長(zhǎng)鏈非編碼RNA(LncRNA)在惡性腫瘤與代謝紊亂相互關(guān)系中的作用

王方文 陳 姝

惡性腫瘤已成為影響人民健康的重要疾病之一。據(jù)2018年公布的數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)惡性腫瘤新發(fā)病例占全球的23.7%，而死亡病例約占全球因惡性腫瘤死亡人數(shù)的30%，對(duì)大眾健康和經(jīng)濟(jì)發(fā)展造成了極大的危害[1]。盡管廣大人民群眾和臨床醫(yī)生對(duì)惡性腫瘤的認(rèn)識(shí)不斷提高，然而我國(guó)癌癥的發(fā)病率和病死率仍持續(xù)增加，其原因與我國(guó)人民的生活水平顯著提高，不良生活方式增加，使某一些腫瘤的發(fā)生呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)。隨著基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床醫(yī)學(xué)研究的不斷深入，越來(lái)越多的證據(jù)顯示，包括葡萄糖、脂肪酸等多種代謝的紊亂均是惡性腫瘤發(fā)生的重要危險(xiǎn)因素和致病原因[2]。研究顯示，葡萄糖、脂肪酸等代謝紊亂或代謝綜合征可顯著增加癌癥的患病率和病死率，使大腸癌、膀胱癌、子宮內(nèi)膜癌、胰腺癌、宮頸癌等風(fēng)險(xiǎn)大幅度增加，其增幅可達(dá)到80%以上[3]。所有的代謝紊亂因素，包括超重或肥胖、高血壓、高血糖、血脂異常等，均被證實(shí)可顯著增加癌癥的死亡風(fēng)險(xiǎn)[4-7]。

越來(lái)越多的基礎(chǔ)和臨床研究指出，包括炎癥、氧化應(yīng)激以及內(nèi)分泌因子等多種因素介導(dǎo)了代謝紊亂與惡性腫瘤之間的相互作用。代謝綜合征已被證實(shí)為一種慢性炎癥性疾病，而肥胖、2型糖尿病或高脂血癥等造成了多種炎癥因子的釋放。包括白介素-6(interleukin-6, IL-6)、IL-8及腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)等炎癥因子可能通過(guò)激活核因子-κB(nuclear factor-kappa B, NF-κB)通路促進(jìn)了腫瘤的發(fā)生、生長(zhǎng)和侵襲等[8]。葡萄糖、脂肪酸等代謝紊亂造成的細(xì)胞無(wú)氧呼吸以及糖酵解增強(qiáng)，將一般細(xì)胞的三羧酸循環(huán)有氧代謝模式轉(zhuǎn)變?yōu)檫m合腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生、增殖和侵襲的代謝模式，而氧自由基的堆積也增加了正常細(xì)胞的突變風(fēng)險(xiǎn)，誘發(fā)了惡性細(xì)胞增殖[9]。糖酵解是腫瘤代謝的重要途徑之一。為了保持腫瘤細(xì)胞的快速增殖和生長(zhǎng)，腫瘤細(xì)胞需要大量的ATP和能量供應(yīng)，因此，盡管在有氧環(huán)境下，腫瘤細(xì)胞的功能仍采用糖酵解的方式進(jìn)行，這被稱為Warburg效應(yīng)。此外，多種內(nèi)分泌因子被認(rèn)為在代謝紊亂和惡性腫瘤不良交互影響中發(fā)揮了巨大的作用。例如，胰島素抵抗誘導(dǎo)胰島素樣生長(zhǎng)因子1(insulin-like growth factor-1, IGF-1)的釋放，后者直接或間接的激活p21/ras/有絲分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)途徑，促進(jìn)了腫瘤細(xì)胞的增殖并抑制了腫瘤細(xì)胞的凋亡發(fā)生[10]。而瘦素(leptin)和脂聯(lián)素(adiponectin)等與代謝紊亂密切相關(guān)的脂肪因子亦與惡性腫瘤密切相關(guān)。瘦素可上調(diào)包括血小板衍生生長(zhǎng)因子-2(platelet-derived growth factor-2, PDGF-2)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor, FGF)、表皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor, EGF)、巨噬細(xì)胞集落刺激因子(macrophage colony stimulating factor, M-CSF)以及肥大細(xì)胞生長(zhǎng)因子(mast cell growth factor, MGF)等多種生長(zhǎng)因子，促進(jìn)細(xì)胞增殖和血管新生，增加了乳腺癌、肝細(xì)胞癌、胰腺癌、前列腺癌、卵巢癌以及結(jié)腸癌等多種惡性腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)[11]；而代謝紊亂降低了血中脂聯(lián)素的水平，后者可通過(guò)抑制雷帕霉素靶蛋白(the mammalian target of rapamycin, mTOR)，通過(guò)p53、單磷酸腺苷活化蛋白激酶(adenosine 5’-monophosphate-activated protein kinase, AMPK)等分子蛋白，抑制腫瘤細(xì)胞增殖，促進(jìn)其凋亡，抑制脂聯(lián)素的表達(dá)將減弱這一脂肪因子的抑癌作用，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的存活能力和侵襲能力[12]。

