曹 亮,沈孝坤,陳小兵
(1.鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院,河南 鄭州 450014;2.溫州大學(xué)附屬浙江省臺(tái)州醫(yī)院,浙江 臺(tái)州 317000;3.河南省腫瘤醫(yī)院、鄭州大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院消化內(nèi)科,河南 鄭州 450008)
長(zhǎng)鏈非編碼RNA在胃癌上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化中的研究進(jìn)展
曹 亮1,3,沈孝坤2,陳小兵3
(1.鄭州大學(xué)第二附屬醫(yī)院,河南 鄭州 450014;2.溫州大學(xué)附屬浙江省臺(tái)州醫(yī)院,浙江 臺(tái)州 317000;3.河南省腫瘤醫(yī)院、鄭州大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院消化內(nèi)科,河南 鄭州 450008)
胃癌是我國(guó)常見(jiàn)的惡性腫瘤之一,在我國(guó)其發(fā)病率僅次于肺癌。每年約有17萬(wàn)人死于胃癌。腫瘤轉(zhuǎn)移是多步驟多分子參與的過(guò)程。上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化(EMT)是激發(fā)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵。確認(rèn)參與EMT轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵分子,理解EMT形成機(jī)制是積極預(yù)防腫瘤轉(zhuǎn)移,提高晚期惡性腫瘤治療方法的重要研究方向。近年來(lái),隨著基因測(cè)序技術(shù)的不斷進(jìn)步,人類基因中發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多非編碼RNA與惡性腫瘤的形成、侵襲及轉(zhuǎn)移密切相關(guān),非編碼RNA中的長(zhǎng)鏈非編碼RNA(lncRNA)得到了廣泛關(guān)注。LncRNAs在胃癌進(jìn)展及轉(zhuǎn)移中同樣發(fā)揮著有力的調(diào)控作用。本文專注于分析與胃癌EMT相關(guān)的lncRNAs,這些lncRNA通過(guò)影響蛋白降解,轉(zhuǎn)錄控制以及調(diào)控miRNA以促進(jìn)EMT發(fā)生,從而介導(dǎo)腫瘤的轉(zhuǎn)移?;谀壳把芯炕A(chǔ),真正闡明lncRNA與胃癌轉(zhuǎn)移的機(jī)制還有很多未知,需要進(jìn)一步去發(fā)現(xiàn)。
長(zhǎng)鏈非編碼RNA;上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化;胃癌
胃癌是我國(guó)常見(jiàn)的惡性腫瘤之一,在我國(guó)其發(fā)病率僅次于肺癌。每年約有17萬(wàn)人死于胃癌[1]。胃癌在我國(guó)發(fā)病率及死亡率均高于世界平均水平,并且中青年的發(fā)病率逐年上升。大多胃癌患者發(fā)現(xiàn)時(shí)已是晚期,胃癌的侵襲與轉(zhuǎn)移是導(dǎo)致患者治療失敗和死亡的主要原因。盡管研究證實(shí)環(huán)境因素和大量基因損傷促進(jìn)胃癌進(jìn)展,但是胃癌的具體病理學(xué)機(jī)制仍存在很多未知。轉(zhuǎn)移是個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,異常增殖是腫瘤發(fā)生的必要條件,改變腫瘤細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性及接觸性是腫瘤細(xì)胞在體內(nèi)擴(kuò)散的關(guān)鍵[2]。
上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-to-mesenchymal transition,EMT)是內(nèi)皮來(lái)源腫瘤細(xì)胞的細(xì)胞內(nèi)皮黏附因子減少,收縮細(xì)胞骨架的蛋白增多,從而使細(xì)胞形態(tài)向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化,使上皮細(xì)胞與基底膜脫離,從而為腫瘤細(xì)胞的遷移做好了準(zhǔn)備[3-4]。當(dāng)然,遷移的過(guò)程需要很多酶的參與,并且其表達(dá)上調(diào),同時(shí)需要抑制細(xì)胞的“失巢效應(yīng)”才能夠完成[5]。既往對(duì)EMT的研究大多停留在蛋白水平,隨著基因測(cè)序技術(shù)的不斷進(jìn)步,發(fā)現(xiàn)既往被認(rèn)為是“垃圾”的非編碼RNA在腫瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移過(guò)程中發(fā)揮了重要的功能[6]。
