长链非编码IRAIN 在恶性肿瘤中研究进展

何立 冯珊珊 陈国安 江妍霞 刘勇

(1景德镇市第一人民医院病理科，江西 景德镇 333000；南昌大学第一附属医院 2内分泌科；3血液科；4急诊科)

长链非编码RNA(LncRNAs)是指转录本超过 200 个核苷酸的非编码RNAs，因为没有完整的开放阅读框,所以它本身不具有生物学功能〔1〕。但是越来越多研究表明LncRNA是非常关键的一类RNA，在机体正常发育、疾病形成过程中发挥重要调控作用〔2〕。研究发现在肿瘤中，LncRNA主要结合特定RNA结合蛋白(RBP)，沉默抑癌基因或激活癌基因〔3,4〕。如LncRNA浆细胞瘤多样异位基因(PVT)1通过招募组蛋白甲基转移酶(EZH)2，能调节甲状腺刺激激素受体的表达，可以促使甲状腺癌的癌细胞增殖〔5〕。LncRNA 在体液中的表达具有生物标志物的作用，对恶性肿瘤的治疗、进展及恶性程度都有一定的指导作用〔6〕。PCA3目前已经用于临床前列腺癌诊断，因为其在前列腺癌患者的尿液中异常升高，并且在前列腺癌中特异性表达〔7〕。LncRNA可以稳定地存在血浆中，这让它具有成为生物标志物的可能性，如胃癌患者血浆中，可以检测到LncRNA H19明显升高〔8,9〕。临床上相同恶性肿瘤患者，即使接受了同样的治疗方法，常常也会表现出不一样的临床结果，而检测他们的LncRNA，存在着差异表达，这可能是造成不一样结果的原因之一〔10,11〕。IRAIN是LncRNAs的一种，研究显示 IRAIN不仅在多种人类肿瘤组织中异常表达，在恶性肿瘤的诊断、治疗及更多的研究中有着重要潜在价值。本文就IRAIN在恶性肿瘤中的研究进展进行综述。

1 LncRNA-IRAIN的结构和功能

LncRNA-IRAIN是一种胰岛素样生长因子1受体(IGF-1R)反义非编码RNA，它最先是由美国一家实验室发现的，并将它命名为LncRNA-IRAIN。宿主基因等邻近蛋白编码基因的表达通常可以由反义非编码RNA调节和控制〔12〕。IRAIN是转录自IGF-1R内含子的启动子的反义方向的LncRNA，跨越IGF-1R外显子1和启动子，起始于IGF-1R内含子1，全长有5 366 bp，主要位于细胞质，与IGF-1R表达相反，IRAIN可以调控靶基因的表达，它可以通过改变细胞染色质的重塑及与别的RNA形成互补的双链等形式来实现，并且可能在许多疾病，包括恶性肿瘤的发生、发展中发挥特殊的作用，不仅如此，在人体的多个正常组织内也有表达，呈现出单等位基因的表达〔13〕。IRAIN表达其母源等位基因是抑制的，全部是来自父源等位基因。印迹丢失是使所有基因变回双等位基因表达，因为母源染色体上的这个区域被缺失后，使印迹基因簇丧失了印迹表达状态〔13〕。另外，由于基因的DNA分子甲基化是可逆的过程。在传递过程中，印迹的“遗传”与许多遗传不一样，它并不遵循孟德尔定律，因为印迹有可能会消失，也有可能会重新出现。也就是说印迹状态不相同，无论是同样时期的不同组织，还是同样的个体处在不同的时期。印迹缺失过表达常常造成细胞的恶性增殖，诱发肿瘤的形成，特别是生长因子和细胞周期因子基因，因为这些因子调控着细胞的正常生长和发育。

2 IRAIN调控肿瘤发生发展的机制

近年来发现，染色质内的空间结构改变，是一种新的调控基因的表观遗传学机制。调控基因的表达或遗传印迹现象是因为长距离染色质内环机构形成导致基因的启动子与远距离调控序列结合形成环状结构〔13〕。已有研究表明这个长距离染色质内环是由IGF-1R启动子和下游距离150 kb的增强子之间形成的，有研究〔13〕应用RNA导向染色质构象捕获法(R-3c)进一步明确了IRAIN与IGF-1R两者之间结合的具体序列，这就表明IRAIN直接参与了IGF-1R染色质启动子和远处增强子之间的内环结构的形成，IRAIN可以直接结合IGF-1R的启动子及增强子，沉默IRAIN的表达，从而使IGF-1R染色质内增强子与启动子之间的长距离内环机构丢失。非编码RNA调控基因转录的常见机制包括有：基因“竞争表达”和基因“转录干扰”等，例如：X染色体的不确定性失活和人胰岛素样生长因子2受体(Igf2r)/Airn单等位基因表达〔14,15〕，不论是印迹失活，还是X染色体的不确定性失活，都与非编码RNAXist有关。沉默X染色单体是因为Xist非编码RNA通过“染色质掩盖”机制干扰基因转录实现的。有研究表明〔13〕IRAIN是受位于IGF-1R内含子1内的启动子调控并且反义转录的LncRNA，IRAIN的干扰基因转录有可能也是通过“染色质掩盖”实现的，IRAIN竞争表达从而抑制宿主IGF-1R的表达，是通过直接与IGF-1R启动子竞争性反义转录完成的。IRAIN作为启动子相关的反义LncRNA，调控肿瘤的各项病理过程，包括发生、发展与转移等，是通过表观遗传学及染色体构想改变调控IGF-1R在肿瘤中的表达差异实现的，而这些机制的阐明也为许多肿瘤的研究提供了有价值的新思路。

