长链非编码RNA在鼻咽癌中的研究进展

丁 顺,段婷婷综述,牟忠林审校

0 引 言

鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma, NPC)是一种独特的头颈部恶性肿瘤,起源于鼻咽粘膜上皮,超过70%的新发病例发生在东亚和东南亚［1］。不良的生活习惯、EB病毒感染和遗传因素容易导致鼻咽癌的发生［2］。鼻咽癌首选放疗治疗。放疗不可避免地会引起急性和残留毒性的外在表现,如口干、感音神经性听力损失、放射性骨坏死等一系列并发症,导致患者生活质量下降［3］。因此,有必要探索鼻咽癌进展的新分子机制和生物标志物显得格外重要。

众所周知,长链非编码RNA(long noncoding RNAs, lncRNAS) 是一种大于 200 个核苷酸、不编码蛋白质的RNA［4］。lncRNAs通过多种机制参与了肿瘤的调控,包括表观遗传、基因转录、转录后修饰、蛋白质翻译等,甚至其可以用作为肿瘤生物标志物,进而在患者的诊断及预后中起着重要的指示作用。近年来,随着对鼻咽癌中lnRNAs的广泛研究。许多lncRNAs被发现在鼻咽癌的发生发展中起着重要的调控作用。本文中,旨在阐明 lncRNA 作为NPC诊断、治疗和预后的潜在分子标志物的功能及作用。

1 lncRNA的生物学特点

癌症是一种复杂的疾病,与多种遗传突变、表观遗传学改变、染色体易位、缺失和扩增有关［5］。lncRNAs是一种新兴的转录产物,由基因组编码,但大多数不翻译成蛋白质。虽然没有编辑蛋白,但lncRNAs在多种细胞和生理功能中发挥着关键作用［6］。lncRNAs(长度为>200 nt的ncRNAs)在调控染色质动力学、基因表达、生长、分化和发育中发挥关键作用［7］。现在人们已经认识到,超过75%的人类基因组是具有功能的,并编码大量的ncRNAs［8］。据估计,人类基因组编码了超过28 000种不同的lncRNAs,其中许多仍在被发现和注释中［9］。数千种lncRNAs在各种癌症中存在异常表达或突变。lncRNA 表达的改变及其突变促进了肿瘤的发生和转移。

2 lncRNA表达和特异性

在ncRNA 中,lncRNA 是具有特定生物学结构和功能的特定亚群之一［10-11］。考虑到 lncRNA 的独特结构,不同于其他具有与 microRNA (miRNA) 和短干扰 RNA (siRNA) 相似的短序列的调节性 ncRNA,lncRNA 具有特定的生物学功能,因此对于特异性调节功能其是不可替代的［12-14］。根据现有文献, lncRNA 的三大主要生物学功能体现在基因转录调控、转录后调控和表观遗传调控［15］。lncRNA的主要生物学功能是基因特异性转录调控,可以归纳为基因转录调控亚群,以著名的抑癌基因TP53为例。近期发表的文献证实,TP53的天然反义转录物Wrap53,也是一种功能性lncRNA,通过靶向TP53的5'非翻译区,直接参与TP53转录和翻译的调控,增强该基因的表达;这种情况意味着 lncRNA 的基因具有特异性调节功能［16-18］。作为调节因子,lncRNAs也可能具有细胞类型特异性表达模式,和其mRNA靶点相对应,反映该细胞类型的生物学功能特征,类似于细胞类型特异性表达的功能基因。

3 增殖失控

单细胞生物的细胞生长和增殖仅取决于周围环境中营养物质的可用性,然而多细胞生物必须感知相邻细胞并控制其细胞数量和大小。它们具有控制由相邻细胞之间的接触介导的细胞生长和分裂的能力［19］。增殖的接触抑制(contact inhibition of proliferation,CIP)是指细胞增殖受细胞密度抑制的现象,通常归因于细胞间接触。同时在转化的细胞中失去了这种细胞增殖的密度依赖性［20］。CIP 对于正常分化组织的发育很重要,在大多数上皮细胞中都可以看到这种细胞增殖的停滞,并且与细胞分裂的停止和分化的开始有关。CIP 在需要快速细胞生长和增殖的生理条件下被逆转,例如胚胎发育和伤口愈合或组织再生［20］。在病理学上,CIP的丧失导致不受控制的细胞生长并增加细胞侵入宿主组织的能力［21-23］,进而导致肿瘤短时间快速生长。细胞增殖受各种内部和外部机制和因素的调节。 各种细胞内信号系统和能量转导系统等内部调控机制均在细胞增殖中发挥作用［24］。细胞的外部调节系统包括各种受体系统、血液供应、营养物质等因素［25］。lncRNA作为DNA转录后的产物,在NPC细胞的增殖异常中起着重要的调控作用,同时通过不同的调控方式进而调控癌细胞的增殖变化。1.lncRNA和转录因子结合进而调控肿瘤增殖。如:LINC01503 募集剪接因子富含脯氨酸和谷氨酰胺 (SFPQ) 来激活 FOSL1转录,并且 FOSL1 的异位表达逆转了 LINC01503 敲低对 NPC 进展的抑制作用。2.ceRNA调控增殖。如:lncCDKN2B-AS1作为一种lncRNA,可通过海绵化miR-98-5p调控E2F2,促进NPC细胞的增殖、克隆形成和侵袭。lncRNA作为重要的调节因子,在NPC中的增殖调控一直是研究的热点,值得研究者进行深入研究。

