長鏈非編碼RNA與腫瘤關(guān)系的研究現(xiàn)狀及未來

秦曉勇(綜述)，張志文(審校)

(1.解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院神經(jīng)外科 解放軍惡性神經(jīng)腫瘤治療中心，北京 100048； 2.解放軍253醫(yī)院神經(jīng)外科，呼和浩特 010051)

基于疊瓦式芯片和新測序技術(shù)的運(yùn)用，人類基因組計(jì)劃得以完成，讓人驚訝的是，在整個人類基因組序列中，編碼蛋白質(zhì)的基因僅占不到2%，其他序列雖不編碼蛋白質(zhì)但超過90%同樣能被轉(zhuǎn)錄成RNA，這些RNA稱為非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)[1]。ncRNA正在許多領(lǐng)域引起研究人員的關(guān)注，相關(guān)文獻(xiàn)報道呈指數(shù)增長[2]。目前的研究多集中在短鏈ncRNA，如微RNA(microRNA，miRNA)和小干擾RNA，但這只是ncRNA的一部分，還存在許多其他類型的ncRNA。一些研究者通過傳統(tǒng)的手段克隆了一些RNA轉(zhuǎn)錄本，發(fā)現(xiàn)這些RNA的特征是不編碼任何蛋白質(zhì)，同時又比諸如miRNA的基因序列更長，這些RNA被稱為長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)[3]。本文對lncRNA的定義、分類、功能及其與腫瘤的關(guān)系予以綜述。

1 lncRNA的定義

通常認(rèn)為，lncRNA是一類轉(zhuǎn)錄本長度>200個核苷酸同時不編碼蛋白質(zhì)的RNA[3]。但這一定義似乎過于簡單，首先，200個核苷酸的限定是在RNA分離、純化過程中人為選擇而沒有考慮它的功能意義；其次，蛋白編碼基因通常含有一個長度>100個氨基酸的開放閱讀框[4]，然而一些lncRNA同樣可以含有一個長度>100個氨基酸的開放閱讀框卻不編碼蛋白質(zhì)[5]；同時，相同的RNA可以同時包含蛋白編碼基因和非編碼基因的功能[6-7]。這說明目前對于ncRNA的定義還不完全，特別是對lncRNA知之甚少。

2 lncRNA的分類

目前對于lncRNA尚無統(tǒng)一的分類體系。許多關(guān)于lncRNA的分類摘自一些大的基因數(shù)據(jù)庫，從這些數(shù)據(jù)庫中無法了解lncRNA的功能，相同的lncRNA可以被列在不同的基因數(shù)據(jù)庫中。lncRNA有許多同義詞，如基因組間的長RNA，信使RNA樣長RNA或大的ncRNA。隨著基因組測序技術(shù)的發(fā)展，越來越多的lncRNA被發(fā)現(xiàn)，與miRNA相比，lncRNA數(shù)量更大。

3 lncRNA的功能

LncRNA的功能是lncRNA研究中最困難和了解最少的部分。更多地了解lncRNA的功能有助于澄清人類基因組無處不在的轉(zhuǎn)錄本對細(xì)胞生物和進(jìn)化的確切影響[8]。最初認(rèn)為，lncRNA沒有生物學(xué)功能，進(jìn)一步的研究證明，lncRNA可調(diào)控基因的表達(dá)，涉及的調(diào)控層面包括表觀遺傳調(diào)控、轉(zhuǎn)錄調(diào)控及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控，調(diào)控的方式包括染色體修飾、轉(zhuǎn)錄激活或干擾等[9]。但具體的分子機(jī)制尚不清楚。

4 lncRNA與腫瘤發(fā)生和發(fā)展的關(guān)系

許多研究表明，lncRNA與腫瘤存在密切的關(guān)系，研究提示一些lncRNA在正常組織與相應(yīng)的腫瘤組織中的表達(dá)存在顯著的差異性，異常的lncRNA可能在腫瘤的發(fā)生中起重要作用,同時，特異性表達(dá)的lncRNA可作為腫瘤的預(yù)測因子[10]。目前，一些lncRNA與腫瘤的關(guān)系已很清楚，這些lncRNA也是在與腫瘤關(guān)系的研究中第一次被提出和闡述的。同時，也有一些lncRNA與腫瘤的關(guān)系尚未完全闡明，只是預(yù)實(shí)驗(yàn)提示其可能與腫瘤存在相關(guān)性，值得進(jìn)一步研究。

