长链非编码RNA 在脑胶质瘤中的研究进展△

王明尧，靳峰

1 济宁医学院临床医学院，山东 济宁 272000

2 康复大学青岛中心医院（青岛市中心医院）神经外科，山东 青岛 266042

胶质瘤起源于胶质细胞或前体细胞，分为星形细胞瘤、室管膜瘤和少突胶质细胞瘤，是中枢神经系统（central nervous system，CNS）最常见的恶性原发性肿瘤。第5 版《WHO 中枢神经系统肿瘤分类》根据组织学和分子病理学特点将胶质瘤分为5 个类型，分别为成人型弥漫性胶质瘤、儿童型弥漫性低级别胶质瘤、儿童型弥漫性高级别胶质瘤、局限性星形胶质瘤、室管膜瘤。中国胶质瘤发病率为（5～8）/10 万，5 年生存率不足5%[1-3]。近年来，随着医疗技术不断发展，较高级别的脑胶质瘤的标准治疗是手术切除肿瘤并结合放疗、化疗的综合治疗策略。目前，依靠基因突变和基因表达特征来识别胶质瘤亚型的这一鉴别诊断方式并不能影响疾病的治疗方法，更深入地寻找胶质瘤的分子特征，以更好地对胶质瘤进行分类，有助于为每例患者选择更加有效的治疗方法[4-5]。研究表明，长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）等非编码RNA（non-coding RNA，ncRNA）能够在多个层面调控基因的表达、细胞分化及免疫应答等生理和病理过程[6-7]。

随着高通量测序技术、聚合酶链反应（polymerase chain reaction，PCR）及生物信息学分析等技术的成熟与推广，lncRNA 被发现在胶质瘤和正常脑组织中的表达存在差异，lncRNA 的表达水平能够影响胶质瘤的相关病理过程[8]。本文就lncRNA 的功能特点及其在胶质瘤发生发展过程中发挥的作用进行综述。

1 lncRNA 概述

lncRNA 是指长度超过200 nt 的RNA 分子，目前研究发现，lncRNA 并不具备明显的蛋白质编码能力，通常经过RNA 聚合酶Ⅱ/Ⅲ转录，而后剪切加工形成[9-10]。与其他ncRNA 相比，lncRNA 具有以下特征：①lncRNA 通常较长，具有5'端G7帽结构，部分还具有3'poly（A）尾；②时空组织特异性，同一组织或器官的不同生长阶段，lncRNA 的表达水平会有差异，不同组织表达的lncRNA 水平也不同；③lncRNA 的启动子可以与转录因子结合；④lncRNA在细胞核、细胞质和细胞器中均有表达[11]。

目前常见的lncRNA 分类方法包括以下3种：①根据lncRNA 的长度，将其分为小型（200～950 nt）、中型（951～4800 nt）、大型（4800 nt 以上）lncRNA[12]。②根据lncRNA 在基因组中和编码蛋白质的相对位置分为5 类，分别为正义lncRNA、反义lncRNA、双向lncRNA、内含子lncRNA 和基因间lncRNA，目前的研究主要集中在基因间lncRNA 和反义lncRNA[13]。③按照lncRNA 的作用模式，可以将lncRNA 分为以下4 类，a.信号分子，当机体受到不同刺激时，一些lncRNA 会被特异性地转录，并作为信号转导分子参与特殊信号通路的转导，这些lncRNA 分子被转录后，可调控下游基因的转录，从生物体的角度来讲，利用RNA 进行调控而不涉及蛋白质的翻译，能够更加快速地执行细胞的调控功能；b. 诱饵分子，是指lncRNA 被转录后能够直接与蛋白质、DNA 或RNA 结合，从而抑制该分子的作用和信号通路；c. 引导分子，是指lncRNA 与蛋白质（通常是转录因子）结合后可将蛋白复合物定位到特定的DNA 序列上，从而调控下游信号分子的转录；d. 支架分子，是指lncRNA可作为一个“中心平台”，与多种蛋白质结合形成核糖核蛋白复合物，当多条信号通路被激活后，lncRNA可以实现不同信号通路的交汇与整合[14-15]。

