不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的長非編碼RNA

潘劍鋒， 張燕軍*， 李金泉

(1)內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院動(dòng)物遺傳育種與繁殖系， 呼和浩特 010018；2)農(nóng)業(yè)部肉羊遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 呼和浩特 010018； 3)內(nèi)蒙古自治區(qū)動(dòng)物遺傳育種與繁殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 呼和浩特 010018；4)內(nèi)蒙古自治區(qū)山羊遺傳育種工程技術(shù)研究中心， 呼和浩特 010018)

長非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)是轉(zhuǎn)錄長度超過200 nt且缺乏蛋白質(zhì)編碼能力的非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)。但在研究中發(fā)現(xiàn)，lncRNA實(shí)際上有較短的開放閱讀框(short open reading frame，sORF)可編碼功能性微肽[1]。lncRNA主要是RNA聚合酶II(RNA polymerase II，Pol II)轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物，在結(jié)構(gòu)上與mRNA(messenger RNA)類似，經(jīng)剪切具有5′端m7G(7-methyl guanosine)帽子結(jié)構(gòu)和3′端poly A尾巴[2]。但不同于mRNA，lncRNA具有獨(dú)特的轉(zhuǎn)錄、加工及修飾等方式[3]。大量lncRNA被證明具有保守的二級結(jié)構(gòu)及時(shí)空特異性表達(dá)[4, 5]。根據(jù)lncRNA在基因組上相對于蛋白質(zhì)編碼基因的位置可將其分為：反義鏈lncRNA、正義鏈lncRNA、基因間lncRNA、雙向lncRNA和內(nèi)含子lncRNA[6]。

lncRNA出現(xiàn)在不同的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中。其中，定位于細(xì)胞核中的lncRNA所占比例最大。位于核內(nèi)的lncRNA，多富集在染色質(zhì)或特定亞核區(qū)室(subnuclear compartment)中。主要參與表觀遺傳和轉(zhuǎn)錄水平的基因調(diào)控，包括組蛋白修飾、DNA甲基化和染色質(zhì)重塑等[7-9]。在細(xì)胞質(zhì)中，它們多在轉(zhuǎn)錄后和翻譯水平上調(diào)節(jié)基因表達(dá)，例如調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定性[10]、參與翻譯調(diào)控及翻譯后修飾[11]、介導(dǎo)RNA衰變[12]和編碼微肽[1]等。在外泌體中，它們的功能與其所來源細(xì)胞類型相關(guān)，并隨著外泌體進(jìn)入受體細(xì)胞中參與細(xì)胞的表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄及翻譯水平上的基因調(diào)控。

在本文中，將討論lncRNA在不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)中的調(diào)控機(jī)制，包括核中染色質(zhì)及特定的亞核區(qū)室內(nèi)的調(diào)控機(jī)制、細(xì)胞質(zhì)中各個(gè)亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)之間的調(diào)控機(jī)制、外泌體中l(wèi)ncRNA進(jìn)入受體細(xì)胞后所參與的調(diào)控機(jī)制，并概述了lncRNA在不同亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)內(nèi)表達(dá)失調(diào)，所引起的相關(guān)疾病，最后對lncRNA的研究做出展望。

1 細(xì)胞核內(nèi)的長非編碼RNA參與染色質(zhì)水平的表觀遺傳機(jī)制

表觀遺傳是指在基因的DNA序列未發(fā)生改變的情況下，基因功能發(fā)生可遺傳的改變，最終導(dǎo)致表型變化。染色質(zhì)水平的表觀遺傳機(jī)制主要包括組蛋白修飾、DNA甲基化和染色質(zhì)重塑等。