長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)作為非編碼RNA家族重要成員之一,已成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。2%左右的RNA為蛋白編碼RNA[7]。本文著重研究與胃癌相關(guān)的lncRNA。LncRNA長(zhǎng)度介于200 nt~10 kb。目前發(fā)現(xiàn)的lncRNA有5種:基因間的lncRNA、內(nèi)含子lncRNA、正義與反義lncRNA、假基因及逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子[8]。很多證據(jù)表明lncRNA不僅影響著正常細(xì)胞的分化、生長(zhǎng)等生物學(xué)行為,在正常的生命過(guò)程中發(fā)揮重要作用,而且在腫瘤的發(fā)生、侵襲及轉(zhuǎn)移中亦扮演著重要角色[9]。LncRNA在正常組織與腫瘤組織中表達(dá)水平有差異。有些lncRNA在腫瘤組織中呈現(xiàn)高表達(dá),功能類似于抑癌基因,比如LET、MEG3[10-11]。一些lncRNA在腫瘤組織中呈現(xiàn)低表達(dá),功能上呈促癌基因的作用,比如HOTAIR、MALAT-1[12-13]。由于腫瘤的高度異質(zhì)性,還有些lncRNA在不同種類腫瘤中表達(dá)不同,相應(yīng)的也發(fā)揮不同的作用,比如BANCR在黑色素瘤組織中的表達(dá)明顯高于正常組織,而在肺癌組織中的表達(dá)明顯下調(diào),低于其周圍正常組織[14]。
與腫瘤EMT、侵襲及轉(zhuǎn)移相關(guān)的lncRNA作用機(jī)制包括[15]:1)表觀遺傳調(diào)控及染色質(zhì)修改;2)轉(zhuǎn)錄控制;3)剪切控制;4)ceRNA/mRNA黏附;5)通過(guò)miRNA 海綿作用調(diào)控mRNA穩(wěn)定性;6)調(diào)節(jié)蛋白翻譯;7)調(diào)節(jié)蛋白降解及蛋白穩(wěn)定性。但是lncRNA與胃癌的EMT轉(zhuǎn)化精確的調(diào)控機(jī)制以及l(fā)ncRNA發(fā)揮關(guān)鍵性作用的方式尚未完全闡明。本文著重總結(jié)對(duì)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移機(jī)制的研究成果,希望為我們?cè)谶M(jìn)一步尋找可能發(fā)生胃癌轉(zhuǎn)移的生物標(biāo)志物以及胃癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移的具體分子調(diào)控機(jī)制提供方向。
2.1 與EMT相關(guān)在胃癌組織中表達(dá)增高的lncRNA
2.1.1 H19 H19位于11p15.5染色體,長(zhǎng)度為2.3 kb。H19在胃癌細(xì)胞系及胃癌組織中均呈現(xiàn)高表達(dá)[16]。Zhang等[17]發(fā)現(xiàn)H19與p53相關(guān)聯(lián),參與p53失活,抑制腫瘤細(xì)胞凋亡。H19是miR-675的前驅(qū)基因,通過(guò)間接靶向調(diào)控miR-675而扮演癌基因的角色。miR-675在胃癌細(xì)胞上的靶點(diǎn)為腫瘤抑制基因RUNX1。H19通過(guò)調(diào)控miR-675間接控制RUNX1基因,形成H19/miR-675/RUNX1通路軸在胃癌細(xì)胞生長(zhǎng)中起到重要作用[18]。Park等[19]研究發(fā)現(xiàn)miR-141抑制ZEB1,上調(diào)E-cadherin,在EMT進(jìn)展中扮演重要角色。有研究發(fā)現(xiàn)H19與miR-141在胃癌細(xì)胞系中存在串話機(jī)制。他們首先預(yù)測(cè)miR-141可能在H19上的結(jié)合位點(diǎn),然后克隆出這段預(yù)測(cè)靶點(diǎn)的基因序列,并且用熒光素酶標(biāo)記,結(jié)果顯示,miR-141抑制熒光素酶的活性,如果使假定的靶點(diǎn)基因突變,則miR-141降低了對(duì)熒光素酶的反應(yīng),繼而證實(shí)miR-141特異性的綁定lncRNA H19,抑制H19對(duì)胃癌細(xì)胞繁殖及侵襲的促進(jìn)。另外,還有研究發(fā)現(xiàn)如果miR-141過(guò)表達(dá),則ZEB1表達(dá)則下降,然而,H19過(guò)表達(dá)則可以誘發(fā)ZEB1。進(jìn)一步同時(shí)轉(zhuǎn)染miR-141及H19質(zhì)粒,顯示miR-141抑制H19誘導(dǎo)的ZEB1,H19通過(guò)調(diào)控miR-141的靶基因ZEB1來(lái)反作用于miR-141[20]。
