以往很多研究更為重視的是基因組中的編碼序列，而約 98% 的非編碼序列是隨著對基因組及其功能的研究深入才逐漸引起人們的重視。小分子非編碼 RNA（Small non-coding RNAs,sncRNAs） 是 一類核苷酸長度在 20-30 nt 左右的非編碼 RNA（Non-coding RNA,ncRNA）[1],過去被認為是剪切加工的剩余產物，近年來的研究發現這一類小分子的生物學功能具有高度的組織特異性或發育階段特異性，逐漸成為研究的熱點。目前主要將ncRNAs分為3類，即 piRNA（Piwi-interactingRNA,與 piwi 蛋白相互作用的 RNA）、microRNA（miRNA,微小 RNA）和 si-RNA（小干擾 RNA）[1].研究發現 sncRNA 參與生殖細胞轉錄水平、翻譯水平上的調控，其中 miRNA和 piRNA 通路是雄性不育動物模型研究中最重要的兩條路徑[2-4].一般情況下，miRNA 調節精子形成是通過靶向結合在轉錄本的 3' UTR 區和下調細胞中特定的轉錄本來促進精子的發育，而 piRNA 則在生精過程中強烈抑制轉座子元件的表達。本文綜合分析了精子形成過程中相關 sncRNAs 的結構、功能、調控機制以及對動物雄性不育的影響，以期為進一步研究 sncRNA 的調控機制提供參考。
1 sncRNA概述
真核生物細胞內的 RNA 一般分為編碼 RNA 和非編碼 RNA.目前發現，人類基因組中有 2% 的序列參與編碼蛋白質，即翻譯過程中產生的 mRNA屬于典型的可編碼 RNA,其余為非編碼序列[5].
sncRNAs 是一類非編碼 RNAs,即屬于不會編碼蛋白質 RNAs（ncRNA）的一部分。而 ncRNA 早在 50 年前就已被發現，1965 年 R. W. 霍利[6]在面包酵母細胞中發現的丙氨酸 tRNA 和之后發現的 rRNA 都是非編碼 RNA ;其中 rRNA 含量占總 RNA 的約 82%,隨著研究的發展，現在越來越多的新型 ncRNA 得以被發現，如核小 RNA（snRNAs）、小 RNA（miRNA）、與 Piwi 蛋白結合 RNA（piRNA）、長鏈非編碼（lnc-RNA）等。
ncRNA 主要從轉錄來源、分子長度、功能等進行分類。從 ncRNA 轉錄來源分類，主要有內含子型和基因間型，前者由基因中的內含子序列轉錄而來，后者主要源于兩基因間 DNA 序列的轉錄[7].ncRNA核苷酸片段同時也具有高度的大小特異性，其中分子長度多于 200 個核苷酸的通常被稱作長鏈 ncRNA,少于 200 個核苷酸的稱為短鏈 ncRNA[8].sncRNAs屬于短鏈 ncRNA,長度在 20-30 nt 左右。它主要包括小干擾 RNA（siRNA）長度在 21-23 nt,微小RNA（miRNA）長度在 19-25 nt,生殖細胞含量豐富的與 piwi（p-element induced wimpy testis）作用的RNA（piRNA）大部分在 24-34 nt[1].sncRNAs 通常與高度守的 Argonaute 蛋白家族結合，該蛋白家族根據結構特異性可要分為兩個亞家族 :AGO 和 PIWI ;兩類亞家族分別具有兩個特殊的結構域，即 PAZ（Piwi-Argnonaute-zwille）域和 PIWI（p-element induced wimpy testis）域[3].在體細胞和生殖細胞中，miRNA、siRNA 一般與 AGO 蛋白家族結合 ;而 piRNA 與 piwi 蛋白結合并且高度富集在生殖細胞中。miRNA 在哺乳動物細胞中的基本功能是負調節 mRNA 的翻譯，但是通過 Dicer 敲除實驗發現后代生殖細胞中 miRNA 的含量大幅減少[3];還有相關實驗通過對豬性成熟前后睪丸組織差異表達miRNA 鑒定及功能分析發現，miRNAs 在動物睪丸發育成熟、生殖細胞的功能分化以及精子發生過程中發揮著重要的作用[9].Watanabe 等[10]研究發現病變的睪丸組織中發現 piwi-RNA 分子的初級加工產物受到影響而次級加工產物未受影響，同時發現piwi 蛋白家族（MILI、MIWI2 和 MIWI 3 個成員）是成功形成精子所必需的一類蛋白家族，在精子形成過程中起到關鍵作用。miRNA 和 piRNA 都在調節雄性生殖細胞分化過程中起到重要作用。
2 sncRNA的結構與功能
2.1 miRNA的結構與功能
miRNA 是一種約 19-25 nt 長度的高度保守的內源性非編碼小分子 RNA,在動物睪丸的發育成熟、生殖細胞的功能分化以及精子發生過程中發揮著重要作用[11].miRNA 以單拷貝、多拷貝或基因簇等多種形式存在于基因組中，主要由基因間隔區、內含子區轉錄而來[9].這一類 sncRNA 的表達具有組織特異性，但在不同生物體又表現出較高的同源性。
