长链非编码RNA NEAT1在肿瘤中的作用及机制研究进展

王 昀 刀钰洋 李浩宇 侯 飞 刘 超

昆明医科大学第三附属医院 云南省肿瘤医院核医学科，云南昆明 650118

人类基因组有超过85%被转录为RNA，但其中只有约2%被翻译为蛋白质。长链非编码RNA（long non-coding RNA，LncRNA）的长度超过200 nt，其开放阅读编码框（ORF）不超过100 个碱基，而有些LncRNA 则不具有ORF，虽然近年发现可以编码形成一些短肽，但在最初发现该分子时被一度认为是“进化的垃圾”。目前研究发现，LncRNA 可以通过改变基因表达和信号传导途径的方式调控机体的多种生物学功能，包括细胞增殖、侵袭、迁移、凋亡以及细胞周期等，LncRNA 已经与越来越多的生物和疾病过程密切相关[1-4]。随着研究的不断深入，LncRNA NEAT1 干预并调控多种肿瘤在人体内形成和进展的机制逐渐明确，其运用在肿瘤早期诊断及预后评估的意义日益突出[5-6]。

1 LncRNA NEAT1的结构特点

LncRNA NEAT1（nuclear paraspeckle assembly transcript1）存在于亚核paraspeckles中，该亚核体是NEAT1 及四十多种蛋白质构成的RNA-蛋白核体结构，特异性地存在于哺乳动物中，能够参与基因表达调控。NEAT1 基因分别编码 长3.7 kb 的NEAT1-1 和 长23 kb 的NEAT1-2两个转录本。2 个转录本5'末端可完全重合，3'端处理机制则完全不同，但两者可共享相同的启动子。NEAT1 能与PSP1、p54nrb 和SFPQ 等蛋白因子结合，形成Paraspeckles 的骨架，维持其形态和功能，NEAT1 过表达可增加Paraspeckles 的数目，而敲除NEAT1 会导致Paraspeckles 结构缺失。亚核体Paraspeckle 的具体功能还待进一步明确，目前已知其与线粒体之间存在相互作用，而且可以通过核保留RNA 来调控基因表达，在包括细胞凋亡、氧化应激、病毒感染、细胞分化等重要生理活动中起着重要作用[7-8]。

2 NEAT1相关分子信号通路研究

目前NEAT1 与几种癌症相关通路之间相互作用的研究，进一步揭示了其在人类肿瘤发生发展过程中的作用，其中Akt 和Wnt 信号通路与NEAT1 在癌症中的作用密切有关[9]。NEAT1 对Wnt 信号激活的调控作用已经在一些肿瘤组织中得到证实。如NEAT1 在非小细胞肺癌（NSCLC）中通过诱导Wnt 信号通路和上皮- 间质转换（EMT）过程使肿瘤组织产生肿瘤干细胞特征。有研究显示，在A549/CDDP 细胞中，当NEAT1 沉默后Wnt 信号通路失活，从而发现了NEAT1 在调节Wnt 通路中的作用。这是因为NEAT1 的下调导致了这些细胞中β-catenin 和p-GSK3β 蛋白表达水平的下调，而p-β-catenin 和GSK3β 蛋白表达水平的上调所致的[10]。在乳腺癌组织中，NEAT1 抑 制miR-129-5p 表 达 并 上 调WNT4 表达，激活了Wnt 信号。另外，NEAT1 在调控AKT信号转导中的作用也已经在一些癌症中得到证实[11]。最近的一项宫颈癌研究发现，NEAT1 参与了PI3K/Akt 信号通路诱导的细胞增殖和迁移，NEAT1 可上调p-PI3K 和p-Akt 水平，增强PI3K/Akt信号通路的信号转导[12]。在非小细胞肺癌中，NEAT1 上调可明显增加PI3K、AKT 和GSK3 蛋白分子的磷酸化水平，体外研究也证实了NEAT1 对Akt 信号通路的调控作用[13]。

