長鏈非編碼RNA調(diào)控脂肪形成的研究進(jìn)展

林金丹 閆爽

哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第四醫(yī)院內(nèi)分泌代謝科 150001

根據(jù)2014年WHO的數(shù)據(jù)顯示，自1980年以來肥胖發(fā)生率逐年升高，世界范圍內(nèi)的肥胖人數(shù)增加了1倍以上[1]。因此，人們愈發(fā)關(guān)注與肥胖相關(guān)的病理發(fā)生機(jī)制，脂肪形成則是導(dǎo)致肥胖發(fā)生的機(jī)制之一。近年來，關(guān)于長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)影響脂肪形成的機(jī)制研究逐漸成為熱點(diǎn)[1-3]?？茖W(xué)家們積極探索并揭示了lncRNA在脂肪形成中的相關(guān)作用機(jī)制，旨在為肥胖的診治提供新策略。

1 LncRNA概述

1.1 LncRNA的定義、分類、特征及功能 LncRNA是非編碼RNA的一種，長度一般超過200個(gè)核苷酸[3]。人們起初認(rèn)為它是RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的不具備生物學(xué)功能的副產(chǎn)物，屬于轉(zhuǎn)錄“噪聲”[2]。然而最新研究發(fā)現(xiàn)，某些lncRNA具備編碼小分子多肽的能力[3]。因此，lncRNA的確切定義有待商榷。根據(jù)其相對于鄰近編碼蛋白基因的位置，大致分為以下5種類型:同義、反義、雙向、內(nèi)含子和基因間lncRNA。在結(jié)構(gòu)上，lncRNA具有異質(zhì)性，帶或不帶有多聚A尾；在表達(dá)方式上，具有明顯的細(xì)胞、組織和時(shí)間特異性；在含量上，因所在細(xì)胞類型各異而不同[1,3]。此外，lncRNA比mRNA短，其外顯子少而長，初級序列保守性較差，表達(dá)水平相對較低。但在特定的組織或細(xì)胞系中，lncRNA則優(yōu)先表達(dá)于mRNA[1,5]。它能夠結(jié)合蛋白質(zhì)、DNA和RNA，通過基因組靶向和反義干擾等作用機(jī)制，在多種生物學(xué)過程中起著傳遞信號、發(fā)揮向?qū)?、誘餌和支架等功能[1,3]。

1.2 LncRNA的作用機(jī)制

1.2.1 調(diào)控表觀遺傳修飾水平 LncRNA主要通過組蛋白修飾、染色質(zhì)修飾、DNA甲基化等方式調(diào)控表觀遺傳修飾和基因表達(dá)。例如，它參與修飾組蛋白形成特異性復(fù)合物來沉默靶基因；修飾染色質(zhì)結(jié)構(gòu)并募集修飾復(fù)合物到指定位點(diǎn)，從而調(diào)控靶基因[5-7]。

1.2.2 調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平 在轉(zhuǎn)錄水平上，lncRNA將轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子募集到鄰近靶基因啟動子區(qū)域，通過形成特定結(jié)構(gòu)繼而干擾了相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子作用，從而調(diào)控靶基因的表達(dá)；它通過結(jié)合特異蛋白到達(dá)特定位置來干擾轉(zhuǎn)錄、改變轉(zhuǎn)錄因子的亞細(xì)胞定位以及競爭性結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子的作用底物等方式來抑制靶基因的轉(zhuǎn)錄[2,6,8]。

1.2.3 調(diào)控轉(zhuǎn)錄后水平 在轉(zhuǎn)錄后水平上，lncRNA參與mRNA的選擇性剪接、甲基化、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及衰變的過程；特異性結(jié)合目標(biāo)mRNA形成雙鏈聚合體，隨之調(diào)控主要順式作用元件，從而調(diào)控基因的表達(dá)；競爭性拮抗mRNA來結(jié)合微小RNA(miRNA)相關(guān)位點(diǎn)，從而上調(diào)相應(yīng)miRNA；參與調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性[2,6,9]。

