长链非编码RNA在肿瘤中的研究进展

汪 芮，张 欣，王传新

(山东大学齐鲁医院检验科，山东 济南 250012)

长链非编码RNA在肿瘤中的研究进展

汪 芮，张 欣，王传新

(山东大学齐鲁医院检验科，山东 济南 250012)

长链非编码RNA(long noncoding RNA，lncRNA)是一类转录本长度超过200核苷酸，无开放阅读框架的非编码RNA分子，可通过转录调控、染色质修饰、X染色体沉默等多种重要的调控作用，参与多种疾病的发生、发展。研究发现，lncRNA参与调控肿瘤细胞内多种生物学过程，有望成为新型的肿瘤诊断和预后分子标志物及药物作用靶点。本文就lncRNA在肿瘤中的最新研究进展作一综述，以期为肿瘤的临床诊断和治疗提供新的思路。

长链非编码RNA；分子标志物；肿瘤

长链非编码RNA(long noncoding RNA，lncRNA)最初被认为是不具有生物学功能的基因转录“噪声”，而为学者所忽略。然而近来发现这些基因组的“暗物质”作为一种新型调控枢纽在生命活动中发挥着广泛的调节作用，并迅速成为研究的热点之一。肿瘤的发生是一个多因素、多步骤的复杂过程，基因的表达改变在其中发挥着重要的作用。其中lncRNA作为热点研究分子在多种类型的肿瘤中存在异常表达，有望成为新型的肿瘤诊断和预后指标及药物作用靶点。本文旨在介绍lncRNA与肿瘤发生发展的关系及其在肿瘤诊断和治疗中的应用价值，以期为肿瘤的临床诊断和治疗提供新的思路。

1 lncRNA简介

lncRNA是转录本长度超过200个核苷酸且不具备蛋白质编码功能的核苷酸片段，位于细胞核或细胞质内，表达具有组织和时空特异性。大部分lncRNA与蛋白编码基因相似，5’端存在帽状结构，并存在选择性剪切过程，有两个以上的外显子[1]，60%的lncRNA存在polyA尾结构[2]。与蛋白编码RNA相比，lncRNA保守性较差、丰度较低。根据lncRNA在基因组中的位置，可将其分为5类：①正义lncRNA；②反义lncRNA；③内含子lncRNA；④双向lncRNA；⑤基因间lncRNA[3]。

随着高通量测序及基因芯片技术的发展，大量的lncRNA被发现，其作用机制的研究也有一定的进展。lncRNA能通过与特定的蛋白质结合形成复合物，再与其他的蛋白质或DNA结合，进行对基因表达的调控。目前部分研究阐释了lncRNA的作用机制，并构建了lncRNA的作用模型，主要包括：信号lncRNA(signal lncRNA)、诱导lncRNA(decoy lncRNA)、支架lncRNA(scaffold lncRNA)、引导lncRNA(guide lncRNA)和增强子lncRNA(enhancer lncRNA)。Signal lncRNA主要作为细胞接受刺激后的信号分子调节转录过程[4]。Decoy lncRNA存在一定数量的功能位点，诱导转录调节因子，如转录因子、催化蛋白等与之结合，使转录过程中可用的调节因子减少，进而调节基因的表达[5]。Scaffold lncRNA提供蛋白质与蛋白质结合的平台，促使其形成复合物，发挥生物学功能。Guide lncRNA主要引导蛋白质复合物到达特定的基因区域发挥功能[6]。Enhancer lncRNA转录自增强子区域，目前研究认为可能与染色体的三维结构有关，也有假说认为增强子lncRNA只是起捆绑作用，在增强子区域合成却不释放，与相应的蛋白质结合使其作用于增强子[7]。相对于蛋白编码基因，lncRNA的研究尚在起步阶段，随着更多研究手段的出现，对lncRNA的认识将会更加深入。

2 lncRNA与肿瘤发生发展的关系

近年来研究证明[8～12]，lncRNA在多种肿瘤中存在异常表达，并与肿瘤细胞的增殖、分化和迁移等多种活动密切相关。肿瘤的发生发展是一个复杂的、多步骤的过程，lncRNA已被证实在多种生命活动中存在调节作用，其在肿瘤中的调控作用也成为了近期的研究热点，具有重要的现实意义。