3 NEAT1在肿瘤中的作用及调控机制研究

3.1 LncRNA NEAT1与肿瘤细胞增殖、凋亡及细胞周期的关系

NEAT1 在体内通过调节miR-495-3p/E2F3轴促进黑色素瘤的进展，NEAT1 可以通过负调节miR-495-3p 的表达水平，导致miR-495-3p 对E2F3 的抑制作用降低，从而促进黑色素瘤进展，包括癌细胞增殖、侵袭和迁移等[14]。在口腔鳞状细胞癌（OSCC）组织和细胞中，miR-365 可靶向抑制其下游的G 蛋白信号转导调节因子20（RGS20）[15]，通过使细胞周期停留在G0/G1 期，使肿瘤细胞生长分数降低，从而抑制细胞增殖和侵袭并促使细胞凋亡，NEAT1 可抑制miR-365 对RGS20 的抑制作用并促进OSCC 细胞增殖。SRSF1 在胶质瘤（GBM）中过度表达[15]，并可促进NEAT1 在胶质母细胞瘤组织中的稳定性，而NEAT1 过表达可通过正调节细胞周期蛋白和细胞周期相关基因（CDK6、CDK2、CCND1、MYBL2、E2F2 和E2F1）表达，从而推动GBM 细胞周期（G1）进展并诱导细胞增殖。脂肪甘油三酯脂肪酶（ATGL），甘油二酯（DAG）和游离脂肪酸（FFA）在肝细胞癌（HCC）中的水平高于其相邻的正常组织[16]，NEAT1 可通过抑制miR-124-3p 来正调节脂肪甘油三酯脂肪酶（ATGL）表达，而ATGL可通过TAG 的水解产物DAG 和FFA 激活过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPARα）的表达，从而促进肿瘤细胞存活、增殖、迁移。在骨肉瘤组织和细胞中miR-194 受NEAT1 负调节[17]，导致miR-194对其靶标（骨形态发生蛋白1、ras 相关基因、钙黏着蛋白2 和1 型胰岛素样生长因子受体）的抑制作用降低，诱导肿瘤生长和骨肉瘤转移。在卵巢癌（OC）细胞系中过表达的NEAT1 可负调控miR-34a-5p来促进BCL2 表达[18]，增加肿瘤细胞在细胞周期S 期的比例而诱导OC 细胞增殖并抑制其凋亡。综上所述，LncRNA NEAT1 在各种人类实体肿瘤的细胞增殖、凋亡抵抗及细胞周期等生物过程起到了重要的促进作用。

3.2 NEAT1与肿瘤细胞浸润及转移的关系

肿瘤细胞浸润及转移是由相互关联而又连续复杂的步骤组成，包括肿瘤细胞从原发肿瘤脱离，细胞外基质侵入，穿透血管或淋巴管，通过循环系统转移，最终在远隔器官中生存并增殖。有研究表明，NEAT1 在胃癌（GC）细胞和组织中高度表达，而其高度表达受ALKBH5 调控，ALKBH5 通过与NEAT1 结合促进EZH2 的表达，从而促进GC 的侵袭和转移[19]。NEAT1 启动，miR-361 介导的网络以驱动侵袭性子宫内膜癌（EC）的进展，miR-361作为肿瘤抑制因子，可直接靶向致癌基因STAT3而抑制肿瘤细胞侵袭、迁移及耐药性，NEAT1 对miR-361 有“海绵”作用，通过抑制miR-361 的表达，激活STAT3 通路，从而促进侵袭性EC 细胞的侵袭性、癌肿形成和耐药性的产生，并重塑肿瘤微环境[20]。胃腺癌（GAC）组织中NEAT1 的表达水平显著升高，早期和晚期GAC 之间NEAT1 的表达也存在统计学差异（P=0.0111），有淋巴结转移GAC 的NEAT1 表达水平比无淋巴结转移的更高[21]。有研究发现[22]，肺癌细胞中Oct4 通过启动子激活NEAT1，通过增强子激活MALAT1，从而促进细胞增殖和运动，而敲除NEAT1 或MALAT1 则可以消除Oct4 介导的肺癌细胞的生长和运动。癌细胞的侵袭性和转移性较强的原因在于其对周围微环境的强大适应力，许多人类癌症中的O2浓度相较于正常组织显著降低，缺氧诱导因子（HIF）对基因转录的调控是介导癌细胞在低氧环境下利用氧，并对低氧环境产生适应性反应的关键因素和主要机制[23]。缺氧调节的NEAT1 可能通过作用于特定的编码转录本或影响RNA 加工途径，而成为对HIF 间接应答的效应子。另外，NEAT1还可通过整合其他生理反应，充当HIF 途径信号通路的级联组件，在促进癌细胞的侵袭性表型起重要作用[24]。

3.3 NEAT1在少数肿瘤中发挥抑制癌细胞生物过程的作用

虽然NEAT1 可促进大多数恶性肿瘤的进展，但其在某些恶性血液疾病中可起到抑癌基因的作用，研究发现NEAT1 在如HL-60、Jurkat、K562 和THP-1 等白血病细胞系中表达受到抑制，而在白血病细胞系中过表达NEAT1 可以改善因细胞毒化合物诱导形成的多重耐药表型[25]。NEAT1 在急性早幼粒细胞白血病（APL）中表达下调，NEAT1 表达被PML-RAR 抑制，而这种抑制可以通过全反式维甲酸（ATRA）诱导的NB4 细胞分化导致该lncRNA上调，通过沉默NEAT1 又可让ATRA 对NB4 细胞的诱导分化作用失效[26]。与NEAT1 在白血病中的研究相同，NEAT1 在多发性骨髓瘤患者骨髓浆细胞中的表达与健康个体外周血单核细胞相比，其表达也是降低的[27]。

