Lnc-miRNA轴在宫颈癌中的研究进展

丁瑶瑶综述 魏林珍 朱姣姣 陈 凡 张倩倩 秦天生审校

大约2%的人类基因组被转录为RNA编码蛋白,被转录为非编码RNA的基因组为大多数(ncRNAs)[1]。因为一直以来人们发现非编码RNA(non-coding RNA,ncRNA)没有编码的能力,所以认为它对转录来说是无意义的[2]。然而随着科研的不断探究,越来越多的研究证明非编码RNA是人体重要的基因水平调控因素,与人类各种疾病的演变过程密切相关。根据核苷酸长度,<200 bp的ncRNAs被划分为小非编码RNA(small non-coding RNAs,sncRNAs),包括microRNAs(miRNAs)、小干扰RNA(small interference RNAs,siRNA)和piwi-interaction RNAs(piRNAs),而ncRNAs >200 bp被划分为长链非编码RNA(lncRNAs)。RNA聚合酶Ⅱ转录导致了大多数lncRNA的生成[3]。尽管lncRNA不编码蛋白质,但多种基因的表达高低受到了其在转录前和转录后水平的影响[4]。因此,在各种癌组织或者细胞中lncRNA和miRNA有所表达,癌症的发生机制和发展与其表达水平密切相关,例如:乳腺癌、肝癌、结肠癌[5-7]。研究发现宫颈癌组织和细胞中lncRNA的水平增高,与宫颈癌的发生发展密切相关,但宫颈癌lnc-RNA轴具体作用机制还不清楚。本文就近年来宫颈癌中lnc-miRNA轴作用机制等方面的研究进展做出总结和综述。

1 miRNA

微小核糖核酸(miRNA)的长度为19～25个核苷酸,属于短的调节核糖核酸,在1993年首次被发现于秀丽新小杆线虫中[8]。通过与靶信使核糖核酸的3'非翻译区部分碱基配对来调节基因表达水平[9]。miRNA是由癌细胞分泌,这有增加癌组织或者细胞的生长和扩散的可能。miRNA也可以由许多其他细胞类型释放,如血细胞、免疫效应细胞和其他参与肿瘤侵袭和炎症反应的细胞[10]。研究发现lncRNA可以通过miRNA调节基因表达水平来发挥其生物学功能,在不同癌症中影响其发生发展。

2 LncRNA

长链非编码RNA (Long non-coding RNAs,lncRNAs)是长度超过200 nt的非蛋白编码转录本。lncRNA在调控胚胎发生、干细胞生物学、细胞增殖分化、血管生成等多种生物学过程中涉及的基因表达中起到了至关重要的作用[11-12]。大量研究证实LncRNA与miRNA轴参与癌组织或者癌细胞增殖、分化和凋亡的调控,发挥促进癌症发生或者抑制癌生长的作用,因此与各种癌症的发生发展过程密切相关。研究发现在癌组织或者细胞中lncRNA不仅是miRNA的内源性海绵,也是miRNA竞争性内源RNA(ceRNA),两者呈负相关关系。