除了神經(jīng)-體液因素以外，作為重要環(huán)境因素，葡萄糖以及脂肪酸等代謝紊亂亦可通過(guò)表觀遺傳途徑影響惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展。多種表觀遺傳因素參與了惡性腫瘤的發(fā)生，包括組蛋白乙?；?、DNA甲基化、染色體重塑以及非編碼RNA(non-coding RNA, ncRNA)[13]。其中，非編碼RNA發(fā)揮了較為重要的作用，亦是學(xué)術(shù)界關(guān)注和研究的重點(diǎn)。ncRNA是指不能編碼蛋白的核糖核酸，其發(fā)揮了調(diào)節(jié)基因表達(dá)和蛋白功能等多種生物學(xué)效應(yīng)。ncRNA由RNA聚合酶Ⅱ在細(xì)胞核內(nèi)生成和轉(zhuǎn)錄，并形成較長(zhǎng)的前體mRNA，前體mRNA在剪切復(fù)合物的作用下，形成短鏈(≈20個(gè)核苷酸)、中等長(zhǎng)度(≈20-200個(gè)核苷酸)以及長(zhǎng)鏈(>200個(gè)核苷酸)的ncRNA[13]。不同于其他長(zhǎng)度的ncRNA，長(zhǎng)鏈ncRNA(lncRNA)發(fā)揮了順式作用元件和反式作用因子的功能，通過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯、剪切等調(diào)節(jié)基因表達(dá)。由于功能多而強(qiáng)大，lncRNA在腫瘤和代謝紊亂中的作用日漸受到關(guān)注，同時(shí)也在二者的相互關(guān)系中發(fā)揮了重要的作用。

一、葡萄糖代謝相關(guān)lncRNA在腫瘤中的作用

糖尿病及胰島素抵抗與惡性腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)，并提示了腫瘤的預(yù)后不良[14-16]。多種lncRNA通過(guò)對(duì)肌肉、胰島以及肝臟的作用，參與了對(duì)機(jī)體整體血糖或單個(gè)細(xì)胞葡萄糖利用的調(diào)節(jié)，并影響了多種腫瘤的發(fā)生和腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)效應(yīng)[17]。其中，lncRNA ANRIL的作用最為突出。lncRNA ANRIL與糖尿病的關(guān)系密切，與包括2型糖尿病、妊娠期糖尿病、移植相關(guān)糖尿病以及囊性纖維化相關(guān)的糖尿病均有關(guān)[18]。同時(shí)，ANRIL發(fā)揮了反式作用因子的作用，起到抑制腫瘤抑制基因CDKN2A/CDKN2B的作用，從而增加了腫瘤的發(fā)生，增強(qiáng)了腫瘤細(xì)胞的增殖和侵襲。基于ANRIL的作用，現(xiàn)有已研究廣泛發(fā)現(xiàn)lncRNA影響了多種腫瘤的發(fā)生，包括膀胱癌、卵巢癌、肺癌、肝癌、胃癌、乳腺癌、食管癌、鼻咽癌、甲狀腺癌、骨肉瘤、宮頸癌、結(jié)腸癌、前列腺癌以及膠質(zhì)瘤等[18]。

