lncRNA KCNQ1OT1的生物学功能及其在人类疾病中的研究进展

杨咏琪，付瑜瑜，张 珺，聂卓豪，谢元斌，刘艳玲，胡 斌

（赣南医学院基础医学院，江西 赣州 341000）

作为基因功能的“中介”，RNA 在疾病发生中发挥调节基因表达和生物功能的作用，正日益受到人们的关注。在人类基因组中，大约93%的DNA 可以被转录为RNA，其中只有2% 是编码蛋白质的mRNA，其余98%被称为非编码RNA（Non-coding RNA，ncRNA）。在这些ncRNA 中，长度超过200 个碱基的RNA 被归类为长链非编码RNA（Long noncoding RNA，lncRNA）。自后基因组时代以来，关于lncRNA 在不同细胞类型和物种中的丰度、生物活性和功能研究取得了重大进展。lncRNA 已被证明在表观遗传、转录和翻译、RNA 代谢的调节、干细胞维持和分化、细胞自噬和凋亡以及胚胎发育中发挥重要作用［1］。

lncRNA KCNQ1 重叠转录物1（KCNQ1 opposite strand/antisense transcript 1，KCNQ1OT1）与癌症、心脑血管疾病、糖尿病等人类疾病密切相关，本文就lncRNA KCNQ1OT1 的生物学功能及其在人类疾病中作用的研究进展进行综述，同时对lncRNA KCNQ1OT1 在疾病诊断和治疗中的应用前景进行展望。

1 KCNQ1OT1概述

KCNQ1基因座跨越1 Mb区域，位于人类染色体11p15.5，由8～10 个从母系等位基因特异或优先表达的蛋白编码基因和1个父系来源的KCNQ1OT1组成［2］。根据在各种组织中的印记程度，KCNQ1基因座上的印记基因可大致分为两大类：普遍印记基因和胎盘特异性印记基因。位于KCNQ1OT1启动子附近的基因（OSBPL5、CDKN1C、SLC22A18和PHLDA2）在胚胎和胚胎外组织（如胎盘）中都有印记，是普遍印记基因；而胎盘特异性印记基因ASCL2、TSPAN32、CD81、TSSC4和OSBPL 5个在胎盘中有印记（图1A）。

图1 KCNQ1OT1的结构及功能

KCNQ1OT1 是一个91 kb 的非剪接lncRNA，出现在KCNQ1的内含子11 中，相对于KCNQ1以反义方向从父系染色体上被印记和表达［3］。KCNQ1OT1可与DNA、RNA 或蛋白质相互作用，在转录和转录后水平调节基因表达。KCNQ1OT1 是一种染色质调节RNA，可以通过形成一种抑制性高阶染色质沉默KCNQ1域的多个基因表达，例如在早期胚胎中，KCNQ1OT1 仅在父系中表达，并以顺式作用沉默3 个上游基因CDKN1C、SLC22A18和PHLDA2［4］。最近的一项研究表明，KCNQ1OT1 对于维持异染色质结构的稳定性发挥了重要作用，KCNQ1OT1通过与HP1 蛋白结合以及与DNA 形成triplex 结构而靶向转座子元件，维持靶向序列的表观遗传修饰状态，从而抑制细胞衰老［5］。除了在转录调节中发挥作用外，lncRNAs 也可通过结合核酸或蛋白质在转录后调控中发挥作用。KCNQ1OT1作为竞争性内源RNA（Competing endogenous RNAs，ceRNAs），与特定的微RNA（MicroRNA，miRNA）结合，下调并阻止miRNA 与其靶mRNA 的结合和调节，从而增加靶基因的表达（图1B）。这两类RNA 之间的相互作用由RNA 诱导的沉默复合物介导，并影响基因表达的转录后水平调控。此外KCNQ1OT1 还可通过与蛋白质相互作用，在某些生物学背景下，参与调节信号通路（图1C）［3，6］。LAI L 等［7］研究表明，KCNQ1OT1可与肉瘤融合（Fused in sarcoma，FUS）蛋白结合并下调其蛋白水平，在心力衰竭中促进心肌细胞凋亡的发生。

