lncRNA与miRNA相互作用对疾病的影响

2016年2月第36卷第2期基础医学与临床Basic&ClinicalMedicineFebman，2016Voi．36No．2文章编号：1001—6325{2016)02—0267—05lncRNA与miRNA相互作用对疾病的影响易红，张政+(重庆医科大学细胞生物学及遗传学教研室，重庆400016)短篇综述摘要：长链非编码RNA(1ncRNA)与微小RNA(miRNA)之间存在相互调控关系。lncRNA可作为一种竞争性内源性RNA(ceRNA)与miRNA相互作用，参与靶基闵的表达调控，反之，miRNA可通过RNA诱导沉默复合物(RISC)调控IncRNA发挥生物学功能，两者共同参与多种疾病的发生。关键词：长链非编码RNA；微小RNA；相互作用；疾病中图分类号：R394．3文献标志码：ATheinflueneeofinteractionbetweenlncRNAandmiRNAondiseasesYIHong，ZHANGZheng+(Dept．ofCellBiologyandMedicalGenetics，ChongqingMedicalUniversily，Chongqing400016，China)Abstract：Thereisainteractionbetweenlongcon—codingRNA(1ncRNA)andmicroRNA(miRNA)。lncRNAcaninteractwiththemiRNAasacompetingendogenousRNA(ceRNA)toparticipateintheexpressionregulationoftargetgenes．WhereasmiRNAcanregulatelncRNAtoexertbiologicalfunctionsbyRNA—inducdesilencingcomplex(RISC)．TheinteractionbetweenIncRNAandmiRNAparticipatesintheoccun'enceofvariousdiseasestogether．ThisreviewsummarizestheoutcomesofinteractionbetweenlncRNAandmiRNA0ndisease．Keywords：lncRNA；miRNA；interaction：diseases随二代测序的广泛应用与累积的研究数据发现，曾被认为是基因在进化过程中积累的无功能“垃圾序列”长链非编码RNA(10ngcon—codingRNA，lncRNA)和微小(microRNA，miRNA)，不但在细胞分化、个体发育等生命过程中扮演着重要角色，而且还能相互作用参与疾病的发生。虽然其相互作用机制及对疾病的影响仍处于初步探索阶段，但可以肯定所蕴含的信息十分丰富，其参与表达调控的分子机制也多种多样‘1J。1IncRNA和miRNA简介1．1IncRNA的生物学特点、作用机制及功能lncRNA是一类位于细胞核或胞质内长度大于200nt的非编码RNA，具有相对较长的核苷酸链，其分子内部具有特定而复杂的二级空间结构，能提供与蛋白质结合的多个位点，或与DNA、RNA之间通过碱基互补配对原则发生特异性、动态性相互作用，形成由IncRNA参与的复杂、精确而微妙的基因表达调控网络。2。lncRNA具有组织特异性、细胞特异性、发育阶段特异性、时空特异性及疾病特异性，广泛参与细胞分化、代谢和增殖等，并与多种疾病关系密切：孔。IncRNA南RNA聚合酶Ⅱ转录，同时被盖帽与加尾而形成的小分子RNAL4j。lncRNA可作为人类基因组中一类重要的表观遗传调控因子，以RNA形式通过表观遗传、转录剜控及转录后调控等多种层收稿日期：2015—06．05修回日期：2015—07—17基金项目：国家自然科学基金(81270912)；重庆市科委自然科学基金(CSTC2013jcyjAl0044)+通信作者(correspondingauthor)：zhangzhen992@163．com万方数据268基础医学与临床Basic＆ClinicalMedicine2016．36(2)面调控DNA甲基化、组蛋白修饰和染色质重构，使基因沉默或激活归o。lncRNA是调控基因表达的新重点。lncRNA主要通过四种方式发挥生物学功能旧J：1)“支架”功能。lncRNA可作为蛋白质复合物的骨架把两个表观修饰的酶联合在一起。2)“向导”功能。引导型lncRNA通过与DNA或蛋白质结合，可将特定复合体引导到正确染色体位置上。3)“诱饵”功能。lncRNA可作为“分子诱饵”诱导特定蛋白并与之结合，使其序列下游的反应受到阻碍。4)“信号”功能。当细胞受到特定刺激后，能表现出相应的组织特异性，具有作为疾病生物学标记潜力。