长链非编码RNA在胰腺癌中的作用机制与临床应用价值

张润冬,艾开兴

同济大学附属同济医院普外科,上海 200065

胰腺癌是一种预后极差的恶性肿瘤,5年生存率仅5%～7%,大多数患者存活不超过 1～2 年。近年来,我国胰腺癌发病率呈逐年升高趋势,已成死亡率前 10 位的肿瘤。胰腺癌最常见的类型是胰腺导管腺癌 (pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC),该癌约占胰腺外分泌肿瘤的 90%。PDAC 早期缺乏典型的临床症状,极易通过神经、血管侵犯周围组织器官,并通过淋巴管快速远处转移;临床确诊大多已有转移,仅有10%～20%患者在确诊时有手术切除机会;即使手术,约90%患者在术后12～18 个月内可复发[1]。因此,寻找胰腺癌发生发展、早期诊断及预后相关的新的标记,对早期发现胰腺癌并改善胰腺癌预后有重要意义。

人类全基因组和转录组的高通量测序揭示,全基因组中只有2%编码蛋白,至少有75%的人类基因组序列被转录成非编码RNA。如此庞大的转录本包括了一系列调节性的RNA,例如siRNA、piRNA、sdRNA、miRNA和lncRNA[2]。这些RNA曾一度被认为是基因组转录的“垃圾”,不具有生物学功能。但近年大量研究表明,lncRNA在细胞信号转导、发育、肿瘤、胚胎干细胞多能性、脑功能、亚细胞区室化、染色质重塑、植物生物学和应激反应等多种生物学过程中发挥重要作用。

1 lncRNA的特点与功能

长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是一类长度大于200 nt且不能编码蛋白质的RNA,大部分为RNA聚合酶Ⅱ转录产物,在核内与胞质内储存,结构中存在5′端帽结构和3′端 Poly(A)尾,但不存在开放读码框,其序列保守程度不高且表达水平较低,组织特异性高;不参与或很少参与编码蛋白,主要以RNA形式在表观遗传、转录及转录后等层面调控基因表达水平。根据最新的GENCODE发布(版本26),已经在人类基因组中鉴定了15 787个lncRNA基因,产生27 720个lncRNA转录本[3]。根据它们在基因组中与编码基因的位置关系[4],lnRNA分为5类:正义lncRNA(sense lncRNA)、反义lncRNA(antisense lncRNA)、双向lncRNA(bidirectional lncRNA)、内含子lncRNA(intronic lncRNA)及基因间lncRNA(intergenic lncRNA)。lncRNA的调控机制复杂,主要参与基因组印记、染色体沉默及染色质修饰、mRNA转录激活、转录干扰、转录后调控、核内运输、原癌基因活化调节等多种重要的正向或负向调控过程,不但活化某些蛋白编码基因表达,亦抑制蛋白编码基因表达[5]。Wang 等[6]将lnc RNA 的作用机制归纳为4种模型:(1)信号lncRNA(signal lncRNA)作为信号分子反映转录因子及其下游信号通路对基因的调控;(2)诱饵lncRNA(decoy lncRNA):作为诱饵绑定转录因子或其他蛋白,阻止其与特定 DNA 序列结合;(3)向导lncRNA(guide lncRNA):作为向导招募修饰特定基因的酶类;(4)支架lncRNA(scaffold lncRNA):作为支架将多种蛋白合成核糖核蛋白复合体。lncRNA 也可以作为结构组分发挥作用,即作为小分子 RNA(如 micro RNA、pi RNA)的前体分子[7]。