3 lncRNA与miRNA之间的关系

3.1 lncRNA 是miRNA的内源性海绵

lncRNA具有蛋白质非编码能力,因此它们总是通过充当miRNA“海绵”来调控癌变[13-14]。PT1-AS1是一种新型的lncRNA,其通过充当miR-324-5p的海绵对子宫颈癌组织或者细胞生长与转移起促进作用[15]。Jiang等[15]研究证实了在子宫颈癌组织和细胞中长链非编码RNA TPT1-AS1表达水平升高,并且其高表达与肿瘤体积大小、淋巴转移、分期和预后不良等临床问题有密切的关系;通过将TPT1-AS1高表达和沉默的实验证明,对宫颈癌细胞TPT1-AS1可促进其在体内外形成集落,有利于癌细胞的增殖、迁移、侵袭和EMT进展;miR-324-5p的得失实验说明了子宫颈癌细胞集落形成、增殖、迁移、侵袭和EMT进展受到了miR-324-5p的抑制,也抑制了介导TPT1-AS1的生物学效应;进一步的研究证实SP1是miR-324-5p的直接靶点,介导了TPT1-AS1和miR-324-5p在宫颈癌中的作用,表明TPT1-AS1在宫颈癌细胞中发挥miR-324-5p内源性海绵的作用[15]。C5orf66-AS1作为一种竞争性内源性RNA (competitive endogenous RNA,ceRNA),通过吸附miR-637调控RING1对宫颈癌细胞增殖、凋亡和细胞周期的影响[16]。通过癌症基因组图谱(The cancer Genome Atlas,TCGA)筛选宫颈癌和癌旁组织中差异表达的lncRNA,并通过实时荧光定量PCR对lncRNA进行研究发现在子宫颈癌组织或者细胞中C5orf66-AS1表达水平升高,C5orf66-AS1的高表达对宫颈癌细胞增殖是有利的,但其降低表达水平促进了宫颈癌细胞凋亡;通过RNA免疫沉淀(RIP)和荧光素酶报告基因检测,确定C5orf66-AS1为miR-637的海绵[16]。Guo等[17]研究发现XLOC_008466通过miR-216b在宫颈癌发生和进展中起到重要的作用,与正常对照组相比,XLOC_008466在宫颈癌组织和细胞中表达上调。体外功能实验、CCK-8实验和菌落形成实验表明XLOC_008466基因敲除可抑制宫颈癌细胞的增殖,另外流式细胞术和transwell实验表明,XLOC_008466基因敲除诱导G0/G1期阻滞,加重细胞凋亡,在体内抑制XLOC_008466可以抑制肿瘤的生长,生物信息学分析显示XLOC_008466海绵miR-216b与3 '-UTR的互补结合位点揭示了XLOC_008466在宫颈癌发生中的促肿瘤作用[17]。

3.2 lncRNA与miRNA形成负调控

Ma等[18]通过与胆囊癌细胞HOTAIR上游区域假定的c-Myc靶反应元件(RE)相互作用证明HOTAIR是c-Myc的一个直接靶点;研究者对65对配对的胆囊癌组织进行了检测,主要研究了HOTAIR、c-Myc和miRNA-130a的表达水平,试验发现在癌组织中c-Myc与HOTAIR mRNA水平呈正比关系。Han等[19]研究发现在子宫颈癌组织或者细胞(HeLa和SiHa)中骨膜蛋白表达水平较高,并且宫颈癌组织中骨膜蛋白与转移相关肺腺癌转录本1 (MALAT1)的表达水平呈正相关关系,与microRNA (miR)-202-3p的表达负相关,MALAT1通过负向调控miR-202-3p正向调控骨膜蛋白的表达。Liu等[20]发现miR-1305直接与ASB16-AS1和Wnt2结合,负调控其表达。Huo[21]通过生物信息学分析发现NOARD包含一个miR-590-3p的靶向位点,双荧光素酶报告基因检测显示,miR-590-3p可以通过推测的miRNA反应元件直接与NOARD结合;另外,试验证明了NOARD表达降低后反而增加了miR-590-3p在宫颈癌细胞中的表达,qRT-PCR证明在宫颈癌表达中miR-590-3p与NOARD呈负相关并下降明显,因此依据上述的研究证明了lncRNA可能对miRNA形成负调控,调节对癌组织和细胞的影响[21]。

4 lncRNA在宫颈癌的相关研究

lncRNA-LINC00200可能是一种癌基因,主要影响癌细胞的增殖、迁移等行为;另外研究发现LINC00200主要靶向miR-143-3p/SERPINE1轴起作用,因此LINC00200可以作为胃癌诊断的候选分子标志物[22]。lncRNA DIO3OS、let-7d和NF-κB2组成的lncRNA/miRNA/mRNA网络,调控甲状腺癌细胞的细胞活力、DNA合成能力、侵袭和迁移[23]。LncRNA FOXD2-AS1敲除通过介导MLH1的甲基化抑制胆囊癌的进展[24]。通过介导GSTP1甲基化,长链非编码RNA LINC01270的沉默抑制食管癌进展,并提高对5-氟尿嘧啶的化疗敏感性[25]。不仅如此,研究试验发现宫颈癌组织或者细胞的生长、增殖、转移和侵袭与lncRNA的表达水平明显相关。