2 人类疾病中的KCNQ1OT1

2.1 癌症当前，全球癌症负担仍在增长，带来了巨大的公共卫生挑战。与欧美发达国家相比，我国癌症负担的增幅更大，2020 年数据显示，中国肺癌、结直肠癌和胃癌发病率与死亡率均高于世界平均水平［8］。所以，针对性地对癌症进行控制、干预以及改善癌症早期诊断和治疗非常有必要。研究显示，KCNQ1OT1 参与调节癌细胞增殖、细胞周期、迁移、侵袭、耐药、葡萄糖代谢和免疫逃逸等过程，并在大多数肿瘤中起促癌作用，在少数肿瘤中起抑癌作用，其异常表达与癌症患者不良预后和生存率下降密切相关［3］。

肝癌在癌症中的致死率位居前列。LI C 等［9］研究发现，KCNQ1OT1 表达在肝癌组织中升高，KCNQ1OT1 通过海绵吸附miR-504 上调细胞周期蛋白依赖性激酶16（Cyclin-dependent kinases，CDK16）的表达，从而参与肿瘤细胞的增殖、转移、侵袭以及抗凋亡过程，促进肿瘤的发生发展。ZHOU W F等［10］发现，在七氟醚处理的肝癌组织和细胞中观察到KCNQ1OT1表达下调和游离的miR-29a-3p浓度增加，且miR-29a-3p浓度与7种处理过的肝癌组织中的KCNQ1OT1呈负相关。进一步研究发现，KCNQ1OT1通过抑制miR-29a-3p 上调CBX3 表达，调节肝癌细胞增殖、凋亡、迁移和侵袭，发挥促癌作用。

肺癌的发病率和死亡率增长最快，对人类造成了极大威胁。WANG Y 等［11］研究表明，在非小细胞肺癌（Non-small cell lung cancer，NSCLC）组织中，KCNQ1OT1 表达显著增强，KCNQ1OT1 通过吸附显著降低了游离的miR129-5p 拷贝数，从而减弱了其功能，并调控下游锯齿状典型Notch 配体1(Jagged canonical notch ligand 1，JAG1)的表达，促进NSCLC细胞的增殖、迁移和侵袭；较高的KCNQ1OT1 缩短了患者的总生存期，并与肿瘤分期和淋巴结转移呈正相关，而敲低KCNQ1OT1可抑制NSCLC 细胞的增殖、迁移和侵袭。此外，在肺腺癌（Lung adenocarcinoma，LUAD）中，HE H Y 等［12］研究发现，KCNQ1OT1介导的自噬在LUAD 的立体定向放射治疗（Stereotactic body radiotherapy，SBRT）抵抗中发挥关键作用。研究显示，高表达量的miR-372-3p 可抑制自噬并增强辐射降低细胞的放射敏感性，而KCNQ1OT1可通过海绵化miR-372-3p促进ATG5和ATG12依赖性自噬，从而导致LUAD细胞出现SBRT抵抗。该研究为LUAD中SBRT抵抗机制提供了新见解，通过靶向KCNQ1OT1/miR-372-3p/ATG5-ATG12 轴可能对LUAD干预具有重要意义。

结直肠癌的全球发病率居全部恶性肿瘤的第3 位，对患者生存质量造成严重影响。研究显示，在结直肠癌组织和细胞中，KCNQ1OT1 表达上调；KCNQ1OT1 通过海绵吸附miR-216b-5p 上调ZNF146 的表达，促进结直肠癌细胞的增殖和迁移［13］。其中顺铂耐药性的发生是结直肠癌复发的常见原因，ZHENG Z H 等［14］研究表明，KCNQ1OT1通过miR-497/Bcl-2 轴加重结直肠癌细胞对顺铂的耐药性，而使用姜黄素可以有效下调KCNQ1OT1 的表达，从而逆转结直肠癌细胞对顺铂的耐药性，为预防和逆转结直肠癌治疗中顺铂耐药提供新的干预靶点。

除了以上3 种癌症以外，在骨肉瘤［15］、舌癌［16］、恶性血液病［17］、胃癌［18］、卵巢癌［19］等其他癌症中也有KCNQ1OT1 表达异常的相关报道。因此，深入和全面了解KCNQ1OT1 在癌症发生发展中的作用和机制有望为肿瘤诊断和治疗提供新的思路。

2.2 心脑血管疾病心脑血管疾病是一种高发病率、高致残率和高死亡率的疾病，严重危害患者的健康。KCNQ1OT1 与脑缺血再灌注损伤、动脉粥样硬化、心肌损伤以及心律失常等心脑血管疾病密切相关。

