長鏈非編碼RNA在眼內(nèi)惡性腫瘤中的研究進(jìn)展

成天禹 涂園園 管懷進(jìn)

在人類基因組中，大約有98%的基因序列不編碼蛋白質(zhì)，這些分子稱為非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)[1]。根據(jù)非編碼RNA的分子大小，可分為小非編碼RNA(small non-coding RNA)和長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)。其中，lncRNA含量高達(dá)80%。在之前的研究中，人們認(rèn)為它是基因組轉(zhuǎn)錄過程的“噪聲”，其本身并不具有生物學(xué)功能。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)lncRNA能調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)編碼基因在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平上的表達(dá)，并參與多種調(diào)節(jié)過程，如X染色體