長鏈非編碼RNA LUCAT1在惡性腫瘤中作用及機(jī)制的研究進(jìn)展

白易 綜述；李仲珉，張雅敏 審閱（.南開大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 天津市第一中心醫(yī)院 肝膽外科，天津 3009；.天津醫(yī)科大學(xué) 一中心臨床學(xué)院，天津 300070）

惡性腫瘤是一種威脅人類健康的嚴(yán)重疾病。多年來，對腫瘤生物學(xué)的研究集中在蛋白質(zhì)編碼基因的參與上，而長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA,lncRNA）是一種長度超過200個核苷酸且不具備蛋白質(zhì)編碼功能的RNA 分子，曾被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄垃圾，近30 年才發(fā)現(xiàn)其在細(xì)胞活動中起到關(guān)鍵的調(diào)控作用[1-2]。目前認(rèn)為，lncRNA 具有高度的組織和細(xì)胞特異性，其來源復(fù)雜、結(jié)構(gòu)多樣，可以在多個維度調(diào)控DNA、RNA 和蛋白質(zhì)的功能[3-6]。位于5 號染色體q14.3 區(qū)的反義鏈的肺癌相關(guān)轉(zhuǎn)錄物1（lung cancerrelated transcript 1，LUCAT1）最早是在吸煙的肺癌患者中被發(fā)現(xiàn)的[7-8]。越來越多的研究結(jié)果[9]發(fā)現(xiàn)，LUCAT1 在多種類型惡性腫瘤中具有促進(jìn)腫瘤發(fā)生和發(fā)展的作用，并與患者的腫瘤大小、組織學(xué)分級、TNM分期和生存期（OS）等多項(xiàng)臨床特征顯著相關(guān)。本文綜述了LUCAT1 促進(jìn)腫瘤發(fā)生和發(fā)展的作用機(jī)制、在不同類型惡性腫瘤（主要為消化系統(tǒng)和泌尿生殖系統(tǒng)）中的表達(dá)和功能、在預(yù)后評估中的研究進(jìn)展，旨在為惡性腫瘤的早期診斷和治療及預(yù)后評估提供參考資料。

1 LUCAT1促進(jìn)腫瘤發(fā)生和發(fā)展的作用及機(jī)制

1.1 與DNA的相互作用

抑癌基因的啟動子區(qū)甲基化會導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄沉默和基因功能喪失，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的形成和發(fā)展。研究結(jié)果[10]表明，LUCAT1可以通過甲基化、磷酸化、乙?；蚍核鼗绒D(zhuǎn)錄后機(jī)制增強(qiáng)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1的表達(dá)，維持抑癌基因啟動子區(qū)甲基化，并下調(diào)其表達(dá)，促進(jìn)腫瘤的形成。多梳抑制復(fù)合物2 由EZH2、SUZ12 和EED 組成，能催化組蛋白3 上的第27 位賴氨酸的三甲基化（H3K27me3），繼而調(diào)控下游基因表達(dá)。有研究結(jié)果[11-12]顯示，LUCAT1 可以招募并結(jié)合EZH2，隨后與抑癌基因p21 和p57 的啟動子區(qū)相結(jié)合，下調(diào)其表達(dá)并促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖。

