微小RNA和長(zhǎng)鏈非編碼RNA在男性生殖系統(tǒng)疾病中的作用研究進(jìn)展

高麗云，聶林坤，李 瀟，汪 濤，秦海霞，張 麗，陳玉明，鄭 志，吳衛(wèi)東，曹 佳

(1.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院毒理學(xué)教研室，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.鄭州人民醫(yī)院口腔科，河南 鄭州 451000；3.九江學(xué)院江西省系統(tǒng)生物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 九江 332000；4.新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院婦產(chǎn)科，河南 衛(wèi)輝 453100)

非編碼RNA是一類(lèi)不編碼蛋白質(zhì)的RNA，包含rRNA、tRNA、小干擾RNA(small interfering RNA，siRNA)、Piwi蛋白相互作用的RNA(piwi-interacting RNA，piRNA)、微小RNA(microRNA，miRNA)和長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)等。研究表明，miRNA和lncRNA對(duì)男性精子的形成過(guò)程產(chǎn)生重要影響[1]。另外，男性不育即將成為繼癌癥和心血管疾病之后威脅人類(lèi)健康的第3大疾病，也將成為生殖健康醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題[2]。miRNA與lncRNA在男性生殖系統(tǒng)疾病中的作用尚不清楚，因此，本研究對(duì)miRNA和lncRNA 在男性生殖系統(tǒng)疾病中的作用及機(jī)制進(jìn)行綜述，以期為預(yù)防和治療男性不育等生殖系統(tǒng)疾病提供參考。

1 miRNA在男性生殖系統(tǒng)疾病中的作用

miRNA是在真核生物中廣泛存在，長(zhǎng)度約為20～24個(gè)核糖核苷酸的內(nèi)源性非編碼單鏈RNA，其對(duì)基因調(diào)控具有非特異性，且調(diào)控網(wǎng)絡(luò)十分復(fù)雜，但miRNA的表達(dá)具有時(shí)序性和組織特異性，可通過(guò)降解和抑制mRNA實(shí)現(xiàn)對(duì)基因的調(diào)控。

miRNA是轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后基因沉默的關(guān)鍵調(diào)節(jié)器，參與多種生物的發(fā)育過(guò)程，在哺乳動(dòng)物精子發(fā)育過(guò)程中起重要作用。研究表明，miR-34c在精母細(xì)胞和圓形精細(xì)胞中均表達(dá)，在初級(jí)精母細(xì)胞中敲除miR-34c或者在生精細(xì)胞中過(guò)表達(dá)miR-34c均會(huì)觸發(fā)細(xì)胞凋亡，原因在于miR-34c可直接靶向凋亡相關(guān)基因乙醇乙酰轉(zhuǎn)移酶Ⅰ(alcohol acetyltransferase I，ATF I)的3′非翻譯區(qū)(3′-untranslated region，3′-UTR)[1]。有研究發(fā)現(xiàn)，在精子細(xì)胞發(fā)育的整個(gè)過(guò)程中，miR-17-92在精子胚胎干細(xì)胞、原始精子細(xì)胞以及精原細(xì)胞中高表達(dá)，用Dicer敲除小鼠的miR-17-92基因后發(fā)現(xiàn)，原始精子細(xì)胞和精原細(xì)胞增殖減少，在原始精子細(xì)胞中反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子活性受到抑制，但精原細(xì)胞中反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子活性未受影響，因此，miR-17-92對(duì)原始精子細(xì)胞與精原細(xì)胞發(fā)育的作用大于其在精子細(xì)胞發(fā)育過(guò)程中對(duì)反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子活性的抑制作用。另外，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，miR-146在未分化的精原細(xì)胞中的表達(dá)量比分化后的精原細(xì)胞高180倍[3-4]；視黃酸(retinoic acid，RA)誘導(dǎo)精原干細(xì)胞分化時(shí)下調(diào)miR-146表達(dá)，且miR-146參與RA誘導(dǎo)精原干細(xì)胞的分化[3]。miRNA不僅能調(diào)控靶基因，還可以通過(guò)與其他miRNA協(xié)同作用調(diào)控基因。例如，敲除特異表達(dá)在未分化精原干細(xì)胞的miR-17-92后，特異表達(dá)在未分化精原干細(xì)胞的miR-106b-25顯著增加，2個(gè)miRNA相互作用，使睪丸內(nèi)生精小管細(xì)小和精子數(shù)量減少[1]。

有研究應(yīng)用miRNA芯片技術(shù)篩查男性不育患者和健康男性精液發(fā)現(xiàn)，有52個(gè)差異表達(dá)的miRNA，其中不育患者中有21個(gè)miRNA高表達(dá)，31個(gè)miRNA低表達(dá)[5]。用同樣技術(shù)在正常睪丸組織及非梗阻性無(wú)精癥患者中發(fā)現(xiàn)，有173種miRNA在不育患者中的表達(dá)發(fā)生了改變，其中19種miRNA表達(dá)上調(diào)，154種miRNA表達(dá)下調(diào)，在下調(diào)的miRNA中多數(shù)有原癌基因性質(zhì)，這與腫瘤的發(fā)生相關(guān)聯(lián)，此外，miRNA作為內(nèi)源性基因調(diào)控因子影響蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性，參與精子DNA的損傷應(yīng)答機(jī)制[6]。