1．2miRNA的生物学特点、作用机制及功能miRNA是一类长度约为22nt的内源性单链非编码小分子RNA，由带茎环结构的双链RNA前体剪切而成，具有高度保守性、时序性和组织特异性。一种miRNA分子可以调控多达200个靶基因的表达，且约有1／3人类基因受miRNA调控’7。。在生物整个发育过程中，miRNA主要通过两种方式调节靶基因的表达：1)miRNA的57与靶mRNA的3’．UTR之间形成不完全的碱基互补，抑制靶mR—NA表达旧j。2)miRNA与靶mRNA之间完全互补，引起靶mRNA的降解一J。由此可见，miRNA对基因的调控是一个动态过程。miRNA广泛参与各种生理和病理过程，如：发育、分化、细胞增殖、凋亡、肿瘤发生及转移等。2IncRNA与miRNA的相互调控2．1IncRNA调控miRNAIncRNA对miRNA的调控途径可分为6方面，如图1所示：1)lncRNA通过与特定miRNA相互作用，使lncRNA降解；2)lncRNA可作为miRNA的诱饵，抑制miRNA与靶基因mRNA结合；3)lncRNA可发挥内源性miRNA海绵的功能，抑制miRNA表达；4)lncRNA通过与miRNA竞争结合靶基因mR-NA的3’UTR，间接抑制miRNA对靶基因mRNA的负向调控；5)lncRNA可产生miRNA，对靶基因mR—NA进行调控；6)lncRNA还可作为ceRNA(compe-tingendogenousRNA，ceRNA)与其他RNA转录本竞争结合相同的miRNA，降解靶基因mRNA。其中，最主要的是ceRNA途径，即lncRNA可作为ceRNA通过miRNA应答元件(miRNAresponseelement，MRE)竞争结合具有相同MRE的miRNA调控基因表达，影响细胞功能[1m11]。在研究人和鼠的骨骼肌分化过程中，发现具有MRE转录本的lncRNA可以竞争结合miRNA，调控miRNA及靶基因表达‘12I。miRNA日I起IncRNA降解IncRNA作为m垠NA的海绵或诱饵m承NAIIl。RNAiIncRNA与milUNA竞争结合mKNAlIncRNA生成miKNA图lIncRNA对miRNA的调控途径FigITheregulationpathwayofIncRNAtomiRNA万方数据易红lncRNA与miRNA相互作用对疾病的影响2692．2miRNA调控lncRNAmiRNA可以靶向大量蛋白质编码基因，也可以靶向lncRNAlt3]。多数IncRNA的结构与mRNA具有一定相似性，这提示miRNA可通过类似于mRNA的作用机制，即通过其“种子序列”直接结合到靶基因mRNA的37UTR，或与编码序列的互补序列特异性结合而识别靶标，并通过RISC(RNA—inducdesi—lencingcomplex，RISC)来发挥调控基因的作用，如图2。miR。21能抑制IncRNA—GAS5-14|，用生物素标记GAS5一RNA探针能捕获RISC的关键蛋白AG02。这提示miRNA主要通过AG02途径调控lncRNA发挥生物学功能。IncRNA5’完矧㈣基耐∥IncRNA降解0AG02途径3‘心一互糊一对●—◆B。，／图2miRNA通过AG02途径调控IncRNAFig2miRNAregulateslncRNAbyAG02pathway3IncRNA-miRNA相互作用对各系统相关疾病的影响长期以来，人类对疾病的研究都集中在蛋白编码基因上，而研究发现，非编码RNA，特别是ln—cRNA和miRNA在疾病发生发展过程中也扮演着重要角色。lncRNA和miRNA可以多位点、多靶标地相互调控影响疾病发生，并通过调节自身相对丰度来调控相互作用，这种IncRNA．miRNA调节基因表达模式实现了二者之间的交流和调节，并推动生理和病理过程，如细胞分化、增殖、凋亡及疾病的发生发展¨川。3．1IncRNA—miRNA相互作用与神经系统疾病在神经胶质瘤中，低表达XIST后，XIST能调控miR．152激发胶质瘤干细胞抑制细胞增殖、迁移、侵袭和促进凋亡的功能【l6|。体外实验发现，在胶质瘤及胶质瘤干细胞中过表达miR一152时，XIST表达水平降低；反之，当低表达miR一152时，XIST表达水平升高。相同结果也在动物实验中得到了验证。这提示XIST与miR．152相互调控产生了一个双负反馈作用，影响胶质瘤的发生发展。但XIST能否作为胶质瘤的一个生物学靶点，还有待进一步研究。3．2incRNA．miRNA相互作用与运动系统疾病在成肌细胞中沉默H19和敲除H19基因的小鼠中骨骼肌的分化明显减少。H19的外显子l编码两个保守的miRNA：miR-675—3p和miR一675—5p，且它们存在于骨骼肌分化过程中Ⅲ1。在成肌细胞分化过程中肌细胞生成随H19消耗而被抑制，但随miR一675．