大量實驗證據表明，miRNA 可能是不同類型的組織細胞調控基因表達的重要元件，尤其是在睪丸組織中，現已發現對精子的發育起到至關重要的作用。大多數哺乳動物的 mRNA 都是 miRNA 的保守靶位，主要是通過與轉錄修飾后 mRNA 的 3' UTR 區結合來在抑制 mRNA 翻譯，與 mRNA 的作用結合部分高達 2-7 個核苷酸 ;這類 sncRNAs 與編碼蛋白的基因間有著較大的關聯性，因為許多基因編碼蛋白都會受到 miRNA 路徑的調控[12].在 miRNA 的調控機制中其表達與相關因子呈現負相關，Bj?rk 等[13]發現在睪丸組織中高富含 miR-18,精子形成過程中它的表達與熱休克因子 2（HSF2）的表達呈現負相關，曲精小管中抑制 miR-18 的表達會導致 HSF2 蛋白水平增加、調控 HSF2 靶基因的表達。在精子形成過程中，許多組織如何利用 miRNAs 來控制基因的表達，miRNA 通路中 miRNAs 的調控作用和靶位結合，目前這一系列的具體機制尚未明確 ;只是在圓形精細胞的擬染色體上發現了 miRNA 和 miRNA 相關蛋白，miRNA 路徑中其他組件蛋白在擬染色體外。
miRNA 的編碼序列在基因組中全部能夠找到，但將近 50% 位于內含子區[14].miRNA 的生成主要是由這部分序列編碼的，形成初始 miRNA（pri-miRNA）后經加工成為前體 miRNA（pre-miRNA），最后剪切成為成熟的 miRNA.pri-miRNA 由 miRNA相應的基因序列在 RNA 聚合酶Ⅱ的作用下轉錄形成的產物，此時在核內的 pri-miRNA 具有一個長的發卡莖環結構，發卡尾部還有兩條單鏈 ;然后被雙鏈 RNA 核酸內切酶 Drosha 切割形成 pre-miRNA 被轉運到細胞質[5,10,16,17],pre-miRNA 此時的結構與pri-miRNA 相比是丟失了發卡尾部的單鏈。細胞質中 pre-miRNA 的莖環區在內切核酸酶 Dicer 的作用下切除，形成成熟的 miRNA,此時 miRNA 仍然具有前體的發卡樣結構，只是失去了莖環。隨后進入一個具有 AGO 蛋白的核糖蛋白復合體，這個復合體是 miRNA 誘導的沉默復合體（miRISC），在 mRNA翻譯中起到靶位錨定作用[16].mRNA 被鎖定與否主要根據 AGO 蛋白的類型和 mRNA 與 miRNA 的互補程度[16,17].例如，哺乳動物 AGO 蛋白家族中的AGO2 是唯一能裂解 RNA 的成員，它能在 mRNA-miRNA 高度互補配對的情況下與 mRNA 結合并使其降解[16-18].然而，與 miRNA 互補性較低或者完全不互補配對的 mRNA 被認為是封存在細胞質顆粒內或是翻譯抑制。通過 miRNA 引起的翻譯抑制機制已經被提出，miRNA 能立即對 mRNA 的 poly-A 尾巴進行脫腺苷化，避免 poly-A 綁定蛋白結合而發生有效翻譯[19].此外，AGO2 綁定在修飾過的 mRNA 的 5'端，與真核起始因子 4E（eIF4E）競爭結合位點，從而阻止翻譯起始[20],同時 eIF6 阻止功能型核糖體 80s 亞基的形成[21].另一方面，miRNA 也能促進翻譯的發生，但是僅限于細胞處于增殖狀態或mRNA 靶位的 3' UTR 富含腺嘌呤和鳥嘌呤核糖核苷酸。
在小鼠發育早期階段，讓小鼠條件性的失去Drosha 或 Dicer 酶類，精子形成會被阻斷，由此睪丸中 miRNA 功能機制的研究對精子發育十分重要。
通過部分純化的生殖細胞或是整個睪丸組織的表達模式研究發現，小鼠或人類的睪丸中都有其特有的miRNA 類群[22-31],其中已發現部分參與哺乳動物精子的形成。
2.2 piRNA結構與功能
正如前面所提到的，sncRNA 的生物學功能對精子的形成過程至關重要。piRNA 是另一類內源性sncRNA,其核苷酸長度為 24-30 個左右，它的產生不依賴 Dicer 酶，而是與 piwi 蛋白作用[30].隨著物種不斷的進化，piRNA 基因序列具有較低的保守性，但這類分子仍有活性，在果蠅中，piRNAs 主要存在于胚胎、雌性和雄性生殖系中，編碼 piRNAs 的基因主要位于基因組重復區域的轉座元件中，piwi 通路在精子形成過程中有沉默逆轉錄轉座子的特定作用[31,32].在哺乳動物中，區別于果蠅，piRNAs 主要富集在雄性生殖系，且編碼 piRNAs 基因序列主要存在于不含有轉座子等重復序列的未注釋的基因間區域內[33].然而，目前對于起源于轉座元件外的piRNAs 的功能仍然未知。有實驗表明，轉座子的控制與精子的發生有關，有利于保護遺傳信息的穩定傳遞[34-36].缺乏 piwi 通路元件的動物模型表現為雄性不育，例如，敲除 MIWI,MILI 或 MIWI2 基因，都會造成小鼠精子產生明顯缺陷，表現為雄性不育這也揭示了 piRNA 與精子形成的相關性[30,37].
piRNA 具有廣泛的多樣性，大約有上百萬種類別，與僅有幾百種的 miRNA 相比數目就顯得龐大許多，這種多樣性可能主要來源于對前體 piRNA 的剪切加工。在精子形成過程中，piRNA 的序列大小與特異性變化很大，哺乳動物中主要將其分為兩類 :
