长链非编码RNA在肿瘤中作用的研究进展

丰一然,邹敏馨,陈劲雄

(吉林医药学院公共卫生学院,吉林 吉林 132013)

肿瘤是一种对人类健康具有重大影响的疾病,近些年来,我国肿瘤患者的发病率和死亡率不断升高。虽然人类已经在肿瘤的手术、放疗、化疗以及靶向治疗、免疫治疗方面取得了突破性的进展,但肿瘤患者的存活率仍然较低,因此迫切需要寻找新的肿瘤标志物和治疗靶点。随着近年来对肿瘤基因调控研究领域的深入,表观遗传学逐渐成为肿瘤领域的研究热点。表观遗传学调控机制主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA的调节[1]。目前很多学者发现长链非编码RNA(long non-coding RNA,LncRNA)具有参与癌症中能量代谢的调节[2]、调控肿瘤耐药的形成等新兴调控作用,不断证实了LncRNA与肿瘤的发生、发展密切相关。本文就LncRNA的特点及其在各类肿瘤中的最新研究进展作一综述。

1 LncRNA的生物特性

在人类基因组中编码蛋白质的基因大约只占2%,剩余98%基因转录生成非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)[3],如tRNA和rRNA等。而被认为是转录过程中“暗物质”的其余ncRNA在之前受到了忽视。根据大小的不同,ncRNA又可以分为LncRNA和短链非编码RNA[4]。

LncRNA的转录长度超过200个核苷酸,由于其缺乏完整的开放阅读框而无法对蛋白质进行编码[5],但可直接以RNA的形式对基因的表达水平进行调控,与各种疾病特别是癌症的发生发展存在着密切联系。

大量研究表明,LncRNA在基因的调控、转录过程的干扰、蛋白质功能的调节以及核内运输方面发挥着一定的作用[6]。随着对癌症研究的深入,不少学者发现LncRNA对与细胞周期、存活和转移等相关基因的表达有影响[7]。此外,LncRNA还具有作为原癌、抑癌基因抑制肿瘤发生发展的功能[8]。

2 LncRNA与肿瘤的关系

2.1 LncRNA与肺癌

肺癌是人类健康及生命危害最大的恶性肿瘤之一,是全球发病率和死亡率最高的一类癌症。与肺癌相关的LncRNA主要有致癌基因MALAT1、HOTAIR、CCAT2等和抑癌基因MEG3、BANCR、GAS5等[9]。

研究发现,MALAT1定位于染色体11q13.1,长度约为8.7 kb,与癌症的侵袭转移相关[10]。MALAT1在癌细胞尤其是已转移的肺癌细胞中高表达,表明MALAT1能够促进肺癌转移,可作为癌症诊断、预后判断的新指标。HOTAIR位于染色体12q13.13,长度约为2.2 kb,包含6个外显子[11]。研究发现HOTAIR在非小细胞肺癌患者的肺癌组织中高表达,与肿瘤的大小、分化的程度以及分期呈正相关。此外,HOTAIR在耐药性方面表现出的潜力,为肺癌治疗提供了新方向。CCAT2位于染色体8q24.21,长度为0.34 kb,与肿瘤形成相关,在肺癌组织中的表达比癌旁组织中高7.5倍,具有重要的辅助诊断价值[12]。

抑癌基因MEG3定位于染色体14q32.2,长度约1.6 kb,具有激活p53抑癌作用的功能,在肺癌组织中表达下降。提高MEG3的表达能够抑制肿瘤的形成、促进细胞的凋亡[13]。BANCR位于染色体9q21,通过调控与肿瘤相关的信号通路MAPK,在肺癌组织中高表达时可抑制肿瘤细胞的增殖[14]。GAS5定位于染色体1q25.1,在肺癌组织中低表达,且研究发现GAS5的表达水平与肿瘤的大小、临床分期密切相关。当GAS5高表达时,能够诱导肿瘤细胞生长停滞、促进细胞凋亡[15],为肺癌治疗提供新靶点。

2.2 LncRNA与乳腺癌

乳腺癌是目前全世界女性发病率和死亡率最高的一种恶性肿瘤,其不仅对女性的外在形象有所影响,而且严重威胁女性的生命健康。近年来乳腺癌的发病率不断升高,有年轻化的趋势。与乳腺癌相关的LncRNA主要有在促癌基因中促进癌细胞增殖、迁移的H19、HOTAIR、DANCR等和促进癌细胞远处转移的MALAT1、LincRNA-ROR、Lnc-BM;在抑癌基因中抑制癌细胞增殖、迁移的MT1JP、ZFAS1、FGF13-AS1和抑制癌细胞远处转移的MEG3、XIST。下面就代表性的LncRNA对乳腺癌细胞的作用进行介绍。