2.1 lncRNA促进肿瘤的发生、发展 一些lncRNA通过调控抑癌基因的表达，引起肿瘤发生。如lncRNA ANRIL(antisense lncRNA of the INK4 locus)，可作为支架lncRNA募集PRC1(核心蛋白复合体1)和核心蛋白复合体2(PRC2)，与INK4b/ARF/INK4a基因座相互作用，诱导细胞周期蛋白激酶抑制剂4a(INK4a)转录后沉默。INK4a也称为p16/细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂(CDKN2A)，编码p16蛋白，是调控细胞周期的抑癌基因，其沉默可诱导肿瘤细胞增殖，进而促进肿瘤发生[13]。Du等[14]报道，lncRNA HULC(hepatocellular carcinoma up-regulated long non-coding RNA)可通过抑制肿瘤抑制基因p18的启动子活性，使p18的表达下调，促进肝癌细胞增殖。MALAT-1是最早发现的促进肿瘤转移的lncRNA分子之一，Qi等[15]报道，MALAT-1可与PRC2的组分EZH2结合，抑制抑癌基因PCDH10的表达，促进胃肿瘤细胞的侵袭和转移。值得注意的是，目前发现的lncRNA中约20%的lncRNA与PRC2存在一定的相互作用，或许深入研究lncRNA的作用机制可以有助于阐明PRC2的表达改变与肿瘤发生的相关性。

lncRNA除作用于抑癌基因外，还可以与miRNA结合影响miRNA的调节作用，引起肿瘤的发生。例如，lncRNA-uc002 kmd.1上存在多个miR-211-3p的结合位点，可以诱导miR-211-3p的吸附，减弱其与编码CD44蛋白的mRNA的结合，上调CD44的表达，促进结肠癌细胞的增殖[16]。Ma等[17]报道CCAT-1可与miR-218-5p结合，Bmi-1基因的表达受miR-218-5p调控，CCAT-1上调可以使游离的miR-218-5p减少，引起Bmi-1表达量增加，促进膀胱癌细胞的生长。

近期研究发现，lncRNA可以直接参与基因的表观修饰作用影响其表达。Yang等[18]报道lncRNA AK123072可以影响EGFR基因的甲基化过程，高表达的AK123072可以减少EGFR基因的甲基化，上调其表达，促进胃癌细胞的侵袭和转移。Fan等[19]的研究探索了lncRNA影响甲基化的具体机制，lncRNA ROR可以竞争组蛋白G9A 甲基转移酶在TESC启动子上的结合位点，阻遏TESC的甲基化，抑制该基因沉默，促进肿瘤发生。

2.2 lncRNA的抑癌作用 有些lncRNA通过调节致癌基因的表达发挥作用，抑制肿瘤细胞的增殖和转移。MEG3位于染色体14q32内，是第一个被发现具有肿瘤抑制作用的lncRNA，在人体大多数正常组织，特别是脑组织中呈高表达，但是在多种肿瘤组织中表达下调。Luo等[20]发现MEG3在前列腺肿瘤组织中表达显著下调，介导前列腺肿瘤细胞的周期停滞，抑制其生长，这一作用可能是通过抑制细胞周期蛋白Cyclin D1实现的。He等[21]报道在肝LX-2细胞系中过表达MEG3可以减少TGF-β1引起的细胞增殖，促进细胞凋亡。Mondal等[22]探索了MEG3调节TGF-β通路基因的具体机制，该研究发现MEG3上富含GA的区域可与TGF-β通路基因启动子区域富含GA的DNA链结合，形成DNA-RNA复合物。MEG3上同时存在与PRC2复合体结合的区域，引导PRC2复合体作用于TGF-β通路基因启动子区域，抑制基因的表达，从而起到抑癌作用。这一研究也建立了一种lncRNA通过PRC2调节基因表达的作用模型。

