长链非编码RNA在肿瘤中的研究进展*

曲灵美综述 孙亚男审校

长链非编码RNA在肿瘤中的研究进展*

曲灵美1综述 孙亚男1审校

基因组学研究显示，哺乳动物基因组具有广泛密集转录的特点，只有不到2%转录为蛋白质，而超过98%转录为非编码RNA(ncRNA)。非编码RNA，包括siRNA、miRNA等为代表的短小RNA和长链非编码RNA(long non-coding RNA，LncRNA),其中LncRNA是一类转录本长度超过200核苷酸的RNA，本身并不编码蛋白或很少编码蛋白质。在2002年对小鼠的基因组cDNA文库的大规模测序过程中首次被发现，至今在哺乳动物基因组已发现3500多种LncRNA。随着对RNA研究的不断深入，非编码RNA越来越引起人们的关注，目前许多研究已表明LncRNA在许多生物体的生命活动中发挥着极广泛的调控作用，它们参与了染色体的转录与失活、基因的表达与关闭，细胞周期乃至个体发育等过程。目前越来越多的科研人员关注LncRNA的生物功能与肿瘤疾病的关系，LncRNA的研究对了解基因调控，基因敲出，人类肿瘤疾病防治及生物进化探索等都具有重大意义，现将一些LncRNA与各种肿瘤的研究现状予以综述。

长链非编码RNA；肿瘤；肿瘤转移

1 LncRNA的概述

长链非编码 RNA(long non-coding RNA，LncRNA)是一种转录本长度大于200核苷酸的RNA，存在于细胞质或细胞核内，自身很少参与蛋白质的编码，甚至不编码蛋白质。在真核生物的转录过程中会产生大量的长链非编码RNA[1]，最初的研究认为它是RNA聚合酶Ⅱ低保真度转录的副产物，本身并不具有生物学功能[2]，甚至有学者称其为基因组转录的“噪音”。近年来，很多研究发现LncRNA在X染色体沉默，染色质修饰，基因印记，转录激活，转录干扰，核内运输，原癌基因活化等方面发挥重要的调控作用。虽然LncRNA缺少有意义的开放阅读框，其表达具有明显的组织和时空特异性[3]，但作为基因转录表达的重要调控元件，LncRNA既可作为主要的转录调控因子，也可作为共同调控因子，LncRNA调控基因表达的机制表现为多样性：①表观遗传学水平调控，LncRNA与染色质修饰酶相互作用，改变染色质构象，激活或抑制相关基因表达，或者通过修饰组蛋白来达到调控基因转录的目的。例如：来自于HOXC基因座的HOTAIR可逆向调控染色质重构复合体 2(polycomb repressive complex，PRC2)。PRC2由组蛋白H，第27位赖氨酸(H，K27)甲基化酶SUZl2、EZH2和EED组成，具有可结合HOTAIR的位点。结合HOTAIR后的PRC2可定位于HOXD位点，从而诱发HOXD基因座上长度为40kb的转录本发生表遗传沉默[4]。②转录水平调控，LncRNA可通过调节转录因子的结合与装配，与调控序列DNA形成复合物，调控RNA聚合酶II，转录干扰等方式发挥作用，如位于二氢叶酸还原酶（DHFR）上游的LncRNA可与DHFR的启动子区域形成稳定的RNA-DNA三链结构，抑制与转录因子TFIID的结合，导致DHFR的基因表达受到抑制[5]。③转录后水平调控，LncRNA通过和互补的 mRNA形成dsRNA，在mRNA的加工、剪接、转运、 翻译和降解等方面发挥作用。如移除突变的mRNA上的IRES来阻断剪接位点，阻止内含子剪切，调节Zeb/ Sipl的表达[6]。

2 LncRNA与肿瘤

随着基因芯片等多种实验技术的应用，越来越多的LncRNA被逐渐发现。相关研究报道，与正常组织相比较，LncRNA在某些肿瘤组织的表达具有显著差异性，这些异常表达的LncRNA在肿瘤的生物学过程中可能发挥作用。甚至有学者认为某种特异性表达的LncRNA可作为肿瘤的预测因子。迄今为止，研究证实具有抑癌作用的LncRNA有MEG3 (maternally expressed gene 3，MEG3)和CDKN2B-ASl (ANRIL)等。具有致癌作用的LncRNA有人肺腺癌转移相关转录本l(metastasis associated lung adenocarcinoma transcript l，MALATl)、HOX转录反义 RNA (Hox transcript antisense intergenic RNA，HOTAIR)、HULC(highly up-regulated in liver cancer)等，特别的是H19基因，母系遗传的印迹基因H19位于人染色体11p15．5，全长约2．3 kb的LncRNA，在肿瘤调控作用中既能发挥促癌基因作用又具有抑癌基因功能[7]。

