長(zhǎng)鏈非編碼RNA H19在腫瘤中的研究進(jìn)展Δ

胡雪停，徐祥

陸軍軍醫(yī)大學(xué)大坪醫(yī)院干細(xì)胞與再生醫(yī)學(xué)科，創(chuàng)傷、燒傷與復(fù)合傷國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400042

長(zhǎng)鏈非編碼 RNA（long noncoding RNA，lncRNA）是非編碼RNA中一類長(zhǎng)度超過200個(gè)核苷酸序列的RNA分子。這種RNA雖然不編碼蛋白質(zhì)，但能以RNA的形式通過多種方式調(diào)控基因的表達(dá)，參與各項(xiàng)生理過程的調(diào)控[1]。甚至有些lncRNA分子還可通過編碼短肽來發(fā)揮作用[2]。lncRNA是目前腫瘤學(xué)研究中的熱點(diǎn)。有研究發(fā)現(xiàn)lncRNA幾乎參與了腫瘤全部生理過程的調(diào)控[3]，迄今已發(fā)現(xiàn)許多對(duì)于腫瘤防治有指導(dǎo)意義的lncRNA分子[4]。H19是人類最早發(fā)現(xiàn)的lncRNA分子，位于人類染色體11p15.5，全長(zhǎng)2.3 kb，包括5個(gè)外顯子及4個(gè)內(nèi)含子，可通過剪切生成微小RNA（microRNA，m iRNA）-675[5]。H19基因是印記基因，具有父系印記特征，可選擇性地表達(dá)母源性等位基因。研究顯示，H19在多種腫瘤中呈高表達(dá)，且與腫瘤轉(zhuǎn)移及預(yù)后密切相關(guān)[6-7]。但是，H19在不同腫瘤中的作用不同，作用機(jī)制也有差異，其本身也受多重因素的調(diào)控。本文就H19在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用、分子機(jī)制及其自身的表達(dá)調(diào)控情況作一綜述。

1 H19在腫瘤發(fā)生發(fā)展中的作用

1.1 H19與腫瘤細(xì)胞增殖

細(xì)胞無限增殖是腫瘤的基本特征之一，H19對(duì)于腫瘤細(xì)胞的增殖具有調(diào)控作用。Luo等[8]研究發(fā)現(xiàn)，H19通過上調(diào)DNA結(jié)合/分化抑制因子2（inhibitor of DNA binding/differentiation 2，ID2）的表達(dá)來促進(jìn)膀胱癌細(xì)胞增殖。而Wu等[9]研究發(fā)現(xiàn)，H19在喉鱗狀細(xì)胞癌（laryngeal squamous cell carcinoma，LSCC）中呈高表達(dá)，敲除H19則可以抑制LSCC細(xì)胞的增殖、遷移及侵襲，該研究還發(fā)現(xiàn)H19通過調(diào)控miRNA-148a-3p來上調(diào)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1（DNA methyltransferase 1，DNMT1）的表達(dá)，從而促進(jìn)LSCC的進(jìn)展。此外，Zhou等[10]發(fā)現(xiàn)H19可通過產(chǎn)物miRNA-675-5p靶向RALBP1相關(guān)Eps結(jié)構(gòu)域 2（RALBP1 associated Eps domain containing 2，REPS2）來促進(jìn)食管鱗狀細(xì)胞癌的發(fā)展及轉(zhuǎn)移。Liu等[11]則發(fā)現(xiàn)miRNA-675可通過靶向runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄 因 子 1（runt-related transcription factor 1，RUNX1），繼而活化下游蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）/雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，MTOR）信號(hào)通路來促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖和遷移。H19的產(chǎn)物miRNA-675還可通過許多其他的靶點(diǎn)來促進(jìn)腫瘤的發(fā)展，包括鈣營(yíng)養(yǎng)蛋白1（calneuron 1，CALN1）[12]、視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤相關(guān)蛋白（retinoblastoma-associated protein，RB）[13]、泛素連接酶E3家族的c-Cbl和Cbl-b[14]、周期蛋白依賴性激酶 6（cyclin-dependent kinase 6，CDK6）[15]和細(xì)胞周期蛋白D結(jié)合myb樣轉(zhuǎn)錄因子1（cyclin D binding myb like transcription factor 1，DMTF1）[16]等。另外，H19還被發(fā)現(xiàn)可通過與真核生物翻譯起始因子 4A3（eukaryotic translation initiation factor 4A3，EIF4A3）蛋白結(jié)合來促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖[17]。這些研究表明H19對(duì)于腫瘤的增殖具有重要的正向調(diào)控作用，它可通過自身結(jié)構(gòu)調(diào)控增殖相關(guān)基因的表達(dá)。

