LncRNA在神经系统发育和损伤修复中的研究进展

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长链非编码RNA（LncRNA）是一类长度大于200nt，缺乏显著开放阅读框（ORF）的非编码RNA（ncRNA）。LncRNA不仅参与了神经系统的生长发育和功能完善，而且参与神经系统损伤之后再生过程。LncRNA通过调控某些重要编码基因的表达，使神经系统按照一定的时间顺序和在一定的空间内进行生长和发育，并且参与执行神经系统的功能。此外，LncRNA异常表达同神经系统再生过程相关。现在实验已证实，LncRNA参与了脑发育、神经元分化、突触可塑性的发生发展。因此，深入研究神经系统中LncRNA功能和作用机制，将丰富我们对神经系统发育、功能及疾病的认识，同时也可为某些治疗药物的设计与研发提供新思路。因此，笔者就LncRNA在神经系统发育和损伤后修复的研究进展简要综述如下。

LncRNA的种类和功能

长链非编码RNA其本身不编码蛋白质，但具有特定的二级结构，在表达上具有时间和空间特异性。Okazaki等于2002年在对小鼠的全长cDNA文库大规模测序的过程中首次描述了LncRNA。近年来研究表明，LncRNA能够在表观遗传学、转录水平以及转录后水平调控基因表达，参与到物种进化、胚胎发育、物质代谢和疾病发生发展等过程。随着LncRNA的功能慢慢被人们认识和接受，它逐渐成为分子领域的研究重点和热点。

LncRNA的种类

Mercer等根据LncRNA在基因组上相对于蛋白编码基因的位置，将LncRNA大致可分为以下5类：（1）正义LncRNA，重叠在蛋白质编码连上；（2）反义LncRNA，重叠在蛋白质反义链上；（3）双向LncRNA，LncRNA序列在蛋白质反义链上，但不与蛋白质编码基因反义链重叠，而是与转录起点相距>1000个基点，且转录方向相反；（4）内含子内LncRNA，LncRNA与蛋白质编码基因无关，而是位于另一个转录本的内含子；（5）基因间LncRNA，LncRNA存在基因之间，其序列不与任何蛋白编码基因相邻近。

LncRNA的功能

根据目前已发现的LncRNA的相关数据，Mercer推测LncRNA可能有以下几种作用机制：（1）重塑染色质的结构，通过利用特异性基因位点的染色质重塑复合体，LncRNA使染色质重塑，进而使基因的表观遗传学发生改变；（2）在转录水平调节基因表达，①LncRNA可以与转录因子结合，可以表现增强或者沉默转录因子的作用，进而参与到基因的转录过程中；②LncRNA与RNA聚合酶Ⅱ依赖基本的转录元件相互作用，可以影响全身性的改变；（3）转录后水平调节基因表达，LncRNA通过特异性地识别互补序列，参与到转录后的剪接、运输、修饰、翻译和降解等多个环节。

LncRNA在神经系统生长发育及功能完善中的作用

LncRNA调控神经系统生长发育

在对神经系统的基因研究中发现，非编码RNA在特定的时间和空间进行正确的表达对神经系统生长发育有着重要的作用，LncRNA作为非编码RNA的重要组成部分参与了神经元分化、脑发育、突触可塑性。LncRNA参与神经系统生长发育的调控，使得神经系统按照正常的时间和空间顺序进行生长和分化。

LncRNA在胚胎时期参与胚胎细胞向神经细胞分化过程。在对胚胎时期的基因分析发现，LncRNA对周围有关神经分化和细胞形态维持的编码基因[脑源性神经营养因子（Bdnf）、脑发育同源蛋白1（Dbx1）、烷基化修复蛋白B同源体1（Alkbh1）、人神经源性分化蛋白2（Neurod2）、神经元相关的细胞粘附分子（Nrcam）]有着密切的关系，这对胚胎时期的脑分化有着潜在的调节作用。

在对神经干细胞的研究中，LncRNA参与调控其向神经细胞分化。例如Ng等发现LncRNA_ES1、LncRNA_ES2和LncRNA_ES与神经干细胞干性的维持和分化的方向有密切的联系。Guttman等在2009年通过分析小鼠神经元（包括神经前体细胞）染色质发现了至少1000个保守的基因间LncRNA，并对其维持胚胎干细胞的干性进行了初步的假设和证实。随后，通过基因功能组学分析发现，这些基因间的LncRNA不仅参与了小鼠腹侧前脑来源的神经干细胞分化，而且通过调控某些重要基因的表达参与到脑老化、小鼠海马发育、γ-氨基丁酸（GABA）能神经元分化、少突胶质细胞髓鞘形成、G蛋白偶联受体、环磷酸腺苷反应元件结合蛋白（CREB）分子介导的转录调节和钙调神经磷酸酶依赖的信号传导通路。

近年来研究发现，LncRNA与神经发育阶段的蛋白编码基因相关，对于神经细胞固有形态和特征的维持也有着重要作用。例如Sox2是神经干细胞分化和神经生长的重要调节因子，来源于Sox2的LncRNASox2ot是一段保守的转录序列，通过调控Sox2的编码基因，进而参与到神经干细胞分化和神经细胞的再生。

