TGF-β诱导的长链非编码RNA在肿瘤中的研究进展

2016-08-04李翠魏代清综述刘靳波审校

中国肿瘤临床 2016年13期

李翠　　魏代清　　综述　　刘靳波　　审校

·综述·

李翠魏代清综述刘靳波审校

转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）信号通路参与调控细胞增殖、分化、凋亡等，以细胞或环境依赖的方式发挥肿瘤抑制或肿瘤促进作用，成为肿瘤发生发展过程中的一把双刃剑。长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）不编码蛋白，但参与多种信号通路及生物学功能的调控，可诱导血管生成，在多种肿瘤的增殖、侵袭和转移过程中起到重要作用，发挥类似癌基因或抑癌基因的作用。TGF-β可诱导产生一些具有重要调控功能的lncRNA，从而形成复杂的交联调控网络。本文将对目前报道的能被TGF-β诱导，且机制与作用相对清楚的lncRNA进行综述。

转化生长因子-β长链非编码RNA肿瘤诱导

长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）是一类转录本长度超过200个核苷酸，且不编码蛋白的RNA。起初被定义是基因组转录的“噪音”，不具备生物学功能，诸多研究认识到lncRNA在多种重要生命过程中发挥重要作用，与人类多种疾病的发生发展密切相关。有文献报道人类基因组中lncRNA的数量约为7 000～23 000个［1］，根据其基因位置和功能机制分类，目前仅少数lncRNA阐明功能和机制。lncRNA的生物学功能非常复杂，参与多种信号通路及生物学功能的调控，包括调控细胞周期进程、基因转录、基因组印记、染色质重塑等。研究显示lncRNA可诱导血管生成，参与多种肿瘤的增殖、侵袭和转移过程，发挥类似癌基因或抑癌基因的作用［2］。本文将对目前报道的能被TGF-β诱导，且机制与作用相对清楚的lncRNAs进行综述。

1　转化生长因子β在肿瘤中的功能及作用机制

转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）是一类具有多种生物学功能的细胞因子，属于TGF-β超家族成员之一。TGF-β配体、受体与下游的信号元件共同构成TGF-β信号通路，参与调控细胞生长、增殖、分化、迁徙和凋亡等细胞过程。在多种肿瘤的微环境中证实均有TGF-β的存在，并且在肿瘤的发生发展过程中起着双刃剑的作用，即在肿瘤的发生早期发挥肿瘤抑制作用，而在肿瘤进展期发挥肿瘤促进作用［3］。大量研究表明TGF-β的肿瘤抑制和促进作用直接依赖于Smad蛋白，即经典的TGF-β/Smad通路，但TGF-β还会激活许多其它的信号通路，包括Ras/Erks，PI3K/Akt等，以Smad依赖或非依赖的方式发挥作用，即非经典TGF-β通路［2-3］。

2　TGF-β与lncRNA的相互调控关系

近年来，较多研究证实在TGF-β信号通路中存在一些发挥着不同介导作用的lncRNAs，这些ln⁃cRNAs在不同水平与TGF-β信号通路相互作用［4］：1）调控TGF-β产生（如ANRIL、Suz12等）；2）与下游信号元件相互作用（如MEG3、PVT-1、BANCR、UCA1等）；3）被TGF-β调控（如lncRNA-Smad7，lncRNAHIT等）。而TGF-β本身也可诱导产生一些具有重要调控功能的lncRNAs，从而形成复杂的交联调控网络，在肿瘤的发生发展过程中发挥重要作用。

3　TGF-β诱导的lncRNAs在肿瘤发生发展中的作用

3.1TGF-β活化的长链非编码RNA

TGF-β活化的长链非编码RNA（lncRNA activat⁃ed by TGF-β，lncRNA-ATB）长度约为2.4 kb，位于人类13、14和22号染色体上，由Yuan等［5］在肝癌细胞中发现。lncRNA-ATB可作为竞争性内源RNA（ceR⁃NA）发挥作用，竞争性结合miR-200家族，上调ZEB1、ZEB2的表达，诱导肝癌细胞发生上皮间质转化（epithelial mesenchymal transition，EMT），促进肝癌细胞的侵袭。另一方面，lncRNA-ATB可与IL-11 mRNA相互结合，增强IL-11 mRNA的稳定性并上调其表达，促进IL-11自分泌，活化STAT3通路，从而促进肝癌细胞在肝脏、肺脏转移灶的定植。即lncRNAATB可作为TGF-β信号通路的关键介导者，通过miR-200-ZEB1/ZEB2-EMT通路促进肝癌细胞的早期侵袭，通过IL-11/STAT3通路促进肝癌细胞在远处转移灶的定植，从而促进肝癌细胞的侵袭-转移级联反应，并且二者的调控作用相互独立。

