长链非编码RNA在神经胶质瘤中的相关作用机制及代表分子

郑悦 罗良生

胶质瘤是最常见的中枢神经系统恶性肿瘤[1],根据细胞来源，可细分为星形细胞瘤、少突胶质细胞瘤、室管膜瘤和混合瘤(如少星形细胞瘤)。世界卫生组织(WHO)在每个亚型中将胶质瘤分为四个级别。Ⅰ级和Ⅱ级被认为是低级别胶质瘤，Ⅲ级和Ⅳ级被认为是高级别胶质瘤,其中多形性胶质母细胞瘤是恶性程度最高的肿瘤类型，初诊后中位生存期仅为12～14个月[2]。有研究表明，LncRNA在胶质瘤中异常表达，与胶质瘤细胞的形成、增殖、侵袭和凋亡过程密切相关。长链非编码RNA(LncRNA)包含各种大小超过200个核苷酸的RNA转录本，这些转录本缺乏显著的蛋白质编码能力，通常具有5'm7G帽和3'polyA尾部，类似于信使RNA(messenger RNA，mRNA)的结构。但相较于mRNA，LncRNA更具有组织特异性和动态性，表明这些分子具有独特的生物学作用。LncRNA根据其相对于邻近蛋白质编码基因的基因组位置可分为以下五类：(1)正义，从蛋白质编码基因的正义链转录而来；(2)反义，转录自mRNA的相反链；(3)内含子，转录自蛋白质编码基因的内含子；(4)基因间，从基因间区域转录；(5)双向转录，从正义和反义方向的转录起始位点附近转录。由于LncRNA的功能机制取决于其亚细胞定位，因此LncRNA也可以分为核或细胞质类别[3]。表现出不同核定位模式的LncRNA通常通过转录干扰和染色质重塑来改变基因转录，而输出到细胞质的LncRNA通过介导RNA加工，影响mRNA稳定性或直接调节蛋白质功能而发挥调节作用。

一、LncRNA在神经胶质瘤的功能机制

1.LncRNA调节基因组活性：许多LncRNA参与了基因表达的表观遗传调控。在神经胶质瘤中，NEAT1通过与PRC2亚单位EZH2的物理相互作用，介导Wnt/β-catenin途径启动子区H3K27的甲基化，从而导致Wnt/β-catenin途径的激活[4]。Zhao等[5]发现，NET1可通过FZD3/GSK3β/P-tau通路调控微管稳定，并通过招募组蛋白乙酰转移酶与FZD3启动子结合从而影响FZD3转录活性。Ke等研究发现，LncRNA HOTAIR在胶质瘤中高表达，通过募集染色质修饰复合物PPC2，并定位到HOXD基因簇，最终间接沉默HOXD。

2.LncRNA调控信号转导通路 ：在胶质瘤中，LncRNA 可通过调控信号转导通路，从而影响胶质瘤细胞的形成、增殖、侵袭和凋亡过程。HOTAIR通过与PRC2复合物相互作用调控PI3K/AKT和MEK 1/2通路促进胶质母细胞瘤进展[6]。此外，SNHG16在胶质瘤中高表达，研究发现它通过PI3K/Akt通路和miR-373的海绵作用增加细胞迁移、侵袭和增殖，导致表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR)的释放，增强胶质瘤的致瘤性[7]。CRNDE基因在胶质瘤中表达升高，可通mTOR信号通路的下游作用位点P70S6K的磷酸化，使mTOR信号通路持续激活，促进胶质瘤细胞的生长并抑制细胞凋亡，发挥致癌基因的作用。此外，MALAT1过表达可显著降低U87和U251细胞中磷酸化ERK1/2和MMP2/9的表达，并且Han等研究进一步发现，抑制ERK信号(U0126)可以模拟MALAT1过表达诱导的磷酸化ERK1/2和MMP2的水平，表明MALAT1的肿瘤抑制功能是通过减弱ERK/MAPK介导的细胞生长和MMP2/9介导的侵袭力介导的。

3.LncRNA作为微小RNA(miRNA)的分子海绵：部分LncRNA具有与miRNA相结合的位点，可与miRNA靶基因竞争结合miRNA，进而调控miRNA及miRNA的靶基因的表达，而这些LncRNA就称为miRNA海绵，这种调控方式被称为海绵吸附效应[8]。例如，研究发现EGFR-AS1可以通过mir-133b/RACK1轴影响胶质瘤的迁移和侵袭[9]。Chai等[10]发现，LncRNA LINC01579也可以通过与miR-139-5p竞争性结合EIF4G2转录本，进而对细胞周期进行调控。同样，LncRNA FOXD2-AS1通过海绵化miR-31上调周期蛋白依赖的激酶1来促进胶质瘤的进展[11]。此外，CRNDE基因的过表达能够促进细胞增殖，迁移和侵袭,抑制神经胶质瘤细胞凋亡，同时由于其竞争性结合作用使得miR-384在人神经胶质瘤组织和神经胶质瘤细胞系中被下调。研究发现，CRNDE通过降低miR-384表达来促进细胞恶性行为，而通过CRNDE敲低或miR-384过表达进行的治疗最终可导致PIWIL4减少，从而抑制神经胶质瘤生长。

