長鏈非編碼RNA在惡性腫瘤中的作用機(jī)制及潛在應(yīng)用價值研究進(jìn)展

董靜凝，何建新，黃勇，李志明，龍鳳,2

1甘肅中醫(yī)藥大學(xué)，蘭州730000；2甘肅省高校重大疾病分子醫(yī)學(xué)與中醫(yī)藥防治研究重點實驗室

人類基因組除了編碼蛋白質(zhì)的組分，還包括數(shù)量遠(yuǎn)大于編碼組分的非編碼組分，這些組分在疾病過程中也起著至關(guān)重要的作用。非編碼RNA包括干擾小RNA、微小RNA(miRNA)、piwi相關(guān)RNA和長鏈非編碼RNA(lncRNA)等[1]。lncRNA是一類長度大于200個核苷酸且不編碼蛋白質(zhì)的RNA。lncRNA在表觀遺傳學(xué)、基因轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達(dá)，并能夠與蛋白質(zhì)、核酸互相作用，參與多種生理和病理過程的調(diào)控[2]。lncRNA具有功能多樣性，作為新的調(diào)節(jié)因子，lncRNA在惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用，在各類惡性腫瘤中異常表達(dá)。lncRNA H19在70%的乳腺癌患者中高表達(dá)[3]，但肝癌組織中H19的表達(dá)顯著低于癌旁正常組織和遠(yuǎn)端正常組織[4]。lncRNA XIST在胃癌、膀胱癌、結(jié)直腸癌等組織中異常表達(dá)亦得到證實[5,6]。表達(dá)失調(diào)的lnRNA也被證明可以廣泛參與惡性腫瘤的發(fā)病，包括腫瘤細(xì)胞增殖、凋亡、遷移、侵襲和耐藥性等[7,8]。這些研究結(jié)果提示lncRNA可作為腫瘤診斷的新型標(biāo)志物及治療靶點。因此，深入研究lncRNA在惡性腫瘤中的作用將為惡性腫瘤的診治提供新的思路。本文整理并總結(jié)了近年國內(nèi)外發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)，對lncRNA在惡性腫瘤中的作用機(jī)制及應(yīng)用相關(guān)研究進(jìn)行綜述。

1 lncRNA在惡性腫瘤發(fā)生發(fā)展中的機(jī)制

1.1 影響腫瘤細(xì)胞的增殖和凋亡 失控的增殖能力是腫瘤細(xì)胞共有的特征之一，是造成宿主營養(yǎng)耗竭、臟器功能衰竭直至死亡的主要原因。研究表明，lncRNA對惡性腫瘤細(xì)胞的增殖和凋亡發(fā)揮重要作用。lncRNA NEAT1可促使多種惡性腫瘤細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡。在結(jié)直腸癌細(xì)胞中，NEAT1可導(dǎo)致Akt信號通路被激活從而促進(jìn)細(xì)胞增殖并抑制細(xì)胞凋亡[9]；敲除NEAT1后，可促使卵巢癌細(xì)胞和胰腺癌細(xì)胞發(fā)生G0/G1期阻滯，促進(jìn)細(xì)胞凋亡[10,11]。通過研究臨床樣本實驗數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，lncRNA ROR在胰腺癌組織中高表達(dá)，敲低胰腺癌細(xì)胞中l(wèi)ncRNA ROR表達(dá)后，胰腺癌細(xì)胞的增殖被顯著抑制、凋亡增多。有些lncRNA則通過抑制細(xì)胞增殖、促進(jìn)細(xì)胞凋亡來發(fā)揮抑癌作用。MEG3是第一個被發(fā)現(xiàn)有腫瘤抑制功能的lncRNA，在多種人體正常組織中高表達(dá)，尤其是在腦和垂體中。在25%的神經(jīng)母細(xì)胞瘤、81%的肝細(xì)胞癌和82%的膠質(zhì)瘤中，MEG3的表達(dá)量很低[12]，在髓系淋巴瘤、垂體腺瘤、腦膜瘤和膠質(zhì)瘤等腫瘤中也證實其表達(dá)量明顯下降。MEG3可以通過特定靶點實現(xiàn)其抑癌作用。p53是MEG3的靶點，MEG3可以通過增強(qiáng)p53活性來發(fā)揮作用。但MEG3在p53缺乏時同樣可以抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，提示可能還存在p53以外的通路[13]。lncRNA GAS5也具有抑癌基因的特點，它可以直接競爭性作用于糖皮質(zhì)激素受體的DNA結(jié)合位點，通過抑制糖皮質(zhì)激素受體介導(dǎo)的基因表達(dá)，抑制腫瘤細(xì)胞生長和代謝，增強(qiáng)細(xì)胞對凋亡因素的敏感性，從而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[14]。由此可見，部分lncRNA可以通過激活細(xì)胞增殖相關(guān)信號通路、影響細(xì)胞周期等方式影響腫瘤細(xì)胞的增殖和凋亡，從而發(fā)揮其對惡性腫瘤的調(diào)控作用。