4 侵袭与转移调控

当肿瘤生长并侵入邻近组织或发生转移时就是恶性肿瘤。肿瘤由癌细胞和肿瘤相关的宿主细胞组成。癌细胞起源于癌症起始细胞,也被称为癌症干细胞;它们在作为创始突变的基因组改变后不受限制地生长。遗传不稳定性导致进一步的突变,使癌细胞群产生侵袭和转移能力［26］。肿瘤相关的宿主细胞约占恶性肿瘤中细胞总数的一半。它们包括内皮细胞、神经细胞和脂肪细胞等。与癌细胞一起构成了 "可识别的肿瘤来源器官的组织结构图"［27］。lncRNAs 在肿瘤的各种生物学过程中发挥着关键作用。然而,只有少数 lncRNAs 在肿瘤侵袭和转移中得到了很好的表征。虽然手术可以成功治疗原发性肿瘤,但侵袭和转移已被证明是一个很大程度上无法克服的挑战［28-30］。因此,必须找到有用的预后标志物来预测肿瘤患者的转移风险。lncRNAs对NPC侵袭和转移功能的详细分子机制仍是未解之谜。但是有研究已经证实部分lncRNAs在NPC的转移和侵袭发挥重要的作用。如:lncRNATP73-AS1通过连接黏附分子A调控miR-495表达促进NPC细胞迁移侵袭［31］。lncRNACCHE下调通过抑制MEK/ERK/c-MYC通路抑制NPC细胞增殖、迁移和侵袭［32］。lncRNA在NPC侵袭与转移中扮演重要的角色,需要后续的进一步研究。

5 上皮间质性转化的平衡的破坏

上皮间质转化(Epithelial Mesenchymal Transition, EMT)是程序将上皮细胞转化为沿上皮与间质轴线排列的进入更多间质细胞状态的过程。根据一个组织内的细胞收到的环境信号和细胞内的基因回路,这个程序产生的细胞进入一系列沿上皮与间质轴排列的中间表型状态,当被驱动到极端时,将一个完全的上皮细胞转化为一个完全的间质细胞状态。使上皮细胞表现出上皮细胞间的连接和顶端-基底极性,而间质细胞表现出高度的运动性和侵入性,具有纺锤形的形态,缺乏顶端-基底极［33-35］。在癌症中,EMT程序对癌细胞表型的贡献得到了最深入的研究,EMT诱导的间质特征使癌细胞能够完成侵袭-转移级联的许多步骤,包括肿瘤细胞在原发肿瘤部位的局部侵袭,它们侵入血管内,通过循环转运,外渗到远处组织的实质中,并作为微转移的沉积物存活［36-37］。同样lncRNAs 与EMT发展密切相关,在NPC调控中起着重要的作用。如:lncSMAD5-AS1 在 NPC 组织和细胞系中高表达,通过一系列小干扰 RNA、模拟物、或抑制剂来探索 lncSMAD5-AS1和SMAD5 对 NPC 中 EMT、细胞增殖、迁移和侵袭的影响。值得注意的是,lncSMAD5-AS1 沉默降低了 N-cadherin、基质金属肽酶 9、Snail 和 Vimentin 的表达,同时提高了 E-cadherin 的表达,从而抑制 EMT、细胞增殖、迁移和侵袭。此外,SMAD5沉默可以降低由lncSMAD5-AS1上调诱导的EMT能力。lncSMAD5-AS1 沉默可抑制裸鼠的肿瘤发生［38］。此外,Cheng［39］发现lncFEZF1-AS1上调NPC细胞中的N-cadherin、波形蛋白和下调E-钙粘蛋白,表明FEZF1-AS1可能是NPC中EMT的驱动因子,进而调控肿瘤的转移及复发。综上所述,lncRNAs 作为EMT的诱导因素之一,越来越值得我们进一步的探讨。

