3. 2 LncRNAs 与诱导多能干细胞 ( Induced pluripotent stemcells,iPSCs) 已经分化成熟的体细胞( 如纤维母细胞、卵母细胞等) 可以在 OCT4、SOX2、KLF4 ( OSK) 、c-myc 等转录因子的诱导下,通过重编码形成与 ESCs 及其类似的一类多能干细胞,称为 iPSCs[22-23].这类干细胞具有多向分化的能力,可以分化成 几 乎 所 有 的 细 胞 类 型。近 年 来 关 于 iPSCs 与LncRNAs 的研究也受到人们的广泛关注。
在绝大多数 iPSCs 中,LncRNA-Gtl2 的表达常被抑制,Gtl2 基因呈母系表达,且能抑制父系基因 Dlk1 的表达,后者与 Gtl2 处于同一个基因簇( Dlk1-Dio3) 并参与胎儿生长的调控[24].此外,定位于 Dlk1-Dio3 基因簇中的 26 条 miRNAs 在非四倍体互补态和四倍体互补态的 iPSCs 中也呈差异表达。
iPSCs 中 Dlk1-Dio3 基因簇的沉默可直接导致这些 iPSCs 的发育受到阻滞。Loewer 等[25]对 iPSCs 中 LncRNAs 的表达与 ESCs 进行了比较,发现 28 条 lncRNAs 对生成 iPSCs 有选择性优势。随后他们又从中筛选出 3 条可以与多能性转录因子( Nanog,Oct4,Sox2) 结合的 LncRNAs ( lncRNA-SFMBT2,lncRNAVLDLR 和lncRNA-ROR) .lncRNA-ROR 在 iPSCs 中显着高表达,并受到多能性转录因子( OCT4,SOX2 和 NANOG) 的直接调控。进一步的研究显示,ROR 被下调以后,可以明显抑制 iPSCs 的成球能力,而反之则能促进 iPSCs 的成球能力[25].ROR 还可以抑制 p53 的活性,这提示 ROR 之所以能够促进 iPSCs 的自我更新和分化,原因之一可能是它抑制了 iPSCs 的凋亡。
Wang 等[26]对 ROR 的功能进行了更深入的研究,同样发现 ROR 在调节干细胞多能性方面起重要调控作用。由于LncRNAs 可以作为“分子海绵”对 miRNA 起竞争性抑制作用从而阻断这些 miRNAs 下游靶基因的功能,研究者随后就ROR 是否可以作为 miRNA“海绵”从而对 Oct4 和 Nanog 进行调控进行了验证。实验证明 ROR 可以降低体内环境中miR145 的表达水平,从而阻断 miR145 对 Oct4,Sox2 和 Nanog的依赖性抑制作用,促进了干细胞的分化[26].
3. 3 lncRNAs 与成体干细胞 由于成体干细胞可以从人体各个不同的组织中分离获得,并具有分化成多种成熟细胞系的能力,所以被人们广泛应用于临床研究,相比于 ESCs 而言,这避免了许多伦理和法律的约束。
Zuo 等[27]在间充质干细胞的成骨分化的研究中发现有116 条 LncRNAs 在 分 化 过 程 中 呈 差 异 性 表 达。 另 外,Kretz 等[28]在研究中发现,LncRNA-ANCR 在上皮细胞分化过程中表达量有所下降,它能够调节一系列基因的表达从而抑制上皮细胞的分化。Ramos 等[29]研究表明,LncRNA-Six3os和 Dix1as 在神经干细胞中对胶质神经元种系特异性具有调节作用。此外,Yildirim 等[30]证实了 LncRNA-Xist 在维持造血干细胞活性中占有不可或缺的地位。
Sun 等[31]对体外培养的前脂肪细胞、棕色和白色脂肪细胞以及单个的成熟脂肪细胞进行 RNA 测序,结果显示有20 条 LncRNA 在脂肪形成的过程中呈上调趋势。随后利用RNA 干扰技术进行进一步的研究发现,这些 LncRNAs 的表达沉默可以导致几乎所有的成熟脂肪细胞向前体脂肪细胞转变。此外,Pang 等[32]研究表明,PU. 1 基因的反义 LncRNA 可以与 PU. 1 基因的 mRNA 结合形成 mRNA/LncRNA 二聚体抑制 PU. 1 的翻译,促进前脂肪细胞的分化成熟。
3. 4 LncRNAs 与肿瘤干细胞 ( cancer stem cells,CSCs)CSCs 的概念最早是在 19 世纪 60 年代由 Cohnheim 提出的,研究者认为肿瘤的发生、发展是由于肿瘤中存在一类为数不多但具有干细胞特征的细胞[33].近年来随着技术水平的提高( 如流式细胞分析和细胞分选技术等的广泛应用) ,以及各种动物模型的建立,CSCs 的概念已经被越来越多的学者所认可并加以研究。CSCs 具有干细胞的多种特征,包括自我更新和多向分化的潜能。它们可以促进肿瘤细胞的增殖、分裂,诱导肿瘤细胞的分化[34].
