长链非编码RNA(lncRNA)在癌症中的作用

李思维 庞 达

由于现有的对于癌症的诊断、治疗及预后效果评估的手段仍不够理想，因此我们需要进一步寻找新的方法完善以上方面。虽然约98%的人类基因组由非编码序列组成，但大多数现有的癌症生物标志物和治疗靶点都基于编码基因的非编码序列，其中高达90%被转录并产生大量的非编码RNA[1-3]。lncRNA最初是通过对小鼠全长cDNA文库进行大规模测序发现的。lncRNA和mRNA一样经RNA pol II转录后，可进行转录后修饰，如加帽和剪接[4]。人类基因组中有超过56 000种lncRNA被鉴定出来，而且数量还在不断增加。lncRNA的作用可能是转录调制器、剪接调节器、转录后处理器、染色质重塑或调节蛋白质-蛋白质、蛋白质-DNA和蛋白质-RNA相互作用。lncRNA不仅在脊髓病变、心血管疾病等非癌症疾病的发生发展中起到一定的作用[5]，它们在癌症中的作用如促进癌症转移等更加引人注目[6]。lncRNA可以调节癌细胞的生长、增殖、侵袭、转移和血管生成等，可以作为致癌基因或肿瘤抑制因子通过直接或间接的方式调节癌症相关信号通路，影响肿瘤的发展。目前，lncRNA已经在癌症患者的血清、血浆、尿液和唾液等生物液体中被鉴定出来，它可以作为几种癌症的诊断和评估预后的生物标志物[7]。lncRNA也被用作乳腺癌的治疗靶点，选择性的杀伤癌细胞。因此，lncRNA在癌症的很多方面都有显著的贡献，本综述重点讨论它们在癌症患者的诊断、治疗和预后中的作用。

1 lncRNA在癌症诊断中的应用

如果癌症能够早期诊断，那么大多数的癌症是可以治愈的。常用的癌症诊断方法包括磁共振成像、计算机断层扫描、X光、超声、组织病理学、分子病理学和检测循环肿瘤细胞。然而其中一些方法不仅有创而且价格高昂。lncRNA作为一种无创检测方法，其最著名的应用是在前列腺癌的诊断中。前列腺癌是最常见的癌症之一，也是导致全球男性癌症死亡的第六大主要原因之一。前列腺癌抗原3(PCA3)是一种前列腺特异性抗原lncRNA，相比良性前列腺组织其在90%以上的前列腺肿瘤中过度表达达到60～100倍，PCA3甚至优于血清前列腺特异抗原(PSA)检测及直肠指诊。此外，PSA在尿液与血清中的表达水平不同，且PCA3的表达水平与前列腺体积无关[8]。目前尿PCA3被广泛用于前列腺癌检测，并已获得美国食品和药物管理局的批准。然而将其作为一线检测手段仍有争议，现已发现了其他几种用于前列腺癌诊断的lncRNA。例如，MD-mini-RNA在192个病人的实验中的诊断价值得到验证[9]。通过前列腺活检发现PSA水平异常(>4 ng/mL)患者的血浆MD-mini-RNA可以提高诊断准确性。同样MALAT1在前列腺癌活检呈阳性男性的尿液中明显高于前列腺癌活检成阴性的患者。已知人类细胞可以表达含有干细胞的线粒体lncRNA称为SncmtRNA和AsncmtRNA[10-11]。这些lncRNA定位于细胞质和细胞核并在细胞器外表达功能。在膀胱癌患者的尿液和健康捐赠者的尿液中用荧光原位杂交技术测定了分离的细胞中SncmtRNA和AsncmtRNA的表达。SncmtRNA和AsncmtRNA在尿细胞中均正常表达，在癌症患者的膀胱中AsncmtRNA表达下调。该研究显示差异表达的线粒体lncRNA可作为膀胱癌的非侵入性诊断标志物。这进一步证实SncmtRNA和AsncmtRNA能够区分肿瘤细胞和正常细胞[12]。尿路上皮癌1(UCA1)也可作为膀胱移行细胞癌和肾细胞癌的非侵入性诊断标志物。口腔鳞状细胞癌(OSCC)每年约占全球所有恶性肿瘤的3%。近50年来，转移是导致OSCC患者死亡的主要原因[13]。这就需要开发新的标记物来早期诊断OSCC。其中一项研究的目的是探讨从OSCC患者的唾液和肿瘤组织中提取出lncRNA来诊断。研究发现在转移性肿瘤中UCA1、NEAT1和HOTAIR表达上调，MEG3表达下调。此外，HOTAIR在淋巴结转移患者唾液中表达量与原发性癌症患者相比差异有统计学意义。因此，唾液HOTAIR检测被认为是无创和快速检测口腔癌的方法。然而该研究的纳入的患者相对较少，但HOTAIR作为诊断标记的效用也从公开的数据库中得到了证明。此外，HOTAIR和其他lncRNA(HOX-AS2，MALAT1，lincRoR)在尿路上皮性膀胱癌患者的外泌体中也具有诊断意义[14]。骨髓源间充质间质细胞中MEG3表达的下调也已被证明是识别多发骨髓瘤患者的生物标志物[15]。在肿瘤组织中MEG3表达的下调也可以诊断OSCC患者。lncRNA特异转录本在几种癌症类型中上调[16]，因此可以作为诊断标记。