1.1 細(xì)胞核內(nèi)的lncRNA與組蛋白修飾

組蛋白修飾是以共價(jià)方式進(jìn)行的翻譯后修飾，包括組蛋白乙?；图谆龋⑶也煌男揎椗c基因表達(dá)的激活或抑制有關(guān)。lncRNA可通過將組蛋白修飾相關(guān)的復(fù)合物或酶募集至相應(yīng)基因啟動(dòng)子區(qū)域，以調(diào)節(jié)該區(qū)域組蛋白甲基化和乙?；接绊懟虮磉_(dá)。其中，組蛋白甲基化通常發(fā)生在H3和H4的精氨酸(Arg或R)和賴氨酸(Lys或K)殘基上,受組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶、組蛋白脫甲基化酶和組蛋白修飾復(fù)合物調(diào)控[13]。lncRNA通過將LSD1(lysine specific demethylase 1)、MLL1(mixed lineage leukaemia protein-1)等與組蛋白甲基化相關(guān)的酶或復(fù)合物，募集到相應(yīng)基因啟動(dòng)子區(qū)域，影響組蛋白的甲基化和脫甲基化水平，從而調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄激活或干擾[7, 14]。此外，lncRNA還可以同時(shí)結(jié)合組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶和DNA甲基轉(zhuǎn)移酶，調(diào)控相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄(Fig.1A)[15]。這一發(fā)現(xiàn)表明，基因的表達(dá)可同時(shí)受到組蛋白修飾和DNA甲基化調(diào)控。

而與組蛋白甲基化相比，組蛋白乙?；瘎t主要與基因激活有關(guān)，并主要發(fā)生在H3、H4的N末端比較保守的賴氨酸位置上，同樣也受到其相應(yīng)的酶及其修飾復(fù)合物的調(diào)控[16]。例如，組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶EP300(histone acetyltransferase p300，EP300)[17]、組蛋白脫乙酰酶 SIRT6(sirtuin 6，SIRT6)[18]等。此外，lncRNA也能通過與線粒體代謝相關(guān)產(chǎn)物作用調(diào)控基因的組蛋白修飾。例如，lncRNA TINCR通過與ATP-檸檬酸裂解酶(ATP citrate lyase，ACLY)結(jié)合，使細(xì)胞中乙酰輔酶A(acetyl-CoA)水平升高，從而促進(jìn)PADI1(peptidyl arginine deiminase 1)基因啟動(dòng)子區(qū)域H3k27ac(histone H3 lysine 27 acetylation)富集，激活PADI1基因轉(zhuǎn)錄[19]。另一方面，lncRNA可同時(shí)募集甲基化及乙?；嚓P(guān)酶或復(fù)合物，到相應(yīng)基因啟動(dòng)子區(qū)，同時(shí)調(diào)控該基因的甲基化及乙?；健＠?，lncRNA GClnc1通過將組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶WDR5(WD-40 repeat protein 5)和組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶KAT2A(lysine acetyltransferases 2A)復(fù)合物募集到SOD2(superoxide dismutase 2)基因啟動(dòng)子區(qū)域，使該區(qū)域H3K4me3(histone H3 lysine 4 trimethylation，H3K4me3)和H3K9ac (histone H3 lysine 9 acetylation)富集，從而促進(jìn)SOD2基因表達(dá)(Fig.1B)[20]。綜上所述，組蛋白甲基化和乙?；嗾{(diào)控基因啟動(dòng)子區(qū)的狀態(tài)，影響基因的表達(dá)，這印證了定位于細(xì)胞核內(nèi)的lncRNA多在表觀遺傳及轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)基因表達(dá)這一觀點(diǎn)。

1.2 細(xì)胞核內(nèi)的lncRNA與DNA甲基化

DNA甲基化作為一種相對穩(wěn)定的修飾狀態(tài)，在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferase 1/3a/3b，Dnmt1、Dnmt3a、Dnmt3b)的作用下，可隨DNA復(fù)制遺傳給新生的子代DNA，是一種重要的表觀遺傳機(jī)制[21]。在哺乳動(dòng)物中，發(fā)現(xiàn)lncRNA 能夠通過募集Dnmt1、Dnmt3a和Dnmt3b至目的基因的啟動(dòng)子，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄[8]，而且其自身轉(zhuǎn)錄也可能受到這些DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的調(diào)控。2021年，Geng等[22]在多囊卵巢綜合征(polycystic ovary syndrome，PCOS)中發(fā)現(xiàn)，lnc-MAP3K13-7∶1通過與Dnmt1結(jié)合，抑制CDKN1A(cyclin-dependent kinase inhibitor 1A)基因啟動(dòng)子區(qū)域的DNA甲基化，促進(jìn)該基因轉(zhuǎn)錄(Fig.1C)。She等[23]在心肌纖維化中發(fā)現(xiàn)，Dnmt1的下調(diào)可降低心肌成纖維細(xì)胞中GAS5(growth-arrest-specific 5)基因啟動(dòng)子區(qū)域甲基化水平，使lncRNA GAS5表達(dá)增加。這一發(fā)現(xiàn)表明，DNA甲基轉(zhuǎn)移酶也可被直接募集至lncRNA基因啟動(dòng)子，調(diào)控lncRNA的轉(zhuǎn)錄。綜上所述，lncRNA不僅可將DNA甲基轉(zhuǎn)移酶募集到目的基因啟動(dòng)子區(qū)域調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，而且其本身也是DNA甲基轉(zhuǎn)移酶的靶標(biāo)，其基因轉(zhuǎn)錄也受到DNA甲基化調(diào)控。

