彭穎, 馮繼鋒

1 lncRNAs簡介

1961年人們首次接觸信使RNA(mRNA)這一概念,隨著遺傳“中心法則”的逐步確立,起到作為蛋白質(zhì)翻譯模板作用的mRNA,以遺傳信息的傳遞者為大眾所接受。2001年人類基因組測序時發(fā)現(xiàn),用于蛋白質(zhì)編碼的基因只有大約1.5%,其余基因組則被轉(zhuǎn)錄成長度>200 nt的lncRNA[1]。而lncRNA無法編碼蛋白質(zhì)主要原因是缺乏有意義的開放閱讀框(Open reading frame,ORF),這些無法編碼的基因組序列曾一度被認為是“荒漠序列”。直到2002年,Okazaki等[2]首次揭開了lncRNA的神秘面紗。lncRNA雖然幾乎沒有蛋白質(zhì)編碼的潛力,但是卻可以作為另一類重要的調(diào)節(jié)RNA出現(xiàn)。大量研究證據(jù)表明這些所謂的“荒漠序列”,具有調(diào)控基因、干擾轉(zhuǎn)錄、調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能的作用,細胞增殖分化、胚胎生長發(fā)育過程中也有他們的參與[3]。

2 lncRNA在癌癥中的應(yīng)用

眾所周知,癌癥的發(fā)生主要是由基因異常表達引起。然而,全基因組關(guān)聯(lián)分析(genome-wide association study,GWAS)顯示,超過80%的癌癥相關(guān)單核苷酸多態(tài)性(singlenucleotidepolymorphisms,SNPs)發(fā)生在基因組的非編碼區(qū)域,大量的lncRNAs被發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控基因表達的手段在全身各種癌癥中異常表達,lncRNA有可能作為致癌基因和/或腫瘤抑制因子在表觀遺傳變化中發(fā)揮作用。一些具有原癌功能的lncRNA在正常細胞中的過度表達增加了腫瘤的生長和癌細胞的增殖和轉(zhuǎn)移。而還有一些lncRNA被發(fā)現(xiàn)具有抑癌作用,增強這些有抑癌作用的lncRNA的表達能夠幫助抑制腫瘤細胞的生長,而一旦這些lncRNAs低表達時就有了誘導腫瘤發(fā)生的潛能,甚至引起腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移、降低患者存活率。了解每一個lncRNA,通過識別細胞功能,解剖其分子機制并將其與它們在疾病中的角色聯(lián)系起來,對于挖掘lncRNA在癌癥診斷和靶向治療中的應(yīng)用潛力有深刻意義。在這篇綜述中,我們將就lncRNA在常見腫瘤中的分子功能和調(diào)控做一歸納總結(jié)。

2.1 肺癌中表達升高的lncRNAs(表1)

在全球范圍內(nèi),肺癌的發(fā)病率和死亡率一直高居不下,穩(wěn)居惡性腫瘤榜首之位。在對肺癌研究分析中,一些lncRNAs的表達失調(diào)逐步走入人們視線,引發(fā)人們思索。

2.1.1 MALAT1 人們在肺癌中首次研究的lncRNA便是MALAT1,MALAT1定位在11q13.1,能促進上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT),參與異常剪接,導致基因表達紊亂,MALAT1的過度表達可誘導腫瘤的生長,與腫瘤的侵襲轉(zhuǎn)移有顯著關(guān)聯(lián)[4]。

2.1.2 HOTAIR 定位在12q13.13HOXC位點的HOTAIR,其作用是反式轉(zhuǎn)錄沉默2號染色體上的HOXD簇,高表達的HOTAIR能促進肺癌細胞對正常組織的侵襲和轉(zhuǎn)移,這一過程主要是通過招募多梳蛋白抑制復合物2(polycomb repressive complex 2,PRC2)來實現(xiàn),而且高表達的HOTAIR與肺癌預(yù)后不良有關(guān)[5]。此外,研究發(fā)現(xiàn)癌細胞對順鉑的耐藥性也與HOTAIR有關(guān),HOTAIR的這一作用歸因于P21基因的下調(diào)。Liu等[6]發(fā)現(xiàn),當下調(diào)HOTAIR時,可以重新喚醒腫瘤細胞對順鉑的敏感性。

2.2 肺癌中表達降低的lncRNAs(表1)

