长链非编码RNA配对盒基因8反义RNA1在恶性肿瘤中的研究进展

任子瑞,徐登飞,仓顺东

(河南大学人民医院/河南省人民医院 肿瘤中心,河南 郑州 450003)

恶性肿瘤是威胁人类生命安全的世界性疾病,全球癌症新发率及病死率正在日益增长[1]。目前,早期筛查和诊断癌症的技术十分有限,许多患者临床确诊时已处于疾病的中晚期,这是导致癌症高病死率及不良预后的主要原因[2]。因此,探索有效的早期生物标志物是亟待解决的关键问题。长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是一类长度大于200个核苷酸,缺少蛋白编码能力的RNA转录本[3]。越来越多的研究证实,lncRNA参与多种与肿瘤形成和发展的生物学过程,包括表观遗传、转录和转录后调控、蛋白质修饰和调节细胞生长、分化、凋亡等[4]。配对盒基因8反义RNA1(paired box gene 8 antisense strand 1,PAX8-AS1)是新近发现的lncRNA,通过发挥促癌或抑癌作用调节癌细胞的增殖、凋亡、侵袭和耐药性,与患者的总生存率及预后密切相关。本综述旨在总结PAX8-AS1在多种恶性肿瘤中的作用及机制,为恶性肿瘤的筛查、诊断及治疗提供新的潜在靶点。

1 PAX8-AS1简介

lncRNA PAX8-AS1是配对盒基因PAX8的反义转录物,位于PAX8上游的2q13染色体[5]。PAX8是配对盒结构域基因家族的成员之一,定位于2q14.1染色体,参与胚胎发育过程中细胞的生长和分化,在多种癌症中异常表达[6]。PAX8-AS1作为PAX8的反义RNA,存在PAX8-ASI-N和PAX8-AS1:28两种不同的亚型。近年研究显示PAX8-AS1与甲状腺癌[7]、乳腺癌[8]、宫颈癌[5]、子宫内膜癌[9]、急性白血病[10]、皮肤黑色素瘤[11]、肾上腺皮质癌[12]、肝细胞癌[13]等多种癌症的发生发展密切相关。PAX8-AS1在恶性肿瘤中的作用机制主要有2个方面:(1)作为竞争性内源RNA(competitive endogenous RNA,ceRNA)结合miRNA进而调控mRNA的基因表达;(2)通过单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)识别基因调控的遗传变异。

2 PAX8-AS1作为ceRNA在癌症中的作用

ceRNA假说认为,lncRNAs与mRNAs中含有microRNA(miRNA,21～24个碱基对)反应元件,以此竞争结合miRNA调节彼此的表达[14]。miRNA是一种短的非编码RNA,通过靶向mRNAs的3’非翻译区调节基因的表达,lncRNA可以作为ceRNA通过竞争共享的miRNA进而调节mRNA的翻译和基因表达[15]。ceRNA网络展示了详细的遗传失调图景,为寻找恶性肿瘤有效的潜在靶点提供了理论依据。

2.1 PAX8-AS1与甲状腺癌甲状腺癌是常见的内分泌恶性肿瘤,其中甲状腺乳头状癌占全部甲状腺癌的85%以上[16]。研究发现PAX8-AS1在甲状腺癌组织中表达下调,过表达PAX8-AS1可以延长甲状腺癌患者的总生存时间和无复发生存时间[7]。随着对PAX8-AS1研究的不断深入,Zhou等[17]发现PAX8-AS1在甲状腺乳头状癌组织和细胞系中表达下调,PAX8-AS1低表达与甲状腺乳头状癌患者的不良预后显著相关。过表达PAX8-AS1可以增加caspase-3和bax凋亡蛋白的表达水平,促进甲状腺乳头状癌细胞的凋亡,抑制甲状腺乳头状癌细胞的增殖。荧光素酶报告基因实验证实PAX8-AS1与miR-96-5p有相应的结合位点,miR-96-5p在甲状腺乳头状癌细胞中表达上调,敲除miR-96-5p后甲状腺乳头状癌的增殖受到抑制,可促进甲状腺乳头状癌细胞的凋亡。基于此基础发现miR-96-5p可以直接靶向PKN2基因,沉默PKN2基因可逆转PAX8-AS1对甲状腺乳头状癌细胞抑制增殖和促进凋亡的作用[17]。

