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近年来，二代测序技术极大推动了不同类型细胞和发育阶段的转录基因组研究快速的发展 1-3 。早期的全基因组范围的转录研究结果显示，虽然75%的哺乳动物基因组能够进行转录，但转录组中仅有1%的RNA可编码蛋白质，即蛋白编码信使RNA（messenger RNA，mRNA） 1，4-10 。非编码基因组计划提示人类基因组的转录非常复杂 7 ，大量的非编码RNA（noncoding RNA，ncRNA）在细胞中的生物学功能尚不十分清楚，尤其是长链非编码RNA（long noncoding RNA，lncRNA），人们对其认识尚处于初级阶段。
LncRNA通常是一类长度大于200nt，缺乏明显的开放阅读框（open reading frame，ORF）的RNA，无蛋白编码功能，位于细胞核内或胞质内，以表观遗传学调控在生物体生命活动中发挥着广泛的调控作用 11 。LncRNA在中枢神经系统细胞广泛表达，在大脑发育过程中扮演着重要的角色 12，13 。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 14，15 。近年来的研究表明特定的lncRNA与神经细胞分化、神经突触、神经元兴奋性升高和神经网络的连接与重塑有密切关系，提示它可能参与了癫痫的发生、发展。本文将对lncRNA与癫痫的关系研究进展进行综述。
LncRNA作为非编码RNA家族中的重要成员，是一类转录本长度超过200个核苷酸的RNA分子。LncRNA能够在表观遗传学、转录水平及转录后水平调控基因的表达，参与物种进化、胚胎发育、物质代谢和疾病发生发展等过程 16 。根据lncRNA与周围蛋白编码基因的位置关系可大致分为以下五种类型：
（1）正义lncRNA：
与同一条链上蛋白编码基因转录方向相同。
（2）反义lncRNA：
与同一条链上蛋白编码基因转录方向相反。
（3）双向lncRNA：
可同时向同一条链上蛋白编码基因转录方向或相反的方向进行转录。
（4）内含子lncRNA：
由转录产物的一个内含子区域转录得到。
（5）基因间lncRNA：
由两个基因间的区域转录获得，常称为lincRNA（large intergenic noncoding RNA，lincRNA），也是最常见的 lncRNA 17 。
虽然基因组中存在大量的lncRNA（已超过100 000），但截至目前仅有少数的lncRNA的具体功能得到阐明。LncRNA可通过调节蛋白编码基因的转录、翻译、剪接、在细胞核与细胞质间的转运等来调节细胞周期、细胞分化等多种细胞生物学过程 18 。LncRNA是基因组的重要转录产物，它通过不同的方式作用于周围的蛋白编码基因，使其生物学功能发生改变 15 。LncRNA的作用方式主要有以下几种 19 ：
（1）lncRNA在上游启动子区，通过抑制RNA聚合酶Ⅱ的招募来抑制下游基因的表达。
（2）lncRNA在上游启动子区，通过诱导核染色质重建来促进下游基因的表达。
（3）lncRNA作为反义转录链与编码蛋白的正义转录链形成互补双链，阻断剪接位点的识别，产生不同的剪接转录形式。
（4）正反转录链形成的互补双链，在Dicer酶作用下产生内源性siRNAs，调节基因的表达 20 。
（5）lncRNA 还可作为 miRNAs，piRNAs等小 RNA 的前体分子 21，22 ，比如 lncRNAH19经过剪接和多聚腺苷酸化后输送到胞质，可转录为miRNA-675的前体，并通过miRNA-675发挥其对神经系统的表观调控作用。
（6）能结合到特殊的蛋白伴侣上，调节蛋白活性。
（7）作为结构组分改变蛋白在细胞中的定位。
（8）作为结构组分与蛋白形成更大的RNA-蛋白复合物，例如Evf-2能与同源蛋白Dlx2形成一个复合体，使Dlx2发挥转录增强子的作用 23 。
LncRNA在大脑特定的区域表达，常常出现在大脑发育和神经细胞分化的过程中 24 。根据其结构和作用机制特征很难将其进行分类，最近有学者根据其在中枢神经系统发育和功能行使中的作用，将其分为两类 25 ：①与神经系统发育相关的lncRNAs：这类lncRNAs可以促进神经干细胞的再生和分化，比如Ng等的研究 24 发现4个lncRNAs-RMST、lncRNA_N1、lncRNA_N2、lncRNA_N3与神经细胞的分化相关，基因敲除这些lncRNAs会导致细胞培养中神经元数量减少，神经元标记物表达的下降而神经胶质细胞标记物表达上调；②与神经系统功能维持相关的lncRNAs：这些lncRNAs可以维持中枢神经系统的功能，可以调节神经元功能、调控神经突触信号的活动。比如Zhong等的研究 26 发现脑细胞浆lncRNA（brain cytoplasmic lncRNA，BC1）位于神经树突，参与调节突触后信号，BC1丢失可导致神经元过度兴奋。
