長(zhǎng)鏈非編碼RNA在腎癌中的研究進(jìn)展

高碩澤，范光銳，楊恩廣，王志平

(蘭州大學(xué)第二醫(yī)院泌尿系疾病研究所 甘肅省泌尿系疾病研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 甘肅省泌尿系統(tǒng)疾病臨床醫(yī)學(xué)中心，蘭州730030 )

腎細(xì)胞癌占成人惡性腫瘤的2%～3%，占成人腎臟惡性腫瘤的80%～90%[1]。近年來(lái)，我國(guó)腎癌發(fā)病率呈上升趨勢(shì)，這對(duì)我國(guó)腎癌的防治提出了更高的要求。隨著分子研究的發(fā)展，現(xiàn)代腫瘤學(xué)正在被重塑，這些研究有可能深刻影響腫瘤的管理。尤其長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)的研究正在改變?nèi)藗儗?duì)腎癌的理解。但是，許多因素仍然阻礙了這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。基因表達(dá)調(diào)控機(jī)制仍是未知數(shù)，對(duì)多種分子改變、對(duì)基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的細(xì)胞后果進(jìn)行建模仍是一項(xiàng)重大的挑戰(zhàn)，而且靶向分子療法并不總是為患者帶來(lái)臨床益處。lncRNA作為不翻譯為蛋白質(zhì)的RNA轉(zhuǎn)錄本，在定義細(xì)胞個(gè)體發(fā)育和大部分蛋白質(zhì)編碼基因方面比信使RNA(messenger RNA，mRNA)更具有特異性[2-3]。lncRNA通過(guò)全基因組轉(zhuǎn)錄調(diào)控以及與蛋白質(zhì)在多種信號(hào)通路中的直接相互作用影響細(xì)胞功能。lncRNA在泌尿生殖系統(tǒng)惡性腫瘤中的失調(diào)，常導(dǎo)致多種致癌機(jī)制和治療耐藥性的產(chǎn)生。因此，了解lncRNA在腎癌中的作用至關(guān)重要，有利于加強(qiáng)對(duì)腎癌的管理。現(xiàn)就lncRNA在腎癌中的失調(diào)范圍，lncRNA對(duì)當(dāng)前和未來(lái)腎癌治療的潛在影響以及有效融入臨床實(shí)踐的可能性予以綜述。

1 lncRNA的生物學(xué)功能

lncRNA是長(zhǎng)度>200個(gè)核苷酸的非編碼RNA，包括非編碼小RNA、干擾小RNA、Piwi相互作用RNA、核仁小RNA和核小RNA。lncRNA的明確特征之一是獲得二級(jí)和三級(jí)三維結(jié)構(gòu)，主要取決于沃森-克里克堿基配對(duì)[4]。這種結(jié)構(gòu)使其既可以發(fā)揮基于核酸互補(bǔ)性的RNA相關(guān)功能，又可基于其空間構(gòu)象發(fā)揮蛋白質(zhì)樣功能[5]。

lncRNA可以通過(guò)順式或反式調(diào)控其靶標(biāo)基因發(fā)揮作用，單個(gè)lncRNA可以通過(guò)不同的機(jī)制調(diào)控多個(gè)靶標(biāo)基因[6-7]。lncRNA可以充當(dāng)支架促進(jìn)多蛋白復(fù)合物的形成(如染色質(zhì)重塑復(fù)合物)，隨后可以被激活以影響基因表達(dá)[8]；還可作為促進(jìn)DNA與蛋白質(zhì)相互作用的向?qū)?，在募集蛋白?fù)合物時(shí)增強(qiáng)子RNA，這些復(fù)合物誘導(dǎo)DNA環(huán)化和靶基因的轉(zhuǎn)錄激活[9]。相反，lncRNA也可以通過(guò)募集轉(zhuǎn)錄阻遏物調(diào)節(jié)基因表達(dá)[10]；還可以充當(dāng)引物，與轉(zhuǎn)錄中涉及的蛋白質(zhì)結(jié)合，以防止其與DNA靶標(biāo)結(jié)合，或者作為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)與微RNA(microRNA,miRNA)結(jié)合防止其靶基因的負(fù)調(diào)控[11-12]。lncRNA與mRNA的結(jié)合也使得內(nèi)含子保留，從而促進(jìn)mRNA的選擇性剪接[13]。

