惡性腫瘤中HOTAIRM1的調(diào)控作用及機(jī)制

趙俞喬，蘇志雷，崔云甫，關(guān)滄海，姜興明

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院 膽胰外科，黑龍江 哈爾濱 150086)

長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)是一種長(zhǎng)度超過(guò)200個(gè)核苷酸的非編碼RNA，最初被認(rèn)為是基因組轉(zhuǎn)錄的“噪音”或RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物。隨著轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，lncRNA對(duì)mRNA剪接、染色質(zhì)修飾、蛋白活性等一系列生物學(xué)過(guò)程的調(diào)節(jié)作用逐漸被揭示，并可以在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平等層面調(diào)控細(xì)胞內(nèi)基因的表達(dá)[1-3]。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)lncRNA對(duì)惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展具有重要的調(diào)控作用，本研究團(tuán)隊(duì)也得到相同研究結(jié)果。粒細(xì)胞特異表達(dá)的HOXA轉(zhuǎn)錄本反義RNA1(HOXA transcript antisense RNA myeloid-specific 1, HOTAIRM1)是一種長(zhǎng)度為5 415 nt的lncRNA，位于7號(hào)染色體HOXA基因簇HOXA1和HOXA2之間并與HOXA1的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)共享CpG島，其在全反式維甲酸(all-trans retinoic acid, ATRA)處理的NB4細(xì)胞中呈高表達(dá)并誘導(dǎo)NB4向粒細(xì)胞分化。目前研究證實(shí)HOTAIRM1參與骨關(guān)節(jié)炎、多發(fā)性硬化等疾病的病理過(guò)程，并對(duì)房顫的診斷具有輔助作用[4-6]。此外，HOTAIRM1在多種惡性腫瘤中異常表達(dá)，能夠在細(xì)胞分化、細(xì)胞周期和凋亡中發(fā)揮調(diào)控作用且與腫瘤患者的臨床病理數(shù)據(jù)密切相關(guān)，可能作為腫瘤診斷和患者預(yù)后評(píng)估的分子標(biāo)志物。本文就惡性腫瘤中HOTAIRM1的調(diào)控作用及機(jī)制作一綜述。

1 HOTAIRM1與神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤

膠質(zhì)瘤干細(xì)胞(GSC2、GSC5、U251-SLC、U87MG-SLC)中HOTAIRM1的兩種轉(zhuǎn)錄本均呈異常高表達(dá)。過(guò)表達(dá)HOTAIRM1后功能實(shí)驗(yàn)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)腫瘤球形成能力顯著提高，干性標(biāo)志物NESTIN、OCT4(organic cation transporter 4)、SOX2(SRY-box transcription factor 2)表達(dá)上調(diào)且OCT4啟動(dòng)子區(qū)的轉(zhuǎn)錄活性增強(qiáng)；ATRA處理GSC2細(xì)胞后HOTAIRM1表達(dá)顯著下調(diào)[7]。

膠質(zhì)瘤干細(xì)胞中HOTAIRM1及其鄰近基因HOXA2(homeobox A2)、HOXA3(homeobox A3)表達(dá)均增高；外源性沉默HOTAIRM1可以抑制膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的增殖、致瘤性和自我更新同時(shí)促進(jìn)細(xì)胞凋亡發(fā)生。此外，HOTAIRM1在膠質(zhì)瘤中顯著上調(diào)且與腫瘤分級(jí)和患者生存密切相關(guān)；HOXA1(homeobox A1)、HOXA2和HOXA3在膠質(zhì)瘤中表達(dá)同樣增加且與HOTAIRM1表達(dá)正相關(guān)[8]。

膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(glioblastoma, GBM)中HOTAIRM1呈異常高表達(dá)并且其表達(dá)水平與WHO分級(jí)相關(guān)；利用小干擾RNA(small interfering RNA, siRNA)下調(diào)HOTAIRM1表達(dá)能夠顯著抑制腫瘤細(xì)胞增殖和遷移侵襲，同時(shí)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[9-11]。目前已知HOTAIRM1促進(jìn)GBM惡性生物學(xué)行為的途徑有3條，第一條途徑：HOTAIRM1與下游分子miR-137間存在結(jié)合位點(diǎn)且miR-137能夠靶向調(diào)控原癌基因SP1(specificity protein 1)；沉默miR-137可以部分逆轉(zhuǎn)HOTAIRM1 siRNA對(duì)SP1表達(dá)的抑制作用，即HOTAIRM1通過(guò)靶向結(jié)合miR-137進(jìn)而上調(diào)SP1的表達(dá)來(lái)促進(jìn)GBM的進(jìn)展[9]。第二條途徑：過(guò)表達(dá)HOTAIRM1通過(guò)與miRNA間的相互作用來(lái)海綿吸附miR-873-5p，阻斷miR-873-5p與下游靶基因ZEB2的3′-UTR(untranslated region)結(jié)合，從而上調(diào)促癌基因ZEB2(zinc finger E-box binding homeobox 2)的表達(dá)[10]。第三條途徑：HOTAIRM1與甲基轉(zhuǎn)移酶G9a、EZH2(enhancer of zeste 2 polycomb repressive complex 2 subunit)以及DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNA methyltransferases, DnmTs)形成復(fù)合物，促使上述3種表觀遺傳修飾物從HOXA1轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)分離，抑制組蛋白H3K9me2和H3K27me3的去甲基化來(lái)激活促癌基因HOXA1的轉(zhuǎn)錄[11]。

對(duì)3例星型細(xì)胞瘤患者和3名健康對(duì)照者血清lncRNA表達(dá)譜進(jìn)行芯片檢測(cè)分析篩選出338種差異性表達(dá)的lncRNAs(上調(diào)246種、下調(diào)92種)，其中HOTAIRM1表達(dá)下調(diào)最為顯著。ROC(receiver operating characteristic)曲線分析結(jié)果顯示血清HOTAIRM1表達(dá)檢測(cè)診斷星型細(xì)胞瘤的曲線下面積為0.730，進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析證實(shí)低表達(dá)HOTAIRM1患者的星形細(xì)胞瘤WHO分級(jí)較低且3年總生存率低于高表達(dá)組患者。HOTAIRM1靶基因預(yù)測(cè)和分析結(jié)果提示HOTAIRM1可能通過(guò)參與miRNA生物合成或介導(dǎo)RNA調(diào)節(jié)等信號(hào)通路發(fā)揮調(diào)控作用[12]。

膠質(zhì)瘤中HOTAIRM1表達(dá)增高并與膠質(zhì)瘤的臨床特征(年齡、Karnofsky評(píng)分、WHO分級(jí)、組織病理學(xué)等)和分子特征(PTEN、TP53、MGMR等)密切相關(guān)；多因素COX回歸分析證明HOTAIRM1是評(píng)估患者預(yù)后的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。沉默HOTAIRM1可抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化進(jìn)程(epithelial-mesenchymal transition, EMT)同時(shí)提高腫瘤對(duì)替莫唑胺的敏感性。該研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建由抑癌基因miR-129-5p、miR-495-3p及13個(gè)與腫瘤進(jìn)展/微環(huán)境密切相關(guān)的ceRNA(competing endogenous RNA)關(guān)鍵基因網(wǎng)絡(luò)；隨后的逆轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)中沉默HOTAIRM1后抑制miR-129-5p、miR-495-3p僅能恢復(fù)一組關(guān)鍵基因的表達(dá)，這提示HOTAIRM1的作用還能夠通過(guò)非ceRNA途徑對(duì)關(guān)鍵基因進(jìn)行調(diào)控。此外，過(guò)表達(dá)HOTAIRM1能夠增強(qiáng)T細(xì)胞介導(dǎo)的免疫和炎性反應(yīng)從而實(shí)現(xiàn)免疫激活[13]。

2 HOTAIRM1與消化系統(tǒng)腫瘤

30例肝細(xì)胞癌腫瘤組織和癌旁正常組織的定量檢測(cè)發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞癌中HOTAIRM1表達(dá)顯著降低且低表達(dá)組患者無(wú)進(jìn)展生存期縮短；ROC分析表明HOTAIRM1對(duì)肝細(xì)胞癌的診斷具有較高敏感性和特異性(AUC=0.7533,P=0.000 755)。過(guò)表達(dá)HOTAIRM1能抑制腫瘤增殖并加速細(xì)胞凋亡，并且使促凋亡蛋白Bax的表達(dá)提高，抗凋亡蛋白Bcl-2和Bid的表達(dá)降低。此外，具有促腫瘤惡性生物學(xué)行為作用的Wnt通路相關(guān)蛋白(Akt1、pGSK-3β、β-catenin)的表達(dá)也出現(xiàn)下降[14]。