2.2.1 MEG3 MEG3是在各種正常組織中發(fā)現(xiàn)的母系表達的印記基因,位于人類染色體14q32.2,在正常組織中呈現(xiàn)表達上調(diào)。研究發(fā)現(xiàn)MEG3在包括腦癌、肺癌、結(jié)腸癌、肝癌和白血病在內(nèi)的許多癌癥中的表達減少或消失[7]。Zhao等[8]發(fā)現(xiàn)MEG3是cAMP的下游靶基因,結(jié)合cAMP的抗增殖功能,MEG3可能與cAMP依賴的信號通路相互作用,參與控制細胞增殖等cAMP相關(guān)的生理功能。抑癌基因p53在腫瘤抑制中起著核心作用。Zhou等[9]進一步研究發(fā)現(xiàn)MEG3不僅可以激活p53發(fā)揮抑癌作用,還能通過p53無關(guān)的途徑抑制細胞增殖。通過與不同的microRNA相互作用,MEG3的過表達可以抑制不同腫瘤類型的增殖,促進細胞凋亡[10-12]。Lu等[13]報道NSCLCs中的MEG3表達下調(diào),而上調(diào)MEG3可明顯抑制NSCLCs的誘導發(fā)生和進展。

2.2.2 BANCR BANCR位于9q21,在肺癌患者體內(nèi)低表達。主要通過影響NSCLC細胞的EMT過程[14]。進一步研究發(fā)現(xiàn)MAPK通路參與了BANCR介導的肺癌細胞增殖和遷移過程,BANCR并不是通過ERK MAPK,而是通過p38 MAPK和JNK的失活來調(diào)節(jié)肺癌的增殖和遷移。高表達BANCR對于腫瘤細胞的增殖有抑制作用[15]。

2.2.3 GAS5 GAS5位于染色體1q25.1,Shi等[16]采用qRT-PCR方法檢測72例NSCLC中GAS5表達模式,結(jié)果表明,與癌旁非癌組織相比,GAS5在癌組織中的表達明顯降低,而且其水平與腫瘤大小、臨床分期有關(guān)聯(lián)。此外,上調(diào)GAS5可以增加腫瘤細胞的生長停滯,誘導細胞凋亡。同時通過分析發(fā)現(xiàn),GAS5高表達能夠顯著上調(diào)p53的表達,下調(diào)轉(zhuǎn)錄因子E2F1的表達。這些發(fā)現(xiàn)表明GAS5是NSCLC的抑癌因子,GAS5有望作為NSCLC治療的新靶點。

表1 肺癌中常見異常表達的lncRNA

表2 胃癌中常見異常表達的lncRNA

2.3 胃癌中表達升高的lncRNAs(表2)

數(shù)據(jù)表明2018年胃癌新增病例數(shù)已經(jīng)超過100萬例,死亡人數(shù)估計為78萬人,這一數(shù)據(jù)使其成為癌癥第三大死亡原因[17],胃癌常見危險因素包括幽門螺桿菌感染、長期食用腌制食品和飲酒。通過了解lncRNA在胃癌中的生物學行為來早期診斷,對于降低胃癌病死率有重要意義。

2.3.1 SPRY4-IT1 SPRY4-IT1定位于染色體5q31.3,研究發(fā)現(xiàn),SPRY4-IT1在胃癌組織中表達明顯高于癌旁組織,其水平與腫瘤大小、侵襲深度、遠處轉(zhuǎn)移呈高度正相關(guān)。此外,體外實驗結(jié)果表明,SPRY4-IT1是通過調(diào)控細胞周期蛋白以及基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)相關(guān)基因的機制來發(fā)揮其致瘤作用[18]。抑制胃癌細胞中SPRY4-IT1的表達可顯著降低腫瘤細胞增殖、轉(zhuǎn)移和侵襲。SPRY4-IT1在胃癌的研究中扮演重要角色。

2.3.2 CCAT2 CCAT2位于高度保守的8q24.21區(qū)域,Wang等[19]采用qRT-PCR檢測85對胃癌及癌旁非腫瘤組織中LncRNA CCAT2的表達。結(jié)果表明CCAT2在胃癌組織中的表達呈高水平。此外,胃癌的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和遠處轉(zhuǎn)移也被證實是與lncRNA CCAT2高表達有關(guān),目前人們了解到CCAT2高表達促進細胞遷移的方式主要是通過由TCF7L2來介導的轉(zhuǎn)錄上調(diào)MYC,miR-20a和miR-17-5p實現(xiàn)的[20]。進一步分析發(fā)現(xiàn)lncRNA CCAT2表達高的患者總體生存期和無進展生存期短于lncRNA CCAT2表達低的患者,證明lncRNA CCAT2是胃癌的獨立預(yù)后標志物[21]。

2.4 胃癌中表達降低的lncRNAs(表2)