lncRNA廣泛的生物相互作用是其多功能性的關(guān)鍵。通過(guò)核酸和蛋白質(zhì)的相互作用，lncRNA可以穩(wěn)定蛋白質(zhì)，激活蛋白質(zhì)復(fù)合物并調(diào)節(jié)整個(gè)基因組中的基因表達(dá)[10]。在人宮頸癌細(xì)胞、人肺成纖維細(xì)胞和人包皮成纖維細(xì)胞中，有24%的lncRNA表達(dá)可以直接與多梳蛋白抑制復(fù)合體2(polycomb repressive complex 2，PRC2)相互作用，PRC2是一種調(diào)節(jié)基因表達(dá)的主要因子，在惡性腫瘤中經(jīng)常失調(diào)，說(shuō)明lncRNA在基因表達(dá)調(diào)控中具有重要作用[14]。lncRNA介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控也可以不依賴PRC2，意味著lncRNA存在其他調(diào)控過(guò)程[15-16]。但是，某些lncRNA是否可以翻譯為功能性肽是一個(gè)新興的問(wèn)題。總之，lncRNA功能的不斷發(fā)展變化，表明其是細(xì)胞機(jī)制的重要調(diào)節(jié)劑，具有影響致癌過(guò)程的潛力。

2 lncRNA在腎癌中的機(jī)制

腎癌是一種異質(zhì)性疾病，通常分為透明細(xì)胞腎細(xì)胞癌(clear cell renal cell carcinoma，ccRCC)和非透明細(xì)胞腎細(xì)胞癌(non clear cell renal cell carcinoma，nccRCC)，前者占腎細(xì)胞癌的75%以上，其次是腎乳頭狀細(xì)胞癌、腎嫌色細(xì)胞癌和其他腎細(xì)胞癌亞型[17]。編碼林道綜合征(Von Hippel-Lindau，VHL)的VHL基因突變或缺失失活導(dǎo)致的缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia inducible factor，HIF)途徑激活以及增殖和血管生成的誘導(dǎo)是ccRCC的驅(qū)動(dòng)因素[18]，且靶向HIF激活誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子依賴性血管生成一直是系統(tǒng)治療的基礎(chǔ)[17]。ccRCC中其他常見的致癌機(jī)制包括染色質(zhì)重塑基因的改變，如乳腺癌1型相關(guān)蛋白1(breast cancer 1-associated protein 1，BAP1)、染色質(zhì)重塑因子相關(guān)因子1(polybromo-1，PBRM1)和含SET結(jié)構(gòu)域蛋白2(SET domain-containing protein 2，SETD2)[19-20]，雷帕霉素途徑靶點(diǎn)的激活和TP53的改變。大約2 000 個(gè)lncRNA在腎細(xì)胞癌中存在異常表達(dá)[21]，這些lncRNA在ccRCC中具有特征性，被認(rèn)為在HIF途徑的激活中具有重要作用，并參與多種致癌機(jī)制。

2.1依賴HIF途徑調(diào)控 lncRNA在HIF途經(jīng)中起著至關(guān)重要的作用，包括H19、肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript-1，MALAT1)、HOX轉(zhuǎn)錄反義RNA(HOX transcript antisense RNA，HOTAIR)和lncRNA-腎細(xì)胞癌雄激素抑制受體(suppressing androgen receptor in renal cell carcinoma，SARCC)。

H19是一種來(lái)自第11號(hào)染色體上母系印跡基因簇的lncRNA，H19的表達(dá)由膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系中HIF-1α通路激活引發(fā)[22]。研究者對(duì)H19在ccRCC中的作用產(chǎn)生極大興趣，但在ccRCC中HIF途徑被上調(diào)。與正常腎組織相比，H19在ccRCC中上調(diào)[23]，且H19可能在ccRCC細(xì)胞中作為ceRNA起作用，以防止E2F1(一種促進(jìn)細(xì)胞增殖的轉(zhuǎn)錄因子)的降解[24]。其他實(shí)體腫瘤的報(bào)道顯示，H19與許多轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子相互作用并促進(jìn)參與上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)基因的表達(dá)，使H19成為惡性腫瘤的潛在治療靶點(diǎn)[25]。