随着lncRNA 检测技术不断发展，从最初的基因印记到后续的微阵列、转录组测序和RNA 结合蛋白免疫沉淀等[14]，越来越多的lncRNA 被发现及注释，其功能也逐渐引起人们的重视。总的来讲，lncRNA 能够在表观遗传、转录及转录后水平发挥生物学作用[15]。在转录水平上，lncRNA 可通过与转录因子、DNA 或RNA 聚合酶发生作用来调控基因的转录过程[16]。转录后水平的调控主要是指lncRNA 可调控转录后信使RNA（messenger RNA，mRNA）各方面的功能，包括对mRNA 的加工和剪接、转运、翻译和降解等。越来越多的研究证明，在转录后水平上，lncRNA 能够通过竞争性内源性RNA（competitive endogenous RNA，ceRNA）实现对基因的表达及调控[17-18]。lncRNA 调控表观遗传的表现形式主要是DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色质重塑等[19]。

lncRNA 核旁斑组装转录本1（nuclear paraspeckle assembly transcript 1，NEAT1）位于11 号染色体上，因该染色体是肿瘤的多发位点，因此，近年来多项研究报道了其在肿瘤中的作用。在胶质瘤中，lncRNA NEAT1 可与多梳抑制复合物2（polycomb repressive complex 2，PRC2）的亚基——zeste 2 多梳抑制复合物2 亚基增强子（enhancer of zeste 2 polycomb repressive complex 2 subunit，EZH2）相互作用，介导WNT/β-联蛋白（β-catenin）负调控因子[Axin2、β-联蛋白互作蛋白（β-catenin-interacting protein，ICAT）和糖原合成酶激酶3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK3B）]启动子区组蛋白H3 第27位赖氨酸的三甲基化（trimethylated histone H3 at lysine 27，H3K27me3）的表达，从而激活WNT/β-catenin 信号通路[20]。聚合酶Ⅰ和转录释放因子（polymeraseⅠand transcript release factor，PTRF，又称CAVIN1）能够上调胶质母细胞瘤中程序性死亡受体配体1（programmed cell death 1 ligand 1，PDCD1LG1，也称PD-L1）的表达。此外，PTRF 还可与lncRNA NEAT1 相互作用，维持NEAT1相应mRNA 的稳定性，上调UBX 结构域蛋白1（UBX domain protein 1，UBXN1）启动子上H3K27me3 的表达水平，从而使核因子κB（nuclear factor-κB，NF-κB）与PD-L1的启动子结合，并在PTRF 激活的情况下促进PD-L1的转录，从而介导胶质母细胞瘤的免疫逃逸[21]。

2 lncRNA 在胶质瘤中的表达

研究表明，lncRNA 与胶质瘤的发生发展有关，如增殖、迁移、侵袭、新生血管生成和耐药等。胶质瘤组织中异常的lncRNA 表达水平与胶质瘤的恶性程度和组织学分化程度有关，这在胶质瘤的诊治和预后评估中具有重要的临床意义[8]。

2.1 胶质瘤中表达上调的lncRNA

lncRNA ENST00000413528 在胶质瘤组织和胶质瘤LN229 和U251 细胞系中均高表达。敲除ENST00000413528 的表达后，胶质瘤LN229 和U251 细胞的增殖能力下降，凋亡率升高，说明lncRNA ENST00000413528 具有促进胶质瘤细胞增殖的能力。lncRNA ENST00000413528 作为ceRNA，可与miRNA-593-5p 相结合，促进靶基因Polo 样激酶1（Polo-like kinase 1，PLK1）的表达，从而促进胶质瘤细胞的增殖[22]。PLK1 属于Polo 样激酶家族成员，是一种丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，已知是有丝分裂的关键调节因子，在细胞周期过程中发挥关键作用[23]。

