miRNA與lncRNA的相互調(diào)控作用在腫瘤中的研究進(jìn)展

祝 燁，宋 鑫

(昆明醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院 腫瘤生物治療中心， 云南 昆明 650118)

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短篇綜述

miRNA與lncRNA的相互調(diào)控作用在腫瘤中的研究進(jìn)展

祝 燁，宋 鑫*

(昆明醫(yī)科大學(xué)第三附屬醫(yī)院 腫瘤生物治療中心， 云南 昆明 650118)

miRNA是一類具有介導(dǎo)基因轉(zhuǎn)錄后表達(dá)調(diào)控功能的非編碼小分子RNA， lncRNA是堿基數(shù)大于200個(gè)核苷酸的非翻譯轉(zhuǎn)錄本，通過基因印跡、染色質(zhì)重塑、細(xì)胞周期調(diào)控等多種機(jī)制發(fā)揮其生物學(xué)功能。miRNA與lncRNA之間存在著相互調(diào)控關(guān)系，對(duì)腫瘤的發(fā)生發(fā)展以及治療具有重要作用。

腫瘤；miRNA；lncRNA；相互調(diào)控

根據(jù)世界衛(wèi)生組織公布的最新《全球癌癥報(bào)告2014》，全球惡性腫瘤發(fā)病形勢(shì)嚴(yán)峻，僅靠治療無法贏取與癌癥的抗?fàn)?。隨著基因組測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，越來越多的非編碼RNA(ncRNA)功能被鑒定，其表達(dá)水平反映腫瘤的本質(zhì)特性，故ncRNA在探索腫瘤的發(fā)生機(jī)制及生物標(biāo)志物中有重要價(jià)值。其中microRNA (miRNA)相關(guān)的腫瘤研究已成為非編碼RNA腫瘤研究中前沿，取得了不少突破。近年來，long non-coding RNA (lncRNA)逐漸成為研究的新熱點(diǎn)，其在調(diào)控細(xì)胞的分化、增殖和轉(zhuǎn)移[1]等過程中起著重要作用，而且能與miRNA發(fā)生相互調(diào)控作用。

1 miRNA對(duì)腫瘤的調(diào)控作用

miRNA不僅調(diào)控細(xì)胞的發(fā)育和分化，更是潛在的腫瘤分子標(biāo)志物，在腫瘤的早期診斷、治療、預(yù)后判斷以及化療耐藥中都有良好的應(yīng)用前景。

miRNA在肺癌、 乳腺癌和前列腺癌等多種腫瘤中較正常組織存在差異性表達(dá)[2- 4]，其機(jī)制包括：miRNA定位于癌癥相關(guān)的基因組區(qū)域(CAGR)；miRNA表達(dá)的表觀遺傳調(diào)控；miRNA加工基因和蛋白質(zhì)的發(fā)育異常。這些機(jī)制使miRNA既可發(fā)揮誘癌作用(例如：miR- 21和miR- 345能引起轉(zhuǎn)基因鼠模型腫瘤的發(fā)生)，又可抑制腫瘤發(fā)生(例如：缺失miR- 15a/16- 1家族誘導(dǎo)基因敲除小鼠腫瘤)。而同一種miRNA因作用機(jī)制不同，可在某種細(xì)胞類型中充當(dāng)原癌miRNA，而在另一種細(xì)胞類型中充當(dāng)抑癌miRNA，例如：miR- 17在肺癌中高表達(dá)并靶向抑癌基因PTEN，而在乳腺癌中則呈低表達(dá)且靶向癌基因AIB1[5]。