MALAT在ccRCC中過(guò)表達(dá)，且通過(guò)ccRCC與癌基因EZH2的相互作用在EMT的調(diào)節(jié)中起重要作用[26]。據(jù)報(bào)道，在ccRCC的背景下這種相互作用促進(jìn)上皮鈣黏蛋白下調(diào)和β聯(lián)蛋白上調(diào)，這是與EMT相關(guān)的關(guān)鍵變化[27]。MALAT1還可作為ceRNA促進(jìn)ccRCC細(xì)胞中的EMT，阻止miRNA介導(dǎo)的上皮鈣黏蛋白的E盒結(jié)合鋅指蛋白2轉(zhuǎn)錄物的降解[12]。關(guān)于轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)制，MALAT1被ccRCC中的轉(zhuǎn)錄因子FOS(一種原癌基因)上調(diào)，其激活依賴于HIF途徑[27]。

HOTAIR在ccRCC細(xì)胞中顯著過(guò)表達(dá)，且與ccRCC進(jìn)展相關(guān)[28]。HOTAIR的致癌潛力取決于表觀遺傳重編程，通過(guò)與PRC2亞基的相互作用介導(dǎo)，人類HOX轉(zhuǎn)錄組的研究證明了這一點(diǎn)[29]。值得注意的是，HOTAIR還可能作為ceRNA促進(jìn)ccRCC細(xì)胞系中HIF-1α的表達(dá)[30]。在類似的模型中，HOTAIR的過(guò)表達(dá)也與胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白2的上調(diào)相關(guān)，從而促進(jìn)增殖[31]。此外，雌激素受體β已被證明是ccRCC中HOTAIR表達(dá)的正向調(diào)節(jié)劑，是潛在的治療靶點(diǎn)[32]。

lncRNA-SARCC是ccRCC中重要的多效性lncRNA。在VHL喪失驅(qū)動(dòng)的ccRCC中，lncRNA-SARCC通過(guò)結(jié)合和去穩(wěn)定雄激素受體(HIF途徑的轉(zhuǎn)錄靶標(biāo))而發(fā)揮腫瘤抑制作用[33]。相反，lncRNA-SARCC在VHL野生型ccRCC腫瘤中具有致癌性，但其潛在機(jī)制尚不清楚[33]。此外，lncRNA-SARCC本身受HIF-2α調(diào)節(jié)，可與位于lncRNA-SARCC啟動(dòng)子中的缺氧反應(yīng)元件結(jié)合[33]。

因此，腫瘤相關(guān)的lncRNA深入?yún)⑴cHIF途徑的激活和調(diào)控，被認(rèn)為是獲得腎癌標(biāo)志的關(guān)鍵輔因子，其中影響最顯著的是血管生成途徑。

2.2不依賴于HIF途徑調(diào)控 lncARSR(一種與肝癌和腎癌相關(guān)的蛋白激酶B信號(hào)通路的lncRNA調(diào)節(jié)因子)與轉(zhuǎn)錄因子Yes相關(guān)蛋白1(Yes associated protein 1，YAP1)結(jié)合，促進(jìn)YAP1依賴的轉(zhuǎn)錄程序，從而促進(jìn)腎癌的侵襲和轉(zhuǎn)移擴(kuò)散[34]。由于YAP1促進(jìn)lncARSR的表達(dá)，lncARSR和YAP1均可形成正反饋回路[34]。此外，lncARSR可以作為ceRNA促使受體酪氨酸激酶AXL和MET(一種基因)表達(dá)，從而促進(jìn)增殖和血管生成；lncARSR能夠通過(guò)外泌體運(yùn)輸傳遞到鄰近細(xì)胞，并以旁分泌的方式執(zhí)行生物學(xué)功能[35]。

此外，還有一些其他lncRNA不依賴HIF途徑調(diào)控。細(xì)胞骨架調(diào)節(jié)子RNA與多個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子結(jié)合，抑制p16基因又稱多腫瘤抑制基因1(multiple tumor suppressor 1，MTS1)轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)細(xì)胞周期激活[36]。lncRNA-SRLR(一種腎細(xì)胞癌相關(guān)的介導(dǎo)索拉非尼耐藥的lncRNA)與細(xì)胞質(zhì)復(fù)合核因子κB結(jié)合，促進(jìn)其核易位，導(dǎo)致白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-6的后續(xù)表達(dá)，從而激活I(lǐng)L-6信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)的正反饋?zhàn)苑置诃h(huán)，可促進(jìn)炎癥以及腫瘤的增殖和擴(kuò)散[37]。SLINKY(一種腎癌中的生存預(yù)測(cè)性lncRNA)已被證明直接與異核核糖核蛋白K結(jié)合，后者可調(diào)節(jié)前者mRNA的加工過(guò)程，表明SLINKY是ccRCC細(xì)胞系中重要的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子[38]。MFI2-AS1(MELTF反義RNA1)在侵襲性ccRCC腫瘤中過(guò)表達(dá)，其表達(dá)與免疫應(yīng)答基因的表達(dá)相關(guān)，提示MFI2-AS1可能影響腫瘤的免疫環(huán)境[39]。