PAX8-AS1:28是由Zhang等[18]发现的PAX8-AS1的新亚型。研究发现,PAX8-AS1:28在甲状腺乳头状癌和细胞中呈低表达,过表达PAX8-AS1:28可以抑制甲状腺乳头状癌细胞的增殖[18]。MYC是常见的原癌基因,可促进多种癌症细胞的增殖、侵袭和迁移[19]。沉默MYC上调了PAX8-AS1:28的表达,抑制了甲状腺乳头状癌细胞的增殖;过表达MYC使PAX8-AS1:28的表达降低,促进了甲状腺乳头状癌细胞的增殖。这些结果表明,PAX8-AS1在甲状腺癌中发挥抑癌作用,可以通过PAX8-AS1/miR-96-5p/PKN2轴和调控MYC基因的表达抑制甲状腺癌的发生发展。

2.2 PAX8-AS1与乳腺癌乳腺癌是女性疾病高病死率的主要原因之一[20]。有研究报道了硫鸟嘌呤在乳腺癌中的潜在作用,硫鸟嘌呤可调节细胞周期,使细胞停滞在G2/M期,进而抑制细胞的增殖[21]。硫鸟嘌呤可阻断MAPK、PI3K-Akt等信号通路,并下调相关肿瘤枢纽基因的表达[22]。PAX8-AS1是受硫鸟嘌呤影响的主要lncRNA,经硫鸟嘌呤诱导的乳腺癌细胞中PAX8-AS1的表达下调。miR-16-5P与miR-335-5p上有PAX8-AS1的结合位点,PAX8-AS1能通过竞争性结合miR-16-5p与miR-335-5p下调ACTN4、ERGE、FLNA和FLNB基因的表达,进而抑制乳腺癌细胞的增殖,延长患者的总生存期[8]。

AK126431位于染色体2q14.1,Yu等[23]将其命名为PAX8-AS1-N,与PAX8-AS1的其他亚型相比,PAX8-AS1-N具有不同的启动子,在乳腺癌组织及细胞中表达下调,其低表达与患者的总体生存率降低相关。过表达PAX8-AS1-N不仅增加乳腺癌细胞的凋亡,还导致细胞G1期停滞,抑制乳腺癌细胞的增殖能力,此外异种移植瘤实验验证了敲除PAX8-AS1-N后小鼠的成瘤能力增强[23]。MiR-17-5p已被证实在包括乳腺癌的多种癌症中作为miRNA发挥致癌作用[24],进一步机制研究发现,PAX8-AS1-N通过特异性结合miR-17-5p上调抑癌基因PTEN、CDKN1A和ZBTB4的表达,进而抑制乳腺癌的发生发展。这些结果表明,PAX8-AS1在乳腺癌中发挥抑癌作用,可以通过lncRNA/miRNA/mRNA轴抑制乳腺癌的发生发展。

2.3 PAX8-AS1与子宫内膜癌子宫内膜癌中超过50%的患者在手术或放射治疗后面临复发风险[25]。因此探索与复发风险相关的生物标志物对子宫内膜癌的治疗是十分重要的。Wang等[9]研究发现PAX8-AS1在复发的子宫内膜癌患者中表达上调,其高表达与患者的高复发风险和无复发生存期缩短相关。通过构建与复发的子宫内膜癌相关的共表达或ceRNA网络,发现hsa-miR-4461是在子宫内膜癌中差异表达的miRNA,可以直接靶向TNIK基因调节子宫内膜癌的进展。Zhang等[26]研究发现TNIK基因高表达与TNM分期增高、总生存期和无复发生存期缩短相关。TNIK基因在复发的子宫内膜癌中表达上调,与PAX8-AS1的表达呈正相关,与hsa-miR-4461的表达呈负相关[9]。这表明PAX8-AS1可以作为ceRNA竞争性结合hsa-miR-4461上调TNIK基因的表达,导致子宫内膜癌患者面临高复发和无复发生存期缩短的风险。

