盘点：非编码RNA与人类疾病关联性亮点研究

人类基因组计划揭示人基因组中有30亿个碱基对，其中1.5%能够编码蛋白质，98.5%是非蛋白质编码基因，这些基因序列一度被认为是垃圾基因。然而随后的ENCODE计划表明，大约75%的人类基因组能被转录成RNAs，当中74%是非蛋白编码RNA（ncRNAs）。

随着基因组学和生物信息学的发展，尤其是高通量测序技术的大量应用，科学家发现了越来越多的非蛋白编码的转录单元（即非编码RNA，ncRNAs），长非编码RNA在许多重要的生物进程中都起着重要作用，在哺乳动物早期发育过程中lncRNA能调节多种细胞中的基因表达，癌细胞中lncRNAs的改变也被发现与肿瘤形成、发展和转移密切相关，近期的研究还发现，非编码RNA，尤其是microRNA参与了炎症反应的发展，它们对稳定和维持一些细胞类型的基因表型特征十分重要。miRNAs和lncRNAs还直接调控DNA损伤反应过程的细胞进展，miRNAs参与了细胞对DNA损伤的几乎所有方面，包括，DNA损伤感知，损伤信号转导，受损DNA修复，激活细胞周期检查点和诱导细胞凋亡。

【1】肝癌发生发展过程中的长链非编码RNA功能研究

在2014肿瘤转化医学研讨会上，孙教授就“肝癌发生发展过程中的长链非编码RNA功能研究”做了精彩演讲。

孙树汉教授现任第二军医大学医学遗传学教研室主任，“遗传学”国家重点学科主任，全军医学分子遗传学重点实验室主任，第二军医大学遗传研究所所长。孙教授的演讲视频已上传至行云学院供交流学习。

原发性肝细胞癌（以下简称肝癌，Hepatocellular carcinoma，HCC）是我国常见恶性肿瘤之一。进一步探索研究新基因的功能与肝癌发生、发展的关系，对揭示肝癌发生、发展的精确分子机制、设计合理的治疗药物及判断预后， 进一步提高我国肝癌的治疗水平具有重要意义。

【2】从心脏病到癌症——长非编码RNA到底发挥了什么作用？

直到近几年才发现人类基因的70%是非编码RNA，非编码RNA不能翻译为蛋白质，但仍在人体中发挥重要作用。Stefanie Dimmeler是首批发现一个microRNA亚群在血管再生中发挥重要作用的研究人员之一，她最近获得了欧洲研究委员会（ERC）的ERC高级研究员资助，这使她能够对另一群非编码RNA进行相关研究。Stefanie Dimmeler相信这一群非编码RNA在心脏病，中风和癌症发生中扮演了重要角色。

"如果你问我人类在进化发育过程中有什么特别的，我会说特别之处就在于存在超过30，000个非编码RNA，并且大部分的非编码RNA只在人类和灵长类动物之间存在。" Stefanie Dimmeler说道。从她研究的心血管再生角度来讲，心血管疾病如动脉硬化只在人类中以特定形式存在，有许多因子，如长非编码RNA，能够对这些疾病进行调控，它们可以通过影响血管内层的内皮细胞帮助器官和组织提供氧气和营养。

【3】长非编码RNA调控大肠癌代谢

长非编码RNA（lncRNA)通常不像正常的RNA一样编码蛋白。然而，它们在调节细胞功能方面确实起到了一定的作用，这引起了癌症研究者们的兴趣。

德州大学MD安德森癌症中心的科学家们发现，一种名为CCAT2的特殊lncRNA在体内和体外对癌症代谢均有调节作用。这些数据在费城4月20日举行的2015AACR年会上有所报道。

"能量代谢的变化是癌症的一个标志，因为恶性细胞可以调节它们的代谢通路来满足它们的能量需求。"实验疗法的教授George Calin博士说。"在我们的研究中，我们发现，CCAT2以一种等位基因特异性方式调节癌症代谢，这种方式与一种已知的大肠癌相关风险因子相匹配。这项研究的新颖性在于，发现了癌症代谢及lncRNAs对其调节的复杂机制。