HOTAIRM1在結(jié)直腸癌(colorectal cancer, CRC)組織和細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)且下調(diào)程度在5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil, 5-FU)耐藥的CRC中更為顯著。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)過(guò)表達(dá)HOTAIRM1能夠抑制5-FU耐藥CRC細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力，并且下調(diào)耐藥關(guān)鍵基因MRP1(multidrug resistance-associated protein 1)和MDR1(multidrug resistance gene 1)的表達(dá)從而降低腫瘤耐藥，外源性沉默miR-17-5p則產(chǎn)生相反的效應(yīng)；低表達(dá)的HOTAIRM1能夠靶向吸附促癌基因miR-17-5p進(jìn)而下調(diào)抑癌基因BTG3(BTG anti-proliferation factor 3)的表達(dá)[15]。

CRC患者血漿中HOTAIRM1水平低于健康對(duì)照組；以0.003為ROC曲線截?cái)帱c(diǎn)時(shí)HOTAIRM1對(duì)CRC的診斷靈敏度為64.00%且特異性為76.50%(AUC=0.780)，這與癌胚抗原CEA性能無(wú)顯著差異但優(yōu)于CA19-9和CA125；HOTAIRM1與CEA聯(lián)合檢測(cè)可將診斷靈敏度提高到84.00%但不改變特異性[16]。

HOTAIRM1在胃癌組織和細(xì)胞呈下調(diào)表達(dá)并且與TNM分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。上調(diào)HOTAIRM1與下調(diào)miR-17-5p均能夠抑制腫瘤的增殖和遷移，同時(shí)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡發(fā)生。雙熒光素酶實(shí)驗(yàn)證實(shí)HOTAIRM1和miR-17-5p、miR-17-5p和PTEN間均存在結(jié)合位點(diǎn)，HOTAIRM1作為ceRNA競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-17-5p進(jìn)而上調(diào)抑癌基因PTEN(phosphat-ase and tensin homolog)的表達(dá)，并且HOTAIRM1與PTEN均可通過(guò)抑制PI3K/AKT通路來(lái)負(fù)向調(diào)控胃癌的發(fā)生和發(fā)展[17]。

對(duì)47例胰腺導(dǎo)管腺癌組織和5種細(xì)胞系進(jìn)行定量檢測(cè)發(fā)現(xiàn)：HOTAIRM1呈明顯的異常上調(diào)表達(dá)且與KRAS(KRAS proto-oncogene, GTPase)的突變表達(dá)水平正相關(guān)。胰腺癌SW1990和PANC-1細(xì)胞中轉(zhuǎn)染siRNA沉默HOTAIRM1后腫瘤的增殖和遷移侵襲能力受到抑制，細(xì)胞周期被阻滯于G0/G1期，同時(shí)凋亡標(biāo)志物Bax和Bad表達(dá)提高而抗凋亡蛋白Bcl-2表達(dá)降低。此外，低表達(dá)HOTAIRM1還能夠上調(diào)E-cadherin并下調(diào)N-cadherin來(lái)抑制EMT進(jìn)程[18]。

3 HOTAIRM1與其他腫瘤

I型子宮內(nèi)膜癌組織中HOTAIRM1和HOXA1 mRNA的表達(dá)明顯高于正常子宮內(nèi)膜組織且HOXA1蛋白表達(dá)同樣增高；HOTAIRM1的表達(dá)與HOXA1轉(zhuǎn)錄和翻譯水平呈正相關(guān)。臨床病理學(xué)資料分析結(jié)果顯示HOTAIRM1和HOXA1的表達(dá)與FIGO分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中敲低HOTAIRM1表達(dá)或沉默HOXA1均可顯著抑制細(xì)胞增殖、遷移、侵襲和EMT，而HOTAIRM1或HOXA1過(guò)表達(dá)則產(chǎn)生相反作用；裸鼠異種移植瘤模型中下調(diào)HOTAIRM1或HOXA1均能夠減緩移植瘤的生長(zhǎng)[19]。

HOTAIRM1在非小細(xì)胞肺癌表達(dá)明顯升高且與組織病理學(xué)分化程度、腫瘤大小、TNM分期以及Ki-67標(biāo)記指數(shù)顯著相關(guān)。同時(shí)，利用Kaplan-Meier分析總生存率與HOTAIRM1表達(dá)間的關(guān)系，結(jié)果表明：低表達(dá)HOTAIRM1患者總生存率更高；在亞組分析中HOTAIRM1表達(dá)低的肺腺癌患者、吸煙患者、Ⅰ期及Ⅱ期患者總生存率更高，而肺鱗狀細(xì)胞癌患者和不吸煙患者的HOTAIRM1表達(dá)與總生存率間無(wú)差異[20]。