2.4 PAX8-AS1与急性髓系白血病急性髓系白血病是起源于骨髓原始细胞或未能正常分化的前粒细胞的血液恶性肿瘤,患者的5 a生存率仅有28.3%,并且随着年龄的增加发病率呈上升趋势[27]。Guo等[28]研究证实,复发是急性髓系白血病患者具有预后意义的独立因素, PAX8-AS1的表达水平与急性髓系白血病患者的复发风险呈正相关。WT1基因在急性髓系白血病中高表达,已被证实是该病的一个治疗靶点,PAX8-AS1通过调节PAX8的表达进而调控WT1的表达,提示PAX8-AS1与急性髓系白血病的发病有关[28-29]。

阿霉素是治疗急性髓系白血病的一线化疗药物,患者的预后不良多数由于出现药物耐药所致[30]。Song等[31]研究发现,PAX8-AS1在急性髓系白血病中表达上调,在难治性或复发性急性髓系白血病和经阿霉素诱导耐药的癌细胞中表达上调更为明显。过表达PAX8-AS1导致抗凋亡蛋白bcl-2蛋白水平增加,凋亡蛋白bax、caspase-3表达水平下降,这表明PAX8-AS1表达增强可以抑制急性髓系白血病细胞的凋亡。研究还发现PAX8-AS1具有与miR-378G互补的结合位点,ERBB2是miR-378G直接靶向的mRNA,上调PAX8-AS1的表达可以通过miR-378G/ERBB2轴促进急性髓系白血病细胞增殖,抑制细胞凋亡,同时增加细胞的化疗耐药性[31]。

2.5 PAX8-AS1与皮肤黑色素瘤皮肤黑色素瘤起自皮肤表皮基底层产生黑素的细胞的恶性转化,该疾病的高病死率是由于大多数患者临床确诊时已经处于疾病的中晚期,因此鉴定生物标志物对皮肤黑色素瘤的早期诊断和治疗尤为重要[32-33]。Jiang等[11]研究发现,PAX8-AS1在皮肤黑色素瘤中表达下调,其低表达提示患者预后不良,与患者的低生存率和肿瘤进展转移相关。通过Starbase和GSCALite数据库分析得出PAX8-AS1是miR-92a-3p的上游lncRNA,miR-92a-3p可以直接靶向IFIT2基因的表达,miR-92a-3p与IFIT2之间呈负调控关系。这表明PAX8-AS1在皮肤黑色素瘤中发挥抑癌作用,可以通过PAX8-AS1/miR-92a-3p/IFIT2轴抑制黑色素瘤的发生发展。

2.6 PAX8-AS1与肾上腺皮质癌肾上腺皮质癌是一种罕见的侵袭性肾上腺皮质内分泌肿瘤,据统计发生远处转移患者的5 a总体生存率不超过20%,手术是肾上腺皮质癌唯一的根治方式,但术后仍有较高的复发风险[34]。Subramanian等[12]分析肾上腺皮质癌样本和正常肾上腺组织的基因表达综合数据库,筛选出PAX8-AS1是与miR-335-5p相互作用的lncRNA,hsa-miR335-5p是与BIRC5基因相互作用的miRNA。hsa-miR335-5p在肾上腺中表达下调,已被证实与多种癌症的转移和侵袭有关[35]。BIRC5又被称为生存素,与多种癌症的细胞凋亡和免疫途径相关,研究发现BIRC5在肾上腺癌中表达上调,并与患者的总体生存率相关[36]。因此,确定BIRC5/miR335-5p/PAX8-AS1轴与疾病的总体生存期缩短相关,这为肾上腺皮质癌患者的预后提供了新的治疗靶点。

3 PAX8-AS1的SNP在癌症中的作用

SNP是指基因组DNA序列中由于单个核苷酸的突变而引起的多态性,是人类可遗传变异中常见的类型,占所有已知多态性的90%以上,在人类基因组中广泛存在[37]。全基因组关联研究已经确定了与人类癌症相关的多个SNPs,可以通过影响附近基因的表达水平而参与癌症的发展[38]。表达数量性状基因座(expression quantitative trait loci,eQTL)分析将这些有效的SNPs与基因表达等分子表型进行整合,用于识别影响基因调控的遗传变异[39-40]。