LncRNA亦可調(diào)節(jié)單個(gè)腫瘤細(xì)胞的葡萄糖代謝，這在腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移、侵襲或死亡中起到了重要的作用。LncRNA NBR2對(duì)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體(Glucose transporter 1, GLUT1)具有促進(jìn)作用，抑制lncRNA NBR2可降低腫瘤細(xì)胞的葡萄糖攝取，增加藥物誘導(dǎo)的腫瘤細(xì)胞凋亡[19]。LncRNA-p21與缺氧誘導(dǎo)因子-1α(hypoxia inducible factor-1α, HIF-1α)結(jié)合，參與了腫瘤細(xì)胞在無(wú)氧狀態(tài)下的糖酵解，對(duì)于多種腫瘤細(xì)胞在缺氧條件下的生存具有重要的作用[20]。此外，lncRNA PCGEM1通過(guò)c-Myc，lncRNA UCA1并通過(guò)mTOR與信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducers and activators of transcription 3, STAT3)信號(hào)通路，以及l(fā)ncRNA CRNDE通過(guò)胰島素/IGF均可影響腫瘤細(xì)胞內(nèi)的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)和葡萄糖代謝，直接影響腫瘤細(xì)胞的生物學(xué)功能[17]。

此外，一些腫瘤相關(guān)的lncRNA亦參與了對(duì)葡萄糖代謝的調(diào)節(jié)。LncRNA H19早期被發(fā)現(xiàn)通過(guò)與Zeste基因增強(qiáng)子同源物2(enhancer of Zeste homolog 2, EZH2)結(jié)合，抑制基因轉(zhuǎn)錄，提高了膽囊癌細(xì)胞的侵襲能力[21]。而lncRNA H19在高胰島素作用下表達(dá)下降，影響了骨骼肌對(duì)葡萄糖的利用[22]。

而長(zhǎng)鏈非編碼RNA母源性表達(dá)基因3(Maternally Expressed Gene 3, MEG3)在脂代謝和多種腫瘤之間建立起了橋梁。LncRNA MEG3來(lái)自于DLK1-DIO3基因簇，定位于染色體14q32.3上，早期的研究認(rèn)為其受到子宮環(huán)境變化的調(diào)節(jié)[23]。隨著胚胎在子宮的發(fā)育、形成胎兒、分娩并成長(zhǎng)為成體，lncRNA MEG3一致存在于機(jī)體中，并參與了葡萄糖代謝的調(diào)節(jié)。lncRNA MEG3與胰島β細(xì)胞的發(fā)育密切相關(guān)。敲除lncRNA MEG3可降低胰島素的合成和釋放，增加胰島β細(xì)胞的凋亡，其表達(dá)下則降誘導(dǎo)胰島β細(xì)胞的氧化應(yīng)激和炎癥損傷，參與糖尿病的發(fā)病[23]。另一方面，lncRNA MEG3同時(shí)被認(rèn)為是一個(gè)潛在的腫瘤抑制因子。早期研究認(rèn)為，lncRNA MEG3對(duì)機(jī)體血糖的有效調(diào)節(jié)作用是其控制腫瘤的作用機(jī)制。研究顯示，lncRNA MEG3的表達(dá)下降或丟失在25%的神經(jīng)細(xì)胞瘤、81%的肝細(xì)胞癌、82%的神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者中被觀察到，并且lncRNA MEG3的水平下降與各種腫瘤的不良預(yù)后密切相關(guān)[24]。除了lncRNA MEG3對(duì)糖代謝的調(diào)節(jié)發(fā)揮對(duì)腫瘤發(fā)生的抑制作用以外，lncRNA MEG3也存在不依賴于葡萄糖代謝調(diào)節(jié)的作用。lncRNA MEG3可抑制MDM2癌基因，降低其降解經(jīng)典的腫瘤抑制因子p53的作用，誘導(dǎo)p53的表達(dá)增加，并通過(guò)p53降低細(xì)胞自噬，提高細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期停滯，發(fā)揮抑制腫瘤的作用[25]。lncRNA MEG3對(duì)腫瘤的抑制作用也與其他的一些機(jī)制有關(guān)。lncRNA MEG3可破壞PI3K/AKT信號(hào)通路，抑制腫瘤的生長(zhǎng)，發(fā)揮控制腫瘤的作用；同時(shí)，lncRNA MEG3也可控制腫瘤血管的生長(zhǎng)，敲除lncRNA MEG3后，血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)及其受體(VEGFR1及VEGFR2)的基因表達(dá)顯著下降，對(duì)腫瘤的形成和生長(zhǎng)具有抑制作用[23]。