1.3 細(xì)胞核內(nèi)的lncRNA與染色質(zhì)重塑

染色質(zhì)重塑是由染色質(zhì)重塑復(fù)合物介導(dǎo)的一系列以染色質(zhì)上核小體變化為基本特征的生物學(xué)過程，是一種重要的表觀遺傳學(xué)機(jī)制。染色質(zhì)重塑復(fù)合物可分為4個(gè)家族：SWI / SNF(Switch/Sucrose Non-Fermentable)，INO80/SWR1(inositol auxotrophy 80/SWI2/SNF2- related 1)，ISWI(imitation Switch)和CHD(chromodomain- helicase-DNA-binding)。lncRNA通過與這4個(gè)家族的成員相互作用，改變核小體的位置和翻譯后修飾來調(diào)控基因的表達(dá)及DNA復(fù)制與修復(fù)[24, 25]。其中，現(xiàn)階段研究最多的是SWI/SNF家族。lncRNA可通過與SWI / SNF家族成員SMARCB1(SWI/SNF-related matrix-associated actin-dependent regulator of chromatin subfamily B member 1)和BRG1(Brahma-related gene 1)等結(jié)合，調(diào)控DNA在組蛋白上的滑動(dòng)或使DNA脫離組蛋白，改變?nèi)旧|(zhì)的松散程度，調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄[9, 26]。在另一項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，lncRNA可通過充當(dāng)SWI/ SNF家族成員及組蛋白修飾酶的分子支架，將該復(fù)合物募集到基因啟動(dòng)子區(qū)，調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄(Fig.1 D)[27]。這表明，染色質(zhì)重塑和組蛋白修飾可共同調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。此外，另一種在染色質(zhì)重塑中充當(dāng)重要作用的INO80/ SWR1家族，它們以多種方式修飾染色質(zhì)，包括核小體滑動(dòng)、DNA修復(fù)與復(fù)制等[28]。lncRNA可通過招募其家族成員，例如INO80 D(INO80 complex subunit D)、INO80等，調(diào)控基因啟動(dòng)子的激活或干擾[29, 30]。相比lncRNA在前2個(gè)家族的研究，lncRNA在ISWI家族及CHD家族的研究仍相對較少，并且較多的分子機(jī)制仍不清晰。其中，ISWI家族成員NURF(nucleosome remodeling factor)和BPTF(Bromodomain PHD finger transcription factor)，可通過與lncRNA相互作用調(diào)節(jié)核小體間距，參與DNA的修復(fù)及改變?nèi)旧|(zhì)的狀態(tài)和結(jié)構(gòu)等過程[31, 32]。而CHD家族在DNA修復(fù)、氧化應(yīng)激反應(yīng)、維持基因組穩(wěn)定性中發(fā)揮重要作用[33]。并發(fā)現(xiàn)CHD家族中的CHD1、CHD4 、CHD5可被lncRNA調(diào)控，影響基因表達(dá)及細(xì)胞的生命活動(dòng)過程[34, 35]。此外，這些染色質(zhì)重塑復(fù)合物也在人類疾病和癌癥的發(fā)生與發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用。例如，惡性動(dòng)脈瘤[27]和非小細(xì)胞肺癌[30]等。綜上所述，lncRNA多通過與染色質(zhì)重塑復(fù)合物結(jié)合，調(diào)節(jié)染色質(zhì)上核小體的變化及染色質(zhì)的狀態(tài)和結(jié)構(gòu)等過程，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄。

2 細(xì)胞核內(nèi)的長非編碼RNA與無膜亞結(jié)構(gòu)

