長鏈非編碼RNA MIAT與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

孫 程，黃立寧，李景林，李正龍，姜興明，崔云甫

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院膽胰外科，哈爾濱 150086)

人類基因組計(jì)劃草圖表明，基因組中包含大約2萬個蛋白質(zhì)編碼基因，不足整個基因組的2%，而剩余至少70%的序列被轉(zhuǎn)錄成RNA。這些轉(zhuǎn)錄序列大部分是蛋白質(zhì)非編碼RNA(non-coding RNA, ncRNA)，它們最初被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄“噪聲”，并沒有引起過多的注意[1]。lncRNAs包含種類各異的RNA轉(zhuǎn)錄分子，它缺少蛋白質(zhì)編碼功能，且缺乏足夠長度的開放閱讀框，其長度通常大于200個核苷酸[2]。最近，Hon等[3]在人類基因組中鑒定了19175個可能有功能的lncRNAs。與編碼蛋白質(zhì)的RNA類似，lncRNA擁有RNA聚合酶II轉(zhuǎn)錄物的poly-A尾巴和5′帽狀結(jié)構(gòu)，且可以進(jìn)行剪切[4]。各種研究表明，lncRNA可以調(diào)節(jié)基因表達(dá)水平和轉(zhuǎn)錄后修飾，充當(dāng)轉(zhuǎn)錄因子及miRNAs誘餌，并在許多生物過程中扮演調(diào)節(jié)者的角色[5-7]。

隨著基因技術(shù)的不斷發(fā)展，研究發(fā)現(xiàn)lncRNA與人類多種疾病有關(guān)，尤其是腫瘤中隨處可見其表達(dá)異常的情況[8-10]。部分lncRNA已被證實(shí)在腫瘤中充當(dāng)重要的角色，如指揮腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移等，且可能被用作腫瘤的潛在治療靶點(diǎn)和診斷預(yù)后的生物標(biāo)記物[11-12]。腫瘤目前仍是威脅人類生存的主要?dú)⑹种?，因此進(jìn)一步了解lncRNA獨(dú)有的基因特點(diǎn)，特異的表達(dá)方式和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特征，可以提高我們對腫瘤相關(guān)疾病的理解和建立新型診斷預(yù)后生物標(biāo)志物。

1 MIAT概述與發(fā)現(xiàn)

MIAT也被稱為Gomafu或Rncr2[13-15]，是所有腫瘤相關(guān)lncRNAs中的后起之秀，在多種腫瘤中表達(dá)異常，包括前列腺癌、肺癌、肝癌、卵巢癌、乳腺癌、胃癌、慢性淋巴細(xì)胞性白血病、膠質(zhì)瘤。MIAT最早被發(fā)現(xiàn)于2000年[16]，它位于22q12.1，長度為30051 bp。最初，Ishii等[15]通過單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism, SNP)標(biāo)記的大規(guī)模病例對照關(guān)聯(lián)研究，確定了心肌梗死的易感基因位點(diǎn)，于其中分離出一個新的完整cDNA基因，命名為MIAT(myocardial infarction associated transcript)。該基因包含5個外顯子，所有的剪接點(diǎn)都符合基本的GT/AG規(guī)則[17-18]。盡管傳統(tǒng)的序列比對測驗(yàn)沒有發(fā)現(xiàn)任何非哺乳動物的MIAT直系同源物[14]，但測驗(yàn)確定了來自小雞和非洲熱帶爪蟾的假定MIAT直系同源物。在每個直系同源物的最大外顯子中發(fā)現(xiàn)了ACUAACC序列的多重聚簇重復(fù)序列，在每個轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物中發(fā)現(xiàn)了5到8個這樣的重復(fù)序列[19]。該重復(fù)序列包括RNA結(jié)合蛋白Quaking的ACUAAY共有識別位點(diǎn)，其調(diào)節(jié)RNA亞細(xì)胞定位和穩(wěn)定性[20-21]，盡管其功能意義尚不清楚。與其它核保留的lncRNAs，如Xist和Air不同，MIAT與染色質(zhì)無關(guān)，而與核基質(zhì)緊密相關(guān)。相對于兩棲動物而言，MIAT在胎盤哺乳動物中高度保守[15,22]。