另外，與正常腎組織相比，還有多種lncRNA被下調(diào)，如生長(zhǎng)阻滯特異性轉(zhuǎn)錄因子5和母源性印跡基因3是兩個(gè)重要的促凋亡性lncRNA，它們?cè)诎I細(xì)胞癌在內(nèi)的實(shí)體瘤中促進(jìn)p53依賴性和p53非依賴性凋亡[40-42]。lncRNA細(xì)胞黏附分子1-AS1位于編碼細(xì)胞黏附分子1的基因附近，其作為腫瘤抑制因子起作用，并在ccRCC中正調(diào)節(jié)其表達(dá)[43]。神經(jīng)母細(xì)胞瘤相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1的下調(diào)與ccRCC的不良結(jié)局及其侵襲性臨床病理特征相關(guān)[44]。

其他一些lncRNA的作用尚待研究。HIF1A反義RNA 1(HIF 1 alpha-antisense RNA 1,HIF1A-AS1)和HIF1A-AS2是位于HIF1A基因3′和5′端的反義lncRNA，其在ccRCC中轉(zhuǎn)錄較正常腎組織有所增加。但是，它們?cè)赾cRCC中的作用仍不清楚。研究證明，HIF1A-AS1在ccRCC核周區(qū)堆積暗示了其在核販運(yùn)中的假想作用[45]。在結(jié)腸癌細(xì)胞系模型中HIF1A-AS1的表達(dá)也顯示，它由轉(zhuǎn)錄應(yīng)激觸發(fā)，并與HIF1A轉(zhuǎn)錄水平呈負(fù)相關(guān)，表明HIF1A-AS1在這種情況下可能對(duì)HIF1A的表達(dá)起調(diào)節(jié)作用[46]。在多種實(shí)體瘤模型中，HIF1A-AS2被證明是一種致癌基因，其中HIF1A-AS2的表達(dá)可促進(jìn)癌細(xì)胞的增殖并增強(qiáng)其活性，可能與不良預(yù)后相關(guān)[47]。

關(guān)于lncRNA在ccRCC表觀遺傳調(diào)控中的潛在影響知之甚少。但是，ccRCC通常由染色質(zhì)重塑基因的改變驅(qū)動(dòng)，這種改變可以改變整體轉(zhuǎn)錄組的格局，并且通常已知lncRNA失調(diào)會(huì)影響多個(gè)基因的轉(zhuǎn)錄。因此，了解lncRNA表達(dá)與染色質(zhì)重塑基因(如PBRM1、BAP1和SETD2)改變之間的相互作用可能對(duì)ccRCC轉(zhuǎn)錄組調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的研究有重要意義。

3 lncRNA與腎癌的診斷與治療

由于lncRNA可以在幾種體液中檢測(cè)到并可以抵抗核糖核酸酶介導(dǎo)的降解，因此它們可能有希望成為用于篩查腎癌的生物標(biāo)志物。一項(xiàng)基于檢測(cè)血清中5種lncRNA的方法用于診斷腎細(xì)胞癌已被提出，這5種lncRNA分別為NPTN內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄本1、Pvt1致癌基因、CDKN1A反義DNA損傷激活RNA的啟動(dòng)子、磷酸酶及張力蛋白同源物假基因1和LINC00963。這種lncRNA檢測(cè)方式提供了高靈敏度和特異度，可將ccRCC患者與健康個(gè)體區(qū)分開[48]。以后需要進(jìn)一步驗(yàn)證將該工具整合到臨床實(shí)踐中，這可能有助于腎細(xì)胞癌的早期診斷和分型。

