piRNA等）和長度大于200nt的長非編碼RNA（lncRNA）。大量非編碼RNA被鑒定為真核細胞以核糖核苷酸為原料合成的長非編碼RNA，大多數lncRNA是中間轉錄本，與蛋白質編碼基因相比，lncRNA表現出較低的進化保守性和較低的表達水平。LncRNA主要存在于細胞核中，lncRNA已經被驗證存在多種生物學作用中，例如轉錄調控和染色體修飾。近年來越來越多的研究表明，非編碼RNA在調控表觀遺傳的過程中扮演了重要角色。非編碼RNA能夠在轉錄和轉錄后水平對基因進行表達調控，從而參與干細胞特性的維持和決定細胞命運。

二、干細胞

干細胞（stem cell）是一類具有多向分化潛能并具有自我更新能力的早期未分化細胞。在一定條件下，它可以分化多功能細胞。根據干細胞所處的發育階段分為胚胎干細胞（embryonic stem cells，ESCs）和成體干細胞（Somatic Stem Cells，SSCs）。成體干細胞根據分化方向分為脂肪干細胞、間充質干細胞、腫瘤干細胞等。它們是生物體器官組織生成的重要種子細胞，常在研究疾病的發生發展及組織工程、修復再生領域廣泛應用。以往大部分對干細胞的研究主要集中于基因方面，近十年越來越多的研究表明，在各種干細胞的許多生物學過程中，如細胞分化、增殖、凋亡、細胞周期等，非編碼RNA均發揮著重要的調控作用。

三、非編碼RNA與牙髓干細胞

干細胞擁有多向分化潛能，根據其發育階段可分為胚胎干細胞、多能干細胞和專能干細胞。生命要通過干細胞的分裂分化實現細胞的更新和保證持續生長。為了維持干細胞的多能性，在其體內有一套嚴謹、有序的調控網絡保證干細胞的增殖分化正常進行。近些年來的研究發現，某些非編碼RNA與細胞內的Pou5f1、Nanog、Sox2等眾多轉錄因子的表達譜相似。目前非編碼RNA正逐漸進入眾學者的視線當中，非編碼RNA與干細胞細胞周期調節、增殖分化的關系還有待進一步的研究與考證。牙髓組織中分離出來的成纖維細胞稱為牙髓干細胞（Dental Pulp Stem Celss，DPSCs）。DPSCs具有多向分化的潛能，它除了能形成礦化結節能力的細胞外，在不同細胞因子的誘導下，還能夠分化為脂肪、骨、軟骨、肌肉、血管內皮、肝、神經等細胞系類型。近來在對于microRN與lncRNA在DPSCs增殖分化中的調控作用研究方面取得了較大進步。miR-586表達抑制的人DPSCs與內皮前體細胞共培養可以促進DPSCs向成牙本質細胞分化，miR-586表達抑制與內皮前體細胞的聯合作用，對于DPSCs的向成牙本質細胞分化具有一定協同促進作用。Markus Kraz等發現了一個分化時下調長度為855p的lncRNA，并命名為ANCR（anti-differentation non-coding RNA），抗分化非編碼RNA。在不加任何刺激的條件下下調ANCR，可以快速誘導分化。Lin zhu等也發現，不加任何刺激只下調ANCR就可以促進成骨細胞的骨向分化。賈謙等發現下調ANCR對DPSC色增殖能力無明顯影響，但可以促進DPSC的成骨、成脂、成神經分化，下調ANCR可以明顯提高DPSC的軸突形成能力。

四、展望

近年來，ncRNA對干細胞的調控引起了廣泛關注。研究證實，無論是對胚胎干細胞、成體干細胞還是腫瘤干細胞，ncRNA均能夠在干細胞增殖、分化、遷移、凋亡中發揮調控作用。然而目前對ncRNA與干細胞的絕大部分研究僅處于分子水平，能否為這些理論提供有力支持還需要進行可靠的體內實驗。因此，今后在研究ncRNA調控干細胞機制的同時還應注重進行動物體內實驗，從而找到能夠揭示ncRNA在人類疾病中發揮功能的證據，進而幫助人們診斷疾病，為疾病的治療提供一個新的靶向。同時，隨著研究的進一步深入，闡明ncRNA與干細胞自我更新和多項分化的聯系將有助于揭示干細胞增殖分化的基因調控機制，為今后干細胞的研究應用提供有效的理論依據。

參考文獻：

[1]GUO S，KEMPHUES KJ.PAR-1，A gene required for establishing polarity in C-elegans embryos，encodes a putative SER/THR kinase that is asymmetrically distributed[J].CELL，1995，81（4）：611-620.

[2]Caplen NJ，Fleenor J，Fire.A，dsRNA-mediated gene silencing in cultured Drosophila cells：a tissue culture model for the analysis of RNA interference[J].GENE，2000，252（1-2）：95-105.

[3]Kretz M，Webster DE，Flokhart RJ，Lee CS，Zehnder A，Lopez-Pajares V，et al. Suppression of progenitor differentiation requires the long noncoding RNA ANCR[J].Genes Dev，2012，（26）：338-343.

[4]Zhu L，Cu PC.Downregulated LncRNA-ANCR promotes osteoblast differentiation by targeting EZH2 and regulating Runx2 expression[J].Biochem Biophys Res Commun，2013，（432）：612-617.endprint