3p和miR一675．5p的表达而逆转。缺乏H19的小鼠在肌肉受损后显示异常的骨骼肌再生，但高表达miR一675—3p和miR一675．5p后这种异常现象被抑制。但H19与miR一675—3p及miR．675—5p之间的具体作用机制对肌细胞的影响不清楚，仍需进一步研究。3．3lneRNA-miRNA相互作用与消化系统疾病在食管鳞状细胞癌(sophagealsquamouscellcarcinoma，ESCC)中¨8|，实验证实：MALATl通过miR-101和miR．217实现对ESCC细胞的转录后调控。沉默MALATl后，可上调P21和P27的表达和下调B—MYB的表达，阻止细胞周期中G：／M期，抑制ESCC细胞增殖。此外，在过表达miR一101和miR-217或干扰MALATl的表达后，ESCC细胞的迁移和侵袭受到抑制，这可能由于受到了MALATI的下游基因，如MIA2、HNF4G、ROB01、CCT4和CTHRCI的反向调控。同样在动物实验与42对ESCC及临近癌旁组织样本中发现，MALATl与miR．101、miR-217存在明显的负相关性，但是否存在相互调控关系，仍待研究。在胃癌(gastriccancel"，GC)019J中，E2F1诱导In—cRNA-ANRIL调控细胞增殖是通过抑制miR一99a／miR-449a的表达，并通过mTOR和CDK6／E2F1信号途径绑定PRC2，形成一个正反馈环路实现。这提示在GC发展中，ANRIL与miR．99a／miR．449a互交作用调控细胞增殖。ANRIL作为一个生长调节器，可能作为胃癌预后的生物标记和治疗新靶标。万方数据270基础医学与临床Basic：&ClinicalMedicine2016．36(2)3．4IncRNA—miRNA相互作用与呼吸系统疾病在肺癌细胞L9981中，过表达miR一449a后，ln—cRNA．NEATl(nuclearenrichedabundanttranscript1．NEATl)的表达降低，细胞增殖受抑制且凋亡增加，G，／G。，期变长，而s、G：／M期变短；当低表达miR一449a后，NEATl表达水平升高，细胞增殖明显心⋯。由此推测，miR一449a通过调控NEATl影响肿瘤细胞增殖、迁移和肿瘤生长，但NEATI能否反向调控miR一449仍不清楚，需要大量临床和基础实验证实。3．5IncRNA-miRNA相互作用与免疫系统疾病在急性巨核细胞白血病(acutemegakaryoblasticleukemia，AMKL)中，lncRNA—MONC和lncRNA—MIRl00HG在AMKL幼稚细胞中呈高表达；MONC与MIRl00HG的表达与miRNA群：miR一99a～125b一2和miR一100～125b—l密切相关，在沉默MONC和MIRl00HG后，患病初期的AMKL细胞增殖受到严重抑制旧¨。在慢病毒lncRNA载体中，进一步发现，MONC、MIRl00HG与miRA群：miR．99a～125b。2和miR．100—125b。1可以相互作用共同调控骨髓性白血病的发展。能否使MONC和MIRl00HG成为白血病治疗的新靶点，需要进一步探索其功能及在白血病中的特异性。3．6IncRNA-miRNA相互作用与循环系统疾病血管平滑肌细胞(vascularsmoothmusclecell，VSMC)异常调节血管紧张素II(AnglI)导致动脉粥样硬化和高血压。高通量测序分析发现：lncRNA—An9362作为miR．211和miR一222的宿主转录本，其相互作用调控AngII引起起血管平滑肌细胞增殖-22I。尽管An9362与miR一211及miR一222之间的关联已被广泛研究，但仍有许多问题，限制其服务于临床诊断与治疗。3．7incRNA-miRNA相互作用与泌尿系统疾病在前列腺癌中，相对于低侵袭前列腺上皮细胞系P69、H19和miR．675在高侵袭前列腺癌细胞系M12中的表达上调。进一步实验证实，在PC3细胞中过表达H19，不仅miR一675的水平明显升高，而且能抑制细胞迁移；然而，在M12细胞中过表达H19，不会增加miR一675的表达，也不会影响细胞迁移。此外，在p69细胞中，H19和miR一675的表达水平与转化生长因子13诱导蛋白(transforminggrowthfactorinducedprotein，TGFBI)是成负相关的，而TGFBI是一个参与肿瘤转移的细胞基质外蛋白L23]。总之，H19与miR一675相互调控在前列腺癌的转移中扮演着重要的角色。在肾细胞癌(renalcellcarcinoma，RCC)中，沉默MALATl后，miR．205的表达上调，并抑制细胞增殖、迁移和侵袭，促进细胞凋亡。反之，在过表达miR．