髓源性抑制細(xì)胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)是一種具有免疫抑制功能的未成熟髓系細(xì)胞異質(zhì)性群體，通過(guò)釋放Arg1(arginase 1)沉默T細(xì)胞的免疫應(yīng)答來(lái)實(shí)現(xiàn)免疫抑制[21]。肺癌組織MDSCs中的HOTAIRM1表達(dá)水平降低且MDSCs在外周血中占比與Th1/CTL比值呈負(fù)相關(guān)(r=0.5261,P<0.01)；過(guò)表達(dá)HOTAIRM1能夠減輕MDSCs的免疫抑制作用并減少健康供體外周血單核細(xì)胞中MDSCs的產(chǎn)生。與健康對(duì)照組相比肺癌患者外周血細(xì)胞中HOTAIRM1水平下降，過(guò)表達(dá)HOTAIRM1能上調(diào)MDSCs中HOXA1；HOXA1的表達(dá)水平與MDSCs數(shù)量和Arg1表達(dá)呈負(fù)相關(guān)而與Th1/CTL比值呈正相關(guān)。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果提示：HOTAIRM1通過(guò)上調(diào)HOXA1表達(dá)阻斷MDSCs的免疫抑制，從而增強(qiáng)機(jī)體抗腫瘤免疫反應(yīng)并延緩腫瘤進(jìn)展[22]。

HOTAIRM1在頭頸部腫瘤組織和細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)；過(guò)表達(dá)HOTAIRM1能夠抑制腫瘤細(xì)胞在體外的增殖、遷移和侵襲并誘導(dǎo)凋亡發(fā)生，同時(shí)減緩裸鼠體內(nèi)腫瘤生長(zhǎng)。進(jìn)一步的機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)HOTAIRM1與miR-148a間存在結(jié)合位點(diǎn)，二者在表達(dá)上呈負(fù)相關(guān)；生物信息學(xué)分析和雙熒光素酶實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)miR-148a與下游靶基因DLGAP1 3′-UTR相結(jié)合，上調(diào)HOTAIRM1可增加抑癌基因DLGAP1(DLG associated protein 1)的表達(dá)，即HOTAIRM1通過(guò)HOTAIRM1/miR-148a/DLGAP1軸調(diào)控人頭頸部腫瘤的發(fā)生發(fā)展[23]。

腎透明細(xì)胞癌中HOTAIRM1的特異性剪切體HM1-3亞型表達(dá)降低，并參與誘導(dǎo)胚胎干細(xì)胞的腎系分化；在永生化細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞中HM1-3的表達(dá)則受到抑制。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在氯化鈷誘導(dǎo)CAKI-1產(chǎn)生的低氧應(yīng)激細(xì)胞中HOTAIRM1、HIF1α(hypoxia inducible factor 1 alpha)蛋白及HIF1α的下游基因ANGPTL4(angiopoietin like 4)表達(dá)均下調(diào)；常氧條件下利用siRNA沉默CAKI-1細(xì)胞中HOTAIRM1后證實(shí)HIF1α蛋白及ANGPTL4表達(dá)降低但HIF1α mRNA無(wú)明顯改變，這提示HOTAIRM1在轉(zhuǎn)錄后水平對(duì)HIF1α進(jìn)行調(diào)控從而促進(jìn)低氧通路關(guān)鍵基因ANGPTL4的表達(dá)[24]。

4 問(wèn)題與展望

HOTAIRM1在惡性腫瘤中的調(diào)控作用和機(jī)制已得到初步揭示，但仍有許多問(wèn)題尚未得到解決，如HOTAIRM1為何會(huì)在不同腫瘤中分別呈現(xiàn)促癌和抑癌的作用，其對(duì)腫瘤形成過(guò)程又有何影響，上述問(wèn)題仍需要未來(lái)更系統(tǒng)的大樣本隊(duì)列分析以及對(duì)HOTAIRM1上下游分子進(jìn)行更深層次的實(shí)驗(yàn)研究。相信在不久的將來(lái)，HOTAIRM1能作為新型生物標(biāo)志物與分子治療靶點(diǎn)為腫瘤患者帶來(lái)新的希望。