lncRNA RP11-732M18.3 在胶质瘤组织中表达上调，过表达的lncRNA RP11-732M18.3 可诱导E1A 结合蛋白p300（E1A binding protein p300，EP300）的转录，而EP300 是犬尿氨酸氨基转移酶Ⅲ（kynurenine aminotransferase Ⅲ，KAT3）家族的组蛋白/赖氨酸乙酰转移酶，通过修饰组蛋白和非组蛋白的赖氨酸残基，作为转录活化因子促进血管内皮生长因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）的转录，而VEGFA 可增加血管通透性并在肿瘤微环境中与血管内皮生长因子受体2（vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR2）结合，有利于肿瘤新生血管生成[24-25]。血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）是控制胶质瘤新生血管生成的主要因素。VEGF 相关通路的研究对改善胶质瘤患者的预后有重要意义[26]。

lncRNA DLG 相关蛋白1 反义RNA1（DLG associated protein 1 antisense RNA 1，DLGAP1-AS1）位于18 号染色体，其在胶质瘤组织和胶质瘤U87、T98G、U251 细胞中表达上调，敲除lncRNA DLGAP1-AS1 的表达后，上述胶质瘤细胞的侵袭和转移能力下降，表明lncRNA DLGAP1-AS1 具有促进胶质瘤细胞侵袭和转移的能力。lncRNA DLGAP1-AS1 可以作为ceRNA 与miRNA-1297 结合促进靶基因EZH2的表达，从而促进胶质瘤细胞的侵袭和迁移[27]。EZH2突变及异常表达导致了某些抑癌基因的沉默，促进了胶质瘤细胞的侵袭和转移[28]。

lncRNA HOX 转录反义RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）是由HOX基因转录而来的反义RNA，也是第一个被发现的具有反式调控作用的lncRNA，长度为2.2 kb，HOX基因家族编码的含有homeobox 同源结构域的蛋白在哺乳动物胚胎发育中具有重要的调控作用。lncRNA HOTAIR 在胶质瘤细胞中表达上调，可使磷酸化NF-κB 水平升高，也可使白细胞介素-8（interleukin-8，IL-8）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）mRNA 水平升高。lncRNA HOTAIR通过NF-κB 途径驱动肿瘤细胞的异常基因转录和免疫逃逸[29]。

lncRNA 叉头框蛋白D2 相邻对链RNA1（forkhead box D2 adjacent opposite strand RNA 1，FOXD2-AS1）属于反义lncRNA，位于1 号染色体，长度为2527 nt，FOXD2-AS1 可以作为ceRNA 与miRNA-185-5p 结合，从而促进其靶基因细胞周期蛋白D2（cyclin D2，CCND2）的表达。胶质瘤恶性程度越高，CCND2 的表达水平越高，患者的总生存率越低[30]。一项关于lncRNA FOXD2-AS1对胶质瘤耐药性的研究发现，胶质瘤组织中FOXD2-AS1表达水平与患者的性别、年龄和组织学类型无关，但与肿瘤直径、淋巴结转移和替莫唑胺耐药性有关，在胶质瘤U87、U251、LN229、A172 四种细胞系中，FOXD2-AS1 在胶质瘤U87、U251 细胞系中表达水平更高，同时表现出对替莫唑胺更强的耐药性，沉默FOXD2-AS1 的表达后，胶质瘤U87、U251细胞对替莫唑胺的耐药性下降，FOXD2-AS1 过表达可增强胶质瘤U87、U251 细胞对替莫唑胺的耐药性。此外，FOXD2-AS1 还可作为ceRNA 竞争性结合miRNA-98-5p，使miRNA-98-5p 的表达下调，多聚腺苷酸化成分结合蛋白4（cytoplasmic polyadenylation element-binding protein 4，CPEB4）表达上调，从而发挥提高替莫唑胺耐药性和抑制细胞凋亡的作用[31]。