1.2 與miRNA的相互作用

miRNA可以與靶基因mRNA的3'UTR相互作用，使mRNA 去甲基化和失穩(wěn)。作為競爭性內(nèi)源RNA（competitive endogenous RNA，ceRNA），lncRNA可以像分子海綿一樣在細(xì)胞質(zhì)中吸附miRNA并降低其活性，間接上調(diào)其下游靶基因的表達(dá)。多項(xiàng)研究結(jié)果[13]表明，LUCAT1可以作為ceRNA調(diào)控不同的miRNA及其靶基因（表1）。在肝母細(xì)胞瘤中，LUCAT1通過與miR-301b競爭性結(jié)合，上調(diào)STAT3的表達(dá)，促進(jìn)肝母細(xì)胞瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲。在乳腺癌中，LUCAT1通過吸附miR-5582-3p、miR-7-5p 和miR-181a-5p，上調(diào)SOX2、KLF6和KL15的表達(dá)，激活Wnt/β-catenin通路，提高乳腺癌干細(xì)胞的細(xì)胞干性，促進(jìn)腫瘤生長[14-15]。此外，LUCAT1不僅可以與miR-375結(jié)合，間接上調(diào)YAP1來促進(jìn)腎透明細(xì)胞癌（clear cell renal cell carcinoma，ccRCC）細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，在口腔鱗狀細(xì)胞癌及膠質(zhì)瘤中也同樣具有致癌作用[16-18]。但也有研究結(jié)果[19]顯示，LUCAT1在肝惡性腫瘤中可以通過吸附miR-181d-5p并降低其表達(dá)水平，降低肝惡性腫瘤的侵襲潛力，抑制其復(fù)發(fā)。

表1 LUCAT1與miRNA結(jié)合的不同類型腫瘤靶基因

1.3 與蛋白質(zhì)的相互作用

由于lncRNA 較長，易于形成空間二級結(jié)構(gòu)，因此也可以通過結(jié)合蛋白質(zhì)參與分子調(diào)控，LUCAT1可以和多種蛋白質(zhì)相互結(jié)合發(fā)揮作用。如：下調(diào)LUCAT1 后，CDK2、CDK4、cyclin D1、cyclin E1 和cyclin E2的表達(dá)顯著降低，繼而降低視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤蛋白（retinoblastoma protein,Rb）的磷酸化，增強(qiáng)p21蛋白表達(dá)，并誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯在G1 期[25-27]。LUCAT1也可以干擾核糖體的生物合成，下調(diào)rRNA、18S RNA 和pre-rRNA 的表達(dá)，促進(jìn)結(jié)直腸癌（colorectal cancer,CRC）進(jìn)展[28]。此外，LUCAT1也可以與核仁素直接結(jié)合，繼而解除核仁素對MYC的抑制作用，促進(jìn)CRC細(xì)胞增殖[29]。LUCAT1還可以與多聚嘧啶區(qū)結(jié)合蛋白1 相互作用，調(diào)控下游靶基因CD44、APP、CLSTN1、MBNL1 和ZNF207 的選擇性剪接，阻礙這些靶基因參與的細(xì)胞增殖和DNA 損傷修復(fù)進(jìn)程[30]。最后，LUCAT1 還可以抑制膜聯(lián)蛋白A2 的磷酸化并影響其翻譯后修飾，抑制膜聯(lián)蛋白A2-S100A10 四聚體的降解，加速纖溶酶原向纖溶酶的轉(zhuǎn)化，從而激活金屬蛋白酶，促進(jìn)肝細(xì)胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移[31]。

2 LUCAT1在消化系統(tǒng)惡性腫瘤中的作用

2.1 食管癌

有研究結(jié)果[10]發(fā)現(xiàn)，LUCAT1在食管鱗狀細(xì)胞癌（esophageal squamous cell carcinoma，ESCC）組織和細(xì)胞中表達(dá)均顯著上調(diào)，LUCAT1 高表達(dá)的患者OS更短。下調(diào)LUCAT1 后，可以抑制癌細(xì)胞增殖、侵襲和遷移，并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。進(jìn)一步機(jī)制發(fā)現(xiàn)，LUCAT1 主要通過調(diào)控DNA 甲基轉(zhuǎn)移酶1 下調(diào)抑癌基因的表達(dá)，促進(jìn)ESCC 的進(jìn)展。因此，LUCAT1 不僅可以作為ESCC的預(yù)后生物標(biāo)志物，還可以作為潛在的治療靶標(biāo)。