核體(nuclear bodies, NBs)是一種由蛋白質(zhì)和RNA聚集形成的無膜亞結(jié)構(gòu)。包括核仁(nucleoli)，核斑點(diǎn)(nuclear speckles)和核旁斑(paraspeckles)等[36]。lncRNA在這些無膜亞結(jié)構(gòu)的成核、結(jié)構(gòu)維持及相應(yīng)的機(jī)制調(diào)控中扮演著重要的角色。其中，核斑點(diǎn)是大多數(shù)前體mRNA (precursor messenger RNA，pre-mRNA)剪接因子聚集的結(jié)構(gòu)，通常與lncRNA MALAT1共定位[37]。有研究發(fā)現(xiàn)，與核斑點(diǎn)共定位的lncRNA MALAT1可影響剪接因子在核斑點(diǎn)中的分布[38]，并且經(jīng)過n6-甲基腺苷修飾(N6-methyladenosine modification，m6A)的lncRNA MALAT1還可重塑核斑點(diǎn)[39]；此外，與核斑點(diǎn)共定位的lncRNA MALAT1還能使pre-mRNA發(fā)生m6A并介導(dǎo)pre-mRNA的核輸出[40]。表明核斑點(diǎn)的形態(tài)維持及其相應(yīng)功能的發(fā)揮離不開lncRNA的作用。而且也提示，m6A修飾的RNA對機(jī)體的穩(wěn)態(tài)維持發(fā)揮重要作用。核旁斑是鄰近核斑點(diǎn)的一種無膜亞結(jié)構(gòu)，由lncRNA NEAT1與核旁斑的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)共同組裝形成(Fig.1E)[41]。并且抑制lncRNA NEAT1或NONO(non-POU domain-containing octamer-binding protein)蛋白的表達(dá)，可破壞核旁斑的形成[42]。

核仁是rDNA(ribosomal DNA)轉(zhuǎn)錄、rRNA合成加工以及核糖體亞單位的裝配場所，是生物體生命活動(dòng)過程中重要的結(jié)構(gòu)單位[43]。由于核仁是無膜結(jié)構(gòu)，所以其結(jié)構(gòu)的維持就顯的尤為重要。有研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA可以維持核仁的結(jié)構(gòu)和形態(tài)[44]，并且通過調(diào)控核仁應(yīng)激及翻譯重編程等過程，參與到核仁在生物體的功能調(diào)控過程[45, 46]。Xing等[47]發(fā)現(xiàn)，lncRNA SLERT可通過改變DDX21(DEAD-box RNA helicase)的蛋白質(zhì)構(gòu)象，促進(jìn)核糖體RNA前體 (precursor ribosomal RNA，pre-rRNA) 的轉(zhuǎn)錄(Fig.1F)。此外，lncRNA還可以通過與核仁蛋白(nucleolin，NCL)及纖維蛋白(fibrillarin，F(xiàn)BL)結(jié)合，調(diào)節(jié)rRNA轉(zhuǎn)錄和多核糖體的分布[48]。這表明，lncRNA在rRNA轉(zhuǎn)錄上發(fā)揮關(guān)鍵作用。

綜上所述，lncRNA在無膜亞結(jié)構(gòu)的成核、維持及相應(yīng)的機(jī)制調(diào)控中發(fā)揮著重要的作用。但由于這些結(jié)構(gòu)無膜的包被，這就給其結(jié)構(gòu)解析帶來了挑戰(zhàn)。同時(shí)，其功能的發(fā)揮與其結(jié)構(gòu)有較大的聯(lián)系。所以，這些無膜亞結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)解析以及與成核和結(jié)構(gòu)維持相關(guān)的lncRNA的研究就顯著尤為重要。

3 細(xì)胞質(zhì)中長非編碼RNA的調(diào)控機(jī)制

lncRNA通過參與核糖體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、溶酶體等細(xì)胞器的形成、內(nèi)部機(jī)制調(diào)控、信號傳導(dǎo)等途徑介導(dǎo)細(xì)胞生物學(xué)調(diào)控過程。