2 lncRNA在胰腺癌中的作用

研究发现,越来越多的lncRNA在人类肿瘤中异常表达,虽然部分lncRNA异常表达可能是继发结果,但证实多数lncRNA通过调节细胞通路在肿瘤细胞恶性转化过程中发挥促癌或抑癌作用。如前列腺癌相关转录物1(prostate cancer associated-transcript 1,PCATI)在直肠癌、转移性前列腺癌中都存在高表达,提示其与恶性肿瘤远处转移有关[8]。在胰腺癌中,Tahira等[9]用基因芯片技术检测了 38 例胰腺癌组织和癌旁组织,证实内含子型lncRNA在胰腺癌中表达异常,包括 PPP3CB、MAP3K14和 DAPK1等;同时发现在胰腺癌转移样本中异常表达的lncRNA大部分与MAPK通路相关,提示lncRNA作用机制与MAPK通路有关。总体而言,lncRNA通过转录水平、转录后水平和表观遗传三个层面调节关键肿瘤通路发挥作用。虽然很多研究着眼于lncRNA与肿瘤的关系,lncRNA内在机制仍未完全揭示。胰腺癌中重要的lncRNA以其作用机制与潜在的临床价值见表1。

表1 与胰腺癌相关的lncRNA的特点及功能

2.1 与胰腺癌发生、增殖

胰腺癌的发生与多种基因突变相关如K-ras基因、APC基因、p53基因等,其中K-ras突变在胰腺癌发生中发挥重要作用。该基因突变可激活ERK、PI3K/Akt、MAPK和PKC系列信号通路,改变细胞代谢和增殖方式,促进胰腺癌发生。最近研究报道,lncRNA在一些肿瘤表型包括胰腺癌中发挥致癌或促肿瘤增殖作用。如Li等[10]发现缺氧诱导后lncRNA NUTF2P3-001可增加KRAS表达同时促进Panc-1和Bxpc-3细胞系增殖。Gao等[11]发现lncRNA ROR可作为一种竞争性内源RNA(ceRNA)结合miR-145,降低Nanog表达,从而在BxPC-3和Capan-1细胞系中促进细胞增殖。lncRNA还可通过影响胰腺癌干细胞干性促进或抑制胰腺癌增殖。如Feng等[12]发现报道,过表达lncRNA MALAT1加强胰腺癌细胞球状体(spheroid)形成和非黏附性生长能力;Fu等[13]报道,在胰腺癌干细胞中,HOTTIP可通过结合WDR5/MLL1复合体提高HOXA9表达水平,HOXA9通过WNt通路作用于一些干细胞因子(LIN28,NANOG,OCT4,SOX2 )和标志物 (ALDH1,CD44,CD133) ,从而维持胰腺癌干细胞能力。

2.2 与胰腺癌血管生成

获取营养与氧气同时排泄代谢废物,血管对肿瘤必不可少;尤其进展期肿瘤,血管生成对维持肿瘤进展非常关键。血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)是一种促血管生成因子,一般在肿瘤进展期被激活,可被缺氧因素或原癌基因相关通路上调[14]。其他一些促血管生成因子如成纤维生长因子(friboblast growth factor,FGF)和基质金属蛋白酶-9(metalloproteinase-9,MMP-9)在成瘤作用中也会上调[15]。lncRNA已被证实在血管生成过程中起到不同的调节作用。在AsPC-1细胞系中,MALAT-1可通过增加人脐带静脉内皮细胞的迁移、管径长度、分支数目和管径复杂度促进肿瘤血管生成[12]。然而,lncRNA在胰腺癌尤其是进展期胰腺癌中促进血管生成机制还有待于进一步探究。

2.3 与胰腺癌侵袭转移

胰腺癌转移很难被早期临床发现,且是胰腺癌患者死亡主要原因。因此,对胰腺癌转移研究意义重大。研究报道,lncRNA被发现可通过上皮细胞间质化(EMT)影响胰腺癌细胞侵袭转移。马尘超等[16]在对长链非编码RNAH19研究中发现,H19很可能通过抑制microRNA let-7功能促进胰腺癌转移,而let-7靶向高迁移率族蛋白A2(high mobility group A2,HMGA2)在EMT中具有重要作用,故H19可通过H19/let-7/HMGA2/EMT在胰腺癌侵袭转移中发挥重要作用。Zheng等[17]报道,敲减LOC389641可降低胰腺癌迁移侵袭能力;LOC389641通过TNFRSF10A负性调节E-cadeherin影响EMT。Hu等[18]通过lncRNA芯片筛出胰腺癌及癌旁组织中差异表达XLOC_000647,过表达XLOC_000647可通过抑制启动子活性降低NLRP3(NOD-like receptor family pyrin domain-containing 3)表达,从而抑制EMT,降低胰腺癌细胞迁移侵袭能力。