【4】中国科大发现新型非编码RNA

最近，中国科学技术大学单革教授实验室在国际知名杂志《自然-结构和分子生物学》(Nature Structural & Molecular Biology)发表研究性论文，报导了其实验室发现的一类新型非编码RNA以及此类非编码RNA的功能和功能机理。

非编码RNA是一大类不编码蛋白质而在细胞中起着调控作用的RNA分子。单革教授实验室发现了一类新型的环状非编码RNA，在这类环状RNA中，内含子没有被除去、而是被保留在环形RNA当中，因此这类RNA被作者命名为外显子-内含子环形RNA（EIciRNA）。该文研究了外显子-内含子环形RNA的功能，发现此类非编码RNA可以调控其自身所在的基因的表达。进一步的研究表明，外显子-内含子环形RNA是通过招募U1小RNA蛋白复合物（U1 snRNP）来促进基因转录的起始。

【5】JCI：促发儿童骨肿瘤的非编码RNA

尤文氏肉瘤是骨或其周围软组织癌症，主要影响儿童和年轻成人。尤文氏肉瘤的特点是易位事件的发生，即RNA结合蛋白——EWS与转录因子如FLI1的融合。

以前的研究工作表明，该融合蛋白EWS-FLI1通过改变基因表达，促进癌症，但融合蛋白作用的靶基因是未知的。

发表在Journal of Clinical Investigation杂志上的最新研究表明，一种长链非编码RNA即尤因肉瘤相关转录物1（EWSAT1）是融合蛋白的一个重要作用靶标。

斯坦福大学Alejandro Sweet-Cordero为首的科研团队，确定了尤文氏肉瘤儿童癌细胞EWSAT1的表达增加。此外，他们发现，这种非编码RNA对于癌细胞的生长是重要的，并与EWS-FLI1下游的几种基因相关联。

【6】用CRISPR揭示非编码RNA的秘密

目前许多非编码RNA的具体功能和作用机制还鲜为人知。美国麻省理工的副教授卢冠达(Timothy Lu)在七月十六日的Molecular Cell杂志上发表文章，阐述了一项最新技术在非编码RNA研究领域的应用前景。卢冠达(Timothy Lu)博士是生物工程、电子工程及计算机科学系的副教授，这位青年科学家曾被麻省理工的百年期刊《技术评论》评为世界青年科技创新家。

这篇文章介绍了一个以CRISPR-Cas9为基础的基因组靶向技术，CRISPR-Display (CRISP-Disp)。这一技术是John Rinn博士开发的，能将大片段的非编码RNA送到指定基因组位点。Rinn博士曾被评为2009年美国国内撼动科学界的青年英才，是RNA领域的著名青年科学家。

文章指出，目前CRISP-Disp还需要进一步测试，明确它用于各种人工和天然非编码RNA时的局限。这一技术将成为一个广泛适用的研究工具，帮助人们将非编码RNA带到特定的基因组位点，在那里实现各种各样的功能。

【7】科学家解析癌症与非编码RNA

来自上海交通大学附属瑞金医院的研究人员在新研究中证实，一种叫做ZFAS1的长链非编码RNA(lncRNA)编码基因发生扩增促进了肝细胞癌（HCC）转移。这一研究发现发表在6月11日的《癌症研究》（Cancer Research）杂志上。

在这篇新文章中研究人员报告称利用公开的芯片数据在体内外实验中全面评估了促成HCC的lncRNAs。他们发现了一种lncRNA的编码基因ZFAS1在HCC中频繁扩增，其与肝内和肝外转移及肝癌预后不良有关联。通过结合miR-150破坏它的肿瘤抑制功能，ZFAS1在肝癌进展中发挥癌基因作用。研究人员证实，miR-150可通过抑制ZEB1和基质金属蛋白酶MMP14与MMP16来阻遏肝癌细胞侵袭。与之相反，ZFAS1则可抑制miR-150的这些效应，促进ZEB1、MMP14和MMP16表达。

