生物通報(bào)道：2002年日本學(xué)者Okazaki在對小鼠cDNA文庫進(jìn)行測序時，第一次發(fā)現(xiàn)并鑒定了一類較長的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，并將其命名為長鏈非編碼RNA，也就是我們所知的LncRNA。然而在這種非編碼RNA被發(fā)現(xiàn)后的很長時間里，由于它不參與蛋白質(zhì)的編碼，當(dāng)時認(rèn)為不具有生物學(xué)功能，科學(xué)家們都普遍認(rèn)為lncRNA僅僅是基因的“轉(zhuǎn)錄噪聲（transcriptional noise）”。相比于過去十年間sncRNA（短鏈非編碼RNA，包括microRNA、siRNA、snoRNA 和 PiwiRNA等）的風(fēng)生水起，lncRNA由于序列長度，研究方法的限制而受到了忽視。

一般認(rèn)為，長度大于200nt的ncRNA就可以定義為LncRNA，這是一種和信使RNA結(jié)構(gòu)相似的，缺乏開放閱讀編碼框的非編碼RNA，是RNA聚合酶II的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，主要分布在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中。根據(jù)lncRNA 編碼轉(zhuǎn)錄物的長度，lncRNA可以大致分為五類：lncRNA、基因間區(qū)長鏈非編碼RNA(long- integenic noncoding RNA, lincRNA)、位于基因間區(qū)的超長鏈非編碼RNA(very long- integenic noncoding RNA)、宏RNA(macroRNA)，以及與啟動子相關(guān)聯(lián)的 lncRNA(promoter-associated long RNA)。

雖然最初lncRNA被認(rèn)為是基因組轉(zhuǎn)錄的 “噪音” ，是PolII轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物，但近年來越來越多研究表明lncRNA廣泛地參與基因表達(dá)的調(diào)控，在細(xì)胞的增殖、分化、凋亡以及腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用。而且有些lncRNA還可作為某些功能性sncRNA的前體物質(zhì)，間接性參與靶基因的調(diào)控。

1.LncRNA的特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：LncRNA分子的結(jié)構(gòu)解析對LncRNA的功能及作用機(jī)制研究具有非常重要的作用，但是由于LncRNA處于生物體這個復(fù)雜的整體中，其自身會受到生物體的調(diào)控而發(fā)生相應(yīng)的變化，加之?dāng)?shù)量龐大、分子量大、體外穩(wěn)定性較差、難以結(jié)晶等特點(diǎn)，使得其結(jié)構(gòu)研究很困難重重，目前僅有少量研究報(bào)道其結(jié)構(gòu)。其一級結(jié)構(gòu)即為LncRNA的核苷酸排列順序，曾有報(bào)道指出LncRNA的 Gas5可直接與糖皮質(zhì)激素上的DNA結(jié)合域結(jié)合，進(jìn)而與含有糖皮質(zhì)激素反應(yīng)元件( glucocorticoid response elements) 目的基因競爭并調(diào)節(jié)其表達(dá)。2012年， Novikova等曾報(bào)道了人類SRA LncRNA的二級結(jié)構(gòu)。但目前還沒有更多關(guān)于空間結(jié)構(gòu)( 三級結(jié)構(gòu)及四級結(jié)構(gòu)) 的研究報(bào)道，這是一個全新的未知領(lǐng)域。

LncRNA與mRNA的區(qū)別

2.lncRNA的功能

隨著新一代高通量測序技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展， 大量具備豐富生物學(xué)功能的lncRNA在各類生物體中不斷被發(fā)現(xiàn)。在動物體內(nèi)， lncRNA廣泛參與個體神經(jīng)發(fā)育(2006)、 細(xì)胞周期調(diào)控(2011)、細(xì)胞防護(hù) (2009)、腫瘤發(fā)生及轉(zhuǎn)移(2014)等重要生理過程。

在植物中l(wèi)ncRNA的轉(zhuǎn)錄表達(dá)又常與植物開花(2012)、 雄性不育(2012)、 果實(shí)成熟(2015)、 生物和非生物脅迫應(yīng)答(2015)密切相關(guān)。與動植物相比，關(guān)于lncRNA在微生物中的報(bào)道則相對較少，目前主要集中于病毒和寄生蟲中， 常參與個體穩(wěn)定遺傳(014)、 宿主免疫系統(tǒng)規(guī)避(2015)、持續(xù)性感染(2015)等生物學(xué)功能的調(diào)控。

lncRNA可通過與DNA/RNA結(jié)合或與蛋白結(jié)合而行使其功能。一些lncRNA實(shí)際上是某些調(diào)控RNA（如microRNA或piwi RNA）的前體。與miRNA不同的是，lncRNA沒有一種普遍的作用模式，它以許多不同的方式來調(diào)控基因表達(dá)和蛋白合成。研究發(fā)現(xiàn)，一些lncRNA參與了基因調(diào)控的基本過程，包括染色質(zhì)修飾和結(jié)構(gòu)以及直接的轉(zhuǎn)錄調(diào)控。基因調(diào)控可能以順式（cis）或反式（trans）發(fā)生。lncRNA的轉(zhuǎn)錄后功能包括調(diào)控RNA加工事件，如剪接、編輯、定位、翻譯和降解。