2.2 胶质瘤中表达下调的lncRNA

lncRNA KB-1460A1.5 位于8 号染色体上，由基因ENSG00000261087.1 转录而来，长度为2825 bp。研究表明，KB-1460A1.5 在低级别和高级别胶质瘤中的表达均明显下调，在胶质瘤U87、U251 细胞系中表达上调后，可使细胞周期停滞于G1/S 期，G0/G1期细胞比例明显升高，从而明显抑制细胞生长增殖，促进细胞凋亡。lncRNA 可以作为ceRNA，通过与miRNA 互补结合影响其靶基因的表达。高表达的lncRNA KB-1460A1.5 能够作为ceRNA 竞争性结合miRNA-130a-3p，从而抑制其靶基因结节性硬化症复合物亚基1（tuberous sclerosis complex subunit 1，TSC1）的降解。进一步研究表明，转录因子阴阳1（yin yang 1，YY1）可抑制KB-1460A1.5的转录并下调其表达[32]。TSC1 这一肿瘤抑制因子的缺失或表达下调可异常激活雷帕霉素靶蛋白（mechanistic target of rapamycin kinase，MTOR）的表达，从而促进肿瘤细胞增殖、分化[33]。

Zhu 等[34]对9 例胶质瘤组织和9 例正常脑组织的表达谱进行测序后发现，lncRNA 生长停滞特异性转录本5（growth arrest specific 5，GAS5）在胶质瘤组织中的表达下调；随后在胶质瘤U87 细胞中建立GAS5 敲除模型，并检测上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）相关蛋白E-钙黏蛋白（E-cadherin）、波形蛋白（vimentin）和SlugmRNA 和蛋白表达水平发现，GAS5 过表达可以上调E-cadherinmRNA 的表达，下调vimentin、Slug 蛋白的表达；但在敲除GAS5 表达的模型中，相关mRNA 和蛋白的表达相反。该研究通过蛋白质印迹法（Western blot）观察到了类似的结果，表明GAS5 具有调节EMT 相关蛋白表达的能力。进一步深入研究发现，磷酸酶张力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）/磷脂酰肌醇-3-羟激酶（phosphoinositide 3-hydroxy kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又称AKT）信号通路在lncRNA GAS5 表达过程中发挥着重要作用。利用生物信息学分析发现，胶质瘤中miRNA-106b可与促凋亡基因PTEN靶向结合并抑制其表达，发挥PI3K/AKT 信号通路反馈调节抑制剂的作用，PTEN 可显著降低E-cadherinmRNA 及其蛋白的表达水平，促进Slug 和vimentin 的表达，从而调节胶质瘤组织EMT 过程。

lncRNA LINC00998 位于染色体7q31.1 上，定位于细胞核和细胞质，在胶质瘤组织中表达水平低于癌旁正常组织。Cai 等[35]对229 例Ⅰ～Ⅳ级胶质瘤组织微阵列进行原位杂交，结果发现，Ⅲ～Ⅳ级胶质瘤组织中LINC00998 的阳性表达率明显低于Ⅰ～Ⅱ级。构建LINC00998 过表达和敲除模型发现，色素框同源蛋白3（chromobox homolog 3，CBX3）mRNA 水平没有改变，但CBX3 蛋白水平分别升高和降低，进一步研究发现，过表达LINC00998 抑制了CBX3 蛋白的泛素化降解，可在转录和翻译水平调节CBX3基因的表达。深入研究结果显示，c-Met/AKT/MTOR 信号通路在lncRNA LINC00998 调节胶质瘤增殖能力过程中发挥重要作用，LINC00998 通过抑制CBX3 蛋白降解，促进c-Met启动子区H3K9 的甲基化，随后抑制c-Met 的表达和AKT、MTOR 的磷酸化，发挥抑制胶质瘤细胞增殖的作用。

3 lncRNA 在胶质瘤治疗中的作用

3.1 姜黄素与lncRNA

姜黄素是一种从姜黄科草本植物中提取的化合物，能够发挥多种治疗作用，如抗纤维化、抗氧化、消炎以及低细胞毒性的抗肿瘤作用[36]。此外，姜黄素具有亲脂性，较容易穿过血脑屏障，在中枢神经系统疾病的治疗中有很大的潜力。相关研究表明，姜黄素能够通过抑制AKT/MTOR 信号通路抑制胶质瘤的发生发展[37]。为深入了解姜黄素发挥作用的相关分子机制，Lv 等[38]采用姜黄素处理胶质瘤组织后，FOXD2-AS1 的表达水平降低，进一步研究发现，过表达的FOXD2-AS1 会减弱姜黄素对胶质瘤的抑制作用；此外，FOXD2-AS1 还可促进EZH2 向抑癌基因启动子募集并上调H3K27me3 的表达，从而促进胶质瘤的发生发展，表明姜黄素能够通过抑制FOXD2-AS1 的表达，抑制EZH2 的功能。