这些研究结果确立了ZFAS1在肝癌转移进程中的作用，表明它可以作为一个新的候选预后生物标记物以及临床治疗肝癌的一个潜在靶点。

【8】非编码RNA不编码吗？

来自德克萨斯大学西南医学中心的Eric Olson和同事们在分析梳理肌肉特异性的长链非编码RNAs(lncRNAs)以了解它们的功能时，发现了一种在骨骼肌中特异性表达的lncRNA。尽管这一RNA以往被归类为是非编码RNA，它的序列中包含的一小段却看上去好像一个编码区域。这一研究发现发布在《细胞》（Cell）杂志上。

lncRNAs是一类转录本长度超过200nt的RNA分子，缺少特异完整的开放阅读框，无蛋白质编码功能的RNA，在总非编码RNA(ncRNA)中占有相当大的比例。lncRNA起初被认为是基因组转录的“噪音”，不具有生物学功能。然而，近年来的研究表明，实际上lncRNA以RNA的形式在多种层面上（表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等）调控了基因的表达水平。但直到现在人们还普遍认为lncRNA不会编码任何蛋白质。

研究人员证实在体内这一lncRNA编码了一个包含46个氨基酸的微肽，他们将之命名为myoregulin。Myoregulin形成了在结构上与表达于心肌和慢收缩骨骼肌中的另外两种小蛋白：phospholamban (PLN)和sarcolipin (SLN)相似的一种跨膜α-螺旋。

【9】科学家解析癌症中的非编码RNA

来自第二军医大学、复旦大学和中科院的研究人员利用Arraystar LncRNA芯片发现，一种叫做DANCR的长链非编码RNA通过解除对CTNNB1的抑制增强了肝癌的干性特征。该研究成果刊登在国际权威杂志Hepatology。

在这篇新文章中研究人员报告称利用全基因组分析鉴别出了一种与肿瘤相关的lncRNA——DANCR。他们在来自中国和韩国的两个肝癌组群（n = 135 和223）中分析了DANCR的表达水平和DANCR的预后意义。通过人为地调节DANCR（降低表达和过表达），探究了DANCR在肿瘤发生和定植中所起的作用，并采用荷瘤小鼠确定了治疗效应。

研究人员发现，lncRNA-DANCR在干细胞样肝癌细胞中过表达，这可以作为肝癌患者的一个预后生物标记物。一些实验表明，DANCR显著增强了肝癌细胞的干性特征，促进了肿瘤形成以及肝内外肿瘤定植。与之相反，抑制DANCR可以削弱干细胞特性，在体内干扰DANCR的作用可导致肿瘤细胞活力降低、肿瘤缩小，并改善小鼠存活率。

此外，他们还发现DANCR的作用很大程度上依赖于与CTNNB1结合并对其进行调控。DANCR结合CTNNB1阻止了miR-214、miR-320a和miR-199a对CTNNB1的抑制效应。随后他们在体内证实了这一观察发现，揭示出了一个涉及lncRNAs、mRNAs和microRNAs的新肿瘤形成机制。

【10】调控癌症干细胞的非编码RNA

来自中科院生物物理研究所的研究人员在新研究中证实，一种叫做lncTCF7的长链非编码RNA通过激活Wnt信号促进了人类肝癌干细胞自我更新。这一重要的研究发现发表在4月2日的《细胞干细胞》（Cell Stem Cell）杂志上。

在这篇文章中研究人员报告称利用转录组芯片进行分析，他们鉴别出了一种叫做lncTCF7的长链非编码RNA在肝癌肿瘤和肝癌干细胞中高水平表达。LncTCF7是肝癌干细胞自我更新和肿瘤增殖的必要条件。机制研究证实，lncTCF7将SWI/SNF复合物招募至TCF7启动子处调控了它的表达，导致了Wnt信号激活。这些数据表明，lncTCF7介导Wnt信号促进了肝癌干细胞自我更新和肿瘤增殖。