中枢神经系统存在大量的lncRNAs，这些lncRNAs不仅与神经系统的发育、分化和功能密切相关。已有研究发现一些lncRNAs在神经元兴奋性、神经突触及网络连接与重塑中发挥了重要的作用，提示这些lncRNAs与癫痫可能相关。
（一）LncRNA与神经元兴奋性、突触重塑
神经元兴奋性升高、突触重塑是癫痫重要的病理生理改变。近来研究表明，lncRNA BC1可通过调节蛋白合成改变神经元的兴奋性，它可以靶向作用于神经元细胞的突触部位，进而调节突触传递，BC1负调控多巴胺D2受体介导的突触传递，并且抑制由mGluRs受体介导的突触兴奋。LncRNA抑制mGluRs介导的神经元蛋白合成，进而调节神经元的兴奋性。功能学研究示BC1基因敲除动物出现神经元过度兴奋，皮层脑电图记录到显著升高的gama频率带电活动，提示BC1缺失可导致神经元过度兴奋，进而增强其癫痫发作的易感性 26 。Zhong等的另一研究 27 发现FMRP也可以通过调节蛋白的合成调控神经元兴奋性，与BC1具有相似的神经调节功能，FMRP与BC1协同调节至少三种中枢神经系统功能，即神经元网络兴奋性、癫痫发生和学习记忆，FMRP与BC1双重基因敲除鼠显示出较单一基因敲除更加严重的癫痫临床表型。Gitai等采用抑制差减杂交（suppression-subtractive hybridization，SSH）联合微阵列芯片比较基因组表达分析发现，声源性癫痫模型鼠海马组织lncRNA BC1表达明显下降，他们利用 lncRNA BC1 基因敲除鼠进行的功能学研究发现lncRNA BC1与声源性癫痫鼠的发作易感性显著相关 28 。另一个与神经元兴奋性有关的lncRNA为Evf2，Bond等的研究 29 发现Evf2对转录因子Dlx5和Dlx6具有重要调控作用，Dlx5和Dlx6可调节GABA能神经元向不同亚型分化，而GABA能神经元是神经网络兴奋性的重要调控神经元， Evf2 基因缺陷小鼠海马和齿状回GABA能中间神经元数量降低，导致神经元过度兴奋，从而导致癫痫易感。Bernard等的研究 30 发现肺腺癌转移相关转录本1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript1，Malat1）在神经元大量表达，其可通过调控基因的表达进而调节突触的密度， lncRNA Malat1 基因敲除导致突触密度下降，lncRNA Malat1过表达可导致突触密度增加，突触传递异常是癫痫发生的病理生理基础，因此lncRNA Malat1通过调节突触的形成参与了癫痫的发生。此外，lncRNA脑源性神经营养因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF）反义链（antisense strand，AS）介导的转录调节限制了神经突起的生长，同样在癫痫引起的神经系统高兴奋性中起到重要的调节作用 31 。
表观遗传调节异常是导致癫痫发病的机制之一，明确癫痫中lncRNAs的调节异常及其潜在功能将为未来新药的开发提供新的靶标。虽然最近的研究提示一些lncRNAs参与了神经元发育和神经网络的功能调节，但是慢性癫痫中lncRNAs全面性分析研究尚处于匮乏阶段。
（二）癫痫模型鼠中lncRNAs表达谱分析及研究
国内韩春雷等 32 采用基因芯片筛选匹罗卡品颞叶癫痫大鼠海马组织中差异表达的lncRNA，得到198个差异表达的lncRNA（上调92个，下调106个），其中36个差异倍数达2倍以上（上调13个，下调23个）。他们对其中11个显著变化的lncRNA进行PCR验证，PCR验证结果与基因芯片结果一致。其中NR_027324（H19）、Zfas1、ENSRNOT00000053854等发生显著差异表达，尤其是H19表达上调8倍以上。生物信息学分析显示H19与神经元凋亡、突触重塑、长时程电位、免疫及谷氨酸等神经递质代谢有显著相关性。他们分别构建模型鼠与对照组lncRNAs和mRNAs之间的共表达网络，根据共表达网络中周边mRNAs的功能预测未知lncRNAs的功能，结果提示lncRNAs可能通过调控mRNAs的表达参与癫痫的发病或发展。