最近的研究表明,在 ESCs 的分化中起到关键作用的信号通路( 如 OCT4,SOX2,KLF4 和 PcG 等) 在 CSCs 中同样处于激活状态[35-38].同时有报道,OCT4、SOX2 等信号通路受到LncRNAs 的调控[26],并且 LncRNAs 与肿瘤的相关研究近年来受到广泛关注。这些信息提示 LncRNAs 与 CSCs 分化也极有可能存在重要的调控关系。
研究表明,多梳基因如 PcG 在调节 ESCs 的自我更新和分化过程中起关键作用,而多梳基因信号通路又与多种肿瘤有密不可分的联系[38].有研究者推断,LncRNA 有可能通过与多梳基因复合物相互作用,抑制 CSCs 分化的进行[38].
先前已有多项研究证明有部分 ncRNAs 尤其是 miRNAs在 CSCs 的调节中发挥重要作用。如 Han 等[39]在 2010 年报道了 miR-29a 可以调控早期的造血过程,并诱导急性髓细胞白血病的发生,其中重要的机制之一就是 miR-29a 可以通过影响多个肿瘤抑制基因和细胞周期蛋白的活性,导致骨髓祖细胞往白血病干细胞方向转变。Bitarte 等[40]则发现 miR-451可以调控 CSCs 的多种干细胞能力,包括自我更新,肿瘤形成以及耐药性。在细胞成球培养中,下调 miR-451 可以增加巨噬细胞移动因子和多能性转录因子 SOX2 的表达,使细胞获得自我更新和肿瘤形成的能力。巨噬细胞移动因子和 SOX2同时又参与 Wnt 信号通路的激活,而 Wnt 信号通路对于结肠癌干细胞活性的维持是至关重要的[41].这又进一步说明miR-451 可以通过调控 Wnt 信号通路来影响干细胞活性。近期有学者提出 LncRNAs 在调节 CSCs 分化的过程中,其中可能的一个机制是作为“分子海绵”,对 miRNAs 产生长效的抑制作用,从而对 CSCs 的干细胞活性产生间接调控的作用。如Kallen 等[42]最近的研究发现 LncRNA-H19 就可以作为 Let-7家族的 miRNAs 的“分子海绵”从而影响 Let-7 的多种生物学功能。而此前 Yu 等[43]已经证实 Let-7 是乳腺癌干细胞中重要的调控因子,分别通过影响 RAS 和高迁移率族蛋白 A2来调控干细胞的自我更新和分化的能力。科学家们期待有更多的研究能够针对 LncRNA 作为“分子海绵”影响 CSCs 活性方面提供更多更有力的证据。
4 结 语。
近年来,LncRNAs 对干细胞的调控作用引起人们广泛关注[17].LncRNAs 对干细胞的自我更新及分化能力确有明显的调控作用。然而,现有研究绝大部分局限于分子水平,尚缺乏可靠的体内试验为这些结论提供更加强有力的支持。今后的研究除了要对 LncRNAs 在干细胞中的作用机制做更深入的探讨,动物体内实验也同样重要,这将为人们提供更强有利的证据以揭示 LncRNAs 在人类多种疾病中发挥的功能,使LncRNAs 有望成为人们诊断疾病的重要分子标志物,并为疾病的治疗提供新的手段。
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