3.1 lncRNA與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是一種獨(dú)特的多功能細(xì)胞器，廣泛參與蛋白質(zhì)的生物合成，細(xì)胞解毒等生理過程。近年研究發(fā)現(xiàn)，由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)生理異常引起的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)是多種疾病發(fā)生與發(fā)展的罪魁禍?zhǔn)住６鴏ncRNA可通過調(diào)控ERS來維持機(jī)體穩(wěn)態(tài)，并調(diào)節(jié)多種疾病和癌癥發(fā)生與發(fā)展。例如，在心肌缺血/再灌注損傷(myocardial ischemia/reperfusion injury)和心肌梗塞(myocardial infarction，MI)疾病中，可通過保護(hù)心肌細(xì)胞免受ERS損傷，阻止疾病的惡性發(fā)展[49]。此外，在腫瘤微環(huán)境中持續(xù)的ERS會導(dǎo)致細(xì)胞產(chǎn)生毒性，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。而lncRNA能通過調(diào)控這種ERS的促凋亡機(jī)制，阻止癌癥向惡性發(fā)展。例如，在結(jié)直腸癌中，lncRNA MEG3通過誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，抑制腫瘤細(xì)胞的增殖、促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，從而阻止腫瘤細(xì)胞向惡性發(fā)展[50]。這些發(fā)現(xiàn)證明了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激不僅可以引發(fā)疾病，還可以通過誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的方式，阻止惡性細(xì)胞的生長，這可為日后疾病和癌癥的治療和臨床研究提供一種新的策略。

Fig.1 Schematic diagram of the regulatory mechanism of lncRNA in the nucleus (A) Schematic diagram of the mechanism action of lncRNA HOTAIRM1 binding to G9a, EZH2 (Enhancer of zeste homolog 2) and DNA methyltransferase (Dnmts). lncRNA HOTAIRM1 binds to G9a, EZH2 and Dnmts complex and prevents the complex from being recruited to the promoter region of HOXA1 gene, causing H3K9, H3K27 and DNA demethylation in this region, and promoting HOXA1 gene transcription[15]. (B) Schematic diagram of the mechanism action of lncRNA GClnc1 as a molecular scaffold for BRD4 and WDR5. lncRNA GClnc1 recruits the WDR5 and KAT2A complex to the SOD2 gene promoter region, enriches this region with H3K4me3 and H3K9ac, and promotes SOD2 gene transcription[20]. (C) Schematic diagram of the mechanism action of lnc-MAP3K13-7:1 and Dnmt1 in polycystic ovary syndrome (PCOS). In PCOS, lnc-MAP3K13-7∶1 binds to Dnmt1 and inhibits the recruitment of Dnmt1 to the CDKN1A gene promoter region, thereby reducing the level of DNA methylation in this region，and promoting CDKN1A gene transcription[22]. (D) Schematic diagram of the mechanism action of the HDAC9-MALAT1-BRG1 complex. During the disease process, lncRNA MALAT1 binds to HDAC9 and BRG1, and recruits the complex to the promoter region of the target gene VSMC to promote H3K27me3 enrichment, so that VSMC is silenced[27]. (E) Schematic diagram of the role of lncRNA NEAT1 paraspeckles formation. lncRNA NEAT1 motif on chromosome 11 transcribes two single-exon isoform lncRNA (NEAT1_1 and NEAT1_2), where the 3′-end processing signal of NEAT1_1 is inhibited by hnRNP K (heterogeneous ribonucleoprotein K), NEAT1_2 is cleaved by Ribonuclease P (RNaseP) to produce a tRNA-like structure and forms a triple helix at its 3′ -end, and subsequently lncRNA NEAT1_2 participates in the nucleation process of paraspeckles by recruiting structural proteins (NONO, SFPQ and RBM14, etc.)[41]. (F) Schematic diagram of the mechanism by which lncRNA SLERT deregulates the repressive effect of the DDX21 loop on RNA polymerase I (Pol I). lncRNA SLERT dissociates Pol I from the protein conformation of DDX21 by altering the protein conformation of DDX21, and promotes the precursor ribosomal RNA (pre-rRNA) transcription[47]