2 MIAT與腫瘤性疾病關(guān)系

2.1 MIAT與肺癌

肺癌是全球癌癥相關(guān)死亡的主要原因[23]，肺癌患者大部分表現(xiàn)為非小細(xì)胞肺癌(no-small-cell lung cancer, NSCLC)，它每年的發(fā)病率占肺癌比例大約是80%，盡管近年來治療方式不斷進(jìn)步，但患者預(yù)后仍然較差[24]。因此，尋找到可靠的預(yù)后生物標(biāo)記物和分子靶向藥物，以降低與NSCLC相關(guān)的發(fā)病率和死亡率迫在眉睫。Zhang等[25]在2015年首次發(fā)現(xiàn)MIAT在NSCLC組織和腫瘤細(xì)胞中的表達(dá)上調(diào)，并通過細(xì)胞學(xué)水平實(shí)驗(yàn)證實(shí)抑制MIAT的表達(dá)可以降低腫瘤細(xì)胞的侵襲能力，其機(jī)制是通過內(nèi)源性海綿吸附miR-150，從而上調(diào)下游靶基因ZEB1(zinc finger E-box binding homeobox 1)的表達(dá)發(fā)揮調(diào)控功能。Lai等[26]在上述研究的基礎(chǔ)上同樣發(fā)現(xiàn)MIAT表達(dá)在NSCLC和腫瘤細(xì)胞中上調(diào)，且其高表達(dá)水平與腫瘤大小，TNM分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)。隨后，實(shí)驗(yàn)證實(shí)沉默MIAT可以降低腫瘤細(xì)胞增殖、遷移和侵襲能力，且緩解細(xì)胞周期阻滯。進(jìn)一步研究機(jī)制發(fā)現(xiàn)，MIAT提高腫瘤細(xì)胞中組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶和基質(zhì)金屬蛋白酶9(matrix metallopeptidase 9, MMP9)啟動子的結(jié)合能力，促進(jìn)啟動子中H3K4me3的合成，進(jìn)而上調(diào)MMP9表達(dá)，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)控腫瘤細(xì)胞的目的。Li等[27]預(yù)測MIAT可能作為競爭性內(nèi)源性RNA(competing endogenous RNA, ceRNA)，內(nèi)源性減少miR-106的表達(dá)，低表達(dá)的miR-106負(fù)向調(diào)控下游基因MAPK9(mitogen-activated protein kinase 9)的表達(dá)，而上調(diào)的MAPK9最終反饋調(diào)節(jié)肺癌細(xì)胞的增殖，侵襲和轉(zhuǎn)移能力。

2.2 MIAT與肝癌

肝癌是世界第三大的癌癥相關(guān)死亡原因，每年導(dǎo)致約60萬人死亡[28]。目前，早期手術(shù)治療可能是唯一有效的方法，而大多數(shù)肝癌患者術(shù)后復(fù)發(fā)率高，早期診斷困難，此時放化療可能是最后的希望[29]。因此，探索一種新的肝癌治療靶點(diǎn)已成為當(dāng)務(wù)之急。Huang等[30]對45例肝細(xì)胞肝癌中腫瘤組織和細(xì)胞的qRT-PCR,定量檢測結(jié)果顯示，MIAT的含量顯著高于相鄰的正常組織和細(xì)胞，且MIAT啟動子中H3/H4組蛋白乙酰化水平比正常組織高。上調(diào)的MIAT促進(jìn)肝癌腫瘤細(xì)胞的增殖和侵襲。此外，MIAT的高水平表達(dá)與肝癌的多發(fā)腫瘤中心，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和腫瘤分期有緊密的聯(lián)系。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞中上調(diào)的MIAT通過海綿吸附降低miR-214的表達(dá)，從而阻斷miR-214與下游靶基因EZH2的結(jié)合，提高其下游基因EZH2和β-catenin蛋白的水平，進(jìn)而調(diào)控肝癌細(xì)胞的增殖和侵襲能力。