Zhang等[26]试验研究证明,长链非编码RNA CRNDE在宫颈癌组织和几种宫颈癌细胞系中表达增加,通过功能缺失和功能获得的方法发现CRNDE敲减显著降低了癌细胞的增殖,而CRNDE的高水平表达明显增加了癌细胞的生长。CRNDE的下降抑制了宫颈癌细胞在体内的致瘤性,而CRNDE的升高则明显促进了宫颈癌的进展。在机制上,证实了CRNDE与p53上调凋亡调节因子(PUMA)结合,并且PUMA是CRNDE增强宫颈癌细胞生长所必需的。研究表明,CRNDE联合PUMA可作为宫颈癌临床诊断和预后的因素,并可能成为制定有效治疗策略以防止宫颈癌进展的潜在靶点。另外,Han等[19]发现骨膜蛋白在宫颈癌组织和细胞系(HeLa和SiHa)中过表达。在HeLa或SiHa细胞中,下调骨膜蛋白显著降低细胞活力、细胞迁移和侵袭,并减少上皮-间充质转化(EMT)。下调骨膜蛋白可抑制Akt/雷帕霉素(rapamycin,mTOR)信号通路的哺乳动物靶点,这是骨膜蛋白调控宫颈癌细胞上述生物活性的关键。此外,骨膜蛋白的表达与宫颈癌组织中转移相关肺腺癌转录本1 (MALAT1)的表达正相关,与microRNA (miR)-202-3p的表达负相关。我们证实MALAT1通过负向调控miR-202-3p正向调控骨膜蛋白的表达。此外,在宫颈癌细胞中,MALAT1/miR-202-3p/骨膜蛋白轴与细胞活力、细胞迁移和侵袭以及EMT的调节密切相关。以上的研究充分表明部分lncRNA对宫颈癌有促进作用,可能成为宫颈癌潜在的靶点。

5 Inc-miRNA轴对宫颈癌的影响

5.1 HAND2-AS1与miR-21-5p/miR-330-5p

转录反义临近心脏和神经嵴衍生物表达2 (HAND2)的lncRNA在4q33-34号染色体中。在病理为子宫内膜样的子宫内膜癌中HAND2-AS1表达明显下降,HAND2-AS1的高表达降低了癌细胞的生长、迁移和侵袭[27]。与之不同的是许多lncRNA在许多癌症中促进了癌细胞的生长和迁移,增加了癌症发展的速度。最近的研究表明lncRNA存在于包括宫颈癌在内的许多恶性肿瘤中[28-29]。尽管转录反义临近心脏和神经嵴衍生物表达2 (HAND2)的lncRNA,HAND2-AS1在子宫内膜样子宫内膜癌中低表达,过表达抑制了子宫内膜样子宫内膜癌细胞的迁移和侵袭,但是HAND2-AS1在宫颈癌中的作用机制尚不清楚。

Chen等[30]试验发现HAND2-AS1和LDOC1在宫颈癌细胞中表达下降而miR-330-5p表达升高。HAND2-AS1和miR-330-5p结合导致LDOC1表达上调,过表达HAND2-AS1、LDOC1或下调miR-330-5p可抑制增殖相关蛋白Ki-67、PCNA、迁移相关蛋白N-cad、侵袭相关蛋白MMP-2、MMP-9的表达及淋巴结转移,在体内HAND2-AS1能够与miR-330-5p结合减少肿瘤形成和降低淋巴转移,说明了HAND2-AS1能够竞争性结合miR-330-5p有利于LDOC1的表达,以此来阻碍癌细胞侵袭和转移的能力[30]。结论一致的是Gao等[31]证实HAND2-AS1与TIMP3在宫颈癌组织中表达下调,与宫颈癌患者预后差有显著关联。HAND2-AS1与miR-21-5p能够竞争性结合并上调TIMP3的表达。过表达HAND2-AS1或下调miR-21-5p抑制细胞增殖、迁移和侵袭,同时促进细胞凋亡,与VEGFA信号通路中蛋白表达增加有关,因此说明HAND2-AS1可能通过调控miR-21-5p/TIMP3/VEGFA轴阻碍子宫颈癌的发生和癌细胞的生长,HAND2-AS1有潜力成为宫颈癌临床中诊疗的靶点。

