梁微微，李乃适
中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院内分泌科卫生部内分泌重点实验室，北京100730
【关键词】ANRIL;糖脂代谢
近年来随着全基因组关联研究 (Genome Wide Asso-ciation Study，GWAS)的深入，人们对染色体9p21基因区段的认识大为增加［1-3］。尽管该区段最早在2007年被发现与冠状动脉性心脏病 (coronary heart disease，CHD)发病密切相关［1，3］，但此后的研究发现9p21区段不仅与2型糖尿病、心肌梗死密切相关，也与腹主动脉瘤、外周血管病、卵巢癌、子宫内膜异位、颅内动脉瘤等多种疾病具有显著相关性［4］。值得注意的是，染色体9p21区段中与CHD、2型糖尿病相关的单核苷酸多态性 (single nucleotide polymorphism，SNP)位点几乎都位于不编码蛋白质的“基因沙漠”中［3］。近期较深入的研究发现，这些SNP位点大多位于一个新发现的长链非编码 RNA(long noncoding RNA，lncRNA)ANRIL(lncRNA-INK4基因座反义链非编码，antisense noncoding RNA in the INK4 locus)上［5］。本文对ANRIL及与其相关的糖脂代谢性疾病进行综述。
在染色体9p21区段与ANRIL编码区域最近的蛋白编码基因，是几千碱基对 (kb)外的INK4b-ARF-INK4a基因座［6］。INK4b-ARF-INK4a基因座长约35 kb，内含3种已知的抑癌基因［7］:INK4b(又称 CDKN2B)、INK4a和ARF(两个基因合称CDKN2A)，它们编码依赖细胞周期蛋白的激酶抑制剂p15INK4b、p16INK4a及另一种蛋白质p14ARF，这3种编码蛋白参与细胞周期调控，其基因过表达与细胞增殖、细胞凋亡、肿瘤调控相关。
p15INK4bANRIL基因又称CDKN2B-AS(CDKN2B-antisense)，包含19个外显子，长度约12.3 kb，可转录成一段长约3834 bp的与INK4b-ARF-INK4a基因座呈转录反义方向的RNA，即ANRIL［5］。ANRIL基因1号内含子与CDKN2B的2个外显子重叠，ANRIL基因1号外显子5'端位于ARF基因转录起始位点上游约300 bp［5］。
目前，ANRIL的分子结构尚不清晰。ANRIL由RNA聚合酶Ⅱ［8］转录而成，剪接成不同的亚型，大部分ANRIL亚型为线性结构，同时也存在一些圆形非多聚腺苷酸化的亚型［5］。有文献报道ANRIL某些亚型具有组织特异性［5］，提示了其功能的复杂性。
目前认为，ANRIL具有调节INK4b-ARF-INK4a基因座基因表达的作用［8-10］。白血病［11］、前列腺癌［8］等组织的观察性研究发现，ANRIL表达明显上调，而INK4a、INK4b基因表达与之呈负相关，提示ANRIL可能具有调节INK4b-ARF-INK4a基因座基因表达的作用。Yap等［8］将ANRIL基因敲除，观察到INK4a基因表达增强;Kotake等［12］利用小干涉RNA(small interfering RNA，siRNA)方法在W138细胞将ANRIL表达下调，观察到INK4b基因表达明显增强，提示ANRIL具有参与INK4b-ARF-INK4a基因座的沉默调控功能。
Yap等［8］在体外细胞实验中发现，ANRIL可与多梳复合物1(polycomb repressive complex 1，PRC1)中的CBX7蛋白相互结合，影响CBX7蛋白募集，通过锚定作用激活组蛋白3第27位赖氨酸甲基化位点(H3K27me3)，使H3K27甲基化，导致INK4a基因沉默表达。将ANRIL基因敲除，H3K27me3甲基化水平降低，同时观察到INK4a基因表达上调。除了结合PRC1，Kotake等［12］报道 ANRIL可与 PRC2成员SUZ12蛋白特异性结合，影响PRC2向染色质募集，调节INK4b基因沉默。Sato等［13］报道ANRIL在细胞周期及凋亡因子E2F1的介导下，对ARF基因产生沉默表达。可见，ANRIL对INK4b-ARF-INK4a基因座表达的影响是由多种分子通过复杂的调控机制作用而得以实现的。
2007年5月，Helgadottir等［1］在高加索人群中开展基于大样本群体的CHD遗传学研究，首次报道了一个与CHD相关的易感位点9p21.3。最近，Framingham Heart Study(FHS)对281例心血管疾病患者全基因组DNA的9p21.3区域进行直接测序，发现516个最小等位基因计数≥5的SNPs，其中322个SNPs位点位于转录区段内，占60.5%;300个SNPs位于内含子编码区域内，占58.1%;而仅有的22个位于外显子编码区域的SNPs中11个位于非编码RNA ANRIL中［14］。从这些变异中筛选出126个SNPs并在7290例个体中进行基因分型，结果发现一系列与多种心血管疾病关联的遗传变异 (rs4977574、rs1333045、rs1333046、rs10811661等)，这些变异显著影响着CHD的发生。
目前研究提示，与CHD相关的风险等位基因能影响ANRIL的表达。Jarinova等［15］研究发现4个可能具有ANRIL增强子活性的保守区域 (CNS1-4)，其中位于CNS3的两个风险等位纯合变异可显著增强大动脉平滑肌细胞中ANRIL的表达。另一项对1098例冠状动脉疾病患者的外周血单核细胞全基因组9p21位点内风险等位基因研究结果显示，其风险等位基因可显著改变ANRIL两个转录本的转录［16］。这些实验提示位于9p21的CHD关联遗传位点可能通过影响ANRIL的表达，间接参与INK4b-ARF-INK4a基因调控。实验表明，INK4b-ARF-INK4a基因参与了动脉粥样硬化的发生过程。Gizard等［17］在颈动脉损伤小鼠模型及人平滑肌细胞中均观察到INK4a基因能通过PPARα通路调节内皮细胞增生。在小鼠中敲除INK4b-ARF-INK4a基因，心肌组织及颈动脉弓处内皮细胞增生显著增加，加剧了动脉粥样硬化斑块的形成，小鼠死亡率明显升高［18］。