2.1 LncRNA与喉癌

Feng等[8]通过研究探讨了MALAT1与喉鳞状细胞癌的关系，MALAT1定位于11q13.1，表达于人类正常组织中，在一些实体瘤如乳腺癌，膀胱癌，胰腺癌等组织中表达上调，研究者发现在喉鳞状细胞癌中，MALAT1表达水平明显高于相应的癌旁非瘤组织。且患者的组织学分级越差，临床分期越高，则MALAT1的表达水平越高，相应的患者的预后也就越差。另外通过应用MALAT1 siRNA慢病毒表达载体抑制MALAT1的表达后，喉鳞癌细胞增殖能力减弱，表现为凋亡细胞增加。最终研究者得出结论：MALAT1在喉鳞状细胞癌的恶性进程中发挥重要的作用，并且有望成为喉鳞癌基因治疗的作用点。可见MALAT1和喉鳞状细胞癌的发展、细胞凋亡，增殖能力，迁徙能力等有密切的关系，但是具体的调控机制和网络尚未得到阐明，有待于进一步研究发现。Dandan等[9]研究发现喉鳞状细胞癌的HOTAIR的水平显著高于临近非肿瘤组织中HOTAIR水平，在那些组织分化程度低或者接受晚期临床治疗的患者中，也呈现HOTAIR表达水平高的趋势，喉鳞状细胞癌的患者的HOTAIR的水平高低明显与不良预后相关。可见HOTAIR可做为喉鳞状细胞癌的独立预后因素。HOTAIR siRNA慢病毒表达载体抑制HOTAIR的表达后，能够导致Hep-2细胞减少侵袭并促进其细胞凋谢，在小鼠裸鼠移植瘤试验中呈现显著减缓喉鳞状细胞癌的增长的趋势。此外，Hep-2细胞中PTEN甲基化有效减少能够减损HOTAIR水平。研究结果表明，喉鳞状细胞癌的HOTAIR基因致癌作用与PTEN甲基化水平升高相关，HOTAIR可被视为喉鳞状细胞癌组织学的标志物，也可以被定为介入性治疗的潜在目标。

2.2 LncRNA与乳腺癌

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一，Gupta等[10]研究发现HOTAIR（metastasis-associated HOX antisense intergenic RNA）乳腺癌中表达上调，可高达正常乳腺组织的数百至2000倍。在随访中发现患者HOTAIR的表达水平与其肿瘤复发率成正相关。HOTAIR不编码蛋白，而是与PRC2（polycomb repressive complex 2）相作用。PRC2介导个体发育过程中控制分化途径的数千种基因转录的抑制，在人类肿瘤与干细胞多能性中均有发挥作用, HOTAIR与之相互作用可致多个肿瘤抑制基因沉默，促进肿瘤转移[11]。另有研究表明，HOTAIR与原发性乳腺癌的转移及预后也密切相关。应激介导长链非编码转录体5(10ng stress-induced non-coding transcript-5，LSINCT5)是一个大小为2．6kb的多聚腺苷酸，在乳腺癌组织中存在异常表达，敲除LSINCT5后可明显抑制肿瘤细胞增殖，同时多种基因的表达下调，推测LSINCT5可能是通过调节下游的靶基因，从而促进癌细胞增殖[12]。Mourtada-Maarabouni等[13]对21例女性乳腺癌患者的样本及癌旁正常组织样本进行研究时，发现GAS5（growth arrest-specific transcript 5）转录本水平在乳腺癌样本中明显下降。GAS5在哺乳动物中可控制细胞凋亡，增殖，无编码蛋白功能，但能在其内含子区编码一小核仁RNA（small nucleolar-RNAs，snoRNAs）。部分GAS5能使哺乳动物细胞对凋亡诱导物敏感，因此，这些snoRNAs在研究肿瘤对治疗药物的敏感性方面将成为新亮点。

2.3 LncRNA与肺癌

肺癌是发病率，死亡率极高的恶性肿瘤。2003年Ji等[14]利用基因测序与qRT-PCR技术对225例I期非小细胞肺癌患者（其中转移患者70例）基因表达差异序列进行研究，在70例转移的患者样本中发现了一种新型长链非编码RNA：MALAT1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1）过度表达，而且MALAT1表达具有分期和组织特异性。Tano等[15]应用基因芯片技术和基因敲除技术，发现沉默MALAT1后，影响肺腺癌细胞的生长和迁移。所以推测，MALAT1通过某种机制影响生长、增殖及迁移相关基因，进而调控肿瘤细胞的转移。经研究分析，认为MALAT1是与肿瘤侵袭、转移相关的LncRNA，但具体的调控机制尚未明确。

