长链非编码RNA在恶性肿瘤中的作用机制及潜在应用价值研究进展

董静凝，何建新，黄勇，李志明，龙凤,2

1甘肃中医药大学，兰州730000；2甘肃省高校重大疾病分子医学与中医药防治研究重点实验室

人类基因组除了编码蛋白质的组分，还包括数量远大于编码组分的非编码组分，这些组分在疾病过程中也起着至关重要的作用。非编码RNA包括干扰小RNA、微小RNA(miRNA)、piwi相关RNA和长链非编码RNA(lncRNA)等[1]。lncRNA是一类长度大于200个核苷酸且不编码蛋白质的RNA。lncRNA在表观遗传学、基因转录及转录后水平调控基因表达，并能够与蛋白质、核酸互相作用，参与多种生理和病理过程的调控[2]。lncRNA具有功能多样性，作为新的调节因子，lncRNA在恶性肿瘤的发生发展中发挥重要作用，在各类恶性肿瘤中异常表达。lncRNA H19在70%的乳腺癌患者中高表达[3]，但肝癌组织中H19的表达显著低于癌旁正常组织和远端正常组织[4]。lncRNA XIST在胃癌、膀胱癌、结直肠癌等组织中异常表达亦得到证实[5,6]。表达失调的lnRNA也被证明可以广泛参与恶性肿瘤的发病，包括肿瘤细胞增殖、凋亡、迁移、侵袭和耐药性等[7,8]。这些研究结果提示lncRNA可作为肿瘤诊断的新型标志物及治疗靶点。因此，深入研究lncRNA在恶性肿瘤中的作用将为恶性肿瘤的诊治提供新的思路。本文整理并总结了近年国内外发表的相关文献，对lncRNA在恶性肿瘤中的作用机制及应用相关研究进行综述。

1 lncRNA在恶性肿瘤发生发展中的机制

1.1 影响肿瘤细胞的增殖和凋亡 失控的增殖能力是肿瘤细胞共有的特征之一，是造成宿主营养耗竭、脏器功能衰竭直至死亡的主要原因。研究表明，lncRNA对恶性肿瘤细胞的增殖和凋亡发挥重要作用。lncRNA NEAT1可促使多种恶性肿瘤细胞增殖、抑制细胞凋亡。在结直肠癌细胞中，NEAT1可导致Akt信号通路被激活从而促进细胞增殖并抑制细胞凋亡[9]；敲除NEAT1后，可促使卵巢癌细胞和胰腺癌细胞发生G0/G1期阻滞，促进细胞凋亡[10,11]。通过研究临床样本实验数据发现，lncRNA ROR在胰腺癌组织中高表达，敲低胰腺癌细胞中lncRNA ROR表达后，胰腺癌细胞的增殖被显著抑制、凋亡增多。有些lncRNA则通过抑制细胞增殖、促进细胞凋亡来发挥抑癌作用。MEG3是第一个被发现有肿瘤抑制功能的lncRNA，在多种人体正常组织中高表达，尤其是在脑和垂体中。在25%的神经母细胞瘤、81%的肝细胞癌和82%的胶质瘤中，MEG3的表达量很低[12]，在髓系淋巴瘤、垂体腺瘤、脑膜瘤和胶质瘤等肿瘤中也证实其表达量明显下降。MEG3可以通过特定靶点实现其抑癌作用。p53是MEG3的靶点，MEG3可以通过增强p53活性来发挥作用。但MEG3在p53缺乏时同样可以抑制肿瘤细胞的增殖，提示可能还存在p53以外的通路[13]。lncRNA GAS5也具有抑癌基因的特点，它可以直接竞争性作用于糖皮质激素受体的DNA结合位点，通过抑制糖皮质激素受体介导的基因表达，抑制肿瘤细胞生长和代谢，增强细胞对凋亡因素的敏感性，从而诱导细胞凋亡[14]。由此可见，部分lncRNA可以通过激活细胞增殖相关信号通路、影响细胞周期等方式影响肿瘤细胞的增殖和凋亡，从而发挥其对恶性肿瘤的调控作用。