3.1 PAX8-AS1与宫颈癌宫颈癌的主要高危因素是感染人类乳头状瘤病毒,遗传易感因素可以增加感染风险,促进宫颈癌的发展[41]。全基因组关联研究确定了位于6q21、4q12和17q12的宫颈癌eQTLs,但有效的SNPs只解释了一部分遗传性[42]。因此有必要进一步探索宫颈癌的缺失遗传性,以确定这种疾病的高危个体。PAX8是一种肾系转录因子,在多种肿瘤中异常表达,PAX8-AS1是PAX8的潜在调控因子,PAX8-AS1中的2个SNP rs4848320和rs1110839可能代表PAX8的eQTL[5]。Han等[5]收集宫颈癌病例及正常对照者的信息进行分析,发现与无变异基因的单倍型相比,PAX8-AS1上的rs4848320变异等位基因T和rs1110839变异等位基因G所致的宫颈癌发病风险显著降低,这为PAX8-AS1成为宫颈癌新的易感标志物提供了证据。

3.2 PAX8-AS1与肝细胞癌肝癌是全球第五大常见的恶性肿瘤,也是第四大恶性肿瘤的相关致死原因,其中肝细胞癌占全部原发性肝癌的80%以上[43]。越来越多的研究关注识别分子生物标志物,因为分子生物标志物可用来指导癌症患者的个体化治疗并改善预后。Ma等[13]在调整了性别、年龄、饮酒、吸烟、肝癌的巴塞罗那分期、化疗或肝动脉栓塞术等因素后,采用Cox回归分析风险模型对未接受手术治疗的乙肝病毒阳性肝细胞癌患者进行生存分析,结果显示PAX8-SA1上的rs1110839GT/GG基因型和rs4848320CT/TT基因型影响了肝细胞癌患者的预后;且在巴塞罗那-C分期和接受化疗和肝动脉栓塞术的患者中,rs1110839和rs4848320的联合作用更加显著。这些结果提示PAX8-AS1的rs1110839和rs4848320基因位点极有可能是肝细胞癌生存的易感标志物。

3.3 PAX8-AS1与急性淋巴细胞白血病急性淋巴细胞白血病在儿童恶性肿瘤中十分常见,超过50%的患者会出现肝脾肿大,同时伴有反复感染、疲劳、淋巴结肿大和皮疹[44]。通过分析儿童急性淋巴细胞白血病患者和对照健康儿童病例,发现PAX8-AS1中的SNPrs4848320和rs6726151基因变异增加了儿童急性淋巴细胞白血病的发病风险。评估PAX8-AS1基因多态性与患者临床信息的相关性,发现rs4848320与性别显著相关,CT基因型可以降低女性患急性淋巴细胞白血病的风险,rs6726151基因突变被证实与器官肿大和淋巴结病相关[10]。这表明PAX8-AS1可以作为预测急性淋巴细胞白血病发病的危险因素。

4 总结与展望

随着人类基因组学研究的不断深入,lncRNA PAX8-AS1在人类恶性肿瘤中的作用机制受到了广大学者的关注。PAX8-AS1在多数恶性肿瘤中异常表达,通过不同的作用机制调控疾病的进展。在甲状腺癌、乳腺癌、皮肤黑色素瘤、急性髓系白血病、肾上腺皮质癌和子宫内膜癌中,PAX8-AS1通过作为ceRNA竞争性结合miRNA调节mRNA的基因表达,进而调控癌细胞的增殖、凋亡、侵袭和耐药性。在宫颈癌、肝细胞癌和急性淋巴细胞白血病中,PAX8-AS1的SNPs位点能够识别癌症基因调节的遗传变异,调控癌症的发生发展(表1)。寻找更具敏感性和特异性的生物标志物是提高恶性肿瘤生存率的重要目标,PAX8-AS1在癌症的预测、诊断、治疗及预后方面展现出良好的应用前景。但目前,关于PAX8-AS1作为ceRNA调控基因表达的进一步深入机制和其SNP位点的生物学功能尚不明确,这是未来需要继续探索的问题。

表1 LncRNA PAX8-AS1在恶性肿瘤中的作用机制