3.2 lncRNA與核糖體

核糖體由rRNA和核糖體蛋白質(zhì)共同組成，是細(xì)胞的蛋白質(zhì)工廠。其在功能上可調(diào)節(jié)mRNA穩(wěn)定性、介導(dǎo)mRNA的翻譯以及與lncRNA編碼功能性微肽等[51]。隨著近幾年科研技術(shù)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)核糖體可通過與lncRNA的sORF結(jié)合編碼功能性微肽，并調(diào)節(jié)疾病和癌癥的發(fā)生與發(fā)展。例如，lncRNA HOXB-AS3編碼的微肽可通過抑制葡萄糖代謝的重編程，抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的生長(Fig.2A)[52]；LINC00998編碼的微肽可通過激活MAPK(mitogen-activated protein kinases)信號通路促進(jìn)肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma ，HCC)的腫瘤發(fā)展[53]。此外，核糖體不僅存在于細(xì)胞質(zhì)中，線粒體中也存在著核糖體并與細(xì)胞質(zhì)中核糖體的翻譯存在某種平衡關(guān)系[54]。這種平衡關(guān)系對維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。lncRNA能夠通過調(diào)控關(guān)鍵RNA結(jié)合蛋白質(zhì)的定位，實(shí)現(xiàn)這種翻譯平衡的狀態(tài)，從而促進(jìn)細(xì)胞生長[55]。綜上所述，lncRNA除可以參與到核糖體的翻譯過程，同時(shí)還可以與核糖體結(jié)合編碼微肽。但有趣的是，這一編碼過程多在細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行，而線粒體內(nèi)核糖體編碼微肽的研究還較為鮮見，有待進(jìn)一步去探究。

3.3 lncRNA與線粒體

哺乳動(dòng)物細(xì)胞中，線粒體是主要的動(dòng)力源和代謝工廠。lncRNA可通過調(diào)節(jié)線粒體功能及穩(wěn)態(tài)，介導(dǎo)各類疾病及癌癥的發(fā)生與發(fā)展。在疾病發(fā)生或衰老過程中，線粒體的功能會受到損害。而線粒體的功能障礙則會引起哺乳動(dòng)物的應(yīng)激反應(yīng)，而該應(yīng)激反應(yīng)則會導(dǎo)致lncRNA的異常表達(dá)，而異常表達(dá)的lncRNA則介導(dǎo)了線粒體動(dòng)力學(xué)干擾細(xì)胞凋亡過程[56]。線粒體動(dòng)力學(xué)平衡又是維持細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的重要方式，所以線粒體的功能障礙會導(dǎo)致機(jī)體穩(wěn)態(tài)失調(diào)，從而引發(fā)各類疾病。線粒體的穩(wěn)態(tài)維持是調(diào)控一些代謝疾病和腫瘤發(fā)生與發(fā)展的重要方式，lncRNA可通過調(diào)控線粒體內(nèi)的自噬和分裂等過程來維持這種穩(wěn)態(tài)，并保持體內(nèi)的氧化代謝平衡[57, 58]。此外，線粒體與細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)的lncRNA之間存在相互串?dāng)_的關(guān)系，并且這種關(guān)系也是線粒體穩(wěn)態(tài)維持的一種方式。例如，核編碼的lncRNA MALAT1可與mtDNA的多個(gè)基因座結(jié)合，調(diào)節(jié)線粒體功能(Fig.2B)[59]；干擾lncRNA MALAT1可破壞線粒體功能并改變肝癌細(xì)胞HepG2的表型，同時(shí)線粒體編碼的lncCytB的定位也在HepG2細(xì)胞中出現(xiàn)異常。在正常肝細(xì)胞HL7702中l(wèi)ncCytB位于線粒體中，而在HepG2細(xì)胞中卻在細(xì)胞核中大量富集[60]。表明無論是核基因組編碼還是線粒體基因組轉(zhuǎn)錄的lncRNA，其異常穿梭都可能使癌細(xì)胞發(fā)生異常并影響線粒體的代謝。此外，由mtDNA編碼的lncND5、lncND6和lncCyt b 表達(dá)受到線粒體加工蛋白質(zhì)調(diào)節(jié)[61]，同時(shí)它們可與各自ND5、ND6和Cyt b的 mRNA互補(bǔ)形成雙鏈體，穩(wěn)定其伴侶mRNA或調(diào)節(jié)自身表達(dá)[62]。綜上所述，發(fā)現(xiàn)由線粒體編碼的lncRNA可以通過與核編碼的lncRNA相互串?dāng)_或直接調(diào)節(jié)線粒體功能等方式，來維持細(xì)胞及細(xì)胞器內(nèi)的穩(wěn)定，并借此調(diào)控疾病和癌癥的發(fā)生與發(fā)展。