脑缺血再灌注损伤（Cerebral ischemia-reperfusion injury，CIRI）的预防和治疗具有挑战性，部分原因是缺乏有效的治疗靶点。LI Y 等［20］发现，KCNQ1OT1通过靶向miR-30b/GRP78调控内质网应激影响CIRI。YI M 等［21］研究显示，在脑缺血患者血浆和PC12 细胞的氧糖剥夺和再灌注（Oxygen-glucose deprivation/recovery，OGD/R）模型中KCNQ1OT1显著上调，敲低KCNQ1OT1 能明显改善OGD/R 引起的炎症、应激和细胞凋亡。进一步研究发现，KCNQ1OT1 通过靶向结合miR-140-3p 并干扰其与缺氧诱导因子-1α（Hypoxia inducible factor-1α，HIF-1α）的直接相互作用加重脑缺血再灌注损伤。REN Y等［22］研究发现，KCNQ1OT1 作为ceRNA 与MMP8 竞争miR-9，在OGD/R 模型中起促进CIRI 的作用；而沉默KCNQ1OT1 和MMP8 或上调miR-9 可显著消除OGD/R 引起的损伤。这些研究表明，KCNQ1OT1 可作为减轻脑缺血再灌注损伤的潜在干预靶点。

动脉粥样硬化是大多数心脑血管疾病如心肌梗死和中风的病理基础。WANG Y B 等［23］发现，KCNQ1OT1 通过miR-145-5p途径导致脂质代谢紊乱和促炎细胞因子产生，从而加速动脉粥样硬化的发展。YU X H等［24］发现，高表达KCNQ1OT1会增加动脉粥样硬化斑块面积，促进脂质沉积，降低胶原含量。进一步研究发现，KCNQ1OT1通过充当ceRNA与miR-452-3p 结合，上调HDAC3 的表达，导致ABCA1表达降低，胆固醇释放减少，泡沫细胞形成增加。表明KCNQ1OT1通过miR-452-3p/HDAC3/ABCA1途径促进巨噬细胞脂质积聚并加速动脉粥样硬化的发展。

心肌损伤是指由多种原因导致心肌细胞受损，甚至出现坏死的表现，主要包括急性心肌梗死（Acute myocardial infarction， AMI）和心肌炎。LIAO B H等［25］研究发现，KCNQ1OT1 通过海绵吸附游离的miR-466k和miR-466i-5p上调TEA结构域转录因子1（TEA domain transcription factor1，Tead1），促使缺氧状态下的细胞凋亡，从而在急性心肌梗死过程中触发心肌细胞损伤；而沉默KCNQ1OT1 可保护心肌细胞在AMI 过程中免受缺氧引发的细胞凋亡。也有报道称，抑制KCNQ1OT1可通过上调AdipoR1表达，参与p38 MAPK/NF-κB 信号通路介导的炎症和凋亡途径，从而减轻急性心肌梗死后心肌缺血再灌注损伤［26］。WANG Y B等［27］研究发现，KCNQ1OT1通过招募DNA 甲基转移酶DNMT1 到RUNX3 启动子区域，促进RUNX3 甲基化并下调RUNX3 表达，从而激活Notch 信号通路，引起炎症反应；沉默KCNQ1OT1 可抑制RUNX3甲基化，从而减轻AMI中心肌细胞损伤和炎症反应。然而，在一些研究报告中显示，高表达KCNQ1OT1 可通过一些途径减轻心肌损伤。SUN F Y 等［28］报道，KCNQ1OT1 在脓毒症大鼠心肌组织中显著下调，过表达KCNQ1OT1 可通过调节miR-192-5p/XIAP 轴增加心肌细胞活力并阻碍细胞凋亡，从而减轻败血症诱导的心肌损伤。DUAN X Z等［29］研究发现，KCNQ1OT1 通过介导miR-224-3p/GATA4 轴抑制心肌损伤，在TNF-α 处理的心肌细胞模型中，高表达KCNQ1OT1 促进了H9C2 细胞的增殖并抑制了细胞凋亡；在髋部骨折心肌损伤模型大鼠中，高表达KCNQ1OT1 可减轻心肌组织的病理损伤。进一步探索KCNQ1OT1 在心肌损伤中的作用机制将有助于心肌损伤的临床诊断、预后判断和治疗。