新研究鉴别出了一条基于lncRNA、提高肝癌干细胞致癌活性的Wnt信号调控回路，突显了lncRNAs在肿瘤生长和增殖中的重要作用。

【11】癌症中的非编码RNA

非编码RNA（尤其是microRNA）是众多细胞过程的关键调控子，与发育和癌症进程密切相关。本期Science Signaling杂志通过专题“Noncoding RNAs in cancer”，介绍了这类分子的生理和病理学功能。发现哺乳动物基因组中的非编码RNA，不仅揭示了一类新的生物学调控分子，也促使人们反思细胞生物学中相关理论。非编码RNA主要包括长非编码RNA（lncRNA）和microRNAs（miRNA），它们可以调节转录因子的表达、指导染色质的重组和修饰、减少mRNA的翻译对基因表达进行控制。非编码RNA对维持细胞内稳态非常关键，在疾病特别是癌症中起到了重要的作用。

lncRNA与癌症与miRNA相比，人们对lncRNA的病理和生理功能还知之甚少。中山大学陈月琴教授通过一篇综述文章，介绍了lncRNA在造血作用和血细胞信号传导中的作用。文章指出，lncRNA有望成为诊断和预后指标（甚至治疗靶标），帮助人们诊治白血病和其他血液疾病。（原文：Potential Pathological and Functional Links Between Long Noncoding RNAs and Hematopoiesis）在面对电离辐射时，DNA损伤应答（DDR）是保护基因组完整性的关键机制。此外，癌细胞也利用DDR抵抗临床上常用的放疗和基因毒性治疗。Rashi-Elkeles等人对乳腺癌细胞进行了深度测序，在基因组和转录水平上鉴定与电离辐射应答有关的分子。研究显示，lncRNA可以调控DDR中的核心转录改变。这一发现可以帮助人们更好的理解DDR调控，进而利用这一过程治疗相关疾病。

【12】Nature Methods特辑：非编码RNA

2015开年第一期《Nature Methods》杂志除了评出2014年度技术以外，还对一些热门技术进行了一番展望。在新的一年里，非编码RNA（ncRNA）将依然是人们瞩目的焦点，预计会有更多分析ncRNA功能的新方法涌现出来。

不编码蛋白质的RNA被称为非编码RNA（ncRNA）。从上世纪六十年代的tRNA、八十年代的rRNA、到九十年代的microRNA，ncRNA不断刷新着人们对RNA重要性的认识。随着RNA测序及其衍生技术（比如CaptureSeq）的出现，人们发现了更多种类的ncRNA，比如长度超过200nt且不具有开放阅读框的lncRNA，以及源自启动子、增强子等调控区域的短转录本。

人们逐渐意识到，包括环状RNA（cRNA）、竞争性内源RNA（ceRNA）在内的一些短RNA是其他ncRNA的调控者，比如microRNA。不过，大部分ncRNA的功能至今还未能明确。

为了阐明lncRNA的作用，近年来人们进行了大量的努力和尝试。举例来说，elife杂志上发表的一项研究通过多重敲除小鼠模型，展示了lincRNA对生命和大脑发育的必要性，为日后的大规模lncRNA功能研究奠定了基础。

【13】一个lncRNA可能是成功受孕的关键

最近，日本理化研究所（RIKEN）RNA生物学实验室的Shinichi Nakagawa及其同事发现，一个特别的长非编码RNA（lncRNA），在某些情况下可能对于生育是至关重要的。相关研究结果最近发表在发育生物学国际著名期刊《Development》。

作为先前研究项目的一部分，Nakagawa及其研究小组制备了一种转基因小鼠品系，它们在一个称为Neat1的lncRNA其编码基因上具有一个敲除突变。虽然大多数的lncRNA敲除没有显示明显的效果，但研究人员在这些Neat1敲除雌性小鼠当中发现了很高的不孕率。所以他们打算进一步进行调查。

研究小组发现，大约一半的雌性基因敲除小鼠存在生育问题，要么是不能怀孕，要么是产出很小的幼崽。然而，出人意料的是，这种影响是随机的。一些基因敲除小鼠似乎能正常怀孕，其他一些小鼠则总是不孕，而另外一些小鼠则只在有的时候可孕。Nakagawa说：“一只特定的雌性小鼠可能正常怀孕一次，但是在下一次交配时，就不能怀孕。”