4.1同源基因的轉(zhuǎn)錄反義RNA 同源基因的轉(zhuǎn)錄反義RNA(HOX transcript antisense RNA，HOTAIR)，長度為2.2 kb，該基因定位于哺乳動物染色體12q13.13上同源基因C群集(HOXC)位點(diǎn)，是lncRNA家族的重要成員。臨床研究表明，HOTAIR與乳腺癌、肝癌、結(jié)腸癌密切相關(guān)[11-13]。HOTAIR在乳腺癌原發(fā)性和繼發(fā)性轉(zhuǎn)移灶組織中顯著高表達(dá)，定量聚合酶鏈反應(yīng)顯示，HTOAIR在乳腺癌轉(zhuǎn)移灶組織中的表達(dá)水平是正常組織的200倍，其在原發(fā)灶中的表達(dá)水平是預(yù)測乳腺癌轉(zhuǎn)移和不良預(yù)后的重要指標(biāo)[11]。同樣的，HOTAIR在64%的原發(fā)性肝癌組織高表達(dá)，并且，原發(fā)灶中的表達(dá)水平與肝癌的轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)及預(yù)后密切相關(guān)[12]。HOTAIR在結(jié)腸癌組織中的表達(dá)也顯著高于正常結(jié)腸組織，表達(dá)水平越高，提示患者預(yù)后越差[13]。

HOTAIR的確切作用機(jī)制尚未完全闡明，目前認(rèn)為HOTAIR具有反式轉(zhuǎn)錄調(diào)控的作用，它能夠抑制腫瘤的轉(zhuǎn)移抑制因子，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的惡變、轉(zhuǎn)移。HOTAIR可以同時結(jié)合多梳抑制性復(fù)合物2和組蛋白去甲基化酶復(fù)合體，介導(dǎo)染色體組蛋白H3第27位賴氨酸三甲基化和組蛋白第4位賴氨酸二甲基化，繼而導(dǎo)致基因沉默[14-15]。

4.2肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄子1 肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄子1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1)是在非小細(xì)胞肺癌研究中發(fā)現(xiàn)的lncRNA家族成員，基因長度為6.7 kb，基因定位于染色體11q13.1。人類和小鼠的正常組織中，普遍可見MALAT1的轉(zhuǎn)錄本，特別是正常成人腦組織中表達(dá)更為突出[16]。最早的研究表明，非小細(xì)胞肺癌的高轉(zhuǎn)移性和不良預(yù)后與MALAT1相關(guān)[17]。同時，基因疊瓦式芯片技術(shù)檢測結(jié)果顯示，許多組織(腦，骨髓，食管，結(jié)腸，肝，前列腺)的惡性腫瘤中均可見MALAT1的高表達(dá)[18]。Xu等[19]通過反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)方法對9例肝癌細(xì)胞株和112例肝癌病例進(jìn)行MALAT1基因表達(dá)分析，均有表達(dá)上調(diào)，且MALAT1表達(dá)越高的病例肝移植術(shù)后越容易復(fù)發(fā)，可以作為肝癌復(fù)發(fā)的預(yù)測因子。MALAT1的表達(dá)水平與腫瘤的轉(zhuǎn)移相關(guān)，一些研究提示，通過RNA干擾介導(dǎo)的MALAT1沉默，可以減少肺癌細(xì)胞的遷移和宮頸癌細(xì)胞的侵襲潛力[20-21]。MALAT1的確切作用機(jī)制有待進(jìn)一步探討。

4.3H19 H19是發(fā)現(xiàn)較早的一種lncRNA，基因長度為2.3 kb，定位于染色體11p15.15。大量研究表明，H19是一個雙功能基因，兼具致癌和抑癌的雙重功能。例如，H19在肝癌及前列腺癌中呈高表達(dá)，說明其具有癌基因的作用[22]；而另一些研究卻顯示，H19基因的缺失可促進(jìn)結(jié)腸癌、畸胎瘤等腫瘤的生成及增大，起抑癌基因的作用[23]。所以，H19作為癌基因還是抑癌基因可能依不同的背景而定，其準(zhǔn)確的生物學(xué)功能有待進(jìn)一步確定。

4.4母系表達(dá)基因3 母系表達(dá)基因3(materally expressed gene 3，MEG3)是小鼠母體印記基因Glt2的人類同系物，該基因定位于染色體14q32.3。有報道提示，大多數(shù)正常組織，特別是腦組織(如正常垂體細(xì)胞和成纖維細(xì)胞)中，MEG3呈高表達(dá)，而在一些腦腫瘤(如垂體瘤)中及大多數(shù)癌細(xì)胞(如直腸癌、鼻咽癌、白血病)中，MEG3卻不表達(dá)，說明其有腫瘤抑制作用[24]。最近的研究顯示，正常人腦膜細(xì)胞可見MEG3高表達(dá)，而腦膜瘤細(xì)胞卻不見其表達(dá)，且腦膜瘤分級與MEG3表達(dá)缺失的程度相關(guān)[25]。MEG3的抑癌機(jī)制尚有待進(jìn)一步明確，有報道認(rèn)為與p53基因的活化有關(guān)[26]。