LncRNA参与神经系统功能的行使

神经系统功能的行使主要依靠神经通路，神经通路是神经系统功能的体现，而完整的神经通路不仅仅需要神经元细胞，更需要依赖传递过程中产生的一系列复杂动态变化的介质和信使。LncRNA出现在神经系统的某些区域，呈现特异性富集。Mercer利用高通量芯片技术在成年小鼠脑内发现了849条LncRNA，且大部分LncRNA特异性分布在的脑解剖区域、细胞类型和亚细胞器内；许多LncRNA分布在海马皮层嗅球和小脑，并呈现显著的特异性；这些在特定区域出现的LncRNA参与了该区域某些特殊的神经细胞活动，同时也参与了各区域间功能连接的分子机制和神经网络结构。

LncRNA通过调控神经传导的中间产物的基因表达参与到神经系统功能的行使。例如BC1是一种位于神经细胞树突的LncRNA，通过结合转录因子而导致下游信使蛋白的变化，参与到突触后信号传递的调节，并且通过与真核起始因子4A（eIF4A）和多聚腺苷酸结合蛋白的相互作用，阻碍核糖体RNA亚基与mRNA的结合抑制蛋白质的翻译过程，体内外研究已经证明，BC1的缺失会引起神经的过度兴奋。

LncRNA还参与运动神经功能的完善。CRG是脑内运动相关基因钙调蛋白依赖丝氨酸蛋白激酶（CASK）下游的一个LncRNA，CRG是CASK启动子区募集RNA聚合酶的必要分子，并可增强CASK的表达；当果蝇的LncRNACRG发生突变时，果蝇运动减少并出现攀爬障碍，此时检测发现CASK蛋白表达水平显著降低，人为使CASK表达水平恢复后，果蝇出现运动增多和攀爬障碍缓解。突触后神经元内复杂的信号转导被认为是突触可塑性的分子生物学基础，突触的可塑性对维持神经通路信号传导的稳定性有着有关键性的作用，它是学习和记忆行为的基础，而LncRNA在调节突触可塑性方面具有重要意义。LncRN**200可选择性地定位于突触后神经元树突内，通过阻断转录起始来调节局部蛋白合成以影响信号转导和记忆行为的产生。综上所述，LncRNA参与了生理条件下的神经系统的生长发育和功能的行使。

LncRNA在神经损伤修复过程中的作用

和其他损伤组织不同，神经系统损伤特别是中枢神经系统（CNS）在损伤后轴突不可再生。过去认为神经系统受到损伤不可再生的主要因素是神经系统损伤后的外源性（抑制因子、受损区域胶质瘢痕）因素。但研究证实，在消除外源性抑制因素之后，仅有少量的轴突再生，大量的神经元轴突仍没有获得再生的能力。因此，相比较神经损伤后的外源性因素，神经损伤的内源性因素更为重要。LncRNA是近年来发现的具有内源性调控作用的一类RNA，其调控机制复杂，种类众多。研究神经损伤中的LncRNA表达谱变化可以为神经损伤后的神经再生提供新的治疗思路。神经损伤具有高致残率、低死亡率的特点，目前尚无有效的治疗方法。近年来对于神经损伤的治疗策略主要包括干细胞增殖、分化以及神经元轴突伸长，LncRNA不仅能够调控神经干细胞的干性，还可以通过调节神经再生过程中的靶蛋白来调控神经元细胞的再生和分化。

LncRNA调控神经干细胞的干性。SOX2是一种维持神经干细胞干性的经典分子，而LncRNARMST可以负向调节SOX2的表达，从而促进神经干细胞分化。REST是位于LncRNARMST上游的一种抑制神经再生的转录因子，可以负向调节LncRNARMST的转录，在神经干细胞中LncRNARMST很少表达，而SOX2表达正常，神经干细胞干性得到了维持。当神经干细胞分化时，REST表达下降，促进了LncRNARMST的增加，进而结合SOX2负向调节神经干细胞干性。神经系统在损伤后出现了LncRNA的差异性表达。

在体外，取孕鼠的大脑皮层神经元，通过模拟体内缺血性神经损伤之后，基因芯片分析LncRNA和mRNA表达谱发现大约有7455个LncRNA和6965个mRNA发生了差异性表达，该差异性表达的LncRNA和mRNA与神经再生相关因子（Abl1、Camk2d、Ntrk2、BDNF）、细胞粘附因子（Cdh4、Itgb1、Ncam1、Negr1、Nrxn1）和细胞周期相关因子（Axin2、Fgfr1、Igf1r、Prkcb）相关。LncRNA参与了神经系统再生过程。对损伤一定时间后的大鼠坐骨神经的LncRNA和mRNA表达谱进行分析，发现105个LncRNA出现差异性表达，差异性表达的LncRNA和mRNA的功能主要是胶质细胞迁移，并与MAPK通路相关度较高，随后降低细胞内LncRN**089918表达水平，发现神经细胞轴突变长，表明LncRNA对神经再生起着抑制作用。综上，LncRNA不仅维持神经干细胞干性，而且通过调控下游蛋白的表达，促进或抑制神经再生。

展望

随着基因调控研究的深入和更多生物学方法的出现，LncRNA的功能被更多的挖掘，学者们已经发现一些LncRNA在神经损伤中发挥着重要的作用。目前LncRNA的功能和机制尚处于研究阶段，但已经证实LncRNA参与调节神经干细胞干性、增殖和分化以及神经元轴突的伸长。我们认为神经损伤的治疗策略应该包括神经干细胞增殖分化来补充缺损的神经元细胞，且对已有神经细胞轴突伸长和恢复神经细胞相关结构来维持神经元细胞的功能，我们相信，对LncRNA的深入研究可能为神经损伤，尤其是中枢神经损伤这一世界难题的解决带来曙光。

来源：中国脊柱脊髓杂志2015年第25卷第2期