4.LncRNA作为细胞间的沟通者：在过去的3年中，关于外泌体在神经胶质瘤发展中的作用的研究取得了进展[12]。胶质瘤来源的外泌体作为细胞之间的沟通者，刺激血管生成，迁移，胶质瘤细胞增殖，调节肿瘤侵袭性。其中，释放LncRNA到受体细胞中可以通过调节靶信号通路来调节细胞表型[13]。例如，SNHG16被包装成外泌体，通过激活TLR7/MyD88/NFκB/c-Myc信号通路诱导胶质瘤进展[14]。同时，Chai等[15]发现，ROR1-AS1被包装到源于肿瘤细胞的外泌体中，并对神经胶质瘤发展的促进作用。

5.LncRNAs编码功能性微肽：最近，一些LncRNA已显示可编码基于小ORF的功能性微肽。例如，从LncRNA转换而来的微肽通过与肌浆网Ca2+-ATPase(SERCA)，溶酶体v-ATPase或置换SERCA抑制剂来调节骨骼肌的再生或收缩力。Cao等[16]发现，一个编码跨膜小肽的关键的枢纽dle1，包含两个smorf(ORF1和ORF8)，编码形成五聚体通道的小肽，从而对胶质瘤的发生发展进行调控。

二、具有代表性的LncRNAs

1.MALAT1：MALAT1也称为NEAT2，是一个LncRNA，需要进一步处理和转录后修饰。它在哺乳动物和核保留的调节性RNA中高度保守。研究表明，相对于正常脑组织，神经胶质瘤组织中MALAT1的表达减少，而敲除MALAT1可促进人胶质瘤细胞系和异种胶质瘤模型中细胞的增殖和侵袭。相反地，在体外和体内MALAT1的过表达均表现出可以抵消细胞增殖和侵袭的显著抑制，这表明MALAT1在神经胶质瘤中起抑制的作用。MALAT1可通过调控信号转导通路抑制肿瘤的侵袭和扩散。研究表明，MALAT1通过减弱ERK/MAPK介导的生长和MMP2介导的侵袭性从而在神经胶质瘤中发挥肿瘤抑制作用。其中ERK/MAPK途径是负责细胞增殖和侵袭的最重要的信号转导途径之一，而MMP2和MMP-9在肿瘤进展过程中参与细胞侵袭[17]。MALAT1的过表达显著降低U87和U251细胞中磷酸化ERK1/2和MMP2/9的表达。MALAT1还可以充当miRNA的“分子海绵”，从而导致其在胶质母细胞瘤中的下游作用得到调节。通过这种作用机理，几种miRNA，如miR-124，miR-384，miR-101，miR-155和miR-140等与MALAT1竞争性结合[18-20]。Xiong等[21]研究显示，MALAT1阳性调节SOX2的表达，通过使miR-129海绵化而充当竞争性内源RNA。MALAT1/miR-129/SOX2形成的复合物在体外和体内增强神经胶质瘤干细胞的活力和增殖能力，并促进神经胶质瘤的发生。此外，LncRNA MALAT1在具有多重耐药性的胶质母细胞瘤细胞系中上调，并通过上调EMT相关蛋白(如ZEB1)来降低胶质母细胞瘤细胞对替莫唑胺的敏感性。

2.TUG1：TUG1是一个长约7.1k碱基的 LncRNA，最初在牛磺酸处理下于视网膜细胞的基因组筛选中被检测到。TUG1胶质瘤发病中的作用，逐渐于最近一些研究中发掘。WHO等级和总生存率呈负相关。TUG1的过表达通过激活凋亡基因caspase-3和caspase-9介导的内在途径并抑制抗凋亡基因Bcl2介导的抗凋亡途径从而促进神经胶质瘤细胞凋亡，提示TUG1在人类神经胶质瘤中具有抑癌作用。最近的研究表明，LncRNA TUG1通过表观遗传抑制多个神经元分化相关基因来维持胶质瘤干细胞(glioma stem cells，GSC)的干性。此外，TUG1还可以作为蛋白质支架与PRC2组分(EZH2和SUZ12)和转录因子YY1发生相互作用，从而促进组蛋白H3K27特异性甲基化。