二、脂肪酸代謝相關(guān)lncRNA在腫瘤中的作用

高脂血癥是多種疾病的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素。除了心腦血管疾病以外，越來(lái)越多的研究證實(shí)脂代謝異常亦與腫瘤的發(fā)展密切相關(guān)。報(bào)道顯示，高脂血癥增加了包括肺癌、前列腺癌和乳腺癌在內(nèi)的多種惡性腫瘤的風(fēng)險(xiǎn)[26-28]。高脂血癥對(duì)惡性腫瘤的調(diào)節(jié)涉及多個(gè)方面，廣泛影響腫瘤的化療敏感性、細(xì)胞增殖、腫瘤血管形成、腫瘤的侵襲等多個(gè)方面[29-30]。而lncRNA在高脂血癥與惡性腫瘤相互關(guān)系中發(fā)揮了重要的作用。脂肪酸合酶(fatty acid synthetase, FASN)介導(dǎo)了細(xì)胞脂肪酸的合成，同時(shí)也被發(fā)現(xiàn)在多種類(lèi)型的腫瘤組織中表達(dá)和活性增加，并介導(dǎo)了腫瘤的生成、增殖和侵襲[31]。LncRNA HAGLR發(fā)揮了抑制FASN表達(dá)的作用，其在腫瘤細(xì)胞中增加了游離脂肪酸的合成并增加了非小細(xì)胞肺癌的增殖和侵襲能力[32]。而lncRNA PVT1可增加FASN的表達(dá)，并促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞的增殖、轉(zhuǎn)移和侵襲，降低細(xì)胞凋亡[33]。而脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)亦與腫瘤的生理狀態(tài)密切相關(guān)。lncRNA LNMICC通過(guò)調(diào)節(jié)脂肪酸代謝，可提高宮頸癌的淋巴轉(zhuǎn)移，其機(jī)制在于lncRNA LNMICC提高了核因子核仁磷酸蛋白1(nucleophosmin 1, NPM1)與脂肪酸結(jié)合蛋白5(fatty acid-binding protein 5, FABP5)啟動(dòng)子結(jié)合[34]。此外，lncRNA SNHG16通過(guò)影響硬脂?；?輔酶a脫氫酶(stearoyl-CoA desaturase, SCD)影響了結(jié)腸癌的病變。lncRNA SPYR4-IT1靶向作用于二酰甘油?；D(zhuǎn)移酶(diacylgycerol acyltransferase, DGAT)及磷脂酸磷酸水解酶(phospha-tidic acid phophyhydrolase, PAP)參與了黑色素瘤的發(fā)生[35]。lncRNA GAS5(growth arrest specific 5)是一個(gè)與腫瘤關(guān)系密切的lnc RNA，其通過(guò)上調(diào)細(xì)胞周期重要的基因p21和周期蛋白依賴性激酶(cyclin-dependent kinases, CDK6)參與了細(xì)胞周期的調(diào)節(jié)，影響了細(xì)胞的增殖，在多種腫瘤的發(fā)生中具有作用，包括膀胱癌、胃癌及肝細(xì)胞癌等[36]。而近期的研究也發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)lncRNA GAS5對(duì)高脂血癥具有改善作用。這說(shuō)明lncRNA GAS5的表達(dá)改變可能是腫瘤和高脂血癥發(fā)生的共同機(jī)制和病因，其在二者發(fā)病的相關(guān)性中的具體作用和分子機(jī)制尚需要進(jìn)一步的研究進(jìn)行論證[37]。