2.4 LncRNA与肝癌

肝癌是我国高发的恶性肿瘤之一，死亡率占肿瘤死亡率的第二位。研究发现某些LncRNA如HULC，HOTAIR，HEIH，MALAT1，MEG3等与肝癌细胞的发生发展、侵袭及转移等临床指标密切相关。2009年Panzitt等[16]在利用基因芯片技术研究肝细胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)基因表达时，发现了表达上调的LncRNA：HULC。随后利用siRNA干扰技术使HULC在HCC细胞中的表达下调后可导致多个基因异常表达。Wang等[17]通过对HCC患者癌组织及癌旁组织中HULC的表达谱分析，结果发现肝细胞癌组织HULC表达明显上调，而在癌旁组织中却未检查到HULC的表达。Wang等并初步探讨了HULC可能的调节机制，研究表明，HULC可下调包括 miRNA-372的一系列miRNA，miR-372的抑制导致对其靶基因PRKACB翻译的阻遏减少，PRKACB的翻译产物激酶以CBRE为作用靶点，减少CBRE磷酸化。激活后的CBRE在HULC启动子区保持染色质结构开放，从而使HULC转录增加。Yang等[18]研究发现HOTAIR在肝细胞癌组织中的表达显著增高，采用siRNA干扰技术下调HOTAIR的表达后，肝癌细胞的运动及侵袭能力明显下降，进一步证实HOTAIR与肝癌细胞的侵袭转移能力有相关性。高表达的HOTAIR可能成为肝癌患者预测肿瘤复发和基因治疗的新分子靶标。Lai等[19]采用实时定量PCR分析肝癌细胞，发现MALAT1在肝癌细胞中表达明显上调，肝移植后MALAT1高表达水平的患者肿瘤复发率也随之增加，可见MALAT1的高表达可作为肝癌患者预测肿瘤复发的生物标志物。此外研究表明，母系表达基因3(materally expressed gene 3,MEG3)在肝癌细胞中的表达水平远低于正常肝组织，因此上调MEG3的表达可降低肝癌细胞的生长，其机制可能与miR-29相关，推测miR-29可增加MEG3启动子甲基化下调MEG3表达参与HCC癌变[20]。

2.5 LncRNA与前列腺癌

前列腺癌是男性泌尿生殖系统常见的恶性肿瘤。Fu等[21]研究发现在前列腺组织中有一高度特异性的LncRNA-PCGEM1（prostate specific gene 1）PCGEM1过表达明显促进LNCaP和NIH3T3细胞增殖与集落形成，且在LNCaP细胞中PCGEM1过表达可抑制DOX诱导的细胞凋亡，表明PCGEM1对前列腺癌的发展进程具有调控作用。Bussemakers等[22]对56个前列腺癌样本进行基因表达谱分析时，发现其中53个DD3（differential display gene 3）/ PCA3（prostate cancer gene 3）基因在前列腺癌组织中表达明显高于癌旁组织，且DD3在前列腺组织中特异表达，而在其他人体正常组织中表达无明显上调。在临床中已经证明检测尿液中前列腺癌细胞DD3 mRNA表达的技术具有可行性，而DD3的特异度明显高于PSA，在一定程度上能避免活检创伤，有望成为新型的前列腺癌诊断标志物。

2.6 LncRNA与其他癌症

近几年来，随着对LncRNA研究的广泛开展，研究发现LncRNA还涉及其他一些肿瘤疾病。Eis等[23]研究发现microRNA miR-155可由淋巴细胞中LncRNA-BIC RNA序列加工而成。实验测得 miR-155在弥漫性大B细胞淋巴瘤的含量比正常循环淋巴细胞高10～30倍，BIC RNA含量也随之增高。由此预测，BIC RNA的转录与加工调控miR-155水平。Yu等[24]在进行肿瘤基因表达谱的研究分析时，对5340个原发神经母细胞瘤相关基因进中筛选时发现了与17q获得相关的基因ncRAN，其不编码蛋白。在70例散发的神经母细胞瘤病例中，ncRAN mRNA高表达与预后呈负相关。Gibb等[25]研究了人口腔黏膜LncRNA的表达谱，发现了某些LncRNA在口腔癌前病变中表达异常。此外还有研究显示，MALATl通过调节基因表达影响宫颈癌细胞生长和细胞转移[26]，过表达的MEG3可抑制体外神经胶质瘤细胞的增殖[27]。事实上还有很多LncRNA在肿瘤疾病中被研究发现，但对其详细的调控机制了解还十分有限。