2.4.1 TUSC7 TUSC7定位于染色體3q13.31,是抑癌基因,Qi等[22]研究采用微陣列技術(shù)對差異表達的lncRNA和配對的相鄰正常組織樣本進行鑒定,結(jié)果表明,與相鄰正常組織樣本比較,胃癌組織中TUSC7表達明顯偏低,TUSC7由p53調(diào)控,是p53的直接轉(zhuǎn)錄靶點。升高TUSC7的表達后可以抑制腫瘤細胞生長和增殖。另外,TUSC7和miR-23b兩者之間能夠相互抑制,miR-23b的作用與TUSC7截然相反,它能促進細胞生長,所以TUSC7可以通過抑制miR-23b的方式來抑制腫瘤細胞。這些發(fā)現(xiàn)支持TUSC7在胃癌患者的腫瘤抑制和生存預(yù)測中的作用。

2.4.2 FENDRR FENDRR位于3q13.31,可與PRC2結(jié)合,通過表觀遺傳調(diào)控其靶基因的表達。Xu等[23]采用QPCR方法檢測158例配對胃癌組織及癌旁正常組織中的表達水平,發(fā)現(xiàn)腫瘤組織中的FENDRR表達明顯低于癌旁正常組織,組蛋白去乙酰化參與了FENDRR的表達下調(diào)。并且FENDRR的低表達與腫瘤浸潤深度、腫瘤分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)。高表達的FENDER可以通過下調(diào)纖維連接蛋白1(fibronectin1,FN1)和基質(zhì)金屬蛋白酶2/9(matrix metalloproteinase2/9,MMP2/9)來抑制胃癌細胞的侵襲和遷移。FENDRR及其靶點FN1和MMP2/9對于胃癌患者的預(yù)后具有重要意義。

2.5 肝癌中表達升高的lncRNAs(表3)

原發(fā)性肝癌是一個日益嚴重的全球性健康問題,全球病例中,肝癌在男性死亡方面排名第二[17],目前肝癌的發(fā)病機制仍有諸多分異,但可以肯定的是,lncRNA已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)在肝癌中發(fā)揮重要作用。

表3 肝癌中常見異常表達的lncRNA

lncRNA定位表達變化主要機制功能 HULC6p24.3上調(diào)HULC與mir-372的結(jié)合可以削弱miRNA介導的對PRKACB翻譯 的抑制,誘導CREB磷酸化,進而刺激HULC的表達。促進腫瘤細胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移 heih5q34.3上調(diào)在G0/G1阻滯中起關(guān)鍵作用,并與EZH2的增強子相關(guān)。與復發(fā)相關(guān) H1911p15.5上調(diào)通過miR-675和IGF-2基因發(fā)揮調(diào)節(jié)作用促進細胞生長,抑制細胞凋亡 H1911p15.5下調(diào)增加組蛋白乙酰化激活miR-200家族抑制腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移 Dreh17E1.1;17下調(diào)與中間絲蛋白波形蛋白結(jié)合后抑制其表達抑制腫瘤細胞生長和轉(zhuǎn)移

表4 結(jié)直腸癌中常見異常表達的lncRNA

2.5.1 HULC HULC定位于6p24.3,是肝癌細胞中首個被發(fā)現(xiàn)過表達的lncRNA,Wang等[24]發(fā)現(xiàn)在肝細胞癌中HULC與miR-372結(jié)合后可減弱miRNA介導的對c AMP依賴性的蛋白激酶的催化亞基(cAMP-dependent protein kinase catalytic subunit beta,PRKACB)的翻譯抑制,進而誘導cAMP反應(yīng)區(qū)結(jié)合蛋白(cAMP response element binding protein,CREB)磷酸化,CREB又能刺激HULC的表達,是一種正反饋調(diào)節(jié)。為了確定HULC在不同器官的腫瘤組織中是否普遍過表達,Panzitt等[25]采用定量RT-PCR方法檢測了多種正常組織及其相應(yīng)的癌/肉瘤組織中HULC RNA的表達。結(jié)果表明HULC在大多數(shù)正常組織中幾乎檢測不到,而在大多數(shù)相應(yīng)的腫瘤組織中沒有明顯升高。然而,在肝細胞癌(hepatocellular carcinoma,HCC)中,HULC的平均表達水平至少是所有正常組織和腫瘤組織的12倍,且與肝癌的侵襲轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。HULC這一特異性使其有望成為檢驗肝癌的生物標志物。

2.5.2 lheih Yang等[26]從乙型病毒性(hepatitis B virus,HBV)相關(guān)HCC患者的肝臟樣本中發(fā)現(xiàn)了特異性差異表達heih,其在HCC中高表達。而進一步研究表明heih在G0/G1期阻滯中起著關(guān)鍵作用,并進一步證明了heih與EZH 2增強子(enhancer of zeste homolog 2,EZH 2)有關(guān)。同時研究發(fā)現(xiàn)heih在HBV相關(guān)性HCC中的表達水平越高,HCC復發(fā)的情況就越多。降低heih為提高HCC整體生存提供一個新的方向。