2007年，来自美国、英国、芬兰的3项独立的GWAS研究均报道了ANRIL与2型糖尿病相关［19-21］。此后，有多篇文献报道了ANRIL区域与2型糖尿病相关的 SNPs(如 rs564398-A、rs10811661-T)［22-23］。目前认为，ANRIL通过调节INK4b-ARF-INK4a基因，从多个机制共同参与了糖尿病的发病。有研究表明，过表达INK4b基因小鼠胰岛细胞增殖减慢、凋亡增加，提示INK4b基因能够影响胰岛发生发育［24］。同时，INK4b-ARF-INK4a基因座可通过CDK4-pRB-E2F1通路调节胰岛β细胞的胰岛素分泌［25］。脂肪组织、肝脏、胰腺、血管内皮慢性炎症反应是2型糖尿病发病的重要机制之一［26］;有研究证实INK4b-ARF-INK4a基因具有调控淋巴细胞增殖、分化的效应，提示这可能是其参与2型糖尿病发病的机制之一。此外，有文献表明INK4a基因可通过PKA-cAMP通路调节肝糖原异生过程［27］。
鉴于糖尿病、脂代谢紊乱和CHD的密切联系，探讨ANRIL和脂代谢紊乱的关系非常重要。目前尚无大型的人群研究或GWAS研究探讨长链非编码RNA ANRIL与脂代谢相关的研究报道，但已有一些小规模研究提示两者可能具有相关性。Ahmed等［28］在294位亚裔人群中发现，ANRIL基因rs1333094位点多态性可能与低密度脂蛋白的调节相关。此外，已有基础研究提示非编码RNA与脂肪组织发生相关［29］。ANRIL和脂代谢紊乱的内在关系还有待进一步研究。
以ANRIL为代表的lncRNA研究尚处于起步阶段，但随着研究的深入，相信会发现有越来越多的lncRNA参与了代谢性疾病的发生、发展。目前，lncRNA的作用尚未完全明确，随着新一代测序技术、生物信息技术等的发展，lncRNA在代谢性疾病中的作用将得到更深入的研究，从而将为代谢性疾病的诊断和治疗提供新的思路。
参考文献：
［1］Helgadottir A，Thorleifsson G，Manolescu A，et al．A common variant on chromosome 9p21 affects the risk of myocardial infarction［J］．Science，2007，316:1491-1493．
［2］Saxena R，Voight BF，Lyssenko V，et al．Genome-wide association study of 14 000 cases of seven common diseases and 3，000 shared controls［J］．Nature，2007，447:661-678．
［3］McPherson R，Pertsemlidis A，Kavaslar N，et al．A common allele on chromosome 9 associated with coronary heart disease［J］．Science，2007，316:1488-1491．
［4］Pasmant E，Sabbagh A，Vidaud M，et al．ANRIL，a long，noncoding RNA，is an unexpected major hotspot in GWAS［J］．FASEB J，2011，25:444-448．
［5］Pasmant E，Laurendeau I，Heron D，et al．Characterization of a germ-line deletion，including the entire INK4/ARF locus，in a melanoma-neural system tumor family:identification of ANRIL，an antisense noncoding RNA whose expression coclusters with ARF［J］．Cancer Res，2007，67:3963-3969．
［6］Canepa ET，Scassa ME，Ceruti JM，et al．INK4 proteins，a family of mammalian CDK inhibitors with novel biological functions［J］．IUBMB Life，2007，59:419-426．
［7］Matheu A，Maraver A，Collado M，et al．Anti-aging activity of the Ink4/Arf locus［J］．Aging Cell，2009，8:152-161．
［8］Yap KL，Li S，Munoz-Cabello AM，et al．Molecular interplay of the noncoding RNA ANRIL and methylated histone H3 lysine 27 by polycomb CBX7 in transcriptional silencing of INK4a［J］．Mol Cell，2010，38:662-674．
［9］El Messaoudi-Aubert S，Nicholls J，Maertens GN，et al．Role for the MOV10 RNA helicase in polycomb-mediated repression of the INK4a tumor suppressor［J］．Nat Struct Mol Biol，2010，17:862-868．
［10］Popov N，Gil J．Epigenetic regulation of the INK4b-ARFINK4a locus:in sickness and in health［J］．Epigenetics，2010，5:685-690．
［11］Yu W，Gius D，Onyango P，et al．Epigenetic silencing of tumour suppressor gene p15 by its antisense RNA［J］．Nature，2008，451:202-206．
［12］Kotake Y，Nakagawa T，Kitagawa K，et al．Long non-coding RNA ANRIL is required for the PRC2 recruitment to and silencing of p15(INK4B)tumor suppressor gene［J］．Oncogene，2011，30:1956-1962．
［13］Sato K，Nakagawa H，Tajima A，et al．ANRIL is implicated in the regulation of nucleus and potential transcriptional target of E2F1［J］．Oncol Rep，2010，24:701-707．