最近，Lee等 33 采用匹罗卡品和海人酸两种经典的颞叶癫痫动物模型进行研究，对4622个lncRNAs进行分析，发现匹罗卡品动物模型有384个lncRNAs调节异常，海人酸动物模型有279个lncRNAs调节异常，其中匹罗卡品动物模型和海人酸动物模型分别有54个和14个lncRNAs存在邻近蛋白编码基因表达的明显调节异常。大多数这些lncRNAs与邻近基因具有相同方向的调节异常，即lncRNAs降调节导致邻近基因表达的下降，lncRNAs增多导致邻近基因表达增多。在两种癫痫模型中，共有118个lincRNA调节异常，110个lincRNA上调，8个lincRNA下调。其中，2个上调lincRNAs有邻近编码蛋白调节异常：lincRNA：chr16：30170306-30223193羧基肽酶N多肽2（carboxypeptidase N polypeptide2，Cpn2）前向链和lincRNA：chr15：79764481-79809909染色体同系物 7（chromobox homolog7，Cbx7）前向链在两种癫痫模型中均明显上调。这些调节异常的lincRNA的邻近基因包括同源框基因（homeobox gene，Hoxc10）和同源盒转录因子（homeodomain transcription factor，Alx4）。既往研究表明Hoxc10与X连锁的智力发育迟滞、癫痫显著相关，缺乏该基因可导致大鼠自发性癫痫发作 34，35 。这些基因的分子生物学功能主要是调节一些炎性细胞因子的活动，提示lincRNAs可能通过调节免疫反应导致癫痫的进展。Cpn2可以抑制谷氨酸羧肽酶Ⅱ的活动导致电惊厥发作 36 ，在海人酸癫痫模型鼠海马颗粒细胞层可发现羧肽酶H的一过性升高 37 ，因而Cpn2调节异常可以易化癫痫的进展。Cbx7通过抑制INK4b/ARF/INK4a调节衰老，与甲基化的H3K27相互作用易化基因沉默 38 ，其转录上调可以诱导自发性癫痫发作。
（三）LncRNA在癫痫病例及癫痫相关综合征中的研究现状
通过研究癫痫病人手术切除的大脑皮层标本，Lipovich等 39 发现一些lncRNAs转录本随着大脑皮层发育的过程而发生改变，其中8个lncRNAs具有明显的发育表达样式，参与了突触发生、髓鞘形成等生理过程，该研究亦侧面提示这些lncRNAs与癫痫有关。一些lncRNAs参与了某些癫痫相关综合征的发病，内源性反义lncRNA常可通过抑制其附近蛋白编码基因进而导致疾病的发生，比如反义lncRNA可沉默父源性等位基因 Ube3a ， Ube3a 基因表达异常进而导致了Prader-Willi和Angelman综合征的发病 40 ；脆性X综合征病人FMR1反义链RNA1（FMR1-AS1）沉默，FMR1-AS1在 FMR1 基因突变携带者中表达上调，尽管 FMR1-AS1没有直接调控 FMR1 基因的转录，从侧面提示其参与了脆性X综合征的发病 41 。有些 lncRNA 基因的突变可以直接导致癫痫的发病，近期有研究报道lncRNA BX118339（横跨6号染色体的平衡移位突变）转录异常导致了一例婴儿痉挛综合征患者的发病 42 。表观遗传的主要调节因子阻遏蛋白元件1沉默性转录因子（repressor element 1 silencing transcription factor，REST）对许多lncRNAs进行调控，其可与神经限制性沉默元件lncRNA上10kb的部分结合，调节lncRNA的表达，已有证据表明REST功能异常与一系列神经系统病变包括癫痫有关 18 。
综上所述，LncRNA调节邻近蛋白编码基因的表达在癫痫的发生发展中扮演着重要的角色，其也可凭借反式作用机制与一些相关蛋白复合物一起调控基因的表达，比如转录因子，剪接因子等。LncRNA转录调节中枢神经系统神经元活动非常复杂，复杂的网络调节异常可以扰乱脑的正常发育和功能，从而导致癫痫的发生、发展。目前癫痫相关lncRNA的研究仍较少，对lncRNA参与癫痫调控机制的认识仍较肤浅，有关lncRNA与癫痫发生的调控机制研究有待于继续深入地研究。
近年来，相对于蛋白编码基因以及miRNA和siRNA等小分子RNA来说，癫痫相关lncRNA的研究尚处于起步阶段，但lncRNA作为重要的功能调节基因，在调控神经网络和癫痫的发展过程中的至关重要作用已开始被广泛认识和关注，比如：最新研究发现在动物模型中反义寡核苷酸可以抑制lncRNA Ube3a反义链对父源性 Ube3a 基因的沉默，恢复父源性 Ube3a 基因的表达，可部分逆转Angelman综合征的认知损害 43 。对lncRNA在癫痫发生、发展中的重要作用的认识，为理解癫痫发病机制，开发抗癫痫药物及发展新的癫痫治疗方法等开启了一扇新的大门。鉴于物种的差异，未来需要首先利用人的标本进行lncRNAs差异表达的筛选研究，然后针对明显差异表达的lncRNA探讨其在癫痫发生、发展中的基因调控作用机制，使得我们能够更好地理解人类癫痫发生、发展的病理生理机制，从而为癫痫的诊断和治疗提供新的策略，也可将lncRNA作为癫痫的直接治疗靶位，为发展癫痫的有效治疗及未来新药的开发奠定理论基础，亦为今后癫痫发病机制探讨、预防、治疗开辟新的途径。
（吕瑞娟）
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