而前述的lncRNA MEG3與多種腫瘤的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，同時(shí)其與脂質(zhì)代謝存在雙向調(diào)節(jié)作用：一方面，lncRNA MEG3調(diào)節(jié)了脂質(zhì)代謝，其通過(guò)調(diào)節(jié)肝細(xì)胞的慢性炎癥和活性氧簇生成，抑制了肝細(xì)胞的細(xì)胞外基質(zhì)堆積和肝纖維化，降低了異常的脂質(zhì)過(guò)氧化，對(duì)于維持肝細(xì)胞對(duì)脂質(zhì)的正常代謝具有重要的作用[38]；另一方面，肥胖以及高脂飲食等不良脂肪代謝因素造成了lncRNA MEG3的低甲基化，造成lncRNA MEG3的表達(dá)下降，這可能是脂質(zhì)代謝紊亂致多種腫瘤發(fā)生的重要因素之一[39]。

三、礦物質(zhì)代謝相關(guān)lncRNA在腫瘤中的作用

除了糖脂代謝以外，機(jī)體的礦物質(zhì)代謝異常亦被認(rèn)為是影響腫瘤細(xì)胞增殖轉(zhuǎn)移，促進(jìn)癌癥發(fā)生的重要代謝因素。如鈣通過(guò)與鈣調(diào)蛋白(calmodulin)結(jié)合，導(dǎo)致鈣調(diào)磷酸酶(calcineurin)的激活，后者將導(dǎo)致活化T細(xì)胞核因子(nuclear factor of activated T-cells, NFAT)去磷酸化及核轉(zhuǎn)位，進(jìn)而靶向調(diào)節(jié)下游靶基因，引起細(xì)胞異常增殖[40]。而鈣的代謝差異也反應(yīng)了腫瘤對(duì)放射治療的敏感性[41]。此外，鋅的代謝與胞內(nèi)重定位與乳腺癌細(xì)胞的侵襲能量有關(guān)；鎂代謝異常影響細(xì)胞的色氨酸代謝，導(dǎo)致細(xì)胞呈現(xiàn)惡性腫瘤的特點(diǎn)；硒代謝與惡性腫瘤進(jìn)展風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)；鐵代謝異?？捎绊懩[瘤細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性，增加了乳腺癌對(duì)多柔比星和順鉑的耐藥性[41]。