心律失常是一种常见的心血管疾病，其中心房颤动（Atrial fibrillation，AF）和先天性长QT 综合征（Long QT syndrome，LQTS）与KCNQ1OT1 息息相关。DAI W R等［30］的研究发现，KCNQ1OT1与miR-223-3p在AF 中可能存在ceRNA 调控关系。JIANG Y N等［31］研究了KCNQ1OT1 在三氧化二砷（Arsenic trioxide，ATO）诱导的LQTS中的作用，发现ATO处理后，KCNQ1OT1 和KCNQ1 表达下调。此外，KCNQ1OT1敲低可下调KCNQ1 表达，导致QT 间期延长，诱发LQTS。这些研究表明，KCNQ1OT1 在心脏中具有重要的病理生理功能，可能成为一个新的抗心律失常靶点。

2.3 糖尿病糖尿病是一类由多种因素引起的代谢性疾病，其主要特点为慢性高血糖伴随胰岛素分泌不足或胰岛素作用障碍引起的糖、脂类及蛋白质代谢紊乱。KCNQ1OT1 在调节β 细胞增殖、焦亡及胰岛素分泌中有重要作用。CHEN Y L 等［32］研究发现，KCNQ1OT1对β 细胞功能有多种影响，包括促进其增殖和胰岛素分泌，提示KCNQ1OT1 可能是一种新的胰岛功能生物标志物。而在丙型肝炎病毒（Hepatitis C virus，HCV）感染导致的2型糖尿病的研究中显示，KCNQ1OT1 通过miR-223-3p/NLRP3 轴能够促进丙型肝炎病毒感染的β 细胞焦亡，影响胰岛素产生，加速2型糖尿病发生和发展［33］。

除了直接影响β 细胞功能外，KCNQ1OT1 在糖尿病并发症发生发展中也起重要作用，如糖尿病性心肌病（Diabetic cardiomyopathy，DCM）、糖尿病肾病（Diabeticnephropathy，DN）、糖尿病性视网膜病变（Diabetic retinopathy，DR）等。YANG F 等［34］发现，在DCM 患者中，KCNQ1OT1 表达增加。通过沉默KCNQ1OT1 调节miR-214-3p 和Caspase-1 的表达抑制细胞焦亡，可减少体外细胞死亡、细胞骨架结构异常和钙超载，同时改善心脏形态和功能。XU Y等［35］发现，KCNQ1OT1 在DN 患者血液及高糖培养的人肾小球系膜（Glomerular messangial cell，GMC）细胞中高表达，KCNQ1OT1 通过miR-147a/SOX6 轴促进GMC细胞增殖、ECM积累、炎症和氧化应激，下调KCNQ1OT1 表达则可抑制这些过程。SHAO J等［36］研究发现，KCNQ1OT1 的表达在DR 患者中明显增加，且KCNQ1OT1高表达与DR分期、视功能低下相关。进一步研究发现，KCNQ1OT1 可以作为miR-1470的海绵，调节表皮生长因子受体（Epithelial growth factor receptor，EGFR）的表达，从而调控细胞增殖和凋亡。敲低KCNQ1OT1 可促进细胞凋亡和抑制血管生成。LIU J J 等［37］发现，KCNQ1OT1在糖尿病白内障患者组织中表达上调，敲低KCNQ1OT1 可通过miR-26a-5p/ITGAV/TGF-β/Smad3轴抑制人晶状体上皮细胞的活力、迁移和上皮-间质转化，这为糖尿病性白内障患者的治疗提供了新的靶点。

2.4 骨科疾病在骨科疾病中，KCNQ1OT1 主要对骨质疏松、骨关节炎、骨折治疗和骨髓增生异常起关键的调控作用。

骨质疏松症严重影响中老年人的生活质量。因此，有必要确定骨质疏松症诊断标志物和治疗靶点，以提高骨质疏松症的诊断和治疗效果。WANG F R等［38］研究发现，在成骨分化过程中，KCNQ1OT1 的表达增加，进一步研究发现，KCNQ1OT1 通过抑制游离的miR-98-5p，上调Tbx5 表达，促进骨形成。WANG S Z 等［39］研究发现，脂肪干细胞外泌体（Adipose-derived stem cells-exosomes，ADSCs-Exos）可以减弱TNF-α 诱导的原代成骨细胞的细胞毒性和凋亡；而KCNQ1OT1 修饰的脂肪干细胞外泌体通过海绵吸附miR-141-5p，具有更显著的抑制作用，这表明其在骨质疏松治疗中具有良好的应用前景。

骨关节炎（Osteoarthritis，OA）是老年人最常见的肌肉骨骼疾病。目前虽然有很多治疗OA 的方法，但OA 仍然很难治愈。因此，有必要确定骨关节炎的关键调控因子和病理机制，以开发新的治疗靶点。AILI D 等［40］研究发现，KCNQ1OT1 和TCF4 在OA 组织和细胞中的表达增加，敲低KCNQ1OT1 可通过介导miR-211-5p/TCF4 轴抑制炎症和ECM 降解，促进细胞存活。因此，KCNQ1OT1 可以作为治疗改善骨关节炎的一个潜在靶点。