3.2 丙泊酚与lncRNA

丙泊酚的化学名称为2，6-二异丙基苯酚，分子式为C12H18O，是一种烷基酸类短效静脉麻醉药，能够快速而平稳地诱导麻醉，且具有半衰期较短、术后很少恶心和呕吐等优点，常用于全身麻醉的诱导和维持[39]。既往研究表明，在胶质瘤中，丙泊酚通过抑制miRNA-206/Rho 相关卷曲螺旋形成蛋白激酶1（Rho associated coiled-coil containing protein kinase 1，ROCK1）轴阻断PI3K/AKT 信号通路，发挥抗肿瘤作用[40]。为研究丙泊酚在胶质瘤中的分子机制，Cheng 等[41]研究发现，丙泊酚处理后的U251 细胞系中，lncRNA GAS5 的表达上调，随后抑制胶质瘤U251 细胞中GAS5 的表达显示，丙泊酚对胶质瘤的抑制作用减弱，表明丙泊酚对胶质瘤的抑制作用与GAS5 有关。此前已有研究表明，lncRNA GAS5 可与c-Myc的mRNA 结合并抑制其翻译，从而抑制c-Myc 蛋白的表达[42]，lncRNA GAS5 还能够与Y 盒结合蛋白1（Y-box binding protein 1，YBX1）相互作用，加速YBX1 的降解并上调p21 的表达，从而发挥抗肿瘤作用[43]。此外，丙泊酚浓度能够影响其对胶质瘤的作用，浓度为1 μg/ml的丙泊酚可抑制胶质瘤细胞增殖，促使其凋亡，并明显促进GAS5 表达，但不能影响胶质瘤细胞的侵袭和迁移。

3.3 纳米颗粒与lncRNA

lncRNA转移相关肺腺癌转录本1（metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1）在胶质母细胞瘤组织中的表达明显升高，敲除胶质瘤U251 和T98G 细胞系中MALAT1 的表达，可抑制肿瘤细胞增殖、侵袭，促进细胞凋亡。深入研究表明，MALAT1 作为ceRNA 可竞争性结合miRNA-199a 并下调其表达，上调锌指和同源框1（zinc fingers and homeoboxes 1，ZHX1）的表达，从而发挥促进细胞增殖、侵袭，抑制细胞凋亡的作用[44]。纳米颗粒是指大小为1～100 nm 的微型颗粒，其形态可能是乳胶体、聚合物、金属颗粒和碳颗粒，纳米微粒能够渗透到细胞膜中，并沿神经细胞突触、血管和淋巴管传播，其可选择性地积累在不同的细胞和一定的细胞结构中[45-46]。Kim 等[47]构建了一种纳米颗粒来运载小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA），用于在动物模型和体外靶向沉默MALAT1 的表达，结果在细胞中检测到MALAT1的表达明显降低，从而发挥抗肿瘤作用。

4 小结与展望

胶质瘤是成年人最常见的脑部原发性恶性肿瘤，这种致命疾病的发病机制尚未完全清楚，可能涉及不同的基因、信号通路和分子成分。lncRNA对胶质瘤的发生、侵袭、迁移和耐药性均发挥着十分重要的作用，可以为胶质瘤的靶向和个体化治疗提供潜在靶点。随着越来越多的lncRNA 被发现，其功能及作用机制也逐渐被阐明，但将其运用于临床实践中仍需进一步的深入研究。相信随着对lncRNA 研究的不断深入，更深层次的胶质瘤甚至肿瘤发生发展的分子机制也将被逐渐阐明，给胶质瘤的治疗和患者预后的改善提供新的思路和方法。