内含子保留

定义与基本概念

内含子保留是可变剪接的一种特殊形式。在真核生物中，基因通常由外显子（编码区）和内含子（非编码区）交替排列组成。在经典的剪接过程中，所有内含子均被剪接体精确切除，外显子依次连接形成成熟的mRNA。然而，在内含子保留事件中，一个或多个内含子序列被“保留”在最终的成熟转录本中。这些被保留的内含子可能含有提前终止密码子（PTC），导致转录本被NMD途径降解；也可能影响mRNA的出核运输，或产生新的蛋白质亚型。

在植物中，内含子保留是最常见的可变剪接事件；在动物中，虽然曾被认为几乎不存在或不重要，但近年来的研究揭示它在动物中同样普遍。

分子机制

2.1 顺式作用元件

内含子保留的发生受到多种顺式作用元件的调控： ADFASDFAF23RQ23R

• 剪接位点强度：被保留的内含子通常具有较弱的剪接位点（特别是5'剪接供体位点和3'剪接受体位点），导致剪接体难以识别并切除这些内含子。
• 内含子长度：短内含子更容易被保留。在人类中，被保留的内含子通常比被切除的内含子更短。
• GC含量：被保留的内含子通常具有较高的GC含量。
• 内含子在基因中的位置：内含子保留倾向性依赖于内含子在基因中的位置，在非翻译区（UTR）中富集。
• 染色质修饰：特定组蛋白修饰（如H3K27ac）与内含子保留相关。

2.2 反式作用因子

多种反式作用因子参与调控内含子保留：

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• RNA结合蛋白（RBPs）：多种RNA结合蛋白可特异性结合内含子或外显子中的调控序列，促进或抑制特定内含子的保留。
• 剪接体：剪接体的组装效率和催化活性直接影响内含子是否被切除。
• 外显子连接复合物（EJC）：EJC在剪接后沉积于外显子-外显子连接处，可影响下游内含子的识别。
• 蛋白质精氨酸甲基转移酶（PRMTs）：I型和II型PRMTs通过Sm和CHTOP蛋白的甲基化反向调控核内滞留内含子的转录后加工。

2.3 RNA聚合酶II延伸速率

RNA聚合酶II的转录延伸速率是调控内含子保留的重要因素。快速的延伸速率可能使剪接体来不及识别弱剪接位点，从而导致内含子被保留。

2.4 核内滞留内含子与“滞留”内含子的区别

研究者将内含子保留进一步细分为两种类型： ADFASDFAF23RQ23R

• “滞留”内含子（Detained introns）：指被转录后滞留在细胞核内、等待后续剪接的内含子。这些内含子已与剪接体结合但尚未被切除，可在特定信号下被“释放”并完成剪接。
• “保留”内含子（Retained introns）：指最终保留在成熟转录本中、被输出到细胞质的内含子。

这两种类型的区分强调了内含子保留并非总是转录本的“终点”，而可能是一个可逆的调控中间状态。 ADSFAEQWER353423413434

生物学功能

3.1 基因表达的下调

内含子保留最经典的功能是下调基因表达：

• NMD途径（IR-NMD）：保留的内含子若含有提前终止密码子（PTC），该转录本将被无义介导的mRNA衰变（NMD）途径识别并降解。
• 核内滞留：大多数内含子保留转录本被滞留在细胞核内，无法被翻译。部分核内滞留的IR-RNA可被外泌体降解，也可稳定存在并等待信号触发转录后剪接。

3.2 产生新的蛋白质亚型

部分内含子保留转录本可以被输出到细胞质并翻译。如果保留的内含子不破坏开放阅读框（ORF），或位于5'UTR/3'UTR中，它们可能产生具有新功能的蛋白质亚型。 ADSFAEQWER353423413434

3.3 应激响应与发育调控

内含子保留在细胞应激响应中发挥“分子开关”的作用。在缺氧、热激、感染等应激条件下，内含子保留模式发生动态变化，帮助细胞快速调整基因表达程序。程序性内含子保留被用于控制多种发育和应激诱导的基因表达程序。内含子保留在神经元、心脏、造血和免疫发育过程中表现出细胞类型和组织特异性的表达模式。

图1 内含子保留的四种主要功能后果

图2 小鼠胚胎干细胞（mES）内含子 RNA 的核区室定位研究

与疾病的关系

内含子保留的异常与多种疾病密切相关： ADSFAEQWER353423413434

• 癌症：内含子保留的失调可改变蛋白功能、抑制肿瘤抑制基因，或产生免疫原性新表位。在多种癌症中观察到广泛的内含子保留事件。例如，在肾细胞癌中观察到协调表达的内含子保留和毒药外显子；STN1基因5'UTR中的内含子保留通过产生上游开放阅读框（uORF）降低翻译效率，抑制肺癌细胞集落形成和迁移。剪接因子SF3B1的异常磷酸化与慢性淋巴细胞白血病中内含子保留水平升高相关。
• 神经退行性疾病：内含子保留的失调与多种神经退行性疾病相关。
• 衰老与免疫功能障碍：内含子保留的异常与衰老过程和免疫系统功能失调有关。