此外，還有一些與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)的lncRNA，如肝癌高表達(dá)基因與肝癌、結(jié)腸癌有關(guān)，前列腺癌lncRNA 、前列腺癌基因表達(dá)標(biāo)志物1、新型前列腺癌抗原3、前列腺癌上調(diào)lncRNA 與前列腺癌相關(guān)[27-28]。

5 lncRNA在腫瘤診斷與治療中的作用

lncRNA作為一個新的研究領(lǐng)域正在引起越來越多研究者的關(guān)注。目前作為ncRNA成員之一的miRNA已取得了重要的研究成果，有理由預(yù)測lncRNA在腫瘤的診斷和治療中同樣具有潛在的重要價值。首先，lncRNA可能或已經(jīng)成為腫瘤診斷和判斷預(yù)后以及治療效果的一個新的標(biāo)志物。lncRNA在正常組織和腫瘤組織中的表達(dá)存在顯著差異性。例如HOTAIR在惡性肺部腫瘤中的表達(dá)是正常肺組織的成百上千倍[11]。lncRNA新型前列腺癌抗原3在前列腺癌中的表達(dá)是正常組織的60倍[29]，已被作為前列腺癌的特異性分子標(biāo)志物，其特異性高于血清前列腺癌特異性抗原[30]。其次，lncRNA可以成為一個新的腫瘤基因治療的靶點(diǎn)。短鏈的miRNA具有作為基因治療靶點(diǎn)固有的優(yōu)越性[31]，然而lncRNA比miRNA更長，不能成為直接治療的靶點(diǎn)，但是可以利用病毒、人工合成的小干擾RNA或設(shè)計(jì)特殊的藥物作為治療載體。

6 結(jié) 語

lncRNA是ncRNA的重要組成部分，通過不同的機(jī)制參與基因表達(dá)的調(diào)控，在人類腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中扮演著重要的角色。目前對于lncRNA的研究尚處于初始階段，lncRNA與腫瘤相關(guān)性的證據(jù)主要來源于其表達(dá)上的差異，僅有少數(shù)lncRNA的功能是清楚的，而且許多l(xiāng)ncRNA的表達(dá)尚缺乏大樣本的研究，故對其功能還不完全了解，至于lncRNA在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的具體分子機(jī)制更是知之甚少。但相信隨著今后對lncRNA的研究工作的不斷深入，更多的lncRNA將會被發(fā)現(xiàn)，其參與基因表達(dá)調(diào)控的機(jī)制也將不斷被揭示和完善，必將為腫瘤的診斷和治療開辟新的途徑。

[1] Esteller M.Non-coding RNAs in human disease[J].Nat Rev Genet,2011,12(12):861-874.

[2] Mattick JS.The genetic signatures of noncoding RNAs[J].PLoS Genet,2009,5(4):e1000459.

[3] Caley DP,Pink RC,Trujillano D,etal.Long noncoding RNAs,chromatin,and development[J].Sci World J,2010,8(10):90-102.

[4] Dinger ME,Pang KC,Mercer TR,etal.Differentiating protein-coding and noncoding RNA:challenges and ambiguities[J].PLoS Comput Biol,2008,4(11):e1000176.

[5] Washietl S,Findeiss S,Muller SA,etal.RNAcode:robust discrimination of coding and noncoding regions in comparative sequence data[J].RNA,2011,17(4):578-594.

[6] Martick M,Horan LH,Noller HF,etal.A discontinuous hammerhead ribozyme embedded in a mammalian messenger RNA[J].Nature,2008,454(7206):899-902.

[7] Poliseno L,Salmena L,Zhang J,etal.A coding-independent function of gene and pseudogene mRNAs regulates tumour biology[J].Nature,2010,465(7301):1033-1038.

[8] van Bakel H,Hughes TR.Establishing legitimacy and function in the new transcriptome[J].Brief Funct Genomic Proteomic,2009,8(6):424-436.

[9] Tim RM,Marcel ED,John SM.Long non-coding RNAs:insights into functions[J].Nat Rev Genet,2009,10(3):155-159.