2.3 MIAT與胃癌

胃癌是全球范圍內(nèi)發(fā)病人數(shù)第二多的癌癥，也是中國癌癥相關(guān)死亡的第二大原因[31]。近年來早期胃癌的治療結(jié)果顯著提高，但早期癥狀不典型，確診比較困難，導(dǎo)致患者5年生存預(yù)后差。因此，開發(fā)靈敏度高的生物標(biāo)志物對于這種致命疾病的早期診斷至關(guān)重要。Li等[32]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)胃癌組織中MIAT表達(dá)水平較癌旁正常組織顯著增高，并在細(xì)胞學(xué)水平進(jìn)行檢測，證實(shí)該轉(zhuǎn)錄本表達(dá)差異與組織實(shí)驗(yàn)一致。隨后，體外實(shí)驗(yàn)表明高表達(dá)的MIAT可促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖、轉(zhuǎn)移和侵襲，并抑制細(xì)胞凋亡。此外進(jìn)一步挖掘該機(jī)制作用途徑，發(fā)現(xiàn)胃癌細(xì)胞中上調(diào)的MIAT作為miRNA“海綿”靶向誘捕miR-29a-3p，從而有效上調(diào)下游基因HDAC4的表達(dá)含量。這說明MIAT/miR-29a-3p/HDAC4軸可能作為調(diào)節(jié)胃癌細(xì)胞的惡性生物學(xué)行為的關(guān)鍵步驟。

2.4 MIAT與乳腺癌

乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率在世界范圍內(nèi)呈增高趨勢，遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和化療耐藥是目前治療的主要困境[33-34]。因此尋找可預(yù)測藥物反應(yīng)性和腫瘤進(jìn)展的生物標(biāo)志物顯得尤為重要。Luan等[35]首先通過TCGA數(shù)據(jù)預(yù)測MIAT在乳腺癌腫瘤組織中呈過表達(dá)狀態(tài)，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)與正常對照相比，乳腺癌細(xì)胞系和晚期乳腺腫瘤組織中的MIAT均存在不同程度上調(diào)趨勢，且表達(dá)水平與淋巴轉(zhuǎn)移情況正相關(guān)。此外通過外源性沉默MIAT發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞增殖、抗凋亡、侵襲轉(zhuǎn)移和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)等諸多惡性生物學(xué)表形出現(xiàn)了不同程度減弱或降低。最后，MIAT作為ceRNA，通過內(nèi)源性海綿吸附機(jī)制下調(diào)miR-155-5p的表達(dá)，低表達(dá)的miR-155-5p失去了對下游靶基因DUSP7的負(fù)向調(diào)控，進(jìn)而上調(diào)DUSP7表達(dá)來體現(xiàn)其促癌作用。

2.5 MIAT與前列腺癌

前列腺癌是男性第二常見的腫瘤，是全球癌癥相關(guān)死亡的第五大原因[28]。0.5%～2%的前列腺癌被歸類為神經(jīng)內(nèi)分泌前列腺癌(neuroendocrine prostate cancer, NEPC)，其對所有形式的激素治療不敏感，被診斷時常常伴隨遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移[36-37]。此外，尚無有效治療方法能夠延長NEPC患者的生存期，而其中位生存期僅為7個月[38]。Crea等[39]2016年研究發(fā)現(xiàn)MIAT表達(dá)上調(diào)可見于NEPC細(xì)胞核中，伴隨容易轉(zhuǎn)移、預(yù)后較差及Rb突變頻繁等特征。此外，MIAT的表達(dá)變化與CBX2(chromobox 2)和Rb是相關(guān)聯(lián)的，而MIAT/CBX/Rb軸的具體分子機(jī)制需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。