【14】lncRNA研究的利器

长非编码RNA（lncRNA）是长达两百个核苷酸以上的转录本，绝大多数位于细胞核内。虽然lncRNA没有编码任何蛋白质，但它们在不同组织和发育阶段的表达依然具有特异性，这说明lncRNA具有重要的生物学意义。在测序技术的帮助下，人们已经发现了数千种lncRNA，但这些lncRNA的生物学功能依然还是个谜。

研究人员在这项研究中用ChIRP-MS分析了四种ncRNA，捕捉到了与它们发生互作的关键蛋白。Xist是X染色体失活（XCI）所必需的lncRNA。研究显示，在X染色体失活的过程中，Xist lncRNA分两步与多达81种蛋白结合，包括染色质修饰蛋白、细胞核基质蛋白、以及RNA重塑通路（RNA remodeling pathway）中的蛋白。举例来说，蛋白HnrnpK参与了Xist介导的基因沉默和组蛋白修饰，蛋白Spen与基因沉默有关。这项研究为人们提供了一个研究非编码RNA的有力工具，并由此展示了Xist lncRNA在X染色体失活中起到的具体作用。

【15】科学家揭示重要的lncRNA

Duke-NUS的研究团队鉴定了调控棕色脂肪的关键lncRNA，为治疗肥胖症提供了新的靶标。我们身体中存在着两类颜色截然不同的脂肪细胞，白色脂肪和棕色脂肪。白色脂肪负责储存多余的热能以备不时之需，棕色脂肪会燃烧脂肪将其转变为热量。人类的棕色脂肪曾被认为只存在于婴儿时期，不过现在我们知道成年人也有棕色脂肪，它们可以加速代谢燃烧热量。正因如此，棕色脂肪一直是肥胖研究的热点。

【16】揭示lncRNA基因如何发挥沉默大威力

来自加州理工学院的研究人员发现了一类丰富的RNA基因——长链非编码RNAs(lncRNAs)是如何调控一些关键基因的。通过研究一种叫做Xist的重要lncRNA，科学家们确定了这种RNA聚集一组蛋白质，最终阻止女性拥有一条额外的功能性X染色体的机制。在女性胚胎中多出一条功能性X染色体可以导致早期发育阶段死亡。这是研究人员首次揭示出lncRNA基因的详细作用机制。研究论文发表在4月27日的《自然》（Nature）杂志上。

该研究的领导者、生物学助理教授Mitch Guttman说：“多年来，我们都只是将基因视作为是编码蛋白质的DNA序列，而这些基因只占大约1%的基因组。哺乳动物基因组还编码了成千上万的lncRNAs。诸如Xist一类的lncRNAs发挥着重要的结构作用，充当了支架——聚集并组织了参与基因表达和干细胞分化等一些细胞和分子过程的关键蛋白。

【17】我国科学家揭示肝癌中的lncRNA

肝细胞癌（HCC）是原发性肝癌的主要类型， 也是恶性程度最高的肿瘤之一。作为全世界最常见的一种癌症类型，全球每年有超过50万新患者，严重地危害着人们的身体健康。我国是肝癌高发国家，每年约有11万人死于肝癌，其死亡率在我国十大恶性肿瘤的排名中已从第三位上升到第二位。尽管HCC的诊断和治疗已经取得了一定的进展，但其预后情况仍然很差。

上海交通大学医学院附属瑞金医院的研究者对HCC进行了深入研究。他们在HCC中鉴定了一种长非编码RNA（lncRNA），上调它会促进肿瘤转移，导致预后情况差。这项研究发表在六月十五日的Oncogene杂志上。

近年来人们发现，lncRNA在癌症中起到了至关重要的调控作用。研究人员用芯片检测了在HCC和非肿瘤组织之间存在差异性表达的lncRNA，ZEB1-AS1就是其中之一。随后研究人员在体外和体内实验中分析了ZEB1-AS1对肿瘤发展的影响。