2.1.2 HOTAIR HOTAIR位于HOX基因組,由HOXC位點(diǎn)轉(zhuǎn)錄,但不影響HOXC mRNA及蛋白水平,HOTAIR趨使核心蛋白復(fù)合體至HOXD位點(diǎn),激活基因表達(dá)并且驅(qū)動(dòng)腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移[21]。HOTAIR在乳腺癌、結(jié)直腸癌、肝癌以及胃癌組織中呈現(xiàn)出上升表達(dá),并且與腫瘤的侵襲、轉(zhuǎn)移以及不良預(yù)后密切相關(guān)[21-23]。
2.1.3 HULC 肝癌高表達(dá)因子(HULC)位于6p24.3染色體上[24]。HULC在肝癌組織中高表達(dá),有意思的是HULC在直腸癌肝臟轉(zhuǎn)移灶高表達(dá),而不是直腸癌原發(fā)部位。在胃癌細(xì)胞系SGC7901、BGC823及AGS均發(fā)現(xiàn)HULC高表達(dá)[25]。進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)與周圍正常胃組織相比,在胃癌組織中HULC呈現(xiàn)明顯高表達(dá),并且在胃癌淋巴轉(zhuǎn)移灶及遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移灶均有高HULC的表達(dá)。細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中如果敲除HULC不僅可以抑制胃癌細(xì)胞復(fù)制,還可以逆轉(zhuǎn)胃癌細(xì)胞的侵襲及EMT表象,由此首次揭示出HULC與胃癌EMT呈正相關(guān)[26]。在胃癌細(xì)胞系HULC通過(guò)調(diào)控E-cadherin及vimentin達(dá)到部分調(diào)控EMT進(jìn)展的目的。這個(gè)調(diào)控機(jī)制還有待于進(jìn)一步研究。HULC的功能特點(diǎn)類似于miRNA,可能是通過(guò)分子誘餌,或miRNA海綿作用清除miR-372,而miR-372能夠轉(zhuǎn)錄抑制cAMP反應(yīng)元件組合蛋白(CREB)的一種激酶,一旦CREB被激活則可以促進(jìn)HULC的轉(zhuǎn)錄[27]。
2.1.4 CCAT1 人類結(jié)腸癌相關(guān)轉(zhuǎn)移因子-1(CCAT1)在胃癌組織中表達(dá)高于正常胃組織,對(duì)腫瘤進(jìn)展及轉(zhuǎn)移起到調(diào)控作用。其上游是C-myc,可以促進(jìn)CCAT1高表達(dá),相反,敲除后則抑制CCAT1的表達(dá)。CCAT1通過(guò)轉(zhuǎn)錄控制形成EMT轉(zhuǎn)化。CCAT1高表達(dá)與胃癌的預(yù)后不良相關(guān),也許可以成為胃癌靶向治療的新靶點(diǎn)[28]。
2.1.5 CCAT2 CCAT2在乳腺癌、肺癌以及胃癌組織中表達(dá)高于周圍正常組織,CCAT2高表達(dá)促進(jìn)細(xì)胞遷移,也與腫瘤的進(jìn)展以及轉(zhuǎn)移密切相關(guān),統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)其高表達(dá)與患者不良預(yù)后有關(guān)[29]。WNT信號(hào)通路通過(guò)抑制糖原合成酶激酶介導(dǎo)的磷酸化作用以及抑制細(xì)胞中的β-catenin降解,通過(guò)轉(zhuǎn)錄控制誘發(fā)EMT轉(zhuǎn)化。CCAT2與TCF7L2相互作用增強(qiáng)WNT信號(hào)活性,從而促進(jìn)EMT進(jìn)展[30]。