2.6 MIAT與卵巢癌

卵巢癌是最致命的婦科惡性腫瘤，大約70%的患者被診斷時已處于晚期階段[40]。腹膜播散的程度與晚期患者預(yù)后不良密切相關(guān)，EMT被認(rèn)為是腹膜轉(zhuǎn)移、無瘤生存期和總生存期的重要指標(biāo)[41]。所以，確定EMT的關(guān)鍵調(diào)節(jié)分子十分重要。Mitra等[42]通過TCGA數(shù)據(jù)庫確定了卵巢癌中MIAT表達(dá)水平顯著增高，間充質(zhì)亞型表達(dá)水平至少兩倍高于上皮亞型，且表達(dá)高度保守。隨后，微陣列探針檢測到兩鐘亞型中MIAT表達(dá)水平與已知蛋白質(zhì)編碼EMT相關(guān)基因相似，間充質(zhì)細(xì)胞亞型表達(dá)相較于上皮亞型升高。此外，通路分析顯示MIAT相關(guān)異常表達(dá)基因顯著富集在EMT相關(guān)的路徑。

2.7 MIAT與膠質(zhì)瘤

彌漫性膠質(zhì)瘤是大腦和中樞神經(jīng)系統(tǒng)中最惡性的腫瘤類型[43]。腦膠質(zhì)瘤的發(fā)病機(jī)制非常復(fù)雜，涉及原癌基因的異常激活和腫瘤抑制因子失活[44]。因此，尋找診斷和預(yù)后相關(guān)的新的生物標(biāo)志物是當(dāng)務(wù)之急。Zou等[45]首先通過GEO數(shù)據(jù)庫預(yù)測出MIAT是膠質(zhì)瘤中差異表達(dá)lncRNA之一，其表達(dá)在膠質(zhì)瘤樣品與非腫瘤對照組中明顯下調(diào)。隨后，PCR檢測得到了類似的結(jié)果。此外，根據(jù)TCGA分類標(biāo)準(zhǔn)來定義的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤亞型中，MIAT的表達(dá)水平顯著差異，其明顯表達(dá)于前庭亞型。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘤患者中MIAT低表達(dá)與Ki-67高含量密切相關(guān)，上調(diào)的p53(TP53突變)是相對危險因素。而Ki-67可能是細(xì)胞增殖所必需的一種核蛋白[46]，TP53基因編碼腫瘤抑制蛋白p53，TP53基因突變與包括膠質(zhì)瘤在內(nèi)的多種人類腫瘤發(fā)生有關(guān)[47]。

2.8 MIAT與白血病

Sattari等[48]在白血病/淋巴瘤細(xì)胞系中檢測，發(fā)現(xiàn)MIAT在淋巴樣細(xì)胞系中表達(dá)上調(diào)。隨后，進(jìn)一步確定擴(kuò)增的成熟B型白血病細(xì)胞中MIAT表達(dá)水平顯著升高。此外，深入機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)惡性成熟B細(xì)胞中MIAT與OCT4(organic cation/carnitine transporter4)構(gòu)成調(diào)控通路，如之前在小鼠多能干細(xì)胞中報(bào)道的那樣[49]，用特異性siRNA沉默MIAT可以導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子OCT4表達(dá)下調(diào)，而上調(diào)的OCT4可以增加MIAT表達(dá)水平，從而影響腫瘤細(xì)胞的增殖和凋亡能力。

3 結(jié)語及展望

目前，MIAT顯示出作為腫瘤調(diào)節(jié)因子的獨(dú)特魅力，其調(diào)控腫瘤細(xì)胞的惡性生物學(xué)行為，并活化信號通路和調(diào)節(jié)細(xì)胞周期。然而，MIAT的復(fù)雜機(jī)制研究仍處于早期階段，其精確的上下游分子機(jī)制沒有被徹底了解，仍然有待系統(tǒng)的調(diào)查。利用MIAT作為癌癥診斷和治療的腫瘤標(biāo)志物仍有許多難題需要面對。首先，進(jìn)一步系統(tǒng)的大樣本隊(duì)列研究加速其臨床應(yīng)用是必要的。其次，MIAT在體液中的表達(dá)和功能尚不清楚。第三，與MIAT相關(guān)的分子靶點(diǎn)需要進(jìn)一步探索?？傊?，MIAT可能作為人類癌癥的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)，需要對其進(jìn)行更深入的了解和研究。