3.4 NEAT1与肿瘤化疗及靶向治疗敏感性的关系

在对多柔比星耐药的尿路上皮膀胱癌组织和细胞中，NEAT1 通过负调节miR-214-3p 的表达并通过Wnt/β-catenin 途 径抑 制J82 和T24 细 胞 对多柔比星的化学敏感性，从而诱导膀胱癌细胞产生多柔比星耐药性[28]。NEAT1 在对紫杉醇耐药的非小细胞肺癌细胞系中显著上调，PARP 和caspase-3表达上调可诱导细胞凋亡从而逆转对紫杉醇耐药性，而NEAT1 可以抑制它们的表达[29]。Chen 等[30]研究表明，miR-335 受NEAT1 的负调节，NEAT1可降低miR-335 对c-Met-Akt 通路抑制作用，并激活该通路来引起HCC 细胞对的索拉非尼的耐药性。肝癌中NEAT1-2 和SFPQ 表达的增加与顺铂耐药性有关[31]，使用CRISPER/Cas9 系统构建的功能获得和功能丧失试验显示，NEAT1-2 对于肝癌细胞的生存至关重要，并通过SFPQ 介导了肝癌细胞的顺铂耐药性。BAP1 的高表达与吉西他滨的耐药性密切相关，BAP1 可正向调节其下游靶分子NEAT1，而NEAT1 又可反向调节BAP1 表达，这种相互作用诱导肝内胆管细胞癌对吉西他滨产生耐药性[32]。慢性粒细胞白血病（CML）细胞中特征在于其表达酪氨酸激酶BCR-ABL 蛋白，而NEAT1 在CML 中表达水平减低，伊马替尼作为酪氨酸激酶抑制剂，能与BCR-ABL 的ATP 结合位点结合并使NEAT1表达增加，这表明NEAT1 是BCR-ABL 诱导CML恶性表型的关键中间调节因子[33]。

4 NEAT1与肿瘤患者预后的关系

Kaplan-Meier生存分析结果显示，在高表达NEAT1 的大肠癌患者比NEAT1 低表达的大肠癌患者无病生存期较差，NEAT1 低表达的肿瘤患者术后无病生存中位时间为50 个月，而NEAT1 高表达的肿瘤患者术后无病生存中位时间为28 个月，NEAT1 高表达的大肠癌患者具有更高的肿瘤复发风险[34]。Chen 等[35]通过对96 例食管鳞状细胞癌（ESCC）进行定量实时聚合酶链反应（qRT-PCR），发现与临近正常细胞相比，NEAT1 在ESCC 组织和细胞中的表达水平更高。Pearson分析显示，升高的NEAT1 水平与肿瘤大小（P=0.026），淋巴结转移（P=0.035）和临床分期（P=0.004）异常相关。此外，Kaplan-Meier曲线与对数秩检验表明，NEAT1 的较高表达导致存活率显著降低，多变量Cox比例风险分析表明NEAT1 是总生存期（OS）的独立危险因素，与之相反，敲除NEAT1 则显示相反的结果，所以，监测NEAT1 的水平可能是ESCC 预后监测的有效生物标志物，并且在ESCC 的发生和发展中起着至关重要的作用。另外2 项Meta 分析结果[36-37]均显示NEAT1 的高表达与多种肿瘤的不良预后相关，而且是多种肿瘤预后监测的有效因子。

5 展望

在生物学及医学领域中肿瘤诊断及预后标志物成为了近年的研究热点，这是因为癌症的治疗和治疗效果的预测主要在于有效的早期诊断及对预后因子的监测。目前，诸如NGS、芯片、质谱等技术正快速发展，让LncRNA 的研究日益深入，特别是其cDNA 文库建立让更多新的LncRNA 被发现。其中，LncRNA NEAT1 的发现让其成为各种人类恶性肿瘤中被广泛研究的对象，值得注意的是，NEAT1在APL 的表达下调，而其促白细胞分化作用可使APL 得以抑制，这与在多数实体肿瘤中NEAT1 高表达并起致癌基因的作用是相反的。NEAT1 与包括细胞增殖、凋亡、细胞周期、侵袭迁移、化疗和靶向治疗敏感性等肿瘤的多种生物学过程有息息相关，许多人类肿瘤的发生和发展与NEAT1 的失调密不可分。故而认为，NEAT1 可能是潜在的预后生物标志物，并在肿瘤的诊断和治疗中充当着至关重要的角色。当然，NEAT1 在许多肿瘤中调控肿瘤发生发展的生物学功能机制还不明确，在细胞内亚结构之间的相互作用以及在血清中的化学稳定性也不清楚，对NEAT1 的进一步认知还需要大量的相关研究。