2.1.6 其他 其他在胃癌組織高表達(dá)的lncRNA還包括以下幾種:GAPLINC:在胃癌組織中表達(dá)明顯高于正常胃組織,CD44是跨膜表面糖蛋白,主要參與腫瘤細(xì)胞與宿主基質(zhì)的黏附,在腫瘤侵襲轉(zhuǎn)移中起到促進(jìn)作用。GAPLINC通過(guò)調(diào)控依賴CD44的腫瘤細(xì)胞來(lái)促進(jìn)EMT轉(zhuǎn)化[31]。LNCRNA-ATB:TGF-β激活A(yù)TB的活性,而ATB則競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-200c,并且上調(diào)了ZEB1以及ZNF-217的水平,通過(guò)調(diào)控mRNA促進(jìn)腫瘤細(xì)胞EMT轉(zhuǎn)化[32]。RUNX1-IT1:在胃癌轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)中呈現(xiàn)高表達(dá)。參與了胃癌細(xì)胞EMT轉(zhuǎn)化,侵襲及轉(zhuǎn)移,具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究[33]。尿路上皮癌相關(guān)抗原1(UCA1):位于19p13.12染色體,在胃癌組織中高表達(dá),UCA1上調(diào)p18/HBx進(jìn)而促腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)復(fù)制[34]。
2.2 與EMT相關(guān)在胃癌組織中表達(dá)降低的lncRNA
2.2.1 LET LET在肝癌、肺癌、結(jié)直腸癌以及胃癌的癌旁組織中的表達(dá)量低于正常組織[35-36],是胃癌、膀胱癌的獨(dú)立預(yù)后因素。敲除LET可以促進(jìn)肝癌細(xì)胞侵襲與轉(zhuǎn)移[35]。已經(jīng)明確低氧是誘導(dǎo)腫瘤發(fā)生EMT及轉(zhuǎn)移的一個(gè)關(guān)鍵性事件。LET基因調(diào)控EMT作用依賴于影響缺氧誘導(dǎo)因子-1α(HIF1α)基因的表達(dá)。LET特異性結(jié)合NF90,使NF90降解,而NF90可以正調(diào)控HIF1α,也就是LET間接的調(diào)控HIF1α的轉(zhuǎn)錄。反之亦然,高表達(dá)HIF1α可以調(diào)控HDAC3,達(dá)到抑制LET基因表達(dá)的目的[37]。
2.2.2 MEG3 MEG3在多種惡性腫瘤中呈低表達(dá)水平,過(guò)表達(dá)可以抑制腫瘤細(xì)胞系的增殖,證明了MEG3具有抑癌基因的作用[38]。MEG3的表達(dá)可以降低轉(zhuǎn)移、侵襲及細(xì)胞生長(zhǎng)和腫瘤生長(zhǎng)[39]。MEG3與EZH2競(jìng)爭(zhēng)相同下游通路靶點(diǎn)并且通過(guò)介導(dǎo)DNA-RNA三鏈結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)TGFβ通路參與EMT。MEG3能激活依賴與非依賴P53通路的活性而發(fā)揮作用,而P53與EMT密切相關(guān),通過(guò)β-catenin信號(hào)通路發(fā)揮對(duì)EMT的調(diào)控作用。MEG3在胃癌細(xì)胞中發(fā)揮了與癌基因miR-181的競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性作用。另外,MEG3與miRNA之間也存在著串話。比如,沉默miR-148a可以增加DNMT1的表達(dá),導(dǎo)致MEG3的異常甲基化而抑制MEG3的表達(dá)水平,從而促進(jìn)胃癌細(xì)胞繁殖[40]。
2.3 其他lncRNA
2.3.1 BANCR BANCR是一個(gè)長(zhǎng)度為693 bp的lncRNA,位于第9號(hào)染色體,在黑色素瘤、結(jié)直腸癌、甲狀腺癌以及胃癌組織中過(guò)表達(dá),在體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)均證實(shí)黑色素瘤中如果敲除BANCR可以抑制腫瘤的生長(zhǎng)[41]。然而, BANCR在肺癌中表達(dá)低于其周圍正常組織,敲除該基因可以促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)及轉(zhuǎn)移[42]。經(jīng)過(guò)對(duì)比,發(fā)現(xiàn)BANCR在胃癌組織中的表達(dá)高于正常胃組織,BANCR的表達(dá)與不良預(yù)后及腫瘤侵襲及轉(zhuǎn)移呈現(xiàn)正相關(guān)[43]。