對于lncRNA在胚胎發(fā)育中的作用，Broad研究院的Mitchell Guttman曾這樣描述，維持全能性的蛋白和促進(jìn)分化的蛋白就像戰(zhàn)士。它們各司其職，但需要一些東西來協(xié)調(diào)他們的行動。lincRNA則被認(rèn)為是隊(duì)長，帶領(lǐng)不同蛋白，協(xié)同作戰(zhàn)。

3.lncRNA的作用機(jī)制

目前認(rèn)為，lncRNA 可通過以下幾個水平上參與基因表達(dá)的調(diào)控：表觀修飾水平調(diào)控、轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控、轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控以及作為媒介參與生物學(xué)過程。

表觀遺傳水平調(diào)控：lncRNA 可通過 DNA甲基化或去甲基化、 RNA 干擾、組蛋白修飾、染色體重塑等，在表觀修飾水平調(diào)控基因的表達(dá)， 例如 lncRNA HOTAIR通過與核染色質(zhì)重塑復(fù)合物的相互作用在特定的基因位點(diǎn)誘導(dǎo)異染色質(zhì)形成， 從而降低靶基因的表達(dá)。

轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控：lncRNA 也可以依賴與靶基因的相對位置及序列特點(diǎn)， 例如通過將轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子募集到鄰近的靶基因啟動子上的方式， 在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控靶基因的表達(dá)。 lncRNA 能夠通過多種方式在轉(zhuǎn)錄水平參與基因組調(diào)節(jié)。 如二氫葉酸還原酶（ DHFR） 上游的 1 個 lncRNA 能夠與 DHFR 的啟動子區(qū)域形成穩(wěn)定的 RNA—DNA 的三鏈結(jié)構(gòu)， 進(jìn)而抑制轉(zhuǎn)錄因子 TFIID 的結(jié)合， 從而抑制 DHFR 的基因表達(dá)]。

轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控：lncRNA 可以通過堿基互補(bǔ)配對與靶 mRNA 形成 RNA 二聚體， 阻礙其與轉(zhuǎn)錄因子或 mRNA加工相關(guān)因子的結(jié)合或直接募集翻譯抑制蛋白， 從而調(diào)節(jié)mRNA 的剪接、 翻譯和降解。

作為媒介參與生物學(xué)過程：LncRNA分子可以充當(dāng)分子支架，將兩個蛋白分子綁定在一起進(jìn)而發(fā)揮特定的生物學(xué)功能，或者使特定的核糖核蛋白復(fù)合體定位到染色體的特定部位， 進(jìn)而改變基因( 鄰近基因、 遠(yuǎn)距離基因均可) 的表達(dá)， 發(fā)揮分子向?qū)У淖饔茫�還可以響應(yīng)來自細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外的信號， 充當(dāng)特定信號通路的調(diào)節(jié)劑。

4.lncRNA與疾病

研究已發(fā)現(xiàn)lncRNA在多種癌癥中差異表達(dá)，包括白血病、乳腺癌、肝癌、結(jié)腸癌和前列腺癌。lncRNA失調(diào)的其他疾病還包括心血管疾病、神經(jīng)系統(tǒng)疾病和免疫介導(dǎo)的疾病。

心臟疾病：首先近年來長鏈非編碼 RNA 在心臟分化過程中的作用得到證實(shí)， 在促進(jìn)心肌細(xì)胞分化和維持心臟功能方面發(fā)揮著重要作用。 Han等人發(fā)現(xiàn)， Mha779 在心肌細(xì)胞特異性表達(dá)，并隨胚胎發(fā)育進(jìn)程逐漸升高， 特別在出生后表達(dá)顯著增強(qiáng)。Mha779 在胚胎發(fā)育過程中的變化趨勢與 Myh6/Myh7 的變化一致， 對維持心臟功能具有十分重要的作用。 進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)， Br91-HDAC-Parp 染色質(zhì)抑制復(fù)合體可以靶向Myh6 與 Myh7 之間的啟動子， 進(jìn)而影響 Myh6 的功能， 而Mha779 可以結(jié)合并抑制 Brgl—HDAC-Parp 從而維持心臟功能。