1.2 H19與腫瘤細(xì)胞轉(zhuǎn)移

轉(zhuǎn)移也是惡性腫瘤的重要特征，腫瘤發(fā)展至中晚期往往會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)移。原發(fā)部位的腫瘤通?？赏ㄟ^手術(shù)切除，而已經(jīng)轉(zhuǎn)移的腫瘤處理起來十分棘手。腫瘤的轉(zhuǎn)移受多重因素的調(diào)控，研究發(fā)現(xiàn)，H19也參與其中，而且H19對(duì)于腫瘤轉(zhuǎn)移的調(diào)控具有“兩面性”[18]。有研究發(fā)現(xiàn)，H19可以通過生成miRNA-675，靶向鈣黏著蛋白13（cadherin 13）來促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的轉(zhuǎn)移[19]；另外，H19在結(jié)直腸癌中可以通過吸附miRNA-138和miRNA-200a，進(jìn)而上調(diào)波形蛋白（vimentin）、鋅指E-盒結(jié)合同源異形盒（zinc finger E-box binding homeobox，ZEB）1和ZEB2基因的表達(dá)來促進(jìn)上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）的發(fā)生[20]。此外，H19還可通過與zeste基因增強(qiáng)子同源物2（enhancer of zeste homolog 2，EZH2）結(jié)合，激活 Wnt/β-連環(huán)蛋白（β-catenin）信號(hào)通路來抑制上皮型鈣黏著蛋白的表達(dá)，從而促進(jìn)膀胱癌轉(zhuǎn)移[21]。但是另一方面，也有研究發(fā)現(xiàn)H19可以抑制腫瘤轉(zhuǎn)移。例如，Zhang等[22]發(fā)現(xiàn)在肝細(xì)胞癌中miRNA-200家族成員的表達(dá)也可以被H19活化，其機(jī)制是H19與蛋白復(fù)合體核異質(zhì)核糖核蛋白U（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein U，hnRNPU）/賴氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶2B（lysine acetyltransferase 2B，KAT2B，也稱PCAF）/RNA聚合酶Ⅱ（RNA polymeraseⅡ ，RNAPolⅡ）結(jié)合，募集至miRNA-200家族基因的啟動(dòng)子區(qū)域，促進(jìn)miRNA-200家族成員的表達(dá)，進(jìn)而抑制EMT及腫瘤轉(zhuǎn)移。Zhu等[23]研究發(fā)現(xiàn)H19可抑制前列腺癌轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β誘導(dǎo)基因（transforming grow th factor-β induced gene，TGFBI）是miRNA-675的下游靶基因，H19通過生成miRNA-675抑制TGFBI的表達(dá)來抑制前列腺癌的轉(zhuǎn)移。由此可見，H19在腫瘤轉(zhuǎn)移中扮演著“雙面”角色，其發(fā)揮的作用與其調(diào)控的下游基因有關(guān)。