[10] Gibb EA,Enfield KS,Stewart GL,etal.Long non-coding RNAs are expressed in oral mucosa and altered in oral premalignant lesions[J].Oral Oncol,2011,47(11):1055-1061.

[11] Gupta RA,Shan N,Wang KC,etal.Long noncoding RNA HOTAIR reprograms chromatin state to promote cancer metastasis[J].Nature,2010,464(7291):1071-1076.

[12] Yang Z,Zhou L,Wu LM,etal.Overexpression of long non-coding RNA HOTAIR predicts tumor recurrence in hepatocellular carcinoma patients following liver transplantation[J].Ann Surg Oncol,2011,18(5):1243-1250.

[13] Kogo R,Shimamura T,Mimori K,etal.Long noncoding RNA HOTAIR regulates polycomb-dependent chromatin modification and is associated with poor prognosis in colorectal cancers[J].Cancer Res,2011,71(20):6320-6326.

[14] Tsai MC,Manor O,Wan Y,etal.Long noncoding RNA as modular scaffold of histone modification complexes[J].Science,2010,329(5992):689-693.

[15] Hayami S,Kelly JD,Cho HS,etal.Overexpression of LSD1 contributes to human carcinogenesis through chromatin regulation in various cancers[J].Int J Cancer,2011,128(3):574-586.

[16] Bernard D,Prasanth KV,Tripathi V,etal.A long nuclear retained non-coding RNA regulates synaptogenesis by modulating gene expression[J].EMBO J,2010,29(18):3082-3093.

[17] Lin R,Maeda S,Liu C,etal.A large noncoding RNA is a marker for murine hepatocellular carcinomas and a spectrum of human carcinomas[J].Oncogene,2007,26(6):851-858.

[18] Gibb EA,Vucic EA,Enfield KS,etal.Human cancer long non-coding RNA transcriptomes[J].PLos One,2011,6(10):e25915.

[19] Xu C,Yang MH,Tian J,etal.MALAT-1:a long non-coding RNA and its important 3′end functional motif in colorectal cancer metastasis[J].Int J Oncol,2011,39 (1):169-175.

[20] Tano K,Mizuno R,Okada T,etal.MALAT-1 enhances cell motility of lung adenocarcinoma cells by influencing the expression of motility-related genes[J].FEBS Lett,2010,584(22):4575-4580.

[21] Guo FJ,Li YL,Liu Y,etal.Inhibition of metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1 in CaSki human cervical cancer cells suppresses cell proliferation and invasion[J].Acta Biochim Biophys Sin(Shanghai),2010,42(3):224-229.

[22] Tsang WP,Ng EK,Ng SS,etal.Oncofetal H19 derived miR-675 regulates tumor suppressor RB in human colorectal cancer[J].Carcinogenesis,2010,31(3):350-358.

[23] Yoshimizu T,Miroglio A,Ripoghe MA,etal.The H19 locus acts in vivo as a tumor suppressor[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2008,105(34):12417-12422.

[24] Zhang X,Zhou YL,Mehta KR,etal.Apituitary-derived MEG3 isoform functions as a growth suppressor in tumor cells[J].J Clin Endocrinol Metab,2003,88(11):5119-5126.

[25] Zhang X,Gejman R,Mahta A,etal.Maternally expressed gene 3,an imprinted noncoding RNA gene,is associated with meningioma pathogenesis and progression[J].Cancer Res,2010,70(6):2350-2358.

[26] Wang PJ,Ren ZQ,Sun PY.Overexpression of the long non-coding RNA MEG3 impairs in vitro glioma cell proliferation[J].J Cell Biochem,2012,113(6):1868-1874.

[27] Chung S,Nakagawa H,Uemura M,etal.Association of a novel long non-coding RNA in 8q24 with prostate cancer susceptibility[J].Cancer Sci,2011,102(1):245-252.

[28] Ochiai A,Okihara K,Kamoi K,etal.Prostate cancer gene 3 urine assay for prostate cancer in Japanese men undergoing prostate biopsy[J].Int J Uro,2011,18(3):200-205.

[29] Bussemakers MJ,van Bokhoven A,Verhaegh GW,etal.DD3:a new prostate-specific gene,highly overexpressed in prostate cancer[J].Cancer Re,1999,59(23):5975-5979.

[30] Laxman B,Morris DS,Yu JJ,etal.A first-generation multiplex biomarker analysis of urine for the early detection of prostate cancer[J].Cancer Res,2008,68(3):645-649.

[31] Krutzfeldt J,Rajewsky N,Braich R,etal.Silencing of microRNAs in vivo with ′antagomirs′[J].Nature,2005,438(7068):685-689.