H19定位于染色体11p15.5,长度约2.3 kb,最早在乳腺癌中被发现。研究显示,H19在乳腺癌细胞中高水平表达与肿瘤表皮生长因子受体2(HER2)的阳性表达有关[16]。H19具有促进癌细胞增殖、迁移的作用,可作为诊断乳腺癌的潜在性生物标志物[17]。前文已提及MALAT1在癌细胞的转移方面发挥重要作用,因此MALAT1可以促进乳腺癌细胞的远处转移[18]。已有学者发现,MALAT1可通过调控HIF-1α抑制三阴性乳腺癌患者癌细胞的远处转移[19]。

在抑癌基因中,MT1JP被证实参与胃癌的发生发展,但如今其在乳腺癌方面的作用机制尚未明确。研究表明,MT1JP在乳腺癌细胞高表达时,具有抑制癌细胞增殖、迁移的作用。此外,MT1JP可竞争性结合miR-24-3p抑制肿瘤的形成,使乳腺癌细胞的顺铂敏感性得以增强[20],成为潜在的乳腺癌诊断、治疗标志物[21]。前文已提及提高MEG3的表达可以抑制肿瘤的形成,现已有研究首次报道MEG3调控miRNA-21抑制乳腺癌细胞的远处转移,且MEG3表达水平与细胞侵袭迁移能力成反比。

2.3 LncRNA与胃癌

胃癌是发病率最高的恶性肿瘤之一,也是全球导致癌症死亡的第三大原因,严重影响人们的饮食起居。胃癌的常见影响因素有幽门螺杆菌感染、吸烟、饮酒等。与胃癌相关的LncRNA有致癌基因SPRY4-IT1、CCAT2和抑癌基因TUSC7、FENDRR。

SPRY4-IT1定位在染色体5q31.3,在胃癌组织中高表达,且表达水平与肿瘤的大小、侵袭深度、远处转移等密切相关。研究发现,SPRY4-IT1通过对细胞周期蛋白和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)的调控来发挥其致癌作用[22]。目前对于SPRY4-IT1在胃癌的形成发展中的调控机制有待进一步研究。前文已说CCAT2与肿瘤形成有关,Wang等实验表明CCAT2在胃癌组织中表达水平高于癌旁组织,且与淋巴结转移和远处转移存在联系,有望成为患者预后判断的分子生物标志物[23]。

在抑癌基因中,TUSC7定位于染色体3q13.31,由p53调控,是直接转录p53的靶点。Qi等实验发现,提高TUSC7在胃癌组织中的表达,可抑制miR-23b的促癌作用,抑制肿瘤细胞的生长[24]。FENDRR定位于染色体3q13.31。Xu等研究发现FENDRR在胃癌组织中低表达,且表达水平与肿瘤的侵袭程度、分期、淋巴转移密切相关。当FENDRR过表达时,可通过降低FN1和MMP-2/9的表达抑制肿瘤细胞的侵袭、远处转移[25]。

2.4 LncRNA与结直肠癌

在下消化道疾病中,结直肠癌是最常见的恶性肿瘤之一,近年来其发病有上升趋势,成为发病率比胃癌高的导致癌症死亡的第二大原因[26]。与结直肠癌相关的LncRNA有促癌基因CCAT1、HOTAIR、MALAT1和抑癌基因lincRNAp21。

CCAT1定位于染色体8q24。Ceng等研究发现,CCAT1在结直肠癌中高表达,能够促进结直肠癌细胞增殖和迁移。此外也有研究发现,CCAT1通过负调控microRNA-218,使结直肠癌细胞中的血管内皮生长因子表达上调,这为结直肠癌的治疗提供了新的研究靶点[27]。实验表明HOTAIR在结直肠癌组织中的表达水平明显比一般的旁癌组织要高,且其表达水平与肝的淋巴结转移、肿瘤的分化程度、脉管神经浸润等因素息息相关。Yao等研究发现,MALAT1在结直肠癌中高度表达,具有促进结直肠癌细胞迁移的能力,可通过对上皮间质化的抑制控制细胞的侵袭和迁移能力,可成为判断结直肠癌预后的分子标志物。