有研究证实lncRNA-ATB可促进乳腺癌、胃癌、结直肠癌、肾癌的侵袭转移，证明lncRNA-ATB在多种肿瘤中均可作为TGF-β信号通路的关键介导因子［4-5］。Shi等［6］发现lncRNA-ATB可竞争性结合miR-200c，通过调控miR-200c/ZEB1与miR-200c/ZNF217/TGF-β/ ZEB1两个通路组成的巢式环路，上调ZEB1及ZNF-217，从而诱导乳腺癌细胞发生EMT，并促进癌细胞发生曲妥珠单抗耐药以及侵袭转移。在胃癌中，TGF-β和ZEB1水平与lncRNA-ATB水平密切正相关，但miR-200c水平与lncRNA-ATB水平呈明显负相关。TGF-β上调lncRNA-ATB和ZEB1，下调miR-200c和上皮钙黏连素1（CDH1），从多方面诱导EMT，而使用TGF-β受体抑制剂SB431542（SB）后，lncRNA-ATB、ZEB1、miR-200c和CDH1水平均下调［7］，其原因可能是TGF-β触发的EMT除了TGF-β-miR-200-ZEB1/ ZEB2-EMT通路调控外，本身还存在其它通路调控。Iguchi等［8］、Yue等［9］分别在结直肠癌组织中检测到lncRNA-ATB的高表达，并且其高表达程度与肿瘤的pN分期及AJCC分期密切相关。lncRNA-ATB表达下降可引起上皮细胞钙黏蛋白（E-cadherin）、ZO-1表达上升，间质标记ZEB1、N-cadherin表达下降，显著影响肿瘤进展。而血浆lncRNA-ATB水平与结直肠癌患者的临床病理特征无明显关联，并且70%的患者在肿瘤切除术后1个月检测到lncRNA-ATB水平较术前反而升高，说明血浆lncRNA-ATB的释放可能存在其他机制，并非源于肿瘤原发灶。Xiong等［10］在肾癌细胞中发现lncRNA-ATB沉默后可抑制细胞增殖，促进细胞凋亡，抑制细胞迁徙及侵袭，抑制EMT的发生。Chen等［11］利用超声靶向微泡破坏技术（ul⁃trasound-targeted microbubble destruction，UTMD）介导siRNA转染以沉默lncRNA-ATB表达，结果显示UTMD介导siRNA转染可有效抑制lncRNA-ATB、ZEB1、ZEB2表达，抑制细胞迁徙及侵袭，并且其转染效果较传统脂质体转染更为有效。上述研究显示，lncRNA-ATB在肝癌、乳腺癌、胃癌、结直肠癌及肾癌组织、癌细胞以及转移灶中的表达水平均高于癌旁组织或正常组织，提示lncRNA-ATB的高表达与癌细胞侵袭转移密切相关，生存分析均显示lncRNA-ATB的高表达预示着更差的预后。

与上述研究相反，lncRNA-ATB在胰腺癌组织及癌细胞中低表达。Qu等［12］发现lncRNA-ATB的表达水平与胰腺癌的淋巴结转移、神经浸润及临床分期显著相关，而与年龄、性别、肿瘤大小、血管浸润、远处转移及分化水平无关，其低表达水平是胰腺癌患者不良预后的独立预测指标。证明lncRNA-ATB在不同肿瘤中均发挥癌基因或者抑癌基因的作用。