2 lncRNA在癌症预后中的作用

lncRNA与肿瘤类型、肿瘤位置、肿瘤大小、肿瘤分级、患者年龄和患者治疗反应等相关。lncRNA在癌症患者中的表达上调或下调与肿瘤级别相关，因此可作为预后标志。CCAT1是首次在结肠癌中发现的结肠癌相关转录本。CCAT1表达增加与患者的临床分期、淋巴结转移及术后生存时间相关[17]。研究发现，与正常癌旁组织相比，在膀胱癌组织中CCAT1的表达显著上调[18]。与仅在胆囊中检测到的肿瘤(T1+T2)相比，CCAT1在胆囊外肿瘤(T3+T4)中高表达。CCAT1也可作为肝细胞癌(HCC)的预后标志物[19]。同样，CCAT1与食管鳞癌的临床分期及整体生存率低有关。在一项旨在探讨肺腺癌转移相关转录本1(MALAT1)在宫颈癌中的临床意义的研究中[20]，研究者应用q-RT-PCR对50例人乳头瘤病毒(HPV)阴性健康宫颈组织进行定量分析，结论为MALAT1与肿瘤大小、FIGO分期、血管浸润及淋巴结转移相关，MALAT1被发现对于子宫颈癌是一个独立的预测因子和预后指标。MALAT1也可以作为多发性骨髓瘤[20]和乳腺癌[9]的预后标志物。对公开可用数据库的分析也支持MALAT1对几种癌症预后的意义[21]。在另一项研究中，与邻近的非癌组织相比，MALAT1在乳腺肿瘤组织的表达显著降低[22]。表明MALAT1可能在乳腺癌中作为肿瘤抑制因子，而与其他肿瘤类型不同。与此同时，对TCGA数据库的分析表明多种lncRNA对乳腺癌预后有意义。

一些已知对肝细胞癌预后具有意义的lncRNA包括SNHG3[23]、PANDAR[24]、hPVT1[25]和HOTAIR。其中，HOTAIR在胆囊癌[26]、乳腺癌[27]中的表达对于评估预后同样具有意义。在某些情况下lncRNA与编码基因的表达模式可作为预后标志物。例如，ncRuPAR表达降低与胃癌肿瘤浸润深度、淋巴结转移、远处转移、肿瘤大小及TNM分期明显相关[28]。AI364715、GACAT1、GACAT2在胃癌组织中表达下调；PCAT29在前列腺癌中表达下调；AC026166.2-001和RP11-169D4.1-001在喉癌鳞状细胞癌中表达下调[29]。lncRNA的表观遗传变化也可以预测疾病的预后，例如MEG3的启动子超甲基化与多发性骨髓瘤亚型、分期相关[30]。PVT1和PCAT1可用于癌症的诊断和预后。综上所述，在癌症诊断中，lncRNA的上调和下调都具有重要意义。最常用的判断预后的方法包括微阵列分析、q-RT-PCR和公开数据库的Meta分析。尽管进行了多项研究，但目前仍没有一种lncRNA检测被推荐作为评估癌症患者预后的方法。