由于lncRNA參與多種致癌機(jī)制，因此其可能與抗腫瘤治療的耐藥性相關(guān)。抗血管生成劑是腎癌治療的基礎(chǔ)，但對(duì)這些藥物的耐藥性可通過(guò)lncRNA，尤其是lncARSR和lncRNA-SRLR介導(dǎo)。在細(xì)胞系模型中，lncARSR已顯示出通過(guò)上調(diào)AXL和MET來(lái)增強(qiáng)對(duì)表皮生長(zhǎng)因子受體、酪氨酸激酶抑制劑舒尼替尼的耐藥性，特別是通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合其各自的阻遏物miR-34和miR-449[35]。值得注意的是，外泌體的運(yùn)輸導(dǎo)致了具有生物活性的lncARSR的擴(kuò)散，因此在腫瘤微環(huán)境中鄰近細(xì)胞表現(xiàn)出對(duì)舒尼替尼的耐藥性。

已發(fā)現(xiàn)lncRNA-SRLR可通過(guò)先前描述的機(jī)制，增強(qiáng)對(duì)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體 TKI索拉非尼的耐藥性，這些機(jī)制涉及l(fā)ncRNA-SRLR直接結(jié)合核因子κB，并隨后激活ccRCC細(xì)胞系中IL-6受體-STAT3自分泌環(huán)。然而在該自分泌環(huán)中，IL-6引起的STAT3磷酸化由IL-6受體和表皮生長(zhǎng)因子受體共同介導(dǎo)。這種共激活導(dǎo)致對(duì)IL-6信號(hào)的細(xì)胞質(zhì)調(diào)節(jié)劑不敏感，后者僅通過(guò)IL-6受體起作用[49]。該機(jī)制可能促進(jìn)導(dǎo)致索拉非尼耐藥的表型，因此lncARSR和lncRNA-SRLR的研究可能為克服腎癌抗血管生成療法的耐藥性提供幫助。

此外，靶向lncRNA的另一種方法是使用反義寡核苷酸干擾RNA。這些寡核苷酸能夠識(shí)別lncRNA的序列，阻斷l(xiāng)ncRNA與其靶標(biāo)的相互作用，還可通過(guò)核糖核酸酶H或RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物的識(shí)別，加工誘導(dǎo)lncRNA的降解[50]。然而，關(guān)于用該方法靶向lncRNA的挑戰(zhàn)仍然很多。值得注意的是，準(zhǔn)確的體內(nèi)遞送很重要，各種遞送方法正在開發(fā)中，以將治療性寡核苷酸攜帶到癌細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)中為主，包括病毒載體、多聚體(基于聚合物包衣)和脂質(zhì)復(fù)合物(基于陽(yáng)離子脂質(zhì)體)[51-52]。這些方法可以保護(hù)干擾RNA免于細(xì)胞外降解，并且有助于進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。局部給藥可確保藥物的遞送效率，且副作用少，如其他基于病毒的治療方法(黑色素瘤中的溶瘤免疫治療方案)[53]。但是，在多系統(tǒng)腫瘤并存的情況下，藥物需要全身遞送，這時(shí)應(yīng)評(píng)估每種癌癥亞型的正常組織和腫瘤分布。此外，在以后的早期臨床試驗(yàn)中，使用這些方法時(shí)應(yīng)仔細(xì)監(jiān)測(cè)不良事件，其主要原因?yàn)閘ncRNA及其網(wǎng)絡(luò)具有廣泛的生物學(xué)功能，但目前對(duì)其研究尚不清楚，可能會(huì)導(dǎo)致意外的不良事件。

4 小 結(jié)

鑒于lncRNA參與多種致癌機(jī)制，lncRNA的研究將是提高臨床對(duì)腎癌生物學(xué)的理解和對(duì)腎癌進(jìn)行早期診斷的關(guān)鍵。此外，針對(duì)lncRNA的靶向分子藥物可能是一種有前景的新型腎癌治療方法。然而，關(guān)于lncRNA致癌機(jī)制的可用信息在腎癌中仍然較分散，如果調(diào)節(jié)機(jī)制受到細(xì)胞環(huán)境的影響，這可能是一個(gè)問(wèn)題。lncRNA表達(dá)的腫瘤內(nèi)異質(zhì)性也是未知的，可能影響腫瘤亞克隆的行為。腎癌中l(wèi)ncRNA的生物標(biāo)志物研究為其在臨床實(shí)踐中的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)?，F(xiàn)在需要對(duì)這些基于lncRNA的研究進(jìn)行驗(yàn)證，并根據(jù)前瞻性試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)衡量其臨床相關(guān)性。因此，lncRNA是有前途但具有挑戰(zhàn)性的工具，可以深遠(yuǎn)影響腎癌的管理。將lncRNA實(shí)施到常規(guī)臨床實(shí)踐中，能為精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展提供幫助。