2.4 与胰腺癌耐药性

吉西他滨单独或联合化疗是胰腺癌的基本治疗方案。但存在耐药性,可致化疗失败。Li等[19]在对n对胰腺癌进行高通量测序时发现,HOTTIP在胰腺癌中表达上升,并可通过HOXA13参与产生对吉西他滨的耐药性。You等[20]发现,ASPC-1细胞株中PVT1可调控细胞对吉西他滨敏感性,并证实全长PVT1 正义cDNA过表达可增加细胞对吉西他滨的敏感性。而Jiao等[12]证实MALAT-1可降低AsPC-1和CFPAC-1细胞系对吉西他滨的化疗敏感性。

可见,lncRNA可通过影响肿瘤干细胞、EMT、促血管生成因子等在胰腺癌的发生增殖、血管生成、侵袭转移及耐药性等方面发挥作用。但具体分子机制及确切作用通路还有待进一步阐释。

3 lncRNA在胰腺癌中的临床价值

3.1 诊断

现有的几种肿瘤标记如CA199、CA242和CEA,对胰腺癌早期诊断的特异性、敏感性不高。故亟需找到新的肿瘤标记来筛查早期胰腺癌[21]。Ye等[22]应用高通量测序分析发现21条lncRNA在胰腺癌与对应癌旁组织差异表达,并通过lncRNA-miRNA-mRNA轴在胰腺癌发生发展发挥重要作用。Muller等[2]通过二代测序在6例胰腺癌及5例对照组织中发现43条差异表达lncRNA。Wang等[23]利用lncRNA芯片从胰腺癌组织7419个lncRNA筛选发现,HOTTIP-005、XLOC-006390和RP11-567G11.1在胰腺癌组织中明显上调。可能有潜在的临床诊断价值。

3.2 治疗

临床常用胰腺癌标准化疗药如吉西他滨并不能显著提高胰腺癌患者的总存活率,因此一直在探索更好的胰腺癌化疗方案。如今已有一些lncRNA用于胰腺癌治疗的报道。如H19 是 最 早 应 用 于 胰 腺 癌 治 疗 的 lnc RNA。 BC-819 (DTA-H19)是一种能在 H19 调控下表达白喉毒素 A 链的质粒载体,具有抗肿瘤作用[29]。BC-819 最初试用于膀胱癌治疗,机体摄取BC-819后在细胞中表达大量白喉毒素,使临床试验瘤体缩小[24-26];而且BC-819 使用浓度和剂量也得到确定。Sorin等[26]将胰腺癌一线化疗药吉西他滨与 BC-819 联合应用于胰腺癌动物模型,取得了较好疗效。Wang 等[27]将62例应用吉西他滨化疗胰腺癌患者按照无进展生存时间分成两组,发现患者无进展生存时间越长,血液中MALAT1,HOTTIP,PVT1表达量越低。一些lncRNA可通过改变细胞表型或细胞代谢及其下游通路使胰腺癌细胞产生化疗耐药性,可能是新型靶向药物的研究方向。

3.3 预后判断

Song等[28]应用线性回归方法建立一个利用五种lncRNA(C9orf139、MIR600HG、RP5-965G21.4、RP11-436K8.1、CTC-327F10.4)方程预测胰腺癌预后。Huang等[29]通过lncRNA芯片分析5对胰腺癌提示lncRNA RP263F15.1上升,胰腺癌患者总生存率降低。

4 展望

lncRNA是近几年兴起的研究热点。但人们对其仍然知之甚少,对作用机制大多缺乏深入了解;对胰腺癌的作用和机制尚处于起步阶段。某些lncRNA 已被证明与胰腺癌的发病相关,一些作用机制亦开始被阐明。但离临床应用仍有距离。若能在血液、排泄物标本中检测特定lnc RNA 表达,或针对表达异常lnc RNA设计靶向药物,可能对胰腺癌的早期诊断、靶向治疗有所裨益。