2 lncRNA對(duì)腫瘤的調(diào)控作用

lncRNA可分為正義lncRNA(sense lncRNA)、反義lncRNA(antisense lncRNA)、雙向lncRNA(bidirectional lncRNA)、基因內(nèi)lncRNA(intronic lncRNA)及基因間lncRNA(intergenic lncRNA)。目前已知的lncRNA調(diào)控腫瘤的作用機(jī)制包括：作為分子信號(hào)在不引起自身翻譯的情況下活化或沉默其他基因；類似“分子海綿”與其他序列或結(jié)構(gòu)(miRNA、轉(zhuǎn)錄因子或RNA結(jié)合蛋白)發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合；作為分子向?qū)?，直接或間接地結(jié)合特定的蛋白并將其轉(zhuǎn)運(yùn)到特定的靶向序列上；作為骨架結(jié)合多種蛋白使各蛋白接近，以利于蛋白間的相互作用[6]。在人腫瘤組織中，lncRNA在多種腫瘤中表達(dá)失調(diào)，通過發(fā)揮促癌或抑癌的作用調(diào)控腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。

3 miRNA與lncRNA的相互調(diào)控作用對(duì)腫瘤的影響

雖然miRNA參與了腫瘤發(fā)生發(fā)展的各個(gè)階段，但事實(shí)上，miRNA與基因之間相互調(diào)控，共同突破平衡，才導(dǎo)致腫瘤的發(fā)生、發(fā)展。

許多l(xiāng)ncRNA具有與mRNA相似的結(jié)構(gòu)，因此miRNA可通過與作用于mRNA類似的機(jī)制對(duì)lncRNA起負(fù)性調(diào)控作用,如miR- 141能夠特異性地結(jié)合到HOTAIR上，引起Ago2復(fù)合物對(duì)HOTAIR的剪切[7]。此外，miRNA也可通過表觀遺傳學(xué)調(diào)控對(duì)lncRNA起正性調(diào)節(jié)作用,肝癌中過表達(dá)的miR- 29a通過調(diào)控DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1和3(DNMT1和DNMT3)使MEG3表達(dá)增加[8]。

lncRNA對(duì)miRNA發(fā)揮調(diào)控作用的具體機(jī)制有：1)lncRNA通過競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miRNA靶mRNA 的3′-UTR，間接抑制miRNA對(duì)靶基因的負(fù)向調(diào)控[9]。2)lncRNA作為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)發(fā)揮miRNA的“分子海綿”(miRNA sponge)作用而抑制miRNA的表達(dá)[10]。3)作為潛在的pri-miRNA，產(chǎn)生成熟的miRNA，從而間接調(diào)控靶基因的表達(dá)[11]。另外，lncRNA還可通過其他蛋白間接調(diào)控miRNA的表達(dá)水平從而調(diào)控腫瘤的生長(zhǎng)。

3.1 miRNA作用于lncRNA調(diào)控腫瘤發(fā)生發(fā)展

3.1.1 miR- 141靶向調(diào)節(jié)lncRNA HOTAIR:在腎癌中，HOTAIR高表達(dá)且能夠促進(jìn)惡變，miR- 141抑制腫瘤發(fā)生。HOTAIR的表達(dá)水平與miR- 141呈負(fù)相關(guān)，miR- 141與HOTAIR上存在的miRNA識(shí)別元件(miRNA recognition elements，MRE)特異性結(jié)合，突變?cè)撐稽c(diǎn)能減少miR- 141通過調(diào)控HOTAIR表達(dá)引起的細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移作用。miR- 141通過堿基互補(bǔ)引起Ago2與HOTAIR結(jié)合，形成RISC并靶向切割HOTAIR，沉默其表達(dá)[12]。3.1.2 miR- 29a靶向調(diào)節(jié)lncRNA MEG3:MEG3(maternally expressed gene 3)在肝癌中低表達(dá)，在肝癌細(xì)胞中導(dǎo)入MEG3后能夠抑制細(xì)胞增殖并誘導(dǎo)凋亡。在多個(gè)肝癌細(xì)胞系和人類肝癌組織中，miR- 29a的表達(dá)與MEG3的表達(dá)存在相關(guān)性，肝癌細(xì)胞中miR- 29a的過表達(dá)能增加MEG3的表達(dá)[8]。MEG3啟動(dòng)子呈高度甲基化，在DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)1和3b被抑制時(shí)，其表達(dá)增加，而miR- 29能夠負(fù)性調(diào)控DNMT1和3，由此說明miR- 29a對(duì)MEG3甲基化依賴的組織特異性調(diào)控導(dǎo)致肝癌細(xì)胞的生長(zhǎng)。下調(diào)肝癌中組織特異性miR- 29a，通過啟動(dòng)子高甲基化來表觀遺傳調(diào)控MEG3的表達(dá)[8]。