2.6 肝癌中表達降低的lncRNAs

2.6.1 H19 H19是人類第一個認識的lncRNA,位于11p15.5,H19廣為人知的是其作為癌基因的一面,H19過度表達會促進肝癌細胞的增殖,下調(diào)會抑制腫瘤細胞增殖。研究證實H19主要通過其外顯子編碼的miR-675和胰島素樣生長因子2(insulin-like growth factor 2,IGF-2)基因發(fā)揮調(diào)節(jié)作用[27]。然而在研究肝癌小鼠模型時,Yoshimizu等[28]發(fā)現(xiàn)了缺乏H19的小鼠的成瘤能力明顯比正常小鼠要強,腫瘤生長速度比正常小鼠要快。Zhang等[29]發(fā)現(xiàn)H19能通過增加組蛋白乙?；せ頼iR-200家族,從而抑制肝癌轉(zhuǎn)移。這表明H19也有發(fā)揮抑癌基因的一面。

2.6.2 Dreh Huang等[30]采用微陣列和RT-PCR技術(shù)研究HBx誘導的lncRNAs表達的變化時發(fā)現(xiàn)了可以抑制肝癌生長和轉(zhuǎn)移的Dreh。其作用機理是與中間絲蛋白波形蛋白結(jié)合后抑制其表達,從而進一步改變正常細胞骨架結(jié)構(gòu),抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。這一發(fā)現(xiàn)有助于為基于lncRNAs的靶向治療HBV相關(guān)HCC的潛在發(fā)展提供了理論依據(jù)。

2.7 結(jié)直腸癌中表達升高的lncRNAs(表4)

隨著社會進步,經(jīng)濟水平的提高,人們目前飲食結(jié)構(gòu)、生活方式的改變導致結(jié)直腸癌(colorectal cancer,CRC)的發(fā)病率呈現(xiàn)出逐年增長的態(tài)勢,研究表明,lncRNA可作為結(jié)直腸癌特異性分子標記,而且與其放化療敏感性、耐藥息息相關(guān)。

2.7.1 CCAT1 CCAT1定位于8q24,緊鄰MYC癌基因,是CRC特異性的lncRNA。He等[31]研究發(fā)現(xiàn),CCAT1在CRC組織中呈現(xiàn)高表達,c-myc直接與啟動子區(qū)結(jié)合能夠促進CCAT1的轉(zhuǎn)錄,c-myc激活的CCAT1表達參與了CRC的發(fā)生、轉(zhuǎn)移過程。進一步研究發(fā)現(xiàn)腫瘤的浸潤深度和分期與CCAT1的表達水平相關(guān)。這一發(fā)現(xiàn)可以幫助預(yù)測CRC的臨床結(jié)局[32]。

2.7.2 HOTAIR Yang等[33]發(fā)現(xiàn)與大腸癌癌旁正常組織相比,腫瘤組織中的HOTAIR表達升高。在體外,升高HOTAIR能加強CRC細胞的增殖和侵襲能力,而降低HOTAIR則能加速CRC細胞的凋亡,同時提高CRC細胞對于放射治療的敏感性。Xiao等[34]發(fā)現(xiàn)敲減HOTAIR基因和過表達miR-203a-3p基因可以抑制Wnt/β-catenin信號,在CRC細胞中能抑制細胞增殖,降低化療耐藥性。這些發(fā)現(xiàn)提示HOTAIR在CRC的診治中具有潛在的生物作用。

2.7.3 MALAT1 Hu等[35]發(fā)現(xiàn)MALAT1通過調(diào)節(jié)AKAP-9基因的表達來促進大腸癌的生長和轉(zhuǎn)移,研究發(fā)現(xiàn)不僅SRPK1,MALAT1也能與SRSF1相互作用,在合成的MALAT1-SRPK1-SRSF1復合物中,MALAT1不僅起著結(jié)構(gòu)作用,還通過SRPK1增強SRSF1的磷酸化進程,從而增強AKAP-9的表達。這些發(fā)現(xiàn)表明,MALAT1通過促進SRPK1催化的SRSF1磷酸化在CRC細胞中增加AKAP-9的表達。了解MALAT1通過增加AKAP-9表達促進轉(zhuǎn)移的分子機制可能有助于更有效和有針對性的治療CRC。