2.3.2 SPRY4-IT1 SPRY4-IT1位于5q31.3基因,長(zhǎng)度為687 nt。黑色素瘤、肺癌以及食管癌組織中SPRY4-IT1均呈現(xiàn)高表達(dá)[44]。敲除該基因可以導(dǎo)致細(xì)胞生長(zhǎng)抑制以及促進(jìn)細(xì)胞凋亡發(fā)生。相反的,在非小細(xì)胞肺癌組織中該基因呈現(xiàn)出低表達(dá),類似于抑癌基因的作用[45]。目前SPRY4-IT1在胃癌細(xì)胞及組織中的表達(dá)水平有爭(zhēng)議。Xie等[46]發(fā)現(xiàn)SPRY4-IT1在胃癌組織中呈低表達(dá)特點(diǎn),然而,Peng等[47]發(fā)現(xiàn)SPRY4-IT1在胃癌組織中的表達(dá)水平是上升的。Xie等[46]發(fā)現(xiàn)SPRY4-IT1水平的上升,在細(xì)胞系SGC7901及BGC823中阻礙腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移及侵襲。然而,敲除SPRY4-IT1則起到促進(jìn)發(fā)展的作用。這在胃癌模型小鼠實(shí)驗(yàn)得出相同的結(jié)果,SPRY4-IT1的升高可以抑制胃癌轉(zhuǎn)移。就其理論依據(jù),過(guò)表達(dá)SPRY4-IT1可以增加E-cadhern表達(dá),降低Vimentin表達(dá),敲除SPRY4-IT1則得到相反的結(jié)果。有意思的是,Peng等[47]得出的結(jié)論剛好相反,他們發(fā)現(xiàn)SPRY4-IT1表達(dá)水平的降低可以促進(jìn)胃癌侵襲及轉(zhuǎn)移,促進(jìn)EMT轉(zhuǎn)化,而且還發(fā)現(xiàn)在胃癌細(xì)胞系及胃癌組織中SPRY4-IT1抑制cyclin D1、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP2)及MMP9的下調(diào)。cyclin D1參與細(xì)胞生長(zhǎng)周期的調(diào)控,MMPs參與多種腫瘤生物學(xué)行為,特別是血管調(diào)節(jié)和腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移[48]。SPRY4-IT1通過(guò)調(diào)節(jié)cyclin D1、MMP-2及MMP-9控制胃癌細(xì)胞侵襲及轉(zhuǎn)移。因此,需要更多的實(shí)驗(yàn)來(lái)明確胃癌EMT中l(wèi)ncRNA的精確作用機(jī)制。
越來(lái)越多的研究開(kāi)始針對(duì)lncRNA在腫瘤中的功能進(jìn)行了研究,lncRNA不再被視為“垃圾”或“噪音”成份。不可否認(rèn),相比miRNA來(lái)說(shuō),對(duì)于lncRNA生物學(xué)行為的了解還屬于初級(jí)階段。腫瘤的EMT、侵襲及轉(zhuǎn)移機(jī)制非常復(fù)雜,是細(xì)胞內(nèi)多個(gè)分子多個(gè)環(huán)節(jié)失調(diào)的結(jié)果,導(dǎo)致我們至今仍有很多謎團(tuán)無(wú)法揭開(kāi)。本文著重總結(jié)lncRNA在胃癌EMT中的重要生物學(xué)行為,然而只有幾個(gè)lncRNAs進(jìn)行了詳細(xì)的細(xì)胞系及胃癌小鼠模型研究。到底EMT轉(zhuǎn)化過(guò)程中l(wèi)ncRNA在人體內(nèi)如何串話,如何受到其他基因的調(diào)控,如何確定到底哪些基因和分子參與其中,這些基因又是如何發(fā)揮作用的,都是尚待解決的難題。總之,目前的研究為理解lncRNA在胃癌轉(zhuǎn)移中所起的功能提供了新的研究思路,我們期待更好的技術(shù)與研究工具來(lái)挖掘和分析lncRNA的功能特點(diǎn),更深入了解lncRNA與胃癌發(fā)生、EMT以及腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)系。發(fā)現(xiàn)與胃癌特異相關(guān)的lncRNA,用來(lái)幫助臨床早期發(fā)現(xiàn)、診斷和治療胃癌,更希望能夠通過(guò)lncRNA找到治愈晚期轉(zhuǎn)移性胃癌的方法。
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國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(編號(hào):81472714);河南省醫(yī)學(xué)科技公關(guān)計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(編號(hào):201502027)
曹亮(1976-),女,博士在讀,主治醫(yī)師,主要從事消化道腫瘤研究。
沈孝坤(1983-),男,博士,教授,研究員,主要從事消化道腫瘤研究。E-mail: shenven@126.com 陳小兵(1972-),男,博士,主任醫(yī)師,博士生導(dǎo)師,主要從事腫瘤內(nèi)科臨床、教學(xué)、科研工作。E-mail:2290773710@qq.com
10.3969/j.issn.1673-5412.2017.02.031
R735.2;R730.23
A
1673-5412(2017)02-0176-05
2016-12-30)