3.4 lncRNA與溶酶體

溶酶體是真核細(xì)胞中最主要的降解細(xì)胞器，其可以通過接收由內(nèi)吞途徑、吞噬途徑和自噬途徑傳遞來的大分子，并對其進(jìn)行降解或再循環(huán)，藉此促進(jìn)細(xì)胞的新陳代謝[63]。而lncRNA則能通過調(diào)控這些過程，介導(dǎo)溶酶體對大分子的降解或再循環(huán)過程。lncRNA可以通過影響LC3(microtubule-associated protein light chain 3)、LAMP-2(lysosome-associated membrane protein 2)、LAMP-1(lysosome-associated membrane protein 1)等參與細(xì)胞自噬通量分子的表達(dá)[64]，以及影響蛋白質(zhì)的泛素化過程(Fig.2C)[65]，參與到細(xì)胞自噬及自噬溶酶體的形成過程。此外，lncRNA還能通過抑制自噬關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑mTOR(mechanistic target of rapamycin)表達(dá)和阻止mTORC1(mTOR Complex1)向溶酶體募集的方式促進(jìn)細(xì)胞的自噬[1, 66]。綜上所述，lncRNA多通過調(diào)控細(xì)胞自噬及自噬溶酶體的形成過程，參與到溶酶體對大分子的降解或再循環(huán)過程。反觀lncRNA參與溶酶體膜形成、溶酶體內(nèi)降解過程以及溶酶體內(nèi)降解酶的合成等方面的研究仍較少，值得進(jìn)一步探索。

4 外泌體中的長非編碼RNA

Fig.2 Schematic diagram of the regulatory mechanism of lncRNA in the cytoplasm (A) Schematic diagram of the micropeptide encoded by lncRNA HOXB-AS3 regulating the growth of colon cancer (CRC) cells. lncRNA HOXB-AS3 encodes a micropeptide that inhibits the growth of CRC cells by binding to hnRNP A1[52]. (B) Schematic diagram of lncRNA MALAT1 regulation of mitochondrial function. lncRNA MALAT1 is aberrantly expressed in mitochondria and binds to mtDNA, thereby altering mtDNA methylation status and mitochondrial function, which includes mitochondrial synthesis, metabolism, mitochondrial phagocytosis and apoptotic processes[59]. (C) Schematic diagram of the process of lncRNA LINRIS regulating ubiquitination of IGF2BP2 (insulin-like growth factor 2 mRNA-binding protein 2). When the expression of lncRNA LINRIS is reduced, it leads to degradation of IGF2BP2 by the ubiquitinated autophagic pathway[65]. (D) Schematic diagram of the mechanism of exosomal lncRNA trastuzumab resistance regulation. The highly expressed AFAP1-AS1 was divided into two parts. One part of AFAP1-AS1 binds to AUF1(AU-binding factor 1) to activate the translation of ERBB2 mRNA, upregulates HER-2 expression and induces trastuzumab resistance; the other part of AFAP1-AS1 is packaged into exosomes to propagate trastuzumab resistance to trastuzumab-sensitive cells[70]

外泌體是封裝脂質(zhì)，蛋白質(zhì)和非編碼RNA等各類小分子物質(zhì)的小細(xì)胞外囊泡(extracellular vesicles，EV)，其可將各類小分子轉(zhuǎn)移至受體細(xì)胞，并介導(dǎo)受體細(xì)胞的表型變化[67]。在研究中發(fā)現(xiàn)，外泌體中含有大量來源不同的lncRNA，這些lncRNA隨著外泌體進(jìn)入受體細(xì)胞并調(diào)控細(xì)胞的表型變化。例如來源于血漿中的外泌體lncRNA可抑制遠(yuǎn)端垂體瘤的生長[68]；人臍帶間充質(zhì)干細(xì)胞(human umbilical cord mesenchymal stem cell，UMSC)衍生的外泌體lncRNA，可防止由衰老引起的心功能性障礙[69]。此外，外泌體lncRNA可將細(xì)胞的耐藥性傳遞到相應(yīng)的敏感細(xì)胞中，從而使該細(xì)胞產(chǎn)生耐藥性。例如在HER2(human epidermal growth factor receptor 2)陽性乳腺癌中l(wèi)ncRNA AFAP1-AS1的表達(dá)可增加乳腺癌細(xì)胞對曲妥珠單抗(trastuzumab)耐藥性，而該耐藥性可隨該細(xì)胞的外泌體lncRNA AFAP1-AS1擴(kuò)散至敏感細(xì)胞中(Fig.2D)[70]。除此之外，lncRNA還會通過誘導(dǎo)多泡體(multivesicular bodies，MVB)轉(zhuǎn)運(yùn)過程影響外泌體的釋放[71]，以及通過靶向與外泌體生成相關(guān)的基因影響外泌體的生成[72]。綜上所述，外泌體lncRNA可在細(xì)胞間進(jìn)行多種多樣的調(diào)控，影響細(xì)胞的進(jìn)程，維持著細(xì)胞的穩(wěn)態(tài)。同時(shí)，lncRNA還在外泌體的生成及釋放過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。此外，外泌體的功能通常取決于其所來源細(xì)胞的類型，所以可根據(jù)這一特性去設(shè)計(jì)不同治療的載體和維持機(jī)體的穩(wěn)態(tài)減少不良反應(yīng)。