2.8 結(jié)直腸癌中表達降低的lncRNAs

Wang等[36]評估了p21在CRC放療中的作用,并檢測了其可能的分子機制。通過表達譜分析,證明了p21可以通過結(jié)合miR-451抑制β-catenin 信號通路,從而抑制CRC干細胞的自我更新能力,發(fā)揮抑癌作用。放療被認為是減少局部進展期直腸癌局部復發(fā)的一種標準的術(shù)前治療方法,但是許多直腸癌對放療并不敏感。有研究表明,上調(diào)p21能減少CRC細胞系和組織樣本,在放射治療后,lincRNA-p21通過抑制Wnt/β-catenin信號通路并且通過促進細胞凋亡,增強了CRC的放射治療敏感性[37]。本研究不僅加深了我們對CRC放射治療機制的認識,而且為提高CRC放射治療敏感性提供了一個新的思路。

2.9 其他腫瘤中異常表達的lncRNA

在女性高發(fā)腫瘤乳腺癌及男性高發(fā)腫瘤前列腺癌中,大量文獻也報道了lncRNA異常表達的發(fā)生。lncRNA HLA復合體P5(HLA complex P5,HCP5)在三陰性乳腺癌(triple-negative breast cancer TNBC)細胞株和腫瘤組織中呈高表達。下調(diào)HCP5能促進細胞的凋亡,抑制細胞的增殖和腫瘤的生長。據(jù)報道m(xù)iR-219a-5p是一種抑制多種癌癥的miRNA[38]。而BIRC3是一種凋亡抑制因子,通過抑制細胞凋亡和促進癌細胞存活成為許多癌癥的潛在癌基因。miR-219a-5p在TNBC細胞中的表達下調(diào),而miR-219a-5p的過表達可以抑制HCP5和BIRC3的表達。HCP5的過表達降低了miR-219a-5p,但增加了BIRC3 mRNA水平,反之亦然。HCP5與BIRC3表達呈正相關(guān),可以通過與miR-219a-5p競爭來激活凋亡信號通路中的BIRC3,促進TNBC的發(fā)展[39]。

還有研究發(fā)現(xiàn)lncRNA RUSC1-AS1在乳腺癌中表達水平較高,且RUSC1-AS1的表達水平與腫瘤大小和臨床分級呈正相關(guān),與患者的總生存期呈負相關(guān)，CDKN1A和KLF2是RUSC1-AS1的靶基因,RUSC1-AS1沉默CDKN1A和KLF2來促進乳腺癌的增殖[40]。這些發(fā)現(xiàn)為改善乳腺癌的治療提供了新靶點。

在前列腺癌中的lncRNA研究進展中l(wèi)ncRNA SNHG 7在前列腺癌細胞和組織中過表達,主要是通過調(diào)節(jié)EMT來促進前列腺癌的遷移和侵襲。進一步的研究證實了Wnt信號通路中的一種重要蛋白WNT2B促進了前列腺癌細胞的惡性表型,并介導lncRNA SNHG 7的生物學效應(yīng)[41]。另一方面Xu等[42]檢測70例前列腺癌患者和70例健康對照者血漿TUG 1水平,結(jié)果表明患者血漿TUG 1水平高于正常對照組。尤其是Ⅲ+Ⅳ期患者的TUG 1水平高于Ⅰ+Ⅱ期患者TUG 1的水平,TUG 1的過表達能明顯促進癌細胞的增殖和遷移,且TUG 1水平與PSA水平、Gleason分級及TNM分期有關(guān)。這表明TUG 1在前列腺癌中具有一定的診斷和預(yù)后價值。

3 小結(jié)與展望

近年來lncRNA在腫瘤領(lǐng)域的研究得到了越來越多的重視,我們發(fā)現(xiàn)一種lncRNA異常表達并不只對應(yīng)一種腫瘤,而且在同一腫瘤組織內(nèi)往往也能檢測到不同lncRNA的表達失調(diào),許多癌癥相關(guān)的lncRNA通過多種機制調(diào)節(jié)不同腫瘤類型的特定靶點。雖然目前對lncRNA已經(jīng)有了一些認識,但這只是冰山一角,仍然存在許多難題需要攻克,包括怎樣早期篩查到腫瘤相關(guān)異常表達的lncRNA、如何干預(yù)相關(guān)lncRNA來提高腫瘤治療。而且在類似泌尿系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)中l(wèi)ncRNA的研究仍然較少。在腫瘤組織中,lncRNA的異常表達、突變是有特異性的,通常可以預(yù)測患者的預(yù)后。我們相信,通過研究的不斷深入,lncRNA有望成為腫瘤診治新的契機、為腫瘤精準治療指出新的方向。