3.2 lncRNA作用于miRNA調(diào)控腫瘤發(fā)生發(fā)展

3.2.1 lncRNA ANRIL調(diào)節(jié)miR- 99a、miR- 449a:ANRIL，又稱CDKN2B-AS1(CDKN2B antisense RNA 1)，胃癌細(xì)胞中ANRIL能結(jié)合到PRC2上，PRC2復(fù)合物是腫瘤發(fā)生的關(guān)鍵調(diào)控子，能特異性誘導(dǎo)組蛋白對(duì)靶基因的轉(zhuǎn)錄無能。miR- 99a和miR- 449a在胃癌中低表達(dá),其表達(dá)水平能被EZH2表觀遺傳學(xué)調(diào)控[13]。miR- 99a和miR- 449a是EZH2(EZH2是PRC2的關(guān)鍵催化亞基之一)的潛在靶點(diǎn)。敲除ANRIL能顯著上調(diào)胃癌細(xì)胞系中miR- 99a和miR- 449a的表達(dá)，說明ANRIL參與抑制這些miRNA。在胃癌細(xì)胞系中EZH2顯著降低，在敲除EZH2后，miR- 99a和miR- 449a被誘導(dǎo)，在敲除PRC2復(fù)合物的另一成員SUZ12后產(chǎn)生同樣的結(jié)果，與ANRIL對(duì)miRNA發(fā)揮共同抑制作用[14]。

3.2.2 lncRNA HULC調(diào)節(jié)miR- 372:HULC在肝癌中高表達(dá)，通過軟件MicroInspector (bioinfo.uni-plovdiv.bg/microinspector)預(yù)測(cè)顯示HULC有miR- 372結(jié)合位點(diǎn)。干擾HULC后miR- 372相對(duì)于對(duì)照組顯著高表達(dá)。在睪丸生殖細(xì)胞瘤中miR- 372能克服P21介導(dǎo)的細(xì)胞周期停滯，用H89(H89能夠降低HULC的表達(dá))與肝癌細(xì)胞系共培養(yǎng)或用siRNA干擾HULC后增強(qiáng)miR- 372引起的效應(yīng)，因此，HULC不僅可以影響miR- 372的表達(dá)水平，還可影響其表達(dá)活性。有趣的是，在HULC作用于miR- 372的同時(shí)，miR- 372也可通過介導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子與HULC的核心啟動(dòng)子的解離而降低HULC的表達(dá)[15]。

3.2.3 lncRNA H19調(diào)節(jié)miR- 675:H19(the reciprocally imprinted partner of Igf2)是胰島素樣生長(zhǎng)因子2(insulin-like growth factor 2, Igf2)的印跡基因產(chǎn)物,在腫瘤中低表達(dá)，H19具有促進(jìn)癌細(xì)胞增殖、抑制細(xì)胞凋亡、增加細(xì)胞低氧耐受能力和促進(jìn)血管生成等作用，是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的與腫瘤密切相關(guān)的lncRNA。

H19與miR- 675之間存在共表達(dá)的關(guān)系，目前發(fā)現(xiàn)H19是miR- 675的宿主同源性基因并被印跡和內(nèi)源性表達(dá)，H19能作為miR- 675的pri-miRNA發(fā)揮功能，而miR- 675是嵌入到H19中第一個(gè)外顯子的基因，其被報(bào)道是2個(gè)miRNAs(miR- 675- 5p和miR- 675- 3p)的初級(jí)前體(primary precursor)，在上述2個(gè)miRNAs中轉(zhuǎn)染包含pri-miR- 675發(fā)卡結(jié)構(gòu)的H19互補(bǔ)DNA能夠增加人腎癌細(xì)胞中成熟miR- 675的表達(dá)[11]。