［14］Johnson AD，Hwang SJ，Voorman A，et al．Resequencing and clinical associations of the 9p21.3 Region:A comprehensive investigation in the Framingham Heart Study［J］．Circulation，2013，127:799-810．
［15］Jarinova O，Stewart AF，Roberts R，et al．Functional analysis of the chromosome 9p21.3 coronary artery disease risk locus［J］．Arterioscler Thromb Vasc Biol，2009，29:1671-1677．
［16］Holdt LM，Beutner F，Scholz M，et al．ANRIL expression is associated with atherosclerosis risk at chromosome 9p21［J］．Arterioscler Thromb Vasc Biol，2010，30:620-627．
［17］Gizard F，Amant C，Barbier O，et al．PPAR alpha inhibits vascular smooth muscle cell proliferation underlying intimal hyperplasia by inducing the tumor suppressor p16INK4a［J］．J Clin Invest，2005，115:3228-3238．
［18］Visel A，Zhu Y，May D，et al．Targeted deletion of the 9p21 non-coding coronary artery disease risk interval in mice［J］．Nature，2010，464:409-412．
［19］Saxena R，Voight BF，Lyssenko V，et al．Genome-wide association analysis identifies loci for type 2 diabetes and triglyceride levels［J］．Science，2007，316:1331-1336．
［20］Zeggini E，Weedon MN，Lindgren CM，et al．Replication of genome-wide association signals in UK samples reveals risk loci fortype2 diabetes［J］． Science，2007，316: 1336-1341．
［21］Scott LJ，Mohlke KL，Bonnycastle LL，et al．A genome-wide association study of type 2 diabetes in Finns detects multiple susceptibility variants［J］．Science，2007，316:1341-1345．
［22］Peng F，Hu D，Gu C，et al．The relationship between five widely-evaluated variants in CDKN2A/B and CDKAL1 genes and the risk of type 2 diabetes:a meta-analysis［J］．Gene，2013，531:435-443．
［23］Al-Sinani S，Woodhouse N，Al-Mamari A，et al．Association of gene variants with susceptibility to type 2 diabetes among Omanis［J］．World J Diabetes，2015，6:358-366．
［24］Krishnamurthy J，Torrice C，Ramsey MR，et al．Ink4a/Arf expression is a biomarker of aging［J］．J Clin Invest，2004，114:1299-1307．
［25］Fajas L，Blanchet E，Annicotte JS．CDK4，pRB and E2F1: connected to insulin［J］．Cell Div，2010，5:6．
［26］Dagenais M，Skeldon A，Saleh M．The inflammasome:in memory of Dr．Jurg Tschopp［J］．Cell Death Differ，2012，19:5-12．
［27］Bantubungi K，Hannou SA，Caron-Houde S，et al．Cdkn2a/ p16Ink4a regulates fasting-induced hepatic gluconeogenesis through the PKA-CREB-PGC1alpha pathway［J］．Diabetes，2014，63:3199-3209．
［28］Ahmed W，Ali IS，Riaz M，et al．Association of ANRIL polymorphism(rs1333049:C＞G)with myocardial infarction and its pharmacogenomic role in hypercholesterolemia［J］．Gene，2013，515:416-420．
［29］Hrdlickova B，de Almeida RC，Borek Z，et al．Genetic variation in the non-coding genome:Involvement of micro-RNAs and long non-coding RNAs in disease［J］．Biochim Biophys Acta，2014，1842:1910-1922．
【中图分类号】Q756 【
文献标志码：】A 【
文章编号：】1674-9081(2015)06-0458-04
DOI：10.3969/j.issn.1674-9081.2015.06.013
(收稿日期：2015-07-17)
通信作者：李乃适 电话:010-69155073，E-mail:LNS@medmail．com．cn
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