3.2H19

H19是最早被报道的印记基因之一，转录本长度约为2.3 kb，位于人类染色体11p15.5上，只在母源染色体上表达［13］。H19的异常表达与肿瘤的发生发展密切相关，在膀胱癌、胃癌、乳腺癌等肿瘤中发挥着癌基因的作用，而在前列腺癌、肝癌等肿瘤中发挥抑癌基因的作用。早期研究显示H19可负调控p53蛋白和细胞周期进程，或作为分子海绵负调控let-7家族从而发挥癌基因作用［14］。新近研究表明，H19的第1个外显子能编码miR-675，H19本身可作为miR-675的前体，二者在肿瘤中的表达水平及生物学效应呈正相关。H19通过miR-675调控其下游靶基因，如视网膜母细胞瘤蛋白（RB）［15］、钙营养蛋白1（CALN1）［16］、钙黏蛋白13（Cadherin 13）［17］或转化生长因子诱导的基因蛋白（TGFBI）［14］等，从而调控肿瘤的发生发展，表明1个microRNA可能存在多个靶基因而参与多种生物学功能。进一步研究显示，TGF-β可通过PI3K/Akt通路诱导H19和miR-675的表达，H19通过miR-675上调Slug表达，从而下调E-cadherin的表达，调控EMT进程，增强肿瘤的侵袭和转移能力。另外，Slug也可通过间接途径上调H19表达并激活其启动子，提示除H19和miR-675介导Slug表达外，可能还存在1条调控E-cadherin表达的正反馈回路，参与诱导及保持肿瘤细胞的间质表型［18］。

3.3肺腺癌转移相关转录本1

肺腺癌转移相关转录本1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1）是2003年在非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer，NSCLC）中发现的lncRNA，长约8 kb，位于人类染色体11q13.1上［19-20］。在NSCLC、乳腺癌、胰腺癌等多种肿瘤中表达增高，可促进癌细胞增殖及侵袭转移，且与患者预后呈负相关［21-22］。Fan等［23］研究发现在膀胱癌中，TGF-β可诱导MALAT1表达以及诱导癌细胞发生EMT。进一步研究显示MALAT1可以通过特异性结合Suz12抑制E-cadherin表达，两者水平呈显著负相关，抑制MALAT1可上调E-cadherin表达，同时下调N-cadherin和纤维连接蛋白（fibronectin，FN）表达。TGF-β通过MALAT1/Suz12通路促进膀胱癌细胞的迁移、侵袭和转移，敲减MALAT1 或Suz12可显著抑制这一作用。Yang等［24］研究发现MALAT1通过激活经典的TGF-β-Smad2/3通路，上调Snail、Slug和ZEB1表达，从而促进视网膜色素上皮细胞中TGF-β诱导的EMT进程。并且MALAT1可通过激活PI3K/Akt通路，促进骨肉瘤细胞的增殖、侵袭和转移能力［25］。另外，有研究证实MALAT1可直接与Sp1和LTBP3启动子相互作用，增加LTBP3基因表达，调节多发性骨髓瘤中TGF-β的生物有效性［26］。敲减MALAT1后可抑制TGF-β的产生，下调非经典TGF-β信号通路相关蛋白PI3Kp85α和p-Akt的表达［25］。

3.4HOXD-AS1

HOXD-AS1（HOXD cluster antisense RNA 1）基因位于2号染色体上的HOXD基因簇的反义链上，与位于12号染色体上的HOXC基因簇反义链上的HOTAIR基因位置相似。研究显示HOXD-AS1的主要作用在于形态发生的调节，因此也被称为HAGLR基因（HOXD antisense growth-associated long non-coding RNA）。Yarmishyn等［27］在神经母细胞瘤中发现HOXD-AS1被PI3K/Akt通路激活，参与调控视黄酸介导的细胞分化、血管形成、炎症反应以及癌症转移。卢杉等［28］研究发现HOXD-AS1可结合Suz12，通过抑制下游效应分子RGS3，上调小G蛋白信号通路相关分子，从而激活Mek/ Erk通路，促进肝癌细胞的増殖并抑制肝癌细胞的调亡。另一方面，HOXD-AS1可竞争性结合miR-19a，上调下游靶基因Rap2a表达，激活Akt通路，增强肝癌细胞的迁移和侵袭能力。在体内免疫缺陷裸鼠荷瘤模型中能够显著增加肝癌的成瘤速度和生长能力，在肿瘤转移模型中可促进肝癌远处转移。临床病例研究显示HOXDAS1在肝癌组织及其转移灶中异常高表达，且与患者的临床病理特征及预后生存密切相关，并且在结直肠癌、肺癌组织中同样检测到其表达显著高于癌旁组织。HOTAIR在肝癌中的表达降低可能是导致HOXD-AS1高表达的一个重要因素。