2.3 lncRNA在肿瘤中的双重调节功能 部分lncRNA在肿瘤的发生发展中不仅存在单一的促癌或抑癌作用，而是存在双重作用机制。H19基因位于染色体11p15.5，全长2300 bp，是一种母源性印迹基因，以调节性RNA或核糖调节子方式发挥作用。Liang等[23]发现H19可以与miR-138和miR-200结合，阻遏它们对下游靶基因Vimentin、ZEB1 和ZEB2的下调作用，促进肿瘤细胞的上皮间充质转化，促进转移的发生。eIF4A3是外显子连接蛋白复合体的核心成分，可以与cyclin D1、cyclin E1和CDK4等细胞周期蛋白的mRNA结合，抑制细胞的过度增长。Han等[24]发现H19可以与eIF4A3结合，阻遏其与细胞周期蛋白mRNA的结合，上调cyclin D1等蛋白的表达，促进细胞增殖。而Sorin等[25]在小鼠结直肠癌的治疗研究中发现，DAT-H19可以明显延缓结直肠癌的肝转移。说明H19在肿瘤的发生发展中存在双重调节作用。

3 lncRNA在肿瘤诊断和预后中的价值

近年来有大量文献证明非编码RNA在多种肿瘤的发生发展过程中发挥重要的作用，miRNA除参与肿瘤的发病过程外，还可以作为稳定的肿瘤诊断标志物。这为其他非编码RNA，如lncRNA的应用提供了思路，鉴于已经有大量研究报道lncRNA参与了肿瘤的发生发展，其或可以作为生物标志物应用于肿瘤的早期诊断和预后评估。诸多研究表明lncRNA可在多种组织中稳定表达，且在多种肿瘤组织和正常组织间表达，具有显著的差异性，如乳腺癌、结直肠癌、膀胱癌、胰腺癌、胃癌等[8～12]。近期研究显示lncRNA的差异表达可以作为患者预后的预测指标。Wang等[26]发现ZEB1-AS1分子在肝癌组织和细胞中显著上调，并可作为判断肝癌患者预后的分子；PVT1被报道在胃癌组织中的表达量增加，并与患者的预后情况显著相关[27]。

虽然组织中的lncRNA表达稳定且差异显著，但组织标本不易获取，难以作为肿瘤的筛选手段。MiRNA在循环血中可以保持稳定，血清或血浆miRNA分子具有较好的灵敏度和特异性是理想的肿瘤诊断候选分子。Tong等[28]检测了血浆lncRNA在室温长期放置、反复冻融、过酸或过碱处理后的表达，lncRNA均可保持稳定状态，可以耐受不良环境，具有作为诊断标志物的能力。Wang等[29]报道，长链HOTTIP-005和RP11-567 g11.1在胰腺癌组织中表达显著上调，血清中来源于这两个分子的片段HDRF和 RDRF在肿瘤组表达也显著升高，并与患者预后相关，可作为胰腺癌的诊断和预后标志物。lncRNA POU3F3在食管癌组织及血浆中均高表达，在食管癌的诊断中具有重要价值，其与SCCA联用可有效诊断食管癌，特别是可以提高早期食管癌的检出率[30]。Zhou等[30]报道，H19在胃癌的早期诊断中具有重要作用，且在术后患者血清中H19的表达显著减少，可以作为胃癌早期诊断和术后监测的标志物。

近年来随着技术的进步和发展，通过lnRNA分离、高通量测序、基因芯片及PCR等技术结合，可以高效筛选存在差异表达的lncRNA分子，确定可以用于肿瘤诊断和预后的lncRNA。循环lncRNA检测作为非侵入性的检查手段，或可在将来应用于高危人群筛查和肿瘤的准确诊断。目前，对于循环lncRNA作为标志物的研究尚在起步阶段，随着技术的成熟和更大样本量lncRNA标志物研究的进行，我们将会建立高准确性和高特异性lncRNA肿瘤表达谱用于肿瘤的早期检测和预后判断，提高肿瘤患者的生存率。

4 lncRNA作为药物靶点或药物在肿瘤治疗中应用

近年来生物制剂的发展极大地拓宽了药物开发领域的范围，RNA靶向药物特异性高，在肿瘤治疗方面具有广泛的应用前景。lncRNA已被证实在肿瘤的发生发展中存在多重调节作用，阐明其作用机制，针对特异性的lncRNA作用靶点开发肿瘤新药是目前研究的热点趋势之一。lncRNA的干预靶点治疗目前尚处于起步阶段，尽管当前对其功能机制的了解有限，但已经为肿瘤药物的研发带来了许多的线索。