1.2 影響腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲 遷移和侵襲是腫瘤細(xì)胞最基本的生物學(xué)行為之一，是導(dǎo)致惡性腫瘤患者預(yù)后不良和死亡的重要因素。lncRNA可以通過促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的遷移和侵襲發(fā)揮促癌作用。在腎透明細(xì)胞癌中，敲除lncRNA NEAT1表達(dá)后抑制了細(xì)胞的侵襲及遷移，并下調(diào)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)相關(guān)標(biāo)志物的表達(dá)水平[15]。遷移和侵襲的過程伴隨著基因表達(dá)的多重性改變，其中包括上皮標(biāo)志的缺失和間葉標(biāo)志的獲得。EMT在腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移中起著重要的作用。lncRNA ROR可能是EMT的重要調(diào)控因子，通過作為miRNA的內(nèi)源性競爭RNA來調(diào)控miRNA的表達(dá)，從而促進(jìn)乳腺癌侵襲和轉(zhuǎn)移。lncRNA ROR可通過抑制miR-205的表達(dá)使其對E盒結(jié)合鋅指蛋白(ZEB)1、2的抑制作用降低[16]，從而促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的遷移和侵襲。最新研究表明，一些lncRNA在人類多種腫瘤中表達(dá)缺失，通過上調(diào)lncRNA表達(dá)可明顯抑制多種惡性腫瘤細(xì)胞的遷移與侵襲而達(dá)到抑癌作用。過表達(dá)lncRNA CASC2可明顯上調(diào)E-cadherin蛋白表達(dá)、下調(diào)Vimentin蛋白表達(dá)以抑制EMT，從而降低肝癌細(xì)胞的遷移和侵襲能力[17]。此外，還有研究表明，lncRNA BANCR低表達(dá)促進(jìn)了非小細(xì)胞肺癌的遷移和侵襲[18]。

1.3 影響腫瘤細(xì)胞耐藥性 耐藥是當(dāng)前惡性腫瘤化療失敗的主要原因之一。腫瘤耐藥機(jī)制十分復(fù)雜，與藥物誘導(dǎo)的基因突變、藥物誘導(dǎo)的靶基因擴(kuò)增以及進(jìn)入體內(nèi)的藥物濃度等因素有關(guān)。lncRNA介導(dǎo)的腫瘤耐藥是新發(fā)現(xiàn)的一種耐藥機(jī)制。lncRNA NEAT1與多種抗腫瘤藥物的化療敏感性密切相關(guān)。在耐阿霉素的胃癌細(xì)胞中，NEAT1的表達(dá)明顯上調(diào)，沉默NEAT1能夠降低腫瘤細(xì)胞對阿霉素的耐藥性；敲除NEAT1會促進(jìn)阿霉素誘導(dǎo)的胃癌細(xì)胞凋亡[19]。腫瘤干細(xì)胞的異質(zhì)性也被認(rèn)為是腫瘤耐藥性產(chǎn)生的原因之一。lncRNA MALAT-1在胰腺癌吉西他濱耐藥細(xì)胞株中高表達(dá)，下調(diào)MALAT-1表達(dá)會阻斷EMT過程，同時使CD44、CD24及ALDH等腫瘤干細(xì)胞表面標(biāo)志物減少，表明在經(jīng)過吉西他濱藥物治療后，MALAT-1通過EMT過程增加腫瘤干細(xì)胞表面標(biāo)志物表達(dá)，從而誘導(dǎo)腫瘤耐藥[20]。臨床研究發(fā)現(xiàn)，耐藥腫瘤細(xì)胞表現(xiàn)出DNA甲基化異常。lncRNA HOTAIR在多種惡性腫瘤中參與調(diào)控DNA甲基化。有學(xué)者在乳腺癌組織中發(fā)現(xiàn)位于HOXC12和HOTAIR之間的CpG島中DNA甲基化水平與HOTAIR的表達(dá)呈正相關(guān)，而HOTAIR的表達(dá)及其甲基化水平也可以作為臨床預(yù)測卵巢癌卡鉑耐藥的標(biāo)志物[21]。