1.3 H19與腫瘤耐藥

化療是腫瘤治療的重要手段，化療藥物可延長(zhǎng)腫瘤患者的生存期。然而，每種化療藥物均會(huì)在使用一段時(shí)間后出現(xiàn)不同程度的耐藥。H19也參與了腫瘤對(duì)化療藥物的抵抗。Tsang和Kwok[24]研究發(fā)現(xiàn)，在對(duì)化療藥物多柔比星耐藥的肝癌細(xì)胞中，多藥耐藥基因1（multidrug resistance 1，MDR1）及其產(chǎn)物P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）高表達(dá)，與此同時(shí)也發(fā)現(xiàn)H19在耐藥細(xì)胞中高表達(dá)；而當(dāng)敲低H19時(shí)，MDR1基因及其產(chǎn)物P-gp的表達(dá)水平降低，細(xì)胞對(duì)多柔比星的敏感性增加；經(jīng)進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，H19是通過調(diào)控MDR1基因啟動(dòng)子區(qū)域的甲基化來調(diào)控MDR1的表達(dá)及肝癌細(xì)胞對(duì)多柔比星的敏感性。此外，Wu等[25]研究發(fā)現(xiàn)，H19在對(duì)化療藥物甲氨蝶呤耐藥的結(jié)直腸癌HT-29細(xì)胞中呈高表達(dá)，功能實(shí)驗(yàn)證明H19介導(dǎo)了HT-29細(xì)胞對(duì)甲氨蝶呤的耐藥，其機(jī)制是H19可以活化Wnt/β-catenin信號(hào)通路。另外，H19被發(fā)現(xiàn)可以通過調(diào)控谷胱甘肽代謝來介導(dǎo)高級(jí)別漿液性卵巢癌對(duì)順鉑的耐藥[26]。Si等[27]研究發(fā)現(xiàn)，在雌激素受體α（estrogen receptor α，ERα）陽性的乳腺癌中，H19通過表觀遺傳調(diào)控沉默促凋亡基因BIK的表達(dá)，從而介導(dǎo)腫瘤對(duì)紫杉醇的耐藥。Han等[28]發(fā)現(xiàn)H19在三陰性乳腺癌中也具有相同的作用，其機(jī)制是H19通過影響AKT信號(hào)通路的活化進(jìn)而介導(dǎo)腫瘤對(duì)紫杉醇的耐藥。以上諸多研究表明H19的高表達(dá)會(huì)促進(jìn)腫瘤對(duì)化療藥物的抵抗作用，它既可以影響耐藥相關(guān)基因的表達(dá)，也可以影響相關(guān)信號(hào)通路的活化。

1.4 H19與腫瘤細(xì)胞干性維持

有學(xué)者認(rèn)為，腫瘤起源于腫瘤干細(xì)胞，正是由于腫瘤干細(xì)胞的存在才能維持著腫瘤細(xì)胞的無限增殖與自我更新，甚至是對(duì)化療藥物的抵抗[29]。H19對(duì)于腫瘤細(xì)胞干性的維持也具有一定的作用。Jiang等[30]研究發(fā)現(xiàn)，H19在膠質(zhì)瘤細(xì)胞中呈高表達(dá)，尤其在CD133+的具有干細(xì)胞特征的細(xì)胞亞群中表達(dá)水平更高；進(jìn)一步的功能實(shí)驗(yàn)證明，過表達(dá)H19可以促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞克隆形成，有利于腫瘤細(xì)胞干性的維持。Peng等[31]也發(fā)現(xiàn)，在乳腺癌腫瘤干細(xì)胞中H19的表達(dá)水平顯著升高，進(jìn)一步的功能實(shí)驗(yàn)表明H19促進(jìn)了乳腺癌細(xì)胞干性的維持，其機(jī)制在于H19能夠吸附let-7，導(dǎo)致核心多能因子LIN28的表達(dá)水平升高。