2.2 胃癌

CHI 等[21]發(fā)現(xiàn)，LUCAT1 在胃癌組織中的表達(dá)水平顯著高于癌旁組織，且高表達(dá)與患者的OS和無病生存期（DFS）縮短相關(guān)，敲降LUCAT1后可以顯著抑制胃癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。在胃癌組織和細(xì)胞中，LUCAT1和miR-134-5p的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)。既往的研究結(jié)果[32-34]表明，miR-134-5p 可以通過抑制腫瘤細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，在ESCC、HCC、腎癌和乳腺癌等多種腫瘤中發(fā)揮抑癌作用。進(jìn)一步通過TargetScan 在線工具預(yù)測發(fā)現(xiàn)，miR-134-5p 與YWHAZ基因之間存在結(jié)合位點(diǎn)，且YWHAZ在胃癌中的表達(dá)與miR-134-5p呈負(fù)相關(guān)。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)，LUCAT1 可以通過ceRNA 機(jī)制競爭性結(jié)合miR-134-5p，繼而上調(diào)YWHAZ mRNA 的表達(dá)，促進(jìn)胃癌細(xì)胞的進(jìn)展[21]。該研究結(jié)果提示，LUCAT1不僅具有診斷胃癌、評估其預(yù)后的潛質(zhì)，也是胃癌潛在的治療靶點(diǎn)。

2.3 HCC

LUCAT1在HCC組織中表達(dá)上調(diào)已經(jīng)得到了多項(xiàng)研究[19,31,35]的證實(shí)。在HCC異種移植模型中，過表達(dá)LUCAT1 顯著增強(qiáng)HCC 細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力，并促進(jìn)體內(nèi)腫瘤的生長和轉(zhuǎn)移[31]。JIAO等[19]通過回顧性分析371例HCC患者的測序數(shù)據(jù)和臨床數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，LUCAT1 高表達(dá)與腫瘤分化差、病理分期晚相關(guān)，且高表達(dá)LUCAT1 患者的OS 更短，多因素分析也證實(shí)，LUCAT1 是HCC 預(yù)后不良的獨(dú)立風(fēng)險(xiǎn)因素。因此，LUCAT1 可以作為HCC 治療的靶點(diǎn)和預(yù)后相關(guān)的生物標(biāo)志物。

2.4 胰腺導(dǎo)管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma,PDAC）

PDAC 是最常見的胰腺癌病理亞型。研究結(jié)果[25,36]表明，LUCAT1 在PDAC 組織和細(xì)胞中表達(dá)均顯著上調(diào)，LUCAT1高表達(dá)與PDAC腫瘤大小和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)。體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果[36]表明，下調(diào)LUCAT1表達(dá)可以抑制PDAC 細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，并誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯?；谀[瘤異種移植模型的體內(nèi)實(shí)驗(yàn)[36]進(jìn)一步證實(shí)，LUCAT1的下調(diào)可以顯著減小腫瘤質(zhì)量和體積。通過生物信息學(xué)分析和熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)發(fā)現(xiàn)，LUCAT1可以作為miR-539的分子海綿發(fā)揮促癌作用。此外，LUCAT1 還可以通過誘導(dǎo)AKT和MAPK的磷酸化，促進(jìn)PDAC細(xì)胞發(fā)育[25]。

2.5 CRC

據(jù)報(bào)道[29-30,37-38]，CRC 組織和細(xì)胞中LUCAT1 的表達(dá)同樣顯著上調(diào)，且LUCAT1高表達(dá)降低了患者的OS。相關(guān)研究結(jié)果[28]表明，下調(diào)LUCAT1 表達(dá)不僅可以顯著抑制CRC細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，并增強(qiáng)CRC 細(xì)胞對化療藥物奧沙利鉑和5-FU 的敏感性。機(jī)制研究結(jié)果[28]表明，LUCAT1主要通過與UBA52 結(jié)合而活化RPL40-MDM2-P53信號通路，促進(jìn)CRC的發(fā)生和發(fā)展。