1.2.4 其他特異方式 LncRNA在相關(guān)通路中充當(dāng)信號分子，發(fā)揮關(guān)鍵調(diào)節(jié)作用[3]。在核糖核蛋白復(fù)合體定位至染色體特定部位的過程中發(fā)揮分子向?qū)У淖饔肹2]。其可充當(dāng)“分子海綿”即競爭性內(nèi)源RNA(ceRNA)，通過競爭性結(jié)合miRNA，從而抑制目標(biāo)mRNA的轉(zhuǎn)錄[6]。還可充當(dāng)分子支架，不僅將染色質(zhì)重塑復(fù)合物和轉(zhuǎn)錄因子從其作用位點(diǎn)分離，還可將兩個(gè)蛋白質(zhì)綁定在一起；亦可充當(dāng)分子誘餌，靶向誘導(dǎo)染色重塑復(fù)合物到基因組特定區(qū)域[9]。

2 調(diào)控白色脂肪形成的lncRNA

2.1 正向促進(jìn)白色脂肪形成的lncRNA SRA在前脂肪細(xì)胞成熟分化過程中高度表達(dá)，是脂肪形成過程中第一個(gè)具有功能特征的lncRNA。其過表達(dá)通過刺激胰島素/胰島素樣生長因子-1(IGF-1)信號、干擾細(xì)胞周期、增強(qiáng)過氧化物酶增殖物活化受體γ(PPARγ)轉(zhuǎn)錄活性等多種途徑，顯著提高諸多重要脂肪調(diào)控因子和脂肪細(xì)胞特異性基因的表達(dá)水平，最終促進(jìn)脂肪前體細(xì)胞分化成熟為白色脂肪細(xì)胞[10]。在脂肪前體細(xì)胞成脂分化過程中，抑制lnc-RAP-n(1-10)可使脂肪細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)和脂質(zhì)沉積明顯減少[11]。其中，lnc-RAP-1通過結(jié)合脂肪發(fā)生所必需的異質(zhì)核蛋白U，介導(dǎo)相關(guān)成脂因子的表達(dá)，從而調(diào)控脂肪形成[12]。SlincRAD在脂肪發(fā)生早期的甲基化調(diào)控中發(fā)揮作用，通過與S期的DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1(DNMT1)相互作用，參與脂肪細(xì)胞分化的表觀遺傳學(xué)調(diào)控，是促進(jìn)脂肪形成的因素之一[13]。Firmin等[14]研究發(fā)現(xiàn)，Paral1在成脂分化過程中表達(dá)升高，通過與RNA結(jié)合基序蛋白14(RBM14)協(xié)同激活并增強(qiáng)PPARγ的轉(zhuǎn)錄活性，同時(shí)PPARγ又正向反饋調(diào)控Paral1的表達(dá)及其與RBM14結(jié)合的水平，該反饋環(huán)路機(jī)制有助于脂肪形成。

HOXA-AS3是人骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞(BMSCs)成脂分化所必需的條件之一。它不僅在該過程中高表達(dá)，而且增強(qiáng)了成脂標(biāo)志物的表達(dá)水平，從而促進(jìn)成脂分化[15]。另外，HOTAIR通過以上類似機(jī)制也發(fā)揮了促進(jìn)脂肪形成的作用[3]。Pang等[16]研究結(jié)果表明，PU.1 AS通過靶向結(jié)合PU.1 mRNA，形成mRNA/ASlncRNA雙鏈聚合體來結(jié)合阻止PU.1 mRNA的翻譯，并可上調(diào)過PPARγ和CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白α(C/EBPα)，從而促進(jìn)白色脂肪形成。