2 lncRNA在男性生殖系統(tǒng)疾病中的作用

lncRNA是一類(lèi)長(zhǎng)度超過(guò)200個(gè)核糖核苷酸的非編碼RNA，其缺乏開(kāi)放閱讀框且無(wú)編碼蛋白功能。最初的研究認(rèn)為，lncRNA是RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物，不具有生物學(xué)功能；但近年來(lái)的研究表明，lncRNA可以在多種層面上如表觀遺傳調(diào)控、轉(zhuǎn)錄調(diào)控及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控[7-8]。有研究表明，lncRNA表達(dá)量在睪丸細(xì)胞減數(shù)分裂時(shí)期可以達(dá)到高峰[9]；其次，lncRNA有嚴(yán)格的時(shí)空表達(dá)特性，特別是在精母細(xì)胞和精子細(xì)胞分化階段最為常見(jiàn)[10]；另外，lncRNA序列不具有高度保守性，因而有更多更復(fù)雜的功能。

SUN等[11]利用微陣列技術(shù)對(duì)幼年小鼠和成年小鼠的睪丸組織進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)3 025種lncRNA存在明顯的差異表達(dá)，其中1 062種lncRNA表達(dá)下調(diào)，1 963種lncRNA表達(dá)上調(diào)。BAO等[12]在研究lncRNA與精子生成的關(guān)系時(shí)選取雄性胚胎及出生后的6個(gè)關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)(胚胎第12.5天、胚胎第15.5天、新生第7天、新生第14天、新生第21天以及成年)，通過(guò)對(duì)原始生殖細(xì)胞、精原細(xì)胞、粗線(xiàn)期精母細(xì)胞、圓形精子細(xì)胞及精子進(jìn)行基因芯片技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，有31 423種lncRNA存在差異表達(dá)，最終得出lncRNA的調(diào)節(jié)作用在精子生成過(guò)程中的單倍體時(shí)期與減數(shù)分裂晚期比其他時(shí)期更為多樣化，并且lncRNA與mRNA的相互作用發(fā)生在精子生成過(guò)程中。例如，lncRNA可與精子生成過(guò)程密切相關(guān)的編碼蛋白基因Mrhl、HongrES2、Dmr、Tbca16、Tsx及NLC1-C等相互作用，共同調(diào)控精子生成過(guò)程[13-14]。

李建波等[15]研究表明，在少精子癥的男性不育患者中，lncRNA H19控制區(qū)域的DNA甲基化丟失明顯。另有研究發(fā)現(xiàn)，DNA甲基化通過(guò)影響基因表達(dá)來(lái)介導(dǎo)男性生殖器官發(fā)育、精子生成以及男性性行為[16]，表明lncRNA與男性不育密切相關(guān)。有研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA可以與染色體上較大范圍的區(qū)域結(jié)合，發(fā)生染色質(zhì)重構(gòu)[17]，從而影響與男性不育有關(guān)基因的表達(dá)。DOWDLE等[18]提出，在精子生成過(guò)程中，染色質(zhì)成分可能會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)錄水平上的改變。有學(xué)者利用大鼠附睪cDNA文庫(kù)，發(fā)現(xiàn)了1個(gè)附睪特異的lncRNA-HongrES2，并且lncRNA-HongrES2可通過(guò)借助mil-HongrES2下調(diào)CES7編碼的蛋白表達(dá)，進(jìn)而影響精子獲能[19]。精子獲能是精子獲得穿透卵子透明帶能力的生理過(guò)程，在精子受精前，必須進(jìn)行精子獲能，由此再次驗(yàn)證lncRNAs與男性不育關(guān)系密切。

3 展望

miRNA種類(lèi)具有多樣性，并且在雄性配子發(fā)生發(fā)育及功能上具有重要作用，因此，越來(lái)越多的學(xué)者開(kāi)始關(guān)注miRNA在男性不育等生殖疾病中的診斷和治療價(jià)值，但是，miRNA作用位點(diǎn)具有多重性和不確定性，因此，其臨床應(yīng)用仍有一定的挑戰(zhàn)；另外，在生殖方面，對(duì)miRNA的研究停留在miRNA宏觀的整體分析上，而其精細(xì)、微觀方向的研究仍有待進(jìn)一步探索。隨著高通量基因篩選技術(shù)的成熟，lncRNA有望在男性不育甚至男性生殖疾病的診斷與治療中成為新的生物標(biāo)志物或者治療靶點(diǎn)。綜上所述，關(guān)于miRNA和lncRNA在男性生殖系統(tǒng)疾病中的作用仍有很大的研究空間，其在精子生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的作用機(jī)制仍不清楚，其在男性不育方面的作用機(jī)制如何，更是一個(gè)值得探索的問(wèn)題。此外，目前評(píng)估男性生育能力的主要方法是精液分析，但是，傳統(tǒng)的精液分析對(duì)男性生育能力的評(píng)價(jià)不夠準(zhǔn)確，就意味著需要開(kāi)發(fā)一種準(zhǔn)確、非創(chuàng)傷性的評(píng)估方法來(lái)診斷男性不育癥，因此，研究miRNA和lncRNA在男性不育癥中的作用顯得非常有必要。