3 LUCAT1在泌尿生殖系統(tǒng)惡性腫瘤中的作用

3.1 腎癌

腎細(xì)胞癌（renal cell carcinoma,RCC）是泌尿系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤之一，其中ccRCC 是最常見的RCC 亞型，約占所有RCC 的75%。多項(xiàng)研究[9,16,39]報(bào)道了LUCAT1同ccRCC患者的不良預(yù)后、分型、TNM分期和轉(zhuǎn)移的相關(guān)性，但其主要作用機(jī)制尚存在爭議。XIAO 等[11]研究發(fā)現(xiàn)，LUCAT1 的下調(diào)可顯著抑制腎癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲，并可使癌細(xì)胞停滯在G1 期；LUCAT1 在ccRCC 細(xì)胞核的表達(dá)明顯高于細(xì)胞質(zhì)。LUCAT1主要與PRC相互作用，抑制p57的表達(dá)，在ccRCC 中發(fā)揮癌基因的作用。而WANG等[23]的研究則發(fā)現(xiàn)，LUCAT1可作為ceRNA競爭性結(jié)合miR-495-3p，從而上調(diào)特異性核基質(zhì)結(jié)合區(qū)結(jié)合蛋白1（special AT-rich sequence binding protein 1,SATB1）的表達(dá)[40]，SATB1 在多種腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用。ZHENG 等[26]的研究結(jié)果則表明，敲降LUCAT1 可以抑制cyclin D1、CDK4 和p-Rb 的表達(dá)，誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯于G1期；過表達(dá)LUCAT1也可以促進(jìn)絲氨酸/蘇氨酸激酶的磷酸化，抑制糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β）的活性。趨化因子CXCL2 可以上調(diào)LUCAT1 在RCC 細(xì)胞中的表達(dá)，提示CXCL2/LUCAT1/AKT/GSK-3β軸在RCC的發(fā)生和發(fā)展過程中起關(guān)鍵作用。因此，LUCAT1 在RCC 中的亞細(xì)胞定位及具體分子調(diào)控機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究。

3.2 卵巢癌

多項(xiàng)研究結(jié)果[41-44]證明，HOXA13 同惡性腫瘤的進(jìn)展密切相關(guān)。LUCAT1在卵巢癌組織中顯著上調(diào)，并與晚期卵巢癌的分期、轉(zhuǎn)移和不良預(yù)后呈正相關(guān)[22]。同時，發(fā)現(xiàn)LUCAT1 可以通過競爭性結(jié)合miR-612而上調(diào)HOXA13的表達(dá)，促進(jìn)卵巢癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。也有研究結(jié)果[45]發(fā)現(xiàn)，LUCAT1 的3'UTR含有高度保守的miR199a-5p結(jié)合位點(diǎn)。qPCR檢測結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)，LUCAT1的上調(diào)可以顯著降低miR-199a-5p 的表達(dá)，而miR-199a-5p 已被證明可以調(diào)控細(xì)胞的多種生物學(xué)過程，包括增殖、凋亡、遷移和侵襲[46-47]。總之，LUCAT1 是一個非常有前景的卵巢癌的治療靶點(diǎn)。

3.3 宮頸癌

宮頸癌也是婦科最常見的惡性腫瘤之一，多項(xiàng)研究結(jié)果[48]表明，多種lncRNA 在宮頸癌組織和細(xì)胞中表達(dá)異常，參與多條信號通路的調(diào)控，影響宮頸癌細(xì)胞的增殖、凋亡、遷移和侵襲等過程。ZHANG等[49]研究發(fā)現(xiàn)，核轉(zhuǎn)錄因子SP1能上調(diào)LUCAT1在宮頸癌細(xì)胞中的表達(dá)。通過生物信息學(xué)工具預(yù)測發(fā)現(xiàn)，miR-181a 是LUCAT1 的潛在結(jié)合miRNA，而熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)和RNA免疫沉淀實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了這一點(diǎn)。值得注意的是，miR-181a 在包括宮頸癌在內(nèi)的多種類型腫瘤中低表達(dá)，具有抑癌作用[50-53]。通過機(jī)制研究[49]發(fā)現(xiàn)，SP1 可以直接與LUCAT1 的啟動子區(qū)域結(jié)合并激活其轉(zhuǎn)錄，然后通過競爭性結(jié)合miR-181a促進(jìn)宮頸癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲。