NEAT1在前脂肪細(xì)胞成熟分化過程中表達(dá)上調(diào)，其表達(dá)的激活是脂肪形成過程所必需的，屬于成脂分化的正向調(diào)控因子[17]。ADINR通過特異性結(jié)合Pax轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域相互作用蛋1(PA1)，募集形成組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶復(fù)合物，從而激活C/EBPα轉(zhuǎn)錄與表達(dá)，正向調(diào)控脂肪形成[18]。HOXA11-AS1起著促進(jìn)脂肪形成的作用，當(dāng)其被敲除時(shí)，人脂肪源性干細(xì)胞的成脂分化過程徹底被阻礙[19]。此外，lnc-leptin是白色前體脂肪細(xì)胞成脂分化的必要條件之一，AC092159.2亦發(fā)揮促進(jìn)成脂分化作用[3，20]。MIR31HG是正向調(diào)控脂肪形成因子之一，其高表達(dá)可促進(jìn)相關(guān)成脂基因的轉(zhuǎn)錄，從而促進(jìn)脂肪形成；而其耗竭則降低脂肪標(biāo)志物的表達(dá)水平，進(jìn)而抑制脂肪來源間充質(zhì)干細(xì)胞(ADSCs)的成脂分化[21]。Gm15290通過充當(dāng)miRNA-27b的ceRNA來激活PPARγ，從而促進(jìn)脂肪生成。同時(shí)，功能獲得和功能喪失分析結(jié)果也證實(shí)了它參與正向調(diào)控脂肪形成[3]。

2.2 負(fù)向調(diào)控白色脂肪形成的lncRNA ADNCR是脂肪形成的負(fù)性調(diào)控因子之一，當(dāng)其過表達(dá)時(shí)，減少成脂標(biāo)志物的表達(dá)從而阻斷了脂肪形成[22]。其可增強(qiáng)miRNA-204特異靶點(diǎn)沉默信息調(diào)節(jié)因子1(SIRT1)的表達(dá)，后者通過特異結(jié)合核受體輔阻遏子(NCoR)來降低PPARγ的活性及脂肪基因的表達(dá)，最后抑制脂肪細(xì)胞分化。另一個(gè)負(fù)性調(diào)控因子為Adiponectin AS，是從人第3號染色體上的脂聯(lián)素基因(ADIPOQ)反向鏈上轉(zhuǎn)錄而來的，屬于反義lncRNA。它在脂肪分化過程中表達(dá)增加且對該過程具有負(fù)向調(diào)節(jié)作用，該作用機(jī)制為其從細(xì)胞核向胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，通過形成RNA雙鏈聚合體，從而抑制自身mRNA的翻譯，致使高脂誘導(dǎo)的肥胖小鼠體重、脂肪組織含量及細(xì)胞大小和肝臟甘油三酯減少，同時(shí)上調(diào)產(chǎn)熱基因表達(dá)從而促進(jìn)產(chǎn)熱及脂質(zhì)氧化，起到阻礙成脂分化的作用[23]。

最新研究還發(fā)現(xiàn)，H19和U90926均是脂肪形成的負(fù)性調(diào)節(jié)因子，在前細(xì)胞成脂分化過程中表達(dá)下調(diào)，而當(dāng)其過表達(dá)時(shí)則抑制脂肪形成[3，24]。另外，MEG3和TCONS_00041960均參與調(diào)控間充質(zhì)干細(xì)胞向脂肪細(xì)胞成熟分化或者轉(zhuǎn)向分化成骨的過程。前者在ADSCs成脂分化過程中表達(dá)下調(diào)，但在成骨分化過程中表達(dá)上調(diào)，而當(dāng)其被敲除時(shí)顯著促進(jìn)ADSCs的脂肪分化[25]。而后者過表達(dá)時(shí)阻斷BMSCs脂肪生成標(biāo)志物的表達(dá)卻增強(qiáng)了成骨基因的表達(dá)，介導(dǎo)促進(jìn)成骨基因Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(Runx2)和抗成脂基因糖皮質(zhì)激素誘導(dǎo)亮氨酸拉鏈(GILZ)的表達(dá)，最終促進(jìn)成骨分化并抑制脂肪形成。綜上可知，兩者皆在脂肪形成過程中發(fā)揮負(fù)性調(diào)控作用[26]。

2.3 調(diào)控棕色脂肪形成的lncRNA BATE1是棕色脂肪細(xì)胞組織特異性lncRNA之一，當(dāng)其被抑制時(shí)，棕色脂肪組織標(biāo)志物、線粒體標(biāo)志物和白色脂肪基因的表達(dá)降低。它以反式作用方式靶向結(jié)合異質(zhì)性核糖核蛋白U(hnRNPU)，形成棕色脂肪生成所需的復(fù)合物，最終正向調(diào)控脂肪形成[3,5,12]。另外，BATE10亦是棕色脂肪細(xì)胞分化和白色脂肪棕色變所必需的[27]。Li等[28]研究表明，Blnc1參與調(diào)控棕色和米色脂肪的形成，不僅促進(jìn)棕色脂肪分化關(guān)鍵基因的表達(dá)，而且增強(qiáng)熱發(fā)生相關(guān)基因的表達(dá)，刺激燃料氧化，促進(jìn)產(chǎn)熱。