1.4 影響血管生成 血管生成為腫瘤的生長提供保障，對腫瘤的增殖、遷移和侵襲均具有重要作用。而VEGF是促進(jìn)血管生成的重要因子。lncRNA MEG3低表達(dá)會導(dǎo)致VEGF表達(dá)增加，進(jìn)而促進(jìn)血管生成、促使腫瘤發(fā)展。Wang等[22]比較了MEG3敲除小鼠和野生型小鼠之間大腦基因的表達(dá)情況，發(fā)現(xiàn)MEG3敲除小鼠VEGFA及其Ⅰ型受體(VEGFR-1)的表達(dá)量顯著增加。DANCR是另一種新發(fā)現(xiàn)的、能促進(jìn)腫瘤血管生成的促癌lncRNA。在卵巢癌中高表達(dá)的lncRNA DANCR可通過調(diào)節(jié)miR-145/VEGF軸的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤血管的生成；敲低DANCR后抑制了腫瘤血管形成從而有效抑制了卵巢癌細(xì)胞增殖[23]。由此可見，lncRNA可以通過相關(guān)通路調(diào)控腫瘤血管的形成，對腫瘤的發(fā)展產(chǎn)生一定影響。

2 lncRNA在惡性腫瘤診療中的潛在應(yīng)用價值

2.1 lncRNA在惡性腫瘤診斷中的應(yīng)用 近年研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA的表達(dá)具有明顯的組織和疾病特異性，這就使得lncRNA具有成為腫瘤早期診斷生物標(biāo)志物的潛在價值[24]。lncRNA MALAT1最初被發(fā)現(xiàn)可以作為肺腺癌早期轉(zhuǎn)移標(biāo)志物。隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)lncRNA MALAT1的失調(diào)與多種惡性腫瘤相關(guān)，在惡性腫瘤增殖、轉(zhuǎn)移以及靶向治療等方面均起到重要的作用[25]。同樣的，在人膀胱癌的發(fā)生發(fā)展中扮演重要角色的lncRNA UCA1，也被證明可以作為一種新型的膀胱癌生物標(biāo)志物[26]。而在前列腺癌研究中發(fā)現(xiàn)，PCA3和PCGEM1是兩個至關(guān)重要的lncRNA[27,28]。lncRNA PCA3在正常細(xì)胞以及其他類型的惡性腫瘤組織細(xì)胞中均不表達(dá)，已被開發(fā)應(yīng)用為前列腺癌診斷的標(biāo)志物；而lncRNA PCGEM1是前列腺組織特異性基因，與前列腺癌發(fā)生關(guān)系密切，也可以作為前列腺癌的診斷標(biāo)志物。還有一些lncRNA在多種惡性腫瘤中均有特異表達(dá)，如lncRNA HOTAIR在肺癌、乳腺癌、肝癌及結(jié)腸癌等腫瘤組織中均高表達(dá)，具有開發(fā)為多種惡性腫瘤診斷標(biāo)志物的巨大潛力。

2.2 lncRNA在惡性腫瘤治療中的應(yīng)用 目前傳統(tǒng)的中醫(yī)辨證論治、扶正祛邪的思想開始被人們普遍接受，并且廣泛運(yùn)用于惡性腫瘤的預(yù)防、治療中。近年來大量研究報道，中藥復(fù)方、中藥單體及中藥有效活性成分對多種腫瘤細(xì)胞具有殺傷作用。有研究表明，中藥可以通過lncRNA介導(dǎo)對腫瘤具有一定的抑制作用?；倍鳛橐环N傳統(tǒng)中藥，其抗腫瘤作用已在肝癌、乳腺癌等多種惡性腫瘤中得到證實。槐耳提取物能抑制lncRNA H19和miR-165-5p的表達(dá)，而H19和miR-165-5p表達(dá)降低使乳腺癌細(xì)胞對槐耳提取物敏感，即槐耳提取物通過lncRNAH19/miR-165-5p軸抑制乳腺癌的進(jìn)展[29]。Yu等[30]研究發(fā)現(xiàn)了一種新的lncRNA PAX8-AX1-N，而黃芩素可以通過激活PAX8-AX1-N在乳腺癌細(xì)胞中的表達(dá)，降低細(xì)胞活力，抑制細(xì)胞周期進(jìn)程，并在體外誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞凋亡。中藥抗腫瘤研究發(fā)現(xiàn)，白藜蘆醇苷可通過抑制lncRNA HULC的表達(dá)而抑制肝癌細(xì)胞的增殖、侵襲和遷移能力[31]。中藥提取物丹皮酚也可能通過調(diào)控lncRNA表達(dá)抑制甲狀腺未分化癌FRO細(xì)胞的增殖，改變其細(xì)胞形態(tài)[32]。研究者們還發(fā)現(xiàn)黃芪多糖、紫杉醇、丹參、茯苓等都具有抗腫瘤的作用，它們抗腫瘤的機(jī)制是否也與調(diào)控lncRNA有關(guān)，仍有待于進(jìn)一步研究。

