长链非编码RNA: 从科研到临床（一）
概述
长链非编码RNA (LncRNA)是一类真核生物中长度大于200 nt的非编码RNA分子；根据其与邻近基因的位置可以分为反义lncRNA、增强子lncRNA、基因间lncRNA、双向lncRNA、和内含子lncRNA；它具有多种作用机制，比如在细胞核中作为分子支架、协助可变剪接、调节染色体结构，或在细胞质中调控翻译、促进或抑制mRNA降解、吸附miRNA等。LncRNA具有谱系特异性，参与调控基因组印记、干细胞多潜能分化、胚胎发育[1]、心脏发育[2]、造血与免疫系统[3]以及内分泌系统[4]等多种生物生理学过程。在一系列疾病，比如神经退行性疾病、心血管疾病[5]、肾脏疾病、糖尿病和肿瘤[6]中，都发现了lncRNA的表达紊乱。检测不同细胞或疾病状态下的lncRNA表达量有助于理解其功能、揭示其作用机理、或鉴定有效的分子标志物。
LncRNA分类
虽然关于lncRNA已有很多研究，然而目前只有少量lncRNA的功能完全明晰。依据其与邻近基因的位置关系，可将lncRNA分为反义lncRNA、 增强子lncRNA、基因间lncRNA、双向lncRNA和内含子lncRNA (图一)。LncRNA的位置关系与其作用机制密切相关。比如，增强子lncRNA可以介导其来源的增强子区与基因组上的其他调控元件发生短距或长距的相互作用。另外，有些lncNRA可不依赖其转录产物发挥作用，而是通过转录过程本身影响染色体的易接近性或其它蛋白的结合。根据细胞定位的不同，还可将lncRNA分为细胞核lncRNA和细胞质lncRNA。有些lncRNA则在两个区域同时存在。
图一 根据基因组位置对lncRNA进行分类。反义lncRNA转录自蛋白编码基因的反义链，常与一个或多个正义链上的内含子或外显子重叠。增强子lncRNA位于基因的增强子区。基因间lncRNA位于两个蛋白编码基因之间。双向lncRNA与邻近基因的转录方向相反，位于邻近基因启动子1kb范围内。内含子lncRNA位于编码基因的内含子区。
LncRNA作用机制
LncRNA通过二级或三级结构发挥多种作用机制。大部分lncRNA位于细胞核内，可以作为分子支架、协助可变剪接或调节染色质结构。有些lncRNA也可在细胞质中发挥功能，比如调控翻译，促进或抑制mRNA降解，或者吸附miRNA等（图二）。
图二 lncRNA作用机制。大部分lncRNA位于细胞核内，招募染色质调控因子到DNA。这些染色质调控因子具有抑制或激活转录功能，或者作为核组织因子发挥作用。一些lncRNA还可与特异性蛋白结合，作为核糖核蛋白复合体的支架。在细胞质中，lncRNA通过吸附miRNA，抑制其对其靶向mRNA的作用。一些lncRNA还通过抑制或增强mRNA的稳定性，从而调节mRNA的半衰期。
LncRNA的生物生理学功能
LncRNA参与多种生物生理过程，在基因组印记、X染色体失活、干细胞分化、胚胎发育、脂类代谢和脂肪生成过程中发挥重要功能。
基因组印记和染色体失活
基因组印记是一种重要的发育调控机制，大部分的印记基因参与胚胎发育[7]。目前发现有些lncRNA与基因组印记有关。比如lncRNA Airn为父系来源染色体上gf2r/Slc22a2/Slc22a3基因座的印记沉默所必需。而反义lncRNA Kcnq1ot1参与调控父系染色体上印记沉默区Kcnq1基因的功能。在雌性哺乳动物发育过程中，Xist可导致失活X染色体上的大部分基因表达受抑制，而活性X染色体上的基因表达则不受其影响。
干细胞多潜能分化
超过100多种lncRNA的启动子区可与干细胞因子结合。这些lncRNA的表达失调会导致细胞的分化状态改变[8]。其中，lincRNA-RoR参与纤维母细胞的干细胞重编程，使纤维母细胞恢复至多潜能状态。因此，这些lncRNA在正常发育和成体干细胞库的更新维持中都发挥重要功能。
胚胎发育
由HOX基因编码的转录因子家族参与调控胚胎发育和细胞定向分化[3]。一些lncRNA直接参与HOX基因的转录表达调控。比如lncRNA HOTTIP与WDR5 (组蛋白修饰复合物MLL1的关键组分之一)结合，催化HOXA基因座的H3K4me3标记，维持HOXA基因的转录激活状态。另外一个lncRNA HOTAIR，可以招募抑制性复合物PRC2，抑制HOXD基因的转录。