siRNA是抑制lncRNA异常表达的一种手段。在乳腺癌中使用siRNA干扰掉HOTAIR分子可以显著减少乳腺癌细胞在基质中的浸润[31]。在肝癌细胞中用siRNA敲除HULC和MALAT1分子可以减少肝细胞增殖，引起细胞周期停滞[14]。目前siRNA作为靶点抑制剂调节lncRNA表达的相关研究正在进行，siRNA-EphA2-DOPC(靶向EphA2)、TKM-080301(靶向PLK1)及CALAA-01(靶向RRM2)正处于I期研究阶段；传统化疗药Atu027与siRNA药物siG12D LODER联用治疗前列腺癌晚期的研究已进入Ⅱ期实验[32]。通过化学修饰的方法，如添加甾族化合物或胆固醇，可以有效提高siRNA的稳定性和细胞摄入率[33]。

目前还有多种方法可用于靶向lncRNA的治疗。反义寡核苷酸(ASO)是针对特异的靶基因设计的单链短RNA或DNA，长度约为8到50个核苷酸，ASO可以与RNA结合，形成RNA酶识别的DNA：RNA复合体，介导RNA分子的降解[34]。这一技术lncRNA的研究中的应用已经开展，有报道在裸鼠皮下种植的肿瘤中注射ASO可以有效降低MALAT-1的表达，减少肺癌细胞的转移[35]。核酶(Ribozyme)是体内产生的具有催化功能的RNA分子，可以用于特异性RNA序列的降解，考虑到存在序列较短的lncRNA，如7 SK的长度为300个核苷酸，难以设计高效的siRNA，核酶可以作为更好的治疗手段[36]。适配体(Aptamer)是具有三级结构的短DNA、寡核苷酸RNA或多肽链，可以特异性与靶序列结合。lncRNA存在复杂的二级结构，这使得siRNA、ASO或核酶无法与之高效的结合，而适配体的结构特点使其可以高效地发挥其降解作用[37]。随着lncRNA结构信息和功能的不断发现，设计针对相应靶点的小分子抑制剂，调节lncRNA的表达量也可作为可行的手段，如5-硫唑嘌呤-2’-脱氧胞苷(5-aza-dC)可以抑制H19基因印记控制区的甲基化，使H19的表达下调[38]。lncRNA可作为内源性竞争性RNA结合miRNA，调节miRNA的表达，提示或许同时也存在miRNA对lncRNA的调节作用[39]，这使得miRNA有望成为lncRNA的靶向调节药物。

5 展望

lncRNA作用机制广泛，可在多个水平调控细胞生命活动，在肿瘤发生发展中具有重要作用。lncRNA在肿瘤中存在特异性表达，有望成为新型肿瘤诊断标志物。此外，以lncRNA为靶点开发抗肿瘤药物在肿瘤治疗方面也具有广阔的应用前景。目前lncRNA的研究尚需解决以下问题：lncRNA调节基因表达的具体机制；lncRNA与其它非编码RNA，如miRNA的相互作用机制；基因的表观修饰作用，如甲基化，对lncRNA分子表达量的影响；靶向lncRNA药物的具体成分和投递手段。相信随着技术的进步，以上问题将会得以充分的解决，使lncRNA在肿瘤的诊断和治疗中发挥更强大的作用。

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Research advance on long non-coding RNA in cancer

WANG Rui，ZHANG Xin，WANG Chuan-xin

(Department of Clinical Laboratory，Qilu Hospital，Shandong University，Jinan 250012，China)

WANGChuan-xin

Long non-coding RNA (lncRNA) is defined as regulatory non-coding RNA molecular lacking an open reading frame with more than 200 nucleotides.LncRNAs are widely involved in the regulation of gene expression，chromatin modification and X-inactivation，which may affected the occurrence and development of multiple diseases.Emerging studies have reported that lncRNAs participate in diverse biological processes in tumor cells and have the potential to be a new biomarker for tumor diagnosis and prognosis prediction as well as a new target for drug action.This review focuses on the current advances in lncRNAs research in cancer in order to provide new clues for clinical diagnosis and treatment for this lethal disease.

Long non-coding RNA； Molecular marker； Tumor

王传新，男，教授，博士，博士研究生导师。中华医学会检验医学分会副主任委员，山东省医学会检验分会主任委员。主要研究方向：肿瘤标志物与肿瘤早期诊断。

R73-3

A

1672-6170(2016)03-0009-05

2016-04-25)