1.2 影响肿瘤细胞的迁移和侵袭 迁移和侵袭是肿瘤细胞最基本的生物学行为之一，是导致恶性肿瘤患者预后不良和死亡的重要因素。lncRNA可以通过促进肿瘤细胞的迁移和侵袭发挥促癌作用。在肾透明细胞癌中，敲除lncRNA NEAT1表达后抑制了细胞的侵袭及迁移，并下调上皮-间质转化(EMT)相关标志物的表达水平[15]。迁移和侵袭的过程伴随着基因表达的多重性改变，其中包括上皮标志的缺失和间叶标志的获得。EMT在肿瘤细胞侵袭和转移中起着重要的作用。lncRNA ROR可能是EMT的重要调控因子，通过作为miRNA的内源性竞争RNA来调控miRNA的表达，从而促进乳腺癌侵袭和转移。lncRNA ROR可通过抑制miR-205的表达使其对E盒结合锌指蛋白(ZEB)1、2的抑制作用降低[16]，从而促进乳腺癌细胞的迁移和侵袭。最新研究表明，一些lncRNA在人类多种肿瘤中表达缺失，通过上调lncRNA表达可明显抑制多种恶性肿瘤细胞的迁移与侵袭而达到抑癌作用。过表达lncRNA CASC2可明显上调E-cadherin蛋白表达、下调Vimentin蛋白表达以抑制EMT，从而降低肝癌细胞的迁移和侵袭能力[17]。此外，还有研究表明，lncRNA BANCR低表达促进了非小细胞肺癌的迁移和侵袭[18]。

1.3 影响肿瘤细胞耐药性 耐药是当前恶性肿瘤化疗失败的主要原因之一。肿瘤耐药机制十分复杂，与药物诱导的基因突变、药物诱导的靶基因扩增以及进入体内的药物浓度等因素有关。lncRNA介导的肿瘤耐药是新发现的一种耐药机制。lncRNA NEAT1与多种抗肿瘤药物的化疗敏感性密切相关。在耐阿霉素的胃癌细胞中，NEAT1的表达明显上调，沉默NEAT1能够降低肿瘤细胞对阿霉素的耐药性；敲除NEAT1会促进阿霉素诱导的胃癌细胞凋亡[19]。肿瘤干细胞的异质性也被认为是肿瘤耐药性产生的原因之一。lncRNA MALAT-1在胰腺癌吉西他滨耐药细胞株中高表达，下调MALAT-1表达会阻断EMT过程，同时使CD44、CD24及ALDH等肿瘤干细胞表面标志物减少，表明在经过吉西他滨药物治疗后，MALAT-1通过EMT过程增加肿瘤干细胞表面标志物表达，从而诱导肿瘤耐药[20]。临床研究发现，耐药肿瘤细胞表现出DNA甲基化异常。lncRNA HOTAIR在多种恶性肿瘤中参与调控DNA甲基化。有学者在乳腺癌组织中发现位于HOXC12和HOTAIR之间的CpG岛中DNA甲基化水平与HOTAIR的表达呈正相关，而HOTAIR的表达及其甲基化水平也可以作为临床预测卵巢癌卡铂耐药的标志物[21]。

1.4 影响血管生成 血管生成为肿瘤的生长提供保障，对肿瘤的增殖、迁移和侵袭均具有重要作用。而VEGF是促进血管生成的重要因子。lncRNA MEG3低表达会导致VEGF表达增加，进而促进血管生成、促使肿瘤发展。Wang等[22]比较了MEG3敲除小鼠和野生型小鼠之间大脑基因的表达情况，发现MEG3敲除小鼠VEGFA及其Ⅰ型受体(VEGFR-1)的表达量显著增加。DANCR是另一种新发现的、能促进肿瘤血管生成的促癌lncRNA。在卵巢癌中高表达的lncRNA DANCR可通过调节miR-145/VEGF轴的表达，促进肿瘤血管的生成；敲低DANCR后抑制了肿瘤血管形成从而有效抑制了卵巢癌细胞增殖[23]。由此可见，lncRNA可以通过相关通路调控肿瘤血管的形成，对肿瘤的发展产生一定影响。

2 lncRNA在恶性肿瘤诊疗中的潜在应用价值

2.1 lncRNA在恶性肿瘤诊断中的应用 近年研究发现，lncRNA的表达具有明显的组织和疾病特异性，这就使得lncRNA具有成为肿瘤早期诊断生物标志物的潜在价值[24]。lncRNA MALAT1最初被发现可以作为肺腺癌早期转移标志物。随着研究的深入，人们发现lncRNA MALAT1的失调与多种恶性肿瘤相关，在恶性肿瘤增殖、转移以及靶向治疗等方面均起到重要的作用[25]。同样的，在人膀胱癌的发生发展中扮演重要角色的lncRNA UCA1，也被证明可以作为一种新型的膀胱癌生物标志物[26]。而在前列腺癌研究中发现，PCA3和PCGEM1是两个至关重要的lncRNA[27,28]。lncRNA PCA3在正常细胞以及其他类型的恶性肿瘤组织细胞中均不表达，已被开发应用为前列腺癌诊断的标志物；而lncRNA PCGEM1是前列腺组织特异性基因，与前列腺癌发生关系密切，也可以作为前列腺癌的诊断标志物。还有一些lncRNA在多种恶性肿瘤中均有特异表达，如lncRNA HOTAIR在肺癌、乳腺癌、肝癌及结肠癌等肿瘤组织中均高表达，具有开发为多种恶性肿瘤诊断标志物的巨大潜力。