3 lncRNA在肿瘤复发预测中的应用

现有的抗癌药物不能完全根除癌细胞，大多数癌症经常在一段时间内复发，因此预测肿瘤复发的生物标志物是必要的。lncRNA可以作为一种潜在的生物标记物来预测肿瘤复发。Lai等通过使用qRT-PCR法分析了112例HCC患者MALAT1表达情况，MALAT1高表达的HCC患者3年累计无病生存率显著降低，MALAT1被发现是预测肝癌复发的独立预后因素[31]。其他lncRNA如HEIH、MVIH和HOTAIR也可以作为预测肝癌复发的候选生物标志物。此外，HOTAIR还可以预测小细胞肺癌[32]、膀胱移行细胞癌[33]、结肠癌[34]的复发。整合mRNA(FCGR1A，RSAD2，CHRDL1)和lncRNA(HIF1A-AS2，AK124454)信号也可以预测三阴性乳腺癌患者的无病复发生存率[35]。因此，lncRNA显示出具有作为预测几种类型癌症复发的生物标志物的潜力。然而，因为lncRNA存在分析受限、队列研究不足、检测方法灵敏度低、数据采集分析方法不一致等问题，这些lncRNA尚未被推荐使用。在lncRNA被推荐临床使用之前，还需要大样本的随机对照临床研究提供更有力的证据。此外，将两个或两个以上的lncRNA或lncRNA与其他生物标志物结合可能会增加现有生物标志物用于预测复发的敏感性和特异性。

4 lncRNA SNP在癌症风险预测中的应用

单核苷酸多态性(Single nucleotide polymorphism，SNP)指在基因组水平上由单个核苷酸的变异所引起的DNA序列多态性的变异。SNP是人类最常见的遗传变异类型，每100～300个核苷酸发生一次变异，在人类基因组中大约有1 000万个SNP。过去已经发现了一些与癌症相关的SNP，其中大部分是映射到非编码区域[36]。此外，一些lncRNA SNP与降低癌症发生风险有关。例如，PCGEM1中rs6434568 AC和AC/AA基因型与降低国人的前列腺癌风险有关。H19中的rs2107425与降低肌浸润性膀胱癌的风险相关[37]。上述研究清楚地表明lncRNA SNP与患癌症的发生风险相关。然而，目前对于lncRNA SNP参与癌症发病机制的研究还不够深入。与传统方法相比，当前的研究方法对于SNP在预测癌症发生风险方面的准确率较低[38-39]。

5 lncRNA在癌症患者中的治疗潜力

由于lncRNA具有多种功能和较高的细胞特异性，因此它是一种很好的治疗靶点。lncRNA的特异性已被用于选择性的杀伤肿瘤细胞。例如，BC-819是一种双链DNA质粒，携带H19调控序列下的白喉毒素a基因，用于靶向H19过表达的癌细胞。瘤内注射BC-819可诱导白喉毒素的表达，减小多种肿瘤的体积。在一项纳入包括复发性、多发非肌肉浸润性膀胱肿瘤的研究中，表达H19的患者接受为期6周的膀胱内BC-819诱导疗程，对灌注后的疗效和毒性进行分期评价。33%的患者肿瘤完全消融，64%的患者在3个月后没有发现新的肿瘤。复发的中位时间为11.3个月，平均复发时间为22.1个月。此外，不良事件在患者中是轻微的。结论是BC-819可以用于预防三分之二的患者出现新的肿瘤并延长患者的复发时间，且膀胱内BC-819耐受性良好。这些结果表明，BC-819可作为膀胱癌的潜在治疗药物。然而，这些研究的局限性是患者数据量少，同时在这两个临床试验中，中等和高风险的非肌肉侵入性膀胱癌患者的治疗都失败了。BC-819在无法切除、无转移的胰腺癌患者中也被报道是安全有效的[40]。然而其中lncRNA的作用机制仍不清楚，因此目前它不能成为疾病的治疗靶点。

6 小结与展望

本文讨论了lncRNA在人类癌症的诊断、治疗和预后中的作用。首先，PCA3是推荐用于PCA的lncRNA检测。其他lncRNA的大多数结论都是基于基因表达的调节，但这也可能是由非癌症引起的。其次，我们还不知道失调的lncRNA的表达是否是诱发癌症的原因。第三，从血清、血浆、唾液和尿液中能鉴定出lncRNA。第四，尽管lncRNA被认为具有组织和癌症特异性，但特异性并不强。例如，MALTA1不仅在癌症中失调，在心血管疾病和神经紊乱等非癌性疾病中也失调。此外，MALTA1在一组患有相同癌症的患者中表现出显著性差异。第五，尽管lncRNA SNP已被证明可以预测癌症风险，但SNP数据被发现不太准确，即使在特定情况下结合传统方法也不会增加准确率[38]。第六，用于传递lncRNA的病毒系统在对于肿瘤的靶向方面可能效率较低。因此我们认为lncRNA作用的确切机制还不完全清楚。综上所述，lncRNA的发现给癌症患者带来了新的希望。然而lncRNA表达失调也可能是由于非癌症的原因。有关lncRNA的研究仍需进行。