此外，lncRNA可以與蛋白相互作用，參與惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移，它們的相互作用為惡性腫瘤治療提供了許多潛在靶點。目前，針對阻斷l(xiāng)ncRNA與蛋白相互作用的治療手段主要基于兩個原則：一是調(diào)控lncRNA的表達(dá)水平，即對腫瘤細(xì)胞中明顯高表達(dá)的lncRNA進(jìn)行沉默，抑制其結(jié)合蛋白而發(fā)揮作用；二是改變lncRNA的序列或二級結(jié)構(gòu)，以阻斷其與蛋白分子之間的相互作用[33]。目前沉默lncRNA最常用的手段是用siRNA或反義寡核苷酸進(jìn)行干擾。有研究證實，反義寡核苷酸干擾方式對惡性腫瘤中高表達(dá)的lncRNA干擾效果明顯。在乳腺癌MMTV-PyMT轉(zhuǎn)基因小鼠模型中，lncRNA MALAT1促進(jìn)腫瘤的增殖和轉(zhuǎn)移，使用反義寡核苷酸沉默MALAT1后，抑制其與蛋白結(jié)合，抑制了乳腺癌細(xì)胞的增殖和遷移[34]。前列腺癌中特異高表達(dá)的lncRNA PCGEM1可以直接結(jié)合c-myc蛋白，活化前列腺癌細(xì)胞增殖相關(guān)基因，沉默PCGEM1后則可以阻斷其與c-myc蛋白結(jié)合而抑制前列腺癌細(xì)胞增殖[35]。雖然調(diào)控lncRNA表達(dá)技術(shù)在小鼠模型中發(fā)揮了一定的作用，但與臨床實踐還有一些距離，因此要將阻斷l(xiāng)ncRNA與蛋白的相互作用運(yùn)用到臨床，還需要不斷的深入研究。

綜上所述，lncRNA作為人類基因組中一類非常重要的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，可以通過影響腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡、遷移、侵襲、耐藥性、血管生成以及miRNA和蛋白的表達(dá)等對惡性腫瘤的發(fā)生發(fā)展起到重要調(diào)節(jié)作用。lncRNA因其組織和疾病特異性被發(fā)現(xiàn)可以作為腫瘤的診斷標(biāo)志物，這為惡性腫瘤的預(yù)防、診斷以及預(yù)后評估提供了一定依據(jù)。多項研究均顯示，lncRNA具有很大的臨床研究價值和開發(fā)應(yīng)用前景。然而，目前已證實的lncRNA只是生物信息學(xué)預(yù)測的lncRNA數(shù)量中的一小部分，具有組織特異性的lncRNA則少之又少，多數(shù)lncRNA在多種惡性腫瘤中異常表達(dá)，能夠作為惡性腫瘤診斷標(biāo)志物的較少。而且，對于lncRNA的功能性研究目前僅局限于細(xì)胞和動物實驗，上述研究成果是否能夠真正應(yīng)用于臨床，lncRNA表達(dá)調(diào)控用于治療腫瘤是否具有安全性，這些問題都尚未解決。隨著基因陣列技術(shù)的發(fā)展和高通量測序技術(shù)等研究方法的改進(jìn)，未來會發(fā)現(xiàn)更多類別的lncRNA。進(jìn)一步對lncRNA的作用機(jī)制和關(guān)鍵靶點進(jìn)行研究，將為惡性腫瘤的診斷和治療帶來新的發(fā)現(xiàn)。