1.5 H19與腫瘤代謝調(diào)控

腫瘤細(xì)胞常出現(xiàn)代謝異常，腫瘤也被認(rèn)為是一種代謝異常疾病。與正常細(xì)胞相比，腫瘤細(xì)胞即使在有氧條件下依然以不徹底氧化的“糖酵解”方式為自身提供能量，細(xì)胞進(jìn)入一種“需氧糖酵解”的狀態(tài)，稱為“溫伯格效應(yīng)”。H19也被發(fā)現(xiàn)參與了腫瘤代謝的調(diào)控。Zheng等[32]在研究過程中發(fā)現(xiàn)人參皂苷20（S）-Rg3可以有效抑制卵巢癌細(xì)胞的“溫伯格效應(yīng)”。經(jīng)進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)H19是人參皂苷20（S）-Rg3的下游靶基因，而H19可以通過吸附miRNA-324-5p上調(diào)丙酮酸激酶M 2（pyruvate kinase M 2，PKM 2）的表達(dá)來促進(jìn)“溫伯格效應(yīng)”，其研究結(jié)果表明H19可以正向促進(jìn)卵巢癌的“溫伯格效應(yīng)”。Luan等[33]則發(fā)現(xiàn)，在黑色素瘤中H19可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的糖代謝及生長(zhǎng)，其機(jī)制在于H19可以吸附miRNA-106a進(jìn)而調(diào)控E2F轉(zhuǎn)錄因子3（E2F transcription factor3，E2F3）的表達(dá)。

1.6 H19與腫瘤血管生成

腫瘤的代謝異常旺盛，而營(yíng)養(yǎng)需要血管運(yùn)輸供給。在腫瘤內(nèi)部有許多血管生成，抑制血管生成可以抑制腫瘤生長(zhǎng)。目前，許多已上市的腫瘤靶向藥物如貝伐珠單抗和阿帕替尼等均以此為靶點(diǎn)。有研究發(fā)現(xiàn)，H19參與了腫瘤內(nèi)部血管生成的調(diào) 控[34-35]。Conigliaro 等[34]研究發(fā)現(xiàn)，H19可以被CD90+的肝細(xì)胞通過外泌體的方式釋放，釋放的H19可以促進(jìn)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（human umbilical vein endothelial cell，HUVEC）上調(diào)血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子（vascular endothelial grow th factor，VEGF）、血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體（vascular endothelial grow th factor receptor，VEGFR）和細(xì)胞間黏附分子（intercellular adhesionmolecule，ICAM）等血管生成相關(guān)基因的表達(dá)。Jia等[35]則發(fā)現(xiàn)H19可促進(jìn)膠質(zhì)瘤內(nèi)血管生成，其機(jī)制是H19可與miRNA-29a結(jié)合，進(jìn)而上調(diào)miRNA-29a下游靶基因血管抑制蛋白2（vasohibin 2，VASH2）的表達(dá)水平，而 VASH2具有促進(jìn)血管生成的作用。上述學(xué)者的研究表明H19具有促進(jìn)腫瘤內(nèi)新血管生成的作用。

1.7 H19與腫瘤自噬調(diào)控

“自噬”是細(xì)胞的基本生理活動(dòng)之一。在腫瘤中“自噬”扮演著雙重作用，H19同樣參與了這一生命過程的調(diào)控。在結(jié)直腸癌中，Wang等[36]研究發(fā)現(xiàn)H19通過激活自噬信號(hào)通路誘導(dǎo)了腫瘤細(xì)胞對(duì)化療藥物5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）的耐藥，而H19調(diào)控自噬是通過吸附miRNA-194-5p，解除其對(duì)沉默信息調(diào)節(jié)因子1（sirtuin 1，SIRT1）的抑制作用來實(shí)現(xiàn)的，其研究結(jié)果表明H19對(duì)腫瘤自噬具有激活作用，而活化的自噬有助于腫瘤在藥物作用下存活。