3.NEAT1：NEAT1是从位于人类第11号染色体上的多个内分泌肿瘤基因转录而成的一个LncRNA。NEAT1，miR-98-5p和BZW1之间的相互作用在胶质细胞瘤中起重要作用。NEAT1作为分子海绵调控miR-98-5p及其直接靶标BZW1。NEAT1/miR-98-5p/BZW1轴调节胶质细胞瘤细胞的增殖，因此可以探索争对该轴的靶向治疗[22]。LncRNA NEAT1还可竞争抑制miR-185-5p刺激DNMT1/mTOR信号传导而促进神经胶质瘤的进程[23]。Bi等[24]确定了胶质瘤中NEAT1的下游目标let-7g-5p，并且被其负向调节，而let-7g-5p的恢复可抑制增殖，迁移和侵袭来阻止肿瘤进展。MAP3K1作为let-7g-5p的直接靶标，受到NEAT1的正调控，并参与影响NEAT1对GSC行为的调节。结果表明NEAT1通过NEAT1/let-7g-5p/MAP3K1轴促进了GSC的进展，进一步验证了NEAT1的过表达增加了肿瘤的替莫唑胺抗性。

4.H19：H19是一种LncRNA，其编码基因位于人染色体11的印迹区域，与IGF2基因相毗邻[25]。H19发挥多种生物学功能，在缺氧微环境通过HIF-1α诱导H19的内源性表达，HIF-1可直接与H19启动子结合，触发肿瘤细胞的致癌效应。HIF-1α的稳定性被抑癌基因Pten减弱，表明HIF-1α与H19呈正相关[26]。H19可以作为竞争性内源RNA海绵化miR-138，miR-138通过靶向HIF-1α并依次影响VEGF的表达来调节神经胶质瘤细胞的增殖和迁移[27]。最后在神经胶质瘤微血管中，H19的过表达通过作为miR-29a海绵增加血管生成因子VASH2的表达来诱导神经胶质瘤相关的内皮细胞增殖，迁移和血管形成[28]。

5.HOTAIR：HOTAIR是位于12号染色体上Homeobox C(HOXC)基因簇内的人类基因型LncRNA，与HOXC基因共表达，该LncRNA在几种类型的肿瘤中高度表达[29]。HOTAIR可以调节特定转录因子(例如MXI1，E2F1，ATF5和ASCL1)的活性，并调节细胞周期相关基因的表达以及相关的信号通路，例如Wnt/β-连环蛋白轴。Angelopoulou等[30]研究结果表明，HOTAIR的表达与β-catenin通路在基底膜细胞系和组织中的激活过表达有关。HOTAIR可作为胶质母细胞瘤的治疗靶点，其致癌作用与激活β-catenin通路有关。此外，它可以与特定的miRNA相互作用，包括miR-326，miR-141，miR-148b-3p，miR-15b和miR-126-5p，起着海绵状miRNA的作用，以调节癌症中的基因表达。例如，NEAT1、miR-132和SOX2之间的相互作用在胶质母细胞瘤中起重要作用。NEAT1还可以通过海绵miR-132间接调节SOX2的表达，研究发现NEAT1/miR-132/SOX2轴促进胶质母细胞瘤细胞的侵袭性，可以以此探索治疗这种类型的肿瘤。重要的是，已证明HOTAIR可增强血管生成并影响血液肿瘤屏障(BTB)的通透性，从而调节化学治疗剂的功效。例如，HOTAIR通过与miR-148b-3p结合而降低了BTB的通透性。类似地，内皮细胞中LncRNA XIST的异常高表达通过增加紧密连接相关蛋白(ZO-1，ZO-2和occludin)而降低了BTB的通透性。同样，LncRNA TUG1在内皮细胞中也被上调，并通过靶向miR-144来调节BTB的通透性。

LncRNA和神经胶质瘤的最新研究引起了癌症领域的极大兴趣。报道表明，LncRNA在神经胶质瘤中发挥着重要的生物学功能，包括肿瘤的开始，进展和其他表型。在这里，我们讨论了神经胶质瘤中LncRNA表达的失调及其潜在机制，以及其中具有代表性的分子，这可能潜在地导致发现新的诊断和预后生物标志物。但是，有些方面需要进一步探讨。首先有许多研究发现LncRNA和miRNA 之间的相互作用，然而这两者如何影响胶质瘤发生发展仍存在着许多问题。例如miRNA和LncRNA在细胞内如何平衡， miRNA 和 LncRNA它们之间的结合是否还存在除竞争性结合之外的情况，其次尽管关于报道LncRNA参与神经胶质瘤的进展很多，但LncRNA发挥作用的阶段仍然未知。这些LncRNA的进一步了解可能为神经胶质瘤提供新的治疗策略。