3 结语与展望

虽然近些年来对于小非编码miRNA的研究取得了令人瞩目的成果，与之相比我们对于LncRNA的研究才刚刚起步，且其通过何种机制影响肿瘤细胞目前还不明确，有待于我们进一步研究与探讨LncRNA复杂的调控网络。通过分析LncRNA在肿瘤细胞中的异常表达，明确其与肿瘤的临床分期，病理分型，预后及复发的内在关系，寻找出肿瘤特异性标志物，可为肿瘤的早期诊断及治疗提供新的策略与靶点。在未来，随诊各种科研技术及实验手段的迅猛发展，我们可从多方面及多领域研究LncRNA，使其功能及调剂机制更加完善地展现在人们面前。我相信，随着各国科研人员共同努力研究LncRNA，这必将给医学科研工作带来一场革命，给人类生活的发展带来深远的影响。

1 Kapranov P,Cheng J,Dike S,et al.RNA maps reveal new RNA classes and a possible function for pervasive transcription[J].Science,2007,316(5830):1484-1488.

2 Ponting CP,Oliver PL,Reik W.Evolution and functions of long non-coding RNAs[J].Cell,2009,136(4):629-641.

3 Niazi F,Valadkhan S.Computational analysis of functional long non-coding RNAs reveals lack of peptidecod-ing capacity and parallels with 3 UTRs [J].RNA, 2012,18(4):825-843.

4 Rinn JL,KerteszM,Wang JK,etal.Functional demarcation of active and silent ehromatin-domains in human HOX loci by non-coding RNAs.Cell,2007,129: 131l-1323.

[5 Martianov I,RamadassA,Serra Barros A,etal. Repression of the human dihydrofolate reductase gene by a non-coding interfering transcript.Nature,2007,445: 666-670.

6 Beltran M,Puig I,Pe(n)a C,et al.A natural antisense transcript regulates Zeb2/Sipl gene expression during Snaill-induced epithelial-mesenchymal transition.Genes Dev,2008,22:756-769.

7 Gibb EA,Brown CJ,Iam WL.The functional role of long non-coding RNA in human carcinomas.Mol Caneer, 2011,10:38.

8 Feng J,Tian L,Sun Y,Li D,Wu T,Wang Y M Liu. Expression of long non-coding ribonucleic acid metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript-1 is correlated with progress and apoptosisoflaryngeal squamous cell carcinoma.[J].Head Neck Oncol.2012，4 (2):46.

9 Dandan Li,Jiapeng Feng,Tianyi Wu,Yandong Wang,. Yanan Sun,Jingyuan Ren,and Ming Liu.Long Intergenic Noncoding RNA HOTAIR Is Overexpressed and Regulates PTEN Methylation in Laryngeal Squamous Cell Carcinoma.[J].The American Journal of Pathology,2013：182: 64-70.

10 Gupta RA,Shah N,Wang KC,et al.Long non-coding RNA HO-TAIR reprograms chromatin state to pro-mote cancer metastasis[J].Nature,2010,464(7291):1071-1076.

11 Hayami S,Kelly JD,Cho HS,et al.Overexpression of LSDl contributes to human carcinogenesis through chromatin regulation in arious cancers [J].IntJ Cancer, 2011,128(3):574-586.

12 Silva JM,Boczek NJ,Berres MwJ,et al.LSINCTS is over expressed in breast and ovarian cancer and affects cellular proliferation[J].RNA Biol,2011,8(3):496-505.

13 Mourtada-Maarabouni M,Pickard MR,Hedge VL,et al. GAS5,a non-protein-coding RNA，controls apoptosis and is downregulated in breast cancer[J].Oncogene,2009,28 (2):195-208.

14 Ji B Diederichs S,Wang wj,et al.MALAT-l，a novel noncoding RNA，and thymosin beta4 predict metas-tasis and survival in early-stage non-small cell lung cancer[J]. Oncogene,2003,22(39):8031-8041.

15 Tano K,Mizuno RJ,Okada L,et al.MALAT-l enhances cell motility of lung adenocarcinoma cells by influencing the expression of motility-related genes [J].FEBS Lett, 2010,584(22):4575-4580.