抑癌基因中,lincRNAp21定位于染色体3q13.31。研究发现lincRNAp21参与肿瘤蛋白p53基因的调控,转移MALAT1基因,抑制结直肠癌细胞的增殖、迁移,可作为结直肠癌患者预后和治疗的生物标志物[28]。

2.5 LncRNA与肝癌

肝癌是目前病死率最高的恶性肿瘤之一,是导致男性死亡的第一大癌症。肝癌的常见影响因素主要有肝硬化、吸烟、肥胖等。与肝癌相关的LncRNA有致癌基因HULC、HEIH、HOTTIP等和抑癌基因H19、Dreh、JPX等。

HULC定位于染色体6p24.3,长度约0.5 kb,是首个被发现在肝癌细胞中过表达的LncRNA。Soudeh等研究发现,HULC在乙型肝炎病毒和丙型肝炎病毒中表达含量高,其有望成为早期诊断肝炎病毒的潜在生物标志物[29]。LIU等实验证实,HEIH在肝癌细胞中含量明显升高,与临床病理特征息息相关,且HEIH可通过上调miR-199a-3p抑制肝癌细胞的生长和转移,为肝癌治疗提供了新方向[30]。

在抑癌基因中,H19一般被认为是致癌基因,但下调H19的表达可抑制肝癌细胞的生长。有实验表明,H19能够使组蛋白乙酰化增加从而激活miR-200家族,抑制肝癌细胞转移[31]。Ma等通过实验发现,JPX在肝癌细胞中显著降低,且JPX的表达水平与肿瘤分化程度、淋巴结转移分期密切相关,因此JPX有可能成为判断肝癌预后不良的生物标志物[32]。

2.6 LncRNA与前列腺癌

在男性泌尿生殖系统中,前列腺癌是比较常见的一种恶性肿瘤,是导致男性死亡的最主要原因之一,且近年来其发病率不断上升。与前列腺癌相关的LncRNA有促癌基因PCA3、PCGEM1、SChLAP1、PCAT1和抑癌基因GAS5、MEG3。PCA3是首次在前列腺癌中被发现的LncRNA,定位于9号染色体上。研究发现PCA3在前列腺癌细胞中高表达。对于前列腺癌的诊断之前一直采用的方法主要是检测前列腺特异性抗原(prostate specific antigen,PSA),但其表达水平高低受多数临床因素影响。PCA3可在患者尿液中被检测,且其表达水平与前列腺大小和PSA水平没有关系,因此PCA3可作为前列腺癌诊治的重要指标[33]。PCGEM1是一种前列腺的特异性基因,是受到雄激素调控的一类LncRNA。有实验报道PCGEM1可促进前列腺癌增殖,LIU等研究发现,PCGEM1可通过海绵miR-506上调TRIAP1来促进前列腺癌的增殖、侵袭、迁移[34]。

在抑癌基因中,GAS5定位于染色体1q25.1,长度约0.63 kb。有学者发现GAS5在前列腺癌细胞中过表达时,能够抑制癌细胞增殖、侵袭,促进细胞凋亡,为前列腺癌的治疗提供了新的研究方向。MEG3位于染色体14q32.3,长度约1.6 kb,在前列腺癌细胞中低表达。研究表明,MEG3可调控miR-9-5p抑制肿瘤的增殖、迁移和侵袭[35],因此MEG3有望成为治疗前列腺癌的新型生物标志物。

综上所述,LncRNA作为近些年的热点,被应用于各个领域。LncRNA在肿瘤领域的飞速发展,使其越来越受到重视,通过将LncRNA与表观遗传有机结合,可以对RNA有更全面的认识。RNA的更多功能目前尚未发现,如:LncRNA是否能作为肿瘤早期诊断的信号因子?是否能通过表观遗传调控的可逆性,恢复被沉默的具有抑癌作用的LncRNA?LncRNA是否能作为调节信号提高肿瘤的治疗?目前胃癌、结直肠癌等使用LncRNA治疗的研究依然很少。在临床应用中,主要通过LncRNA的异常表达和变异的特异性,对肿瘤患者进行预测、诊断、治疗和防治。相信通过不断地深入研究,LncRNA将会为肿瘤的诊疗带来革命性的发展。