6 lncRNA对放射治疗的影响

利用lncRNAs生物标志物检测早期确定辐射损伤的程度,可以提供一种早期治疗这种损伤的手段,并有可能防止后期辐射诱发的疾病。辐射会诱发直接和间接损伤,其中辐射诱发的双链断裂被认为是最致命的［40］。直接损伤是由于能量直接沉积在DNA分子上,而间接损伤是由于能量沉积在其他分子上,然后与DNA发生反应［41］。对细胞内分子的辐射损伤的4个步骤如下。①能量的物理沉积,②在目标分子中产生初级自由基,③初级自由基在相邻分子上的反应,以及④由不稳定的自由基产生化学上稳定的损伤。此外,被照射的线粒体产生活性氧(ROS),这是DNA损伤的另一个驱动因素。这种碳酸盐自由基阴离子在生理条件下比羟基自由基更丰富,并在DNA的GGG位点生成8-氧代-7,8-二氢鸟嘌呤,这为DNA修复提供了信号［42］。随着在疾病进展中的广泛作用和作为疾病的生物标志物,人们开始关注 lncRNAs 在放射反应中的作用。 具体而言,进行了许多研究以了解 lncRNAs 如何在体外调节正常和癌组织的放射敏感性。 现已证实化疗药物对健康细胞和癌细胞的放射敏感性有不同的调节作用［43］,细胞对单剂量和多剂量辐射的反应不同,这为辐射与分子治疗相结合提供了独特的治疗机会。lncRNAs 同样在NPC细胞中影响着放射的敏感性。在NPC中,linc00312 与 DNA-PKcs 结合并抑制其向 Ku-DNA 的募集。linc00312 抑制辐射诱导的 AKT-DNA-PKcs、MRN-ATM-CHK2 和 ATR-CHK1 信号转导,导致 DNA 损伤感知、加工和修复能力受损,并导致对放射治疗的敏感性增加。这 为 linc00312 在 NPC 中调节放射敏感性提供了新的见解［44］。而更多新发现受辐射影响而达到治疗的lncRNAs越来越多,也越来越受到我们的关注。

7 耐药调控

耐药性仍然是限制癌症患者获得治愈的主要因素。早期化疗药物(如氮芥和氨蝶呤)的初步成功所带来的兴奋很快就被证据所压制,虽然肿瘤很快就会缓解,但它们会产生抗药性,导致疾病复发［45］。作为调节肿瘤进展的重要分子,lncRNAs被认为是参与不同化学抗性机制的介质,如改变药物流出、干扰DNA损伤修复、触发细胞凋亡、诱导药物靶点突变等［46］。此外,大多数lncRNAs已被证明可以促进化学抗性,而很少有抑制作用。例如在肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)中,lncHANR可通过 GSK3β 相互作用蛋白 (GSKIP)/P-GSK3β 通路拮抗 HCC 对 DOX 的敏感性并导致预后不良. lncHANR 直接与 GSKIP 结合并减少 GSK3β 的磷酸化,介导糖原代谢和细胞生长,从而降低化疗敏感性。在乳腺癌中(breast cancer, BC),由 lncATB激活的 lncRNA 在曲妥珠单抗耐药的 BC 中过度表达,可通过竞争性海绵状 miR-200c 引发耐药性、促进转移并导致预后不良,然后激活锌指 E-box 结合同源框1和 ZNF-217,最终诱导EMT。在NPC耐药中同样受到lncRNAs的调控。如:Liu等［47］研究表明 lncNEAT1 在 NPC 组织和 NPC 细胞中上调,let-7a-5p 下调, 通过敲低lncNEAT1 抑制 let-7a-5p 调节 Rsf-1 表达和 Ras-MAPK 通路来增强 NPC 细胞对顺铂的敏感性。因此,靶向 lncNEAT1/let-7a-5p 轴可能对克服 NPC 中的顺铂耐药具有重要的治疗意义。此外,lnc00346通过抑制miR-342-5p来调节NPC细胞的顺铂耐药［48］。目前,已显示不同的 lncRNAs 在癌细胞中诱导化学抗性具有不同效果。需要进一步的研究来确定可能与癌细胞耐药性相关的ncRNAs,并描述它们在致癌作用和化学耐药性中的具体作用。

8 预后分子

关于预后的个体化信息可以帮助患者做出更明智的治疗决定,并通过减少对未来的不确定性更有效地应对疾病。临床预测模型促进了个体化预后信息的产生和临床使用,这些模型通常以在线预后工具的形式实施。它们的效用取决于数据的质量和完整性以及它们所依据的统计模型的方法论充分性。这些因素的缺陷限制了预后模型解释疾病进展中个体差异。在医疗诊治中,护理、环境、基因、免疫调控等都影响患者的预后,对于每种因素的深入研究是必不可少的。lncRNAs作为一种必不可少的预后调节因素,在癌症的治疗预后中起着不可磨灭的作用。同样在NPC中存在类似的lncRNAs, 如lncSNHG15的上调,导致NPC患者的生存率降低［49］;lncRNA ILF3-AS1可以促进细胞的增殖、侵袭和迁移, 导致NPC患者不良预后［50］。随着日新月异基因技术的发展,大量的lncRNAs被发现,对于这类分子的研究预后可能成为诊疗的突破口,需要更多的研究去深入挖掘。

9 结 论

随着深入研究,lncRNAs被认为是包括恶性肿瘤在内的许多疾病的新前沿。值得注意的是,lncRNAs 通常以细胞或组织特异性方式表达这一事实使它们成为特殊的治疗靶点。尽管仍有许多问题和挑战有待解决,但基于时代快速发展,在癌症背景下对 lncRNAs靶标的识别和评估可以在合理的时间窗口内转化为临床情景。