205后，MALATI的表达明显降低卫4|。提示MALATI和miR．205之间存在相互调控关系，阐明它们之间的相互作用机制，MALATl有望成为RCC新的治疗靶点。3．8incRNA—miRNA相互作用与内分泌系统疾病在糖尿病(diabetesmellitus，DM)中，糖尿病最主要的并发症是糖尿病。肾病(diabeticnephropathy，DN)。DN最主要的病理学特点是细胞外基质(ex—tracellularmatrix，ECM)在肾小球大量的堆积，但DNA的甲基化，lncRNA和miRNA都会影响ECM的堆积，导致疾病的发生。研究证实，lncRNA-PVTI和TGF一131在系膜细胞中的表达是上调的。在高糖和TGF一131的作用下，PVTl的衍生出的miR一1207—5p在肾细胞中的表达量明显增多，但是TGFl31独立于PVTlE25]。这些证据提示miR．1207—5p和他的宿主基因PVTl在糖尿病肾病中的发病机制复杂，具体机制如何还尚不清楚。4问题与展望lncRNA与miRNA相互调控，构成了一个复杂的分子调控网络，研究证实其与多种疾病发生发展密切相关，但具体机制研究仍处于初步探索阶段：绝大多数的lncRNA与miRNA相互调控机制不明；现阶段研究手段相对单一；疾病的发生发展原因复杂，是多步骤、多影响因素的过程，不同阶段不同情况，不能一概而论；同一疾病甚至受到多种IncRNA和miRNA的调控，其复杂的相互作用网络也对研究成果向临床实践的转化提出挑战。因此，需要建立相应的IncRNA数据库及开发更有效的软件来发现ln—cRNA与nfiRNA相互作用网络；探索更系统的研究方法对lncRNA的结构和功能进行全面研究；In-cRNA与miRNA作用机制研究应结合临床实践，为深入揭示lncRNA与miRNA互相作用在疾病发生发展中的机制及疾病的临床预测、诊断和治疗提供一类新的靶点。万方数据易红hmRNA与miRNA相互作用对疾病的影响27l参考文献[1]YinZ，GuanD，FanQ，eta1．LncRNAexpressionsigna—turesinresponsetoenterovims71infeetionJ】．BiochemBiophysResCommun，2013，430：629—633．[2]SchaukowitchK，KimTK．Emergingepigeneticme(ha—nismsoflongnon—codingRNAs[J]．Neuroscience，2014，264：25—38．[3]KuriharaM，ShiraishiA，SatakeH，eta1．Aconser(ednon—codingsequencecanfunctionasaspermatocyte--specific：en—-haneerandabidirectionalpromoterforaubiquitouslyex—pressedgeneandatestis·-specificlongnon--codingRNA[J]．JMolBiol，2014，426：3069—3093．[4]GeislerC，LojekL，KhalilAM，eta1．Decal)pingofhmgnoncodingRNAsregulatesinduciblegenes[J]．MolCell，2012，45：279—291．[5]SunM，KrauswLFrom(1iscoveD,tofunction：theexpan—dingrolesoflongnoncodingRNAsinphysiologyanddis—ease[J]．EndocrRev，2015，36：25—64．[6]RobertsTC，MorrisKV，WeinbergMS．Perspectivesontheinechanismoftranscriptionalregulationbylonglion—codingRNAs[J]．Epigenetics，2014，9：13-20．17]suiWG，IjnH，PengWJ，eta1．Molecula‘dysfonetionsina—cuterejectionafterrenaltransplantationrevealedbyintegratedanalysisoftranscriptionfactor，nlicroRNAandlongnon—codingRNA[J]．Genomics，2013，102：310—322．[8]TayY，KatsL，SalmenaL，eta1．Coding—independentregu—lationofthetumorsuppressorPTENbycompetingendoge—nousmRNAs[J]，Cell，2011，147：344．