3 不同肿瘤中LncRNA-IRAIN的研究进展

3.1LncRNA-IRAIN与乳腺癌 乳腺癌是一个高发的恶性肿瘤，在我国女性当中每年发病率排名全球第二，约17万，约占全球女性乳腺癌总发病例数的12.5%〔16〕。尽管发病率近年开始降低,但对乳腺癌发生机制的探索和揭示仍是刻不容缓。有研究表示〔17〕，IRAIN可能是一个抑癌基因，因为IRAIN在乳腺癌组织中比IGF-1R的表达水平低，并且在侵袭性最强的雌激素受体(ER),孕激素受体(PR),人表皮生长因子(HER)2均是阴性的乳腺癌患者组织中，IRAIN表达水平是所有其他表达水平中最低，这可能是由于IGF-1R基因被这种“竞争性的转录抑制”所激活，最终导致细胞不受控制地生长、扩增、侵袭和转移，提示IRAIN在乳腺癌的多个病理过程中起着关键的作用，或许是扮演了抑癌基因的角色。Kang等〔18〕的数据表明，乳腺癌的生长和转移与IRAIN表达有一定关系，在乳腺原位癌中表达高，在非原位癌中表达低或不表达，包括有转移或扩散者，并且与IGF-1R mRNA表达呈相反趋势。

3.2LncRNA-IRAIN与多发性骨髓瘤(MM) MM是一种好发于老年人的恶性疾病，起源于骨髓中的浆细胞。当前针对MM尚无根治办法，尽管一些新药显著改善MM患者预后生存及生活质量，但是疾病的复发及有些患者耐药性的产生，仍然是临床医师面临的重要难题，因此,迫切需要从基因层面来了解MM的发生和发展,为新的治疗方案提供理论基础。有研究〔19〕表明通过实时荧光定量聚合酶链反应(qRT-PCR)、蛋白质印迹法(Western blot)、荧光素酶报告实验发现，lncRNA IRAIN作为 miR-125b 的 ceRNA，吸附并降低 MM 细胞内 miR-125b 表达水平，最终对其下游抑癌基因PHLPP2产生正性调控作用而发挥抗MM效应。

3.3LncRNA-IRAIN与喉癌 喉癌是五官科常见的恶性肿瘤之一，主要治疗方式是手术治疗、放疗和化疗〔20〕。但是对于癌症中晚期的患者而言，治疗效果差、手术范围广、带来的损伤大。因此,迫切需要更好的治疗方案。研究证实〔21〕IRAIN的表达与喉恶性肿瘤的生长和转移有关,且它的转录等位基因存在基因印迹缺失。IRAIN的表达与喉癌有着一定的关系，尤其是与它的生长和转移，在预后较好的原位癌上IRAIN的表达较高，而在恶性程度高浸润性癌(包括转移)中，IRAIN的表达很低甚至不表达，并且与IGF-1R mRNA表达呈相反的趋势。这就表明IGF-1R可能作为抑癌基因，负向调控IFGIR在肿瘤中的差异性表达，从而影响肿瘤生长和转移，成为喉癌靶向治疗中的一位新成员。

3.4LncRNA-IRAIN与白血病 白血病是一类起源于造血系、目前病因尚不完全清楚的恶性肿瘤性疾病，不同患者的细胞和分子遗传学水平具有较大的异质性,这可能关系到患者病情的轻重程度，因而染色体异常及基因突变是白血病患者较为关键的预后指标，近些年来，越来越多与白血病发病机制和进展情况有显著相关性的多种LncRNA被发现。在细胞系与IGF-1R相比，IRAIN相对较低的表达，有研究表明〔13〕，在高危急性髓系白血病患者中瘤细胞无限制的生长、增殖，是由于IRAIN表达下降，释放了这种“竞争性抑制”，从而激活了IGF-1R基因，并与肿瘤恶性度高也有一定关系，这一点与IRAIN可能竞争性表达而抑制IGF-1R一致，说明IRAIN可能在这一过程中发挥着抑制作用，由此可以推测，IRAIN在本病中可能起着抑癌基因的作用。但在对照组中似乎不能完全用抑癌基因的作用来解释，因为IRAIN的表达处于低危患者和高危患者之间，所以，是否还存在其他机制或因素，还需要更深入的研究。Sun等〔22〕发现,IRAIN在急性髓系白血病中的表达与危险度呈负相关,在高危组中甚至不表达,同时IGF-1R在高危组中也呈现出高表达的趋势。IGF-1R与IGF1 和IGF2相结合，对细胞的增殖、生长及凋亡有促进作用，它是通过磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信号通路实现的。由此猜测，IRAIN发挥抗肿瘤的作用是通过抑制IGF-1R的表达来实现的。通过孙京男〔13〕等的研究发现，有的急性髓系白血病患者IRAIN表达量增高,因为这些患者使用了去甲基化药物治疗，提示IRAIN可能成为白血病预后判断和临床治疗疗效的指标。