3.5lncRNA-Smad7

lncRNA-Smad7长度约为2.7 kb，位于小鼠Smad7基因附近，在小鼠乳腺上皮细胞系及乳腺癌细胞系的表达均可以被TGF-β显著上调。敲减lncRNA-Smad7后可以抑制TGF-β的抗凋亡作用，诱导小鼠乳腺癌JygMC（A）细胞发生凋亡，而过表达lncRNA-Smad7可以部分抑制TGF-βⅠ型受体激酶抑制剂诱发的凋亡。lncRNA-Smad7可作为TGF-β下游的抗凋亡因子而发挥作用，并且这一作用不依赖抗凋亡蛋白DEC1和促凋亡蛋白Bim。用siRNA干扰lncRNA-Smad7的表达不会改变TGF-β诱导的EMT进程，不影响smad2蛋白的磷酸化和Smad7基因的表达，表明lncRNA-Smad7在TGF-β通路中仅发挥特异性的抗凋亡作用［29］。

3.6lncRNA-HIT

TGF-β诱导同源盒A转录本（HOXA transcript in⁃duced by TGF-β，lncRNA-HIT）长度约为1.2 kb，位于HOXA基因簇，存在于6号染色体上，可以被TGF-β显著诱导，因此得名。Richards等［30］研究发现在小鼠乳腺上皮NMuMG细胞中沉默lncRNA-HIT可抑制TGF-β诱导的迁移、侵袭及EMT，其关键靶标可能是E-cadherin。进一步研究显示lncRNA-HIT在小鼠高转移性乳腺癌4T1细胞中的水平显著高于其它3个转移能力较弱的等基因细胞系（67NR，168FARN，4TO7），敲减lncRNA-HIT后可以导致细胞的迁移、侵袭能力下降，并且可以导致小鼠4T1异种移植物模型中的原发肿瘤生长、转移能力下降。lncRNA-HIT在人正常乳腺组织中低表达，在乳腺癌中表达水平与肿瘤侵袭性及乳腺癌进展相关。此外，lncRNA-HIT可作为增强lncRNA，结合p100/CBP复合物，促进周围的5'端HOXA基因表达，调节BMP信号通路，促进成软骨分化。同时，TGF-β1/SMAD信号通路亦可促进p100表达，从而促进乳腺癌细胞发生EMT。表明TGF-β可同时诱导lncRNA-HIT和p100以激活HOXA 13，促进肿瘤的血管形成和生长［31］。

4　小结与展望

肿瘤的发生发展是多因素调控，多步骤进展，机制非常复杂的生命过程。TGF-β信号通路是诱导EMT，调控肿瘤进展的重要通路之一，因其包含大量的信号蛋白，在肿瘤的不同阶段可能发挥完全不一样的作用。目前对TGF-β信号通路的认识仍处于初级阶段，其在肿瘤中的具体调控机制尚未清楚，TGF-β信号通路与其它信号之间的相互作用及是否存在尚未发现的下游信号元件及其靶标等问题仍需进一步深入研究。随着科学技术的发展，越来越多的lncRNAs被研究者发现，其在肿瘤中的调控作用与机制也逐渐被发现，但相较于肿瘤复杂的进程而言，其发现仍只是冰山一角。目前关于TGF-β信号通路与lncRNAs相互作用的研究仍较少，并且其相互作用机制也不清楚，进一步深入研究有助于加深对肿瘤进展的认识和发现肿瘤的潜在治疗靶点。

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（2016-04-18收稿）

（2016-05-27修回）

（编辑：孙喜佳校对：杨红欣）

Advances of TGF-β-induced long non-coding RNAs in tumors

Cui LI，Daiqing WEI，Jinbo LIU
Correspondence to:Jinbo LIU；E-mail:liujb7203@163.com
Department of Laboratory Medicine，Affiliated Hospital of Southwest Medical University，Luzhou 646000，China

The TGF-β signaling pathway plays a crucial role in regulating cell proliferation，differentiation，and apoptosis.This pathway exerts either tumor-suppressing or tumor-promoting effects，which are cell-or context-dependent，making it simultaneously advantageous and disadvantageous in the process of carcinogenesis and tumor progression.Long non-coding RNAs（lncRNAs）do not encode proteins，but they are involved in the regulation of various signaling pathways and biological functions.Moreover，lncRNAs can induce tumor angiogenesis，as well as affect tumor proliferation，invasion，and metastasis by acting as oncogenes or tumor-suppressor genes. Recent studies revealed that some lncRNAs may be induced and regulated by TGF-β to form a complicated crosslinked regulatory network.This review focuses on the crosstalk between the TGF-β signaling pathway and TGF-β-induced lncRNAs.

TGF-β，lncRNA，tumor，induce

10.3969/j.issn.1000-8179.2016.13.441

西南医科大学附属医院检验科（四川省泸州市646000）

刘靳波liujb7203@163.com