3.2.4 lncRNA CCAT2調(diào)節(jié)miR- 17- 5p、miR- 20a:CCAT2(colon cancer-associated transcript 2)促進(jìn)腫瘤增殖和侵襲[16]，且聯(lián)合CEA能夠預(yù)測(cè)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。用反義寡核苷酸抑制miR- 17- 5p和miR- 20a能夠引起腫瘤細(xì)胞選擇性凋亡[17]。CCAT2增強(qiáng)侵襲和轉(zhuǎn)移的發(fā)生表現(xiàn)在通過MYC調(diào)控的miR- 17- 5p和miR- 20a上。敲除CCAT2過表達(dá)細(xì)胞中的miR- 17- 5p和miR- 20a能夠?qū)е录?xì)胞侵襲明顯增加，在敲除過表達(dá)CCAT2細(xì)胞中的miR- 17- 5p或miR- 20a后，細(xì)胞的遷移明顯減少[18]。

3.3 lncRNA loc285194調(diào)節(jié)miR- 211

在同一種腫瘤中，同一個(gè)miRNA與lncRNA之間的作用不僅是單向的，還能形成特殊的反饋環(huán)。在結(jié)腸癌細(xì)胞中，miR- 211上調(diào)且能夠顯著促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖。LncRNA loc285194又叫LSAMP反義RNA3，是P53轉(zhuǎn)錄靶點(diǎn)，在結(jié)腸癌中低表達(dá)。

通過缺失分析發(fā)現(xiàn)，調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖抑制的區(qū)域位于外顯子4，該位點(diǎn)包含2個(gè)miR- 211的結(jié)合位點(diǎn)。異常表達(dá)loc285194能降低miR- 211的表達(dá)水平且其與miR- 211的結(jié)合位點(diǎn)對(duì)loc285194介導(dǎo)的抑制作用至關(guān)重要。與loc285194相反，miR- 211促進(jìn)細(xì)胞增殖，同時(shí)，miR- 211能夠抑制loc285194表達(dá)水平，使之表達(dá)降低約60%，由此形成一個(gè)相互抑制反饋環(huán)[10]，這種獨(dú)特反饋環(huán)的產(chǎn)生機(jī)制與兩者在相同RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合物(RISC復(fù)合物)中有關(guān)。

4 miRNA與lncRNA的相互調(diào)控在腫瘤治療中的應(yīng)用

miRNA與lncRNA的相互調(diào)控作用(圖1)[19]不僅在腫瘤的發(fā)生及進(jìn)展中發(fā)揮著重要作用，并且在腫瘤治療過程中也漸顯地位?；熓悄[瘤治療的重要手段，但由于化療易產(chǎn)生耐藥性，常常導(dǎo)致化療的失敗，非編碼RNA與腫瘤的耐藥存在相關(guān)性[20]。

運(yùn)用miRNA、lncRNA及mRNA微陣列表達(dá)譜對(duì)A549細(xì)胞和順鉑耐藥的A549/CDDP細(xì)胞進(jìn)行檢測(cè)?；蚬脖磉_(dá)網(wǎng)絡(luò)鑒定了許多基因，其中l(wèi)ncRNA包括BX648420、ENST00000366408以及AK126698，miRNA包括miR- 26a和let- 7i可能在順鉑耐藥中發(fā)揮著關(guān)鍵作用[21]。在該網(wǎng)絡(luò)中，mRNA在順鉑耐藥中發(fā)揮直接作用，而miRNA和lncRNA的功能通過表觀遺傳調(diào)控mRNA。

網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果提示：mRNA能夠通過lncRNA和miRNA差異性共調(diào)節(jié)，例如：BAG1能夠同時(shí)被3個(gè)miRNA和3個(gè)lncRNA調(diào)節(jié)，F(xiàn)N1的表達(dá)水平與lncRNA和miRNA都相關(guān)，而FN1在腫瘤順鉑耐藥中起到了重要作用。這種現(xiàn)象可以解釋為什么一些預(yù)測(cè)的mRNA作為潛在的miRNA靶點(diǎn)， 卻沒有發(fā)生相應(yīng)的功能改變[21]。