5.2 CTBP1-AS2与miR-3163

CTBP1分歧转录本(CTBP1-AS2)是一种新发现的lncRNA,关于CTBP1-AS2在癌症中的作用的唯一报道是CTBP1-AS2预测甲状腺乳头状癌的不良预后[32]。Yang等[33]试验证明在子宫颈癌组织或细胞中CTBP1-AS2表达水平升高,在体外降低CTBP1-AS2的表达能够抑制细胞迁移和生长侵袭、细胞凋亡增加。在体内CTBP1-AS2升高有利于异种移植瘤细胞的生长,在宫颈癌组织或者细胞中被发现细胞质CTBP1-AS2是miR-3163海绵,MiR-3163抑制CTBP1-AS2的促肿瘤作用[33]。此外,Yang等[33]还发现锌指蛋白217 (ZNF217)被鉴定为miR-3163的直接靶点,CTBP1-AS2作为miR-3163海绵提高ZNF217的表达,ZNF217上调消除了CTBP1-AS2敲低的肿瘤抑制作用。

5.3 lncRNA-NEAT 1与miR-133a/miR-124

NEAT1-1和NEAT1-2属于NEAT1的两种亚型[34]。NEAT1可以在许多生物过程中发挥重要作用[35-36]。此外,NEAT1预测乳腺癌患者的生存期较低[37]。在卵巢癌中,NEAT1通过调节miR-34a-5p和B-淋巴瘤-2来调控细胞增殖和凋亡[38]。NEAT1导致癌症的重要基因,在多种癌症中有所表达。

Yuan等[39]研究发现lncRNA富核转录本1 (lncRNA-nea T1)对宫颈癌的主要影响是促进细胞的侵袭生长和迁移,减慢了细胞凋亡,对几种宫颈癌细胞的NEAT1水平进行的定量检测证实了在体外NEAT1表达明显升高,NEAT1下调后宫颈癌的发展受到抑制,主要原因是抑制了癌细胞集落形成、增殖和迁移的能力,诱导了癌细胞的凋亡;在宫颈癌细胞中NEAT1与miR-133a呈负相关,宫颈癌中的miR-133a表达下调。另外,SOX4能够作为miR-133a的下游靶点,沉默SOX4可以抑制宫颈癌的进展,通过体内实验证明NEAT1/miR-133a/SOX4轴在宫颈癌中的作用,说明NEAT1在宫颈癌发病机制中作为内源性RNA与miR-133a相互竞争,并调节SOX4,NEAT1/miR-133a/SOX4轴参与了宫颈癌的发生发展[39]。Shen等[40]试验发现在宫颈癌组织或细胞中lncRNA-NEAT1表达水平较高,lncRNA-NEAT1高水平有利于HeLa和SiHa细胞的生长、增殖和侵袭,影响了EMT标志物的表达、激活了NF-κB通路,沉默lncRNA-NEAT1对HeLa和SiHa细胞的影响相反。LncRNA-NEAT1可负调控其靶基因miR-124,其逆转lncRNA-NEAT1对HeLa细胞迁移、侵袭、EMT和NF-κB通路的影响说明LncRNA-NEAT1通过调控miR-124/NF-κB通路促进宫颈癌细胞的迁移和侵袭[40]。

综上,宫颈癌是女性常见的恶性肿瘤之一,晚期宫颈癌的诊治仍然是临床和科研的一大难题。近年来随着人们对宫颈癌分子机制水平的研究和深入扩展,越来越多的IncRNAs和miRNAs被发现参与了宫颈癌的发生发展过程、促进了宫颈癌组织和细胞的侵袭和迁移,也增加了宫颈癌的化疗耐药。就目前研究而言,nc-miRNA轴的作用靶点和相关调控机制可能为宫颈癌的诊断和预后提供有效的生物标志物,并可能成为宫颈癌治疗和预后的潜在靶点。但是,IncRNAs和miRNAs种类繁多、数量庞大,人类对其功能和调控机制的认知只是冰山一角,其对宫颈癌影响的具体机制仍未确定,有待进一步深入的研究。本文重点就IncRNAs和miRNAs轴对宫颈癌的影响进行综述,为下一步的研究提供有利的理论基础。