LncRNA亦參與了礦物質(zhì)代謝的調(diào)節(jié)，其可能是礦物質(zhì)代謝與腫瘤之間的中間介質(zhì)。lncRNA ANRIL與多種腫瘤密切相關(guān)，其作用依賴于抑癌基因CDKN2[19]，而后者亦被發(fā)現(xiàn)可調(diào)節(jié)機(jī)體的礦物質(zhì)代謝，影響骨的發(fā)育[42]。此外，膽囊癌相關(guān)的lncRNA H19也被報(bào)道與影響了礦物質(zhì)代謝，這一作用依賴于lncRNA H19對(duì)NOTCH1的抑制作用，后者的下游通路為Hes相關(guān)家族bHLH轉(zhuǎn)錄因子1(Hes related family bHLH transcription factor 1, HEY1)，這是骨礦物質(zhì)代謝相關(guān)因子——骨形態(tài)發(fā)生蛋白-2(bone morphogenetic protein 2, BMP2)和Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2(runt-related transcription factor 2, RUNX2)的重要抑制蛋白。因此，lncRNA H19可抑制NOTCH1，并可通過(guò)HEY1-BMP2/RUNX2信號(hào)通路擾亂骨和礦物質(zhì)的代謝，以及骨骼的發(fā)育和形成[43]。此外，皮膚癌與皮膚角質(zhì)細(xì)胞的異常增殖和分化密切相關(guān)。作為重要的一種微量元素，鈣調(diào)節(jié)了皮膚角質(zhì)細(xì)胞的增殖和分化，并在皮膚癌的發(fā)生中發(fā)揮重要的作用。LncRNA通過(guò)調(diào)節(jié)鈣的代謝，參與了皮膚癌的發(fā)生。研究顯示，多種lncRNA在其中具有作用：通過(guò)lncRNA芯片發(fā)現(xiàn)，在皮膚癌角化細(xì)胞中，lncRNA H19、lncRNA HOTTIP以及l(fā)ncRNA Nespas的表達(dá)顯著增加；而抑制腫瘤的lncRNA，如lncRNA p21和lncRNA Kcnq1ot1的表達(dá)顯著下降。上述lncRNA通過(guò)對(duì)鈣代謝相關(guān)的維生素D受體調(diào)節(jié)，參與了機(jī)體鈣的代謝，亦在皮膚癌的發(fā)生中發(fā)揮了作用，在鈣代謝和皮膚癌的發(fā)生中具有相互關(guān)系[44]。前期研究顯示，鐵的代謝與肝細(xì)胞癌密切相關(guān)。LncRNA PVT1介導(dǎo)了鐵代謝異常與肝細(xì)胞癌的發(fā)生。有報(bào)道指出，LncRNA PVT1在肝細(xì)胞癌組織及細(xì)胞中表達(dá)上升，上調(diào)的LncRNA PVT1則可使miR-150下調(diào)，并可使缺氧誘導(dǎo)蛋白2(Hypoxia-inducible protein 2, HIG2)的表達(dá)上調(diào)；HIG2的增加減少了肝癌細(xì)胞的凋亡，增加了肝癌細(xì)胞的增殖，同時(shí)對(duì)肝癌細(xì)胞的鐵代謝平衡造成了不良的影響[45]。

綜上所述，lncRNA作為日漸受到研究者以及臨床醫(yī)生關(guān)注的重要非編碼RNA，其在機(jī)體的正常生理功能維持和病理?xiàng)l件下的疾病進(jìn)展中發(fā)揮了重要的作用。作為重要的信號(hào)分子，lncRNA在多種代謝相關(guān)疾病和多種腫瘤的發(fā)生之間搭建起了關(guān)鍵的橋梁。在針對(duì)基礎(chǔ)研究的同時(shí)，基于基礎(chǔ)研究的多種成果，越來(lái)越多的研究者聚焦于針對(duì)lncRNA為靶點(diǎn)的探索性治療手段，以希望打斷代謝疾病與腫瘤之間的不良聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)對(duì)代謝相關(guān)疾病和腫瘤的改善及治療目的。例如，lncRNA SRA在肥胖、脂肪肝等代謝疾病以及乳腺癌、前列腺癌等腫瘤疾病中均有重要的作用，利用CRISPR-Cas9等基因編輯技術(shù)，針對(duì)lncRNA SRA進(jìn)行組織特異性的剪切或過(guò)表達(dá)將有望對(duì)肥胖、脂肪肝等代謝疾病以及乳腺癌、前列腺癌等腫瘤疾病進(jìn)行治療[46]。但這些治療的開(kāi)展仍需長(zhǎng)期和大量的基礎(chǔ)和臨床研究提供理論依據(jù)。