3.5LncRNA-IRAIN与肝癌 肝癌是一种高死亡率的恶性肿瘤，它的死亡率位居全世界范围内的癌症死亡率第3位,如果能早期发现，治疗效果较好,但临床上早期症状不明显，往往发现时已是晚期，此时治疗效果较差。因此,对肝癌发生发展及转移相关的分子生物学研究,探讨其新的治疗方案迫在眉睫。在肝癌组织中〔23〕，也发现了IRAIN表达规律，它的表达与肝癌的恶性程度有关。IRAIN可抑制肿瘤细胞增殖、诱导肿瘤细胞分化、抑制肝癌的发生发展，可能与肝癌侵袭、转移及预后有关，由此，IRAIN将有可能为肝癌的治疗提供新的方案，为诊断提供参考指标。

3.6LncRNA-IRAIN与非小细胞肺癌 肺癌是呼吸系统常见的恶性肿瘤,其类型较多，而非小细胞肺癌(NSCLC)占比例最大，为80%～85%。尽管治疗方法不断进步,但NSCLC患者的5年生存率仍处于较低水平，低于20%,目前一种新的治疗NSCLC的方案是分子靶向治疗。有研究〔24〕发现IRAIN在NSCLC的肿瘤组织中相对癌旁组织呈现高表达，发挥促癌基因的作用，与白血病和乳腺癌中的表达相反。这种现象可能与IRAIN组织特异性表达相关〔25，26〕。近年来越来越多的文献报道了IGF-1R与肺癌的关系：IGF-1R信号通路的激活与进展期NSCLC的第三代表皮生长因子受体酪氨酸激酶抑制剂(EGFR)-TKIs的抗药性有关，微小RNA(Mir)-223可通过调节IGF-1R/PI3K/AKT通路参与非小细胞肺癌的EGFR-TKIs的获得性耐药〔27〕。Mir-7可通过抑制EGFR和IGF-1R来增强吉非替尼(一种选择性EGFR酪氨酸激酶抑制剂)对NSCLC的治疗作用〔28〕。有数据表明〔24〕通过内源敲低及外源过表达方法观察IRAIN在体内外对NSCLC细胞生物学行为的影响。研究结果表明，敲低IRAIN表达后对癌细胞的凋亡能力没有任何影响，但是细胞周期分析实验显示IRAIN能使NSCLC细胞的增殖能力显著降低。由此可知IRAIN也很有可能参与了NSCLC的发生发展，甚至可能与NSCLC的EGFR-TKIs耐药有关。

3.7LncRNA-IRAIN与胰腺癌 胰腺癌是最具侵略性的恶性肿瘤之一，并且在常见癌症死亡原因中排第4位，2015年美国死亡人数约为40 560人〔29〕。生存率虽然能稳步上升，但对胰腺癌的治疗进展缓慢，其5年生存率目前仍然很低，只有约7%〔29〕。由于早期转移、晚期诊断，目前治疗的效率有限〔30,31〕。因此,明确肿瘤的分子进展机制，可能意义重大。实验表明，IRAIN可以直接与EZH2和组蛋白赖氨酸特异性去甲基化酶(LSD)1复合物相互作用，抑制胰腺癌的人kruppel样因子(KLF)2和P15，在胰腺癌中，KLF2和P15的功能作用已经被阐明〔32〕。许多发现表明KLF2和P15可以作为肿瘤抑制因子〔33,34〕，研究也表明，IRAIN与KLF2和P15在胰腺癌的肿瘤组织中呈负相关性。这些数据表明，IRAIN可能在EZH2和LSD1介导的肿瘤抑制因子中发挥至关重要的作用〔35〕。

综上，IRAIN是转录自IGF-1R内含子启动子的反义方向的LncRNA，总长5 366 bp，起于IGF-1R内含子1中，跨越IGF-1R外显子1和启动子，基本位于细胞质，与IGF-1R编码方向相反。IRAIN在多个正常组织内呈印记表达，在喉癌和乳腺癌等多个恶性肿瘤中低表达或不表达，且与肿瘤的生长和转移有关。在白血病患者中，IRAIN的表达与肿瘤的恶性程度有关，其表达与危险程度呈负相关性，高危组甚至不表达，而且与IGF-1R mRNA表达相反的趋势。