357．19]LeucciE，PatellaF，WaageJ，eta1．microRNA一9targetsthelongnon—codingRNAMALATIfordegradationinthenucleus[J]．SciRep，2013，3：e2535．110]TayY，RinnJ，PandolfiPP．ThemuhilayeredcomplexityofceRNAcrosstalkandcompetition[J]．Nature，2014，505：344—352．[11]GuoG，KangQ，ZhuX，etⅡ7．AlongnoncodingRNAcriticallyregulatesBcr．．Abl·mediatedcellulartransforma—-tionbyactingasacompetitiveendogenousRNA[J]．0n—cogene，2015，34：1768一1779．[12]CesanaM，CacchiarelliD，LegniniL．eta1．Alongnon—codingRNAcontrolsmuscledifferentiationbyfunctioningasacompetingendogenousRNA[J．．Cell，2011，147：358—369，[13]LiJH，LiuS，ZhouH，eta1．starBasev2．0：decodingmiRNA—ceRNA，miRNA—ncRNAandproteinRNAinterac一*ionnetworksfromlarge—scaleCLIP—Seqdata[J]．NucleicAcidsRes，2014，42：92—97．[14]ZhangZ，ZhuZ，WatabeK，eta1．NegativeregulationoflncRNAGAS5bymiR一21[J]，CellDeathDiffer，2013，20：1558—1568．[15]SalmenaL，PolisenoL，TayY，eta1．AceRNAhypothe—sis：therosettastoneofahiddenRNAlanguage[J]．Cell，2011，146：353—358．116jYaoYL，MaJ，XueYX，eta1．Knockdownoflongnon一(‘()(1ingRNAXISTexertstunlorsuppressivefunctionsinhumanglioblastomastemcellsbyup-·regulatingmiR．r152lJ]．CancerLet(，2015，359：75—86．[17]DeyBK，PfeiferK，DuttaA．Thenl9longnoneodingRNAgivesrisetomicroRNAsnfiR·-675··3pandmiR·-675—·5ptopromoteskeletalnlHscledifferentiationantlregenerationlJ]．GenesDev，2014，28：491—501．[18]WangXY，LiM，WangZQ，eta1．Silencingoflongnon—codi,lgRNAMALATIbymiR一10IantinfiR一217inhibitsproliferation，migration，andinvasionofesol*hagealsqua—InoHscellcallcinomacells『J]．JBiolChem，2015，290：3925—3935．。19jZhangEB，KongR，YinDD，eta1．Longnon—codingRNAANRILindicatesapoorprognosisofgastriccancelandpronlotestumorgrowthbyepigeneticallysiMicingofmiR一99a／ndR一449a[J]．Oncotarget，2014，5：2276—2292．120]YouJ，ZhangY，LiuB，eta1．MieroRNA一449ainhibits,：ellgrowthinlungcanceraudregulateshmgnoncodingRNAnuclearenrichedabundanttranscript1[J]．IndianJCanter，2014，3：e77一e81．[21]EmmrichS，StrehsovA，SehmidtF，eta1．LincRNAsMONCandMIR100HGactasoncogenesinacutemegakarynl)lasticleukenda[J]．MolCancer，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