Uc.417是棕色脂肪形成的負(fù)性調(diào)節(jié)因子[29]。它雖然在棕色脂肪細(xì)胞分化過程中表達(dá)上調(diào)，但其過表達(dá)顯著抑制棕色脂肪生成基因的表達(dá)，阻礙脂肪細(xì)胞的成脂分化。GM13133是成脂分化的負(fù)性調(diào)控因子之一，同時(shí)可能通過cAMP信號通路，介導(dǎo)白色脂肪棕色變。當(dāng)其過表達(dá)時(shí)，減少脂質(zhì)蓄積，致使白色前脂肪細(xì)胞的成脂分化受抑制，而不影響該細(xì)胞增殖[30]。另有研究發(fā)現(xiàn)，AK079912在體內(nèi)外均可誘導(dǎo)白色脂肪棕色化，并在棕色前脂肪細(xì)胞分化的過程中高表達(dá)。其過表達(dá)時(shí)顯著增強(qiáng)棕色脂肪相關(guān)基因的表達(dá)，促進(jìn)棕色前脂肪細(xì)胞分化為成熟脂肪細(xì)胞[31]。

3 潛在調(diào)控脂肪形成的lncRNA

2019年的一項(xiàng)研究表明，IMFNCR通過競爭性抑制miRNA-128-3p和miRNA-27b-3p，調(diào)節(jié)PPARγ的表達(dá)，促進(jìn)肌內(nèi)脂肪細(xì)胞的成脂分化[32]。敲除CAAlnc1可促進(jìn)脂肪形成相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，其機(jī)制主要為通過阻斷脂肪前體細(xì)胞的終末分化階段，最終抑制脂肪形成[33]。此外，Gm15051、Tmem189、Cebpd、ecCEBPA、AK142386、AK133540、CRNDE和NR027710等均在脂肪形成過程中發(fā)揮潛在重要調(diào)控作用，但具體作用機(jī)制有待研究[3，7]。

4 LncRNA與肥胖等代謝性疾病的關(guān)系

LncRNA的功能異?？赡芤鸲喾N疾病，如癌癥、肥胖和非酒精性脂肪性肝病。采用基因組測序及軌跡追蹤技術(shù)發(fā)現(xiàn)，代謝性疾病與之相關(guān)。且與非肥胖人群相比，lncRNA在肥胖人群中含量明顯異常。它不僅與腰圍、腰臀比、空腹胰島素和體重指數(shù)相關(guān)，還參與炎性反應(yīng)、脂肪代謝、肝脂肪變性及纖維化。此外，它可能被成功合成為特異小分子靶向藥物，在實(shí)際中已應(yīng)用為某些癌癥的臨床測試[1-3]。以上可知，它可作為一種肥胖及相關(guān)代謝性疾病相關(guān)的新型生物標(biāo)志物或治療靶點(diǎn)，具有潛在且巨大的臨床價(jià)值。

5 小結(jié)與展望

LncRNA是參與多種細(xì)胞生物學(xué)活動的調(diào)控非編碼長鏈RNA之一。已有研究明確表明，它在脂肪形成過程中發(fā)揮重要的調(diào)控作用，其應(yīng)用于診斷和治療的研究已取得初步成果，其相關(guān)作用機(jī)制的研究為肥胖治療提供了新思路[1,3]。然而，人們對于lncRNA調(diào)控脂肪形成方面的認(rèn)知只是冰山一角。應(yīng)進(jìn)一步檢測和探究與肥胖發(fā)病機(jī)制的分子網(wǎng)絡(luò)調(diào)控途徑密切相關(guān)的lncRNA，破譯具體調(diào)控機(jī)制，為肥胖治療尋找新的潛在靶點(diǎn)。