A.miRNA引發(fā)的lncRNA衰減; B.lncRNA作為miRNA的海綿/誘餌; C.miRNA-lncRNA競(jìng)爭(zhēng)性地結(jié)合mRNA; D.lncRNA形成miRNAs

圖1 miRNAs-lncRNA相互調(diào)控機(jī)制[19]
Fig 1 miRNAs-lncRNA interaction control mechanism[19]

另外，研究lncRNA與miRNA之間的相互作用對(duì)腫瘤免疫功能的影響將為應(yīng)用免疫學(xué)手段對(duì)腫瘤進(jìn)行預(yù)防、診斷和治療干預(yù)提供幫助。linc-DC通過其3′端的發(fā)卡結(jié)構(gòu)與STAT3(在免疫和腫瘤中介導(dǎo)多種信號(hào)的信號(hào)傳導(dǎo)分子，能與linc-DC結(jié)合)蛋白C端區(qū)域直接結(jié)合而發(fā)揮對(duì)DC細(xì)胞的作用[22]，且linc-DC與STAT3的結(jié)合在DC成熟過程中是逐漸增強(qiáng)的。敲除linc-DC能夠減低DCs刺激T細(xì)胞活化的功能[23]。STAT3與miR- 21有相互結(jié)合位點(diǎn)，并且miR- 21能夠促進(jìn)DC細(xì)胞凋亡[24]。因此，可以猜測(cè)linc-DC與miR- 21在調(diào)節(jié)DC細(xì)胞上可能存在著相互作用。

5 應(yīng)用與展望

隨著對(duì)非編碼RNA認(rèn)識(shí)的不斷深化，發(fā)現(xiàn)miRNA和lncRNA不僅僅在腫瘤的增殖、轉(zhuǎn)移等方面發(fā)揮著重要的作用，并且能夠發(fā)生相互作用共同調(diào)控腫瘤進(jìn)展，這無疑豐富了非編碼RNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)識(shí)。利用相關(guān)miRNA和lncRNA組合作為檢測(cè)手段將為腫瘤的早期診斷提供新證據(jù)，而利用這種相互調(diào)控關(guān)系也將為逆轉(zhuǎn)腫瘤化療耐藥以及腫瘤免疫治療的發(fā)展提供新的思路，并且對(duì)患者疾病的預(yù)后具有指示意義。然而，腫瘤是一個(gè)多步驟、多基因疾病，其中的調(diào)控通路十分復(fù)雜，要使其中的作用運(yùn)用到臨床還有很漫長(zhǎng)的路。

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The advance of the interaction between miRNA and lncRNA in cancer reseach

ZHU Ye，SONG Xin*

(Tumor Biological Treatment Center, the Third Affiliated Hospital of Kunming Medical University, Kunming 650118, China)

microRNA (miRNA) is a class of small non-coding RNA molecules with gene transcription regulatory functions, long non-coding RNA (lncRNA) is untranslated transcripts with more than 200 nucleotides, through a variety of mechanisms including gene imprinting, chromatin remodeling and cell cycle to function.It has been found that there exist an interaction relationship between miRNA and lncRNA which plays an important role in tumorigenesis, tumor development and clinical outcome of treatment.

tumor; miRNA; lncRNA;interaction regulation

2015- 03- 02

2015- 06- 26

腫瘤科國家臨床重點(diǎn)?？祈?xiàng)目(云南省腫瘤醫(yī)院)；國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃 (863計(jì)劃)(2012AA02A201)；國家自然科學(xué)基金(81060185,81260307,81470005)；云南省醫(yī)學(xué)領(lǐng)軍人才(L201213);云南省科技廳應(yīng)用基礎(chǔ)研究(2012FB069);云南省衛(wèi)生科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014NS00)

1001-6325(2015)11-1554-05

R 734.2

A

*通信作者(corresponding author)：songxin68@126.com