16 Panzitt K,Tschernatsch MM,Guelly C,et al.Characterization Of HULC J a novel gene with striking up re-gulation in hepato cellula r carcinom a J a s noncoding RNA [J].Gastroenterology,2007,132(1):330-342.

17 Wang J,Liu X,Wu H,et al.CREB up-regulates long non-coding RNA,HULC expression through inter-action with microRNA-372 in live r cancer[J].Nucleic Acid S Res,2010,38(16):5366-5383.

18 Yang Z,Zhou L,Wu LM,et al.Overexpression of Long non-coding RNA HOTAIR predicts tumor recur rence in hepatocellular carcinoma patients following liver transplantation[J].Ann Surg Oncol,2011,18(5):1243.

19 Lai MC,J Yang ZJ,Zhou L,et al.Long non-coding RNA MALAT-1 overexpression predicts tumor recurrence of hepatocellular carcinoma after liver transplantation[J]. Med Oncol,2012,29(3):1810-1816.

20 Braconi C,Kogure T,Valeri N,et al.microRNA-29 can regulate expression of the long non—coding RNA gene MEG3 in hepatocellular cancer [J].Oncogene,201l,30 (47):4750-4756.

21 Fu X,Ravindranath L,Tran N,et al.Regulation of apoptosis by a prostate-specific and prostate cancerassociated noncoding gene,PCGEMI[J].DNA Cell Biol, 2006,25(3):135-141.

22 Bussemakers MJ,van Bokhovcn A,Verhaegh GW,et al. DD3:a new prostate specific gene，highly over-expressed in prostate cancer[J].Cancer Res,1999,59(23):5975-5979.

23 Eis PS,Tam W,Sun L,et al.Accumulation of miR-155 and BIC RNA in human Bcell lymphomas[J].Proc Natl Acad Sci USA,2005,102(10):3627-3632.

24 Yu M,Ohira M,Li Y,et al.High expression of ncRAN,a novel non-coding RNA mapped to chromosome 17q25.1,is associated with poor prognosis in neuroblastoma [J].IntJ Oncol,2009,34(4):931-938.

25 Gibb EA,Enfield KS,Stewart GL,et al.Long non-coding RNAs are exp ressed in oral mucosa and altered in oral premalignant lesions[J].Oral Oncol,201l,47(11):1055-1061.

26 Guo F,Li Y,Liu Y,et al.Inhibition of metastasisassociated lung adenocarcinoma transcript l in CaSki human cervical cancer cells suppresses cell proliferation and invasion [J].Acta Biochim Biophys Sin(Shanghai), 2010,42(3):224-229.

27 Wang PJ,Ren ZQ,Sun PY.Overexpression of the long non-coding RNA MEG3 impairs in vitro glioma cell Proliferation[J].JCell Biochem,2012,113(6):1868-1874.

(收稿:2014-10-22 修回：2014-11-18)

Progress in the Research on Long Chain Non-coding RNA in Tumors

QU Lingmei，SUN Yanan
Deparintment of Otorhinolaryngology,Head and Neck Surgery,The Second Affiliated Hospital, Harbin Medical University,Harbin,Heilongjiang,150081,China

Genomics research shows that the mammalian genome bears the characteristics of a wide and intensivetranscription. Less than 2%of the genome is transcribed into proteins,while more than 98%transcribed into non-coding RNA (ncRNA).Among non-coding RNA,including short and long non-coding RNA(long non-coding RNA,LncRNA)represented by siRNA,miRNA,etc., LncRNA is a type witha transcript length of over 200 nucleotides,which does not encodeprotein or rarely encodes protein itself.This was first discovered in 2002 in the course of large-scale sequencing of mouse genomic library of cDNA,and more than 3,500 kinds of LncRNA have been found in mammalian genome.With the deepening of research on RNA,non-coding RNA has been drawing attention increasingly.Many studies have shown that LncRNA very broadly regulates many biological life activities,and they are involved in the transcription and activation of the turning on and off of chromosomes gene expression,as well as cell cycle,ontogeny, and other processes.More and more researchers focus on the relationship between the biological function of longchain non-coding RNA and tumorous diseases.The study of long chainnon-coding RNA is of great significance in the understanding of gene regulation, gene deletion,prevention and treatment of human tumorous diseases and exploration of biological evolution.This paper reviews the research status of some LncRNA and various tumors.

Long chain non-coding RNA;Tumor;Metastasis

10.16542/j.cnki.issn.1007-4856.2015.02.021

黑龙江省卫生厅科研课题（2013115）

1 哈尔滨医科大学附属第二医院耳鼻喉科（150081）

曲灵美，副主任医师. Email:qlm8977976@163.com