成骨细胞的增殖、迁移和存活在骨折愈合过程中至关重要。CHEN L等［41］研究表明，KCNQ1OT1作为ceRNA，竞争性结合miR-701-3p，提高成纤维细胞生长因子受体3（Fibroblast growth factors receptor 3，FGFR3）的mRNA 水平，从而促进成骨细胞增殖、迁移和存活，抑制凋亡，这为骨折愈合提供了新的治疗途径。GU H 等［42］研究证明，KCNQ1OT1在骨折延迟愈合中起重要作用，通过激活Wnt/β-catenin 信号通路诱导细胞增殖，抑制细胞凋亡。因此，KCNQ1OT1可作为预测骨折延迟愈合发生的生物标志物。

此外，KCNQ1OT1 表达在骨髓增生异常综合征（Myelodysplastic syndromes，MDS）诊断和预后判断中也具有重要意义，ZHANG S 等［43］研究了骨髓增生异常综合征患者中KCNQ1OT1 的表达与MDS 的临床诊断及预后的相关性，结果显示，KCNQ1OT1 在MDS患者中高表达，且KCNQ1OT1低表达MDS的患者生存期和无进展生存期（Progression-free survival，PFS）明显长于KCNQ1OT1高表达MDS患者，提示其与MDS患者的预后相关，从而为MDS患者治疗提供了新的方向。

2.5 其他疾病除以上提到的疾病外，KCNQ1OT1还参与包括脊髓损伤（Spinal cord injury，SCI）［44］、创伤性脑损伤（Traumatic brain injury，TBI）［45］、老年性白内障（Age-related cataract，ARC）［46-47］、脓毒症急性肺损伤（Acute lung injury，ALI）［48-49］、急性肾损伤［50］、肝损伤［51］、子痫前期（Preeclampsia，PE）［52］等相关疾病的发生发展。在这些疾病中，KCNQ1OT1 主要在调控炎症、细胞增殖和凋亡等过程中起作用（图2）。

图2 KCNQ1OT1在人类疾病中的功能及作用靶点

3 小结与展望

lncRNA 已被证明在调节基因表达和疾病的发生中起重要作用，可能是疾病诊断、预后和治疗的潜在生物标志物。

越来越多的证据表明，KCNQ1OT1 的表达异常与心脑血管疾病、神经系统疾病和癌症等相关，并在多种病理生理过程中起至关重要的作用，显示了KCNQ1OT1 在疾病诊断和治疗中的巨大潜力。KCNQ1OT1 在目前已报道的绝大部分相关疾病中均显著上调，且其高表达与疾病的发展密切相关，有望成为人类相关疾病诊断和预后的生物标志物。目前已经有研究人员通过检测患者组织、血清中的KCNQ1OT1 评估其在疾病发展和预后中的临床意义，但由于其临床诊断特异性较差，仍需要更大规模的试验验证。此外，KCNQ1OT1 的表达和化学稳定性尚未在尿液等其他体液中进行评估，需要在临床上进一步探索。

KCNQ1OT1 在病理生理过程中主要通过与miRNA 或蛋白质等结合发挥作用，调控其上下游靶基因的表达，从而调节多种信号通路。多项研究表明，KCNQ1OT1 失调会通过影响细胞增殖、迁移、凋亡、耐药及炎症等过程，从而在疾病发生发展中起促进或抑制作用。敲低或过表达KCNQ1OT1 可缓解疾病的发生发展，有望成为人类疾病一个潜在的干预靶点。但目前关于KCNQ1OT1 的生理作用及在各类疾病治疗中的研究还处于起步阶段，功能研究较为欠缺，且由于KCNQ1OT1可与多种miRNA 或蛋白质结合，影响不同的下游因子，从而在多种病理生理过程中发挥作用，这使KCNQ1OT1在临床治疗上的应用变得更为复杂，作为靶点来治疗疾病还需要进一步研究和探索。

总之，目前的研究表明，KCNQ1OT1 的表达失调是多种疾病诊断、预后和治疗需要考虑的重要因素，进一步对KCNQ1OT1 相关通路及其临床应用进行探索，将有助于扩展KCNQ1OT1 在疾病诊断和治疗中的应用。