5 問題與展望

lncRNA大部分功能與其所在的位置密切相關(guān)。lncRNA可穿梭到細(xì)胞內(nèi)的各個(gè)亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并富集在特定的亞細(xì)胞區(qū)室，激活相關(guān)生物功能。例如在細(xì)胞核內(nèi)的lncRNA可在染色質(zhì)及特定亞核區(qū)室中富集，并主要參與表觀遺傳和轉(zhuǎn)錄水平上的基因調(diào)控；細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的lncRNA多在其特定的細(xì)胞器富集，并主要參與轉(zhuǎn)錄后和翻譯水平上的基因調(diào)控；外泌體中的lncRNA進(jìn)入受體細(xì)胞后可穿梭在其特定的亞細(xì)胞區(qū)室中，并進(jìn)行相應(yīng)的基因調(diào)控。

隨著研究技術(shù)的不斷發(fā)展，我們對lncRNA的研究也逐步深入，并不斷刷新著對lncRNA的認(rèn)知。結(jié)構(gòu)決定功能，任何物質(zhì)的功能發(fā)揮都離不開其特有的分子結(jié)構(gòu)，研究一個(gè)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)是了解其功能及其作用機(jī)制的必要前提。因此，lncRNA分子結(jié)構(gòu)的解析對研究lncRNA的功能及作用機(jī)制至關(guān)重要。但由于lncRNA結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性及其表達(dá)的時(shí)空特異性，導(dǎo)致現(xiàn)在對lncRNA結(jié)構(gòu)特征的研究仍相對較少。所以，lncRNA結(jié)構(gòu)解析及結(jié)構(gòu)與功能關(guān)系仍是接下來研究的重點(diǎn)。同時(shí)由于lncRNA分布與表達(dá)的時(shí)空性，這就給lncRNA的研究帶來了很多的不確定性及難度，并且這一部分的解析又是了解lncRNA具體作用機(jī)制的關(guān)鍵，所以如何更好的去解析及尋找這些lncRNA分布與表達(dá)的時(shí)空性的內(nèi)在聯(lián)系，就成了現(xiàn)在研究亟待解決的問題。lncRNA在體內(nèi)的調(diào)控通常是多種調(diào)控機(jī)制共同作用的結(jié)果，所以在研究過程中不應(yīng)將lncRNA歸為一類獨(dú)立的參與者。

已有研究表明，lncRNA在人類各類疾病的靶向治療和提高動(dòng)物生產(chǎn)性能等方面都充當(dāng)著重要的角色，但其具體的作用機(jī)制還需要更加深入的解析。目前關(guān)于lncRNA的研究大都集中在人類疾病，而對動(dòng)物(例如山羊、奶牛等)的研究相對較少，并且大多數(shù)lncRNA功能注釋數(shù)據(jù)庫也是基于人類基因組數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)下構(gòu)建。而由于物種間差異，這些基于人類基因組數(shù)據(jù)構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫，不足于滿足動(dòng)物研究的需要。而這一現(xiàn)狀很大程度局限了動(dòng)物方面的研究，所以構(gòu)建及完善與動(dòng)物基因組相關(guān)的lncRNA數(shù)據(jù)庫，就成了目前當(dāng)務(wù)之急。此外，隨著現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，與疾病和動(dòng)物生產(chǎn)性能相關(guān)的lncRNA有望獲得更多的相關(guān)性，取得更大的成果，有望進(jìn)一步推動(dòng)人類疾病治療及動(dòng)物產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展。