2 H19在腫瘤中的主要作用機(jī)制

H19在腫瘤生長(zhǎng)、增殖、轉(zhuǎn)移和耐藥等過程中具有重要作用，幾乎參與調(diào)控了腫瘤發(fā)生發(fā)展的所有環(huán)節(jié)。結(jié)合上述內(nèi)容，H19的作用機(jī)制主要有以下5個(gè)方面：①作為miRNA-675的前體RNA，通過剪切生成miRNA-675來發(fā)揮作用。前面已經(jīng)提到，miRNA-675在腫瘤中的作用靶點(diǎn)包括REPS2、RB、RUNX1、CALN1、泛素連接酶 E3家族的 c-Cbl和Cbl-b、CDK6、DMTF1、cadherin 13和TGFBI，H19可以通過生成miRNA-675抑制這些蛋白的表達(dá)從而影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展。②與m iRNA結(jié)合，發(fā)揮“分子海綿”作用，解除m iRNA對(duì)下游靶基因的抑制作用。與H19相結(jié)合的m iRNA包括miRNA-200家族成員、let-7家族成員、miRNA-148a-3p、miRNA-324-5p、miRNA-106a、miRNA-29a、miRNA-194-5p、miRNA-326[37]、miRNA-194[38]和 miRNA-93-5p[39]等。③與功能蛋白質(zhì)（如EIF4A3和EZH2）結(jié)合，調(diào)控下游基因的表達(dá)。④通過表觀遺傳途徑，與下游基因啟動(dòng)子結(jié)合，影響啟動(dòng)子的轉(zhuǎn)錄活性。H19通過表觀遺傳途徑調(diào)控的下游靶基因有miRNA-200、MDR1和促凋亡基因BIK。⑤通過調(diào)控相關(guān)信號(hào)通路影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展，主要包括Wnt/β-catenin信號(hào)通路、血管生成信號(hào)通路和自噬信號(hào)通路。

3 H19的表達(dá)調(diào)控

H19在腫瘤發(fā)生發(fā)展中具有重要的調(diào)控作用，其自身也受到許多分子的調(diào)控。抑癌基因p53的產(chǎn)物腫瘤蛋白p53（tumor protein p53，TP53）是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的H19抑制因子[40]。隨著研究的深入，越來越多的H19調(diào)控因子被發(fā)現(xiàn)。Berteaux等[41]發(fā)現(xiàn)H19可促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的增殖，而細(xì)胞周期相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子E2F1可以結(jié)合到H19的啟動(dòng)子區(qū)域并對(duì)其進(jìn)行正向調(diào)控。Zhang等[42]研究發(fā)現(xiàn)癌基因c-myc可以誘導(dǎo)H19的表達(dá)上調(diào)。Chen等[43]研究發(fā)現(xiàn)礦物粉塵誘導(dǎo)基因（m ineral dust-induced gene，mdig）可通過調(diào)節(jié)H19啟動(dòng)子區(qū)域組蛋白H3K9的甲基化來抑制H19的表達(dá)。Zhou等[44]研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-141可與H19序列互補(bǔ)結(jié)合，抑制H19在胃癌細(xì)胞中的表達(dá)。Li等[45]研究發(fā)現(xiàn)癌基因YAP1可通過上調(diào)H19的表達(dá)來促進(jìn)膀胱癌細(xì)胞的增殖與遷移。Medrzycki等[46]研究發(fā)現(xiàn)組蛋白H1.3可以通過上調(diào)H19啟動(dòng)子區(qū)域DNA甲基化來抑制卵巢癌中H19的表達(dá)。上述研究表明，H19作為腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中的重要調(diào)控因子，受到諸多蛋白因子的調(diào)控。

4 小結(jié)與展望

H19在腫瘤中具有重要作用，作為最早發(fā)現(xiàn)的lncRNA分子，其研究也較為廣泛。然而，生命過程是復(fù)雜多變的，仍存在很多問題需要進(jìn)一步探究。例如，作為當(dāng)今腫瘤研究熱點(diǎn)的腫瘤免疫逃逸，H19是否參與其中？作為一段較長(zhǎng)的RNA分子，H19是否還可以結(jié)合其他的m iRNA分子？它是否還有其他的調(diào)控腫瘤的機(jī)制？此外，H19調(diào)控如此多的下游基因及信號(hào)通路，它們之間的交互作用是怎么樣的？另外，為什么H19在腫瘤中扮演著癌基因與抑癌基因的雙重角色：為什么有時(shí)H19可促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移，而有時(shí)又發(fā)現(xiàn)H19可抑制腫瘤轉(zhuǎn)移？H19自身是否還存在其他的調(diào)控因素？關(guān)于這些問題，相信在將來隨著研究的深入會(huì)逐一解答，并為腫瘤的診斷和治療提供新的思路和途徑。