神經(jīng)退行性疾病及精神疾病：在神經(jīng)退行性疾病及精神疾病方面，研究人員逐漸認(rèn)識到哺乳動物腦中不僅存在大量 LncRNA的表達(dá)， 且許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生發(fā)展也常常伴隨著 LncRNA的異常表達(dá)， 有研究報(bào)道，BACE1 的反義轉(zhuǎn)錄本lncRNA BACE1AS在 AD 的發(fā)生發(fā)展中也扮演著非常重要的角色． 在應(yīng)激條件下，BACE1AS 可與 BACE1mＲNA 形成復(fù)合體以增加后者的穩(wěn)定性，防止后者降解，從而有利于β-淀粉樣蛋白的進(jìn)一步聚集． 而進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究也得出相似的結(jié)論，BACE1AS 在 AD 患者及 BACE1轉(zhuǎn)基因小鼠中均高表達(dá)。

糖尿病：糖尿病也與lncRNA有關(guān)，一些研究發(fā)現(xiàn)了lncRNA在糖尿病的發(fā)生發(fā)展中的作用，如胰島素樣生長因子2 ( insulin like growth factor 2， IGF2) 反義轉(zhuǎn)錄本 IGF2AS 以及第 10號染色體丟失的磷酸酶基因誘導(dǎo)激酶 1［ PTENinduced putative kinase 1， PINK1的反義轉(zhuǎn)錄本naPINK1。高濃度的葡萄糖刺激可上調(diào)胰島 β 中IGF2AS 的表達(dá)，暗示 IGF2AS 的表達(dá)可能與血糖濃度相關(guān)。

癌癥：還有最為深入的就是lncRNA與癌癥的關(guān)聯(lián)。大量研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中均具有極其重要的作用 ，它既可作為原癌基因促進(jìn)腫瘤的生成，亦可作為抑癌基因來抑制腫瘤細(xì)胞的增殖、 遷移等。在許多癌癥的發(fā)生發(fā)展中均伴隨著lncRNA異常表達(dá)。如德國的研究人員發(fā)現(xiàn)了長鏈非編碼RNA（MALAT1）促進(jìn)肺癌轉(zhuǎn)移的機(jī)制，并在《Cancer Research》雜志上發(fā)表了這一成果2。他們在體外培養(yǎng)的肺癌細(xì)胞中幾乎完全沉默了MALAT1，發(fā)現(xiàn)它調(diào)節(jié)了許多與癌轉(zhuǎn)移有關(guān)的基因。通過對MALAT1的阻斷，他們有望開發(fā)出抑制癌轉(zhuǎn)移的療法。

第二軍醫(yī)大學(xué)的研究人員也揭示了一種與肝癌微血管浸潤相關(guān)的長鏈非編碼RNA，以及其促進(jìn)血管生成的分子機(jī)制。這一lncRNA或可作為肝切除術(shù)后患者無復(fù)發(fā)生存率不良的預(yù)測因子。該研究成果發(fā)表在著名肝臟疾病雜志《Hepatology》上3。之前，這一課題組的研究人員也曾發(fā)現(xiàn)lncRNA-HEIH在乙型肝炎病毒（HBV）導(dǎo)致的肝癌（HCC）發(fā)生中起重要作用。

5.lncRNA的研究方法

近年來 lncRNA生物學(xué)作用機(jī)制不斷被揭示，如能通過 RNA 序列識別、 靶 DNA 序列雜交、 轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合等方式對靶基因進(jìn)行調(diào)控， 如此多的 lncRNA 作用機(jī)制被報(bào)道與其研究方法的飛速發(fā)展密切相關(guān)。早期研究者主要通過芯片(Microarry)的方式對 lncRNA 的功能機(jī)制進(jìn)行探究， 但 Microarry 只能用于識別已知lncRNA轉(zhuǎn)錄物。之后一些研究人員提出了改進(jìn)的方法，比如Ncode。

耶魯大學(xué)Snyder小組提出的RNA-seq技術(shù)背景信號噪音更低，準(zhǔn)確度更高，不僅能識別新lncRNA還能對其功能以及初級結(jié)構(gòu)序列進(jìn)行分析，目前已成功應(yīng)用于斑馬魚，果蠅胚胎形成過程生物學(xué)功能的研究。目前在lncRNA研究中比較成熟的技術(shù)還有qRT-PCR、Northern blots、 熒光原位雜交(fluorescence in situhybridization, FISH)和RNA基因沉默(RNA interference, RNAi)等。

（生物通）