4 LUCAT1在其他惡性腫瘤中的作用

4.1 膠質(zhì)瘤

膠質(zhì)瘤是神經(jīng)系統(tǒng)中最常見的惡性腫瘤。GAO等[18]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，LUCAT1在膠質(zhì)瘤組織和細(xì)胞中表達(dá)顯著上調(diào)，且在腫瘤分期較晚的膠質(zhì)瘤患者中表達(dá)更高，下調(diào)LUCAT1表達(dá)可顯著抑制膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖和侵襲。利用生物信息學(xué)工具DIANA 對LUCAT1 的靶點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測發(fā)現(xiàn)，miR-375 與其存在潛在的結(jié)合位點(diǎn)。通過熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)進(jìn)一步證實(shí)了二者之間存在的結(jié)合位點(diǎn)。qPCR 實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)，miR-375 與LUCAT1 表達(dá)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，在膠質(zhì)瘤組織中表達(dá)下調(diào)。功能實(shí)驗(yàn)證實(shí)，miR-375可以逆轉(zhuǎn)LUCAT1 對膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖和侵襲的促進(jìn)作用。

4.2 肺癌

LUCAT1 在非小細(xì)胞肺癌（non-small cell lung cancer,NSCLC）組織中的表達(dá)水平顯著高于癌旁組織，在腫瘤較大、TNM 分期較晚和預(yù)后差的NSCLC患者中其表達(dá)水平更高[12]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果[12]證明，敲除LUCAT1基因后顯著抑制NSCLC細(xì)胞在體外和體內(nèi)的增殖能力；機(jī)制研究表明，LUCAT1 與多梳抑制復(fù)合物2 之間存在相互作用，通過形成復(fù)合物發(fā)揮對p21和p57的表觀抑制作用。

4.3 乳腺癌

乳腺癌是全球范圍內(nèi)女性最常見的惡性腫瘤和腫瘤死亡的首要原因[54]。多項(xiàng)研究結(jié)果[14-15,24,55-56]發(fā)現(xiàn)，LUCAT1 在乳腺癌組織和細(xì)胞中表達(dá)均顯著上調(diào)，且與腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和臨床分期密切相關(guān)。ZHENG 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，LUCAT1 可作為miR-5582-3p的分子海綿影響其與轉(zhuǎn)錄因子7類似物2 的靶向結(jié)合，繼而活化Wnt/β-catenin 通路，在體內(nèi)和體外促進(jìn)乳腺癌干細(xì)胞的自我更新和增殖。此外，LI 等[24]的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，LUCAT1 也可以作為miR-7-5p 的分子海綿，間接上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子SOX2，從而促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲。

5 結(jié)語

lncRNA是腫瘤發(fā)生和發(fā)展的重要調(diào)控因子。隨著研究的不斷深入，lncRNA 在腫瘤發(fā)生和發(fā)展中的作用愈發(fā)值得深入探討和總結(jié)。結(jié)合現(xiàn)有研究，lncRNA LUCAT1 在多種類型腫瘤中表達(dá)上調(diào)，并與腫瘤大小、組織學(xué)分級、TNM 分期和OS 等臨床特征顯著相關(guān)，是潛在的腫瘤診斷和預(yù)后評估生物標(biāo)志物。值得一提的是，在體內(nèi)和體外敲降LUCAT1后可顯著抑制各種類型腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力，表明LUCAT1 是腫瘤免疫治療的潛在靶點(diǎn)。LUCAT1發(fā)揮的分子調(diào)控機(jī)制與其亞細(xì)胞定位有關(guān)。在細(xì)胞核中，LUCAT1可調(diào)控DNA甲基化，并與核蛋白相互作用進(jìn)行基因調(diào)控；在細(xì)胞質(zhì)中，LUCAT1 則可作為基因調(diào)控的ceRNA，調(diào)控mRNA代謝?？傊?，本綜述總結(jié)了LUCAT1 在各種類型腫瘤中的作用及其分子機(jī)制，拓寬了對腫瘤表觀遺傳學(xué)發(fā)病機(jī)制的理解，并為研發(fā)新的腫瘤診斷生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)提供了新的思路。