2.2 lncRNA在恶性肿瘤治疗中的应用 目前传统的中医辨证论治、扶正祛邪的思想开始被人们普遍接受，并且广泛运用于恶性肿瘤的预防、治疗中。近年来大量研究报道，中药复方、中药单体及中药有效活性成分对多种肿瘤细胞具有杀伤作用。有研究表明，中药可以通过lncRNA介导对肿瘤具有一定的抑制作用。槐耳作为一种传统中药，其抗肿瘤作用已在肝癌、乳腺癌等多种恶性肿瘤中得到证实。槐耳提取物能抑制lncRNA H19和miR-165-5p的表达，而H19和miR-165-5p表达降低使乳腺癌细胞对槐耳提取物敏感，即槐耳提取物通过lncRNAH19/miR-165-5p轴抑制乳腺癌的进展[29]。Yu等[30]研究发现了一种新的lncRNA PAX8-AX1-N，而黄芩素可以通过激活PAX8-AX1-N在乳腺癌细胞中的表达，降低细胞活力，抑制细胞周期进程，并在体外诱导乳腺癌细胞凋亡。中药抗肿瘤研究发现，白藜芦醇苷可通过抑制lncRNA HULC的表达而抑制肝癌细胞的增殖、侵袭和迁移能力[31]。中药提取物丹皮酚也可能通过调控lncRNA表达抑制甲状腺未分化癌FRO细胞的增殖，改变其细胞形态[32]。研究者们还发现黄芪多糖、紫杉醇、丹参、茯苓等都具有抗肿瘤的作用，它们抗肿瘤的机制是否也与调控lncRNA有关，仍有待于进一步研究。

此外，lncRNA可以与蛋白相互作用，参与恶性肿瘤的发生、发展和转移，它们的相互作用为恶性肿瘤治疗提供了许多潜在靶点。目前，针对阻断lncRNA与蛋白相互作用的治疗手段主要基于两个原则：一是调控lncRNA的表达水平，即对肿瘤细胞中明显高表达的lncRNA进行沉默，抑制其结合蛋白而发挥作用；二是改变lncRNA的序列或二级结构，以阻断其与蛋白分子之间的相互作用[33]。目前沉默lncRNA最常用的手段是用siRNA或反义寡核苷酸进行干扰。有研究证实，反义寡核苷酸干扰方式对恶性肿瘤中高表达的lncRNA干扰效果明显。在乳腺癌MMTV-PyMT转基因小鼠模型中，lncRNA MALAT1促进肿瘤的增殖和转移，使用反义寡核苷酸沉默MALAT1后，抑制其与蛋白结合，抑制了乳腺癌细胞的增殖和迁移[34]。前列腺癌中特异高表达的lncRNA PCGEM1可以直接结合c-myc蛋白，活化前列腺癌细胞增殖相关基因，沉默PCGEM1后则可以阻断其与c-myc蛋白结合而抑制前列腺癌细胞增殖[35]。虽然调控lncRNA表达技术在小鼠模型中发挥了一定的作用，但与临床实践还有一些距离，因此要将阻断lncRNA与蛋白的相互作用运用到临床，还需要不断的深入研究。

综上所述，lncRNA作为人类基因组中一类非常重要的转录产物，可以通过影响肿瘤细胞的增殖、凋亡、迁移、侵袭、耐药性、血管生成以及miRNA和蛋白的表达等对恶性肿瘤的发生发展起到重要调节作用。lncRNA因其组织和疾病特异性被发现可以作为肿瘤的诊断标志物，这为恶性肿瘤的预防、诊断以及预后评估提供了一定依据。多项研究均显示，lncRNA具有很大的临床研究价值和开发应用前景。然而，目前已证实的lncRNA只是生物信息学预测的lncRNA数量中的一小部分，具有组织特异性的lncRNA则少之又少，多数lncRNA在多种恶性肿瘤中异常表达，能够作为恶性肿瘤诊断标志物的较少。而且，对于lncRNA的功能性研究目前仅局限于细胞和动物实验，上述研究成果是否能够真正应用于临床，lncRNA表达调控用于治疗肿瘤是否具有安全性，这些问题都尚未解决。随着基因阵列技术的发展和高通量测序技术等研究方法的改进，未来会发现更多类别的lncRNA。进一步对lncRNA的作用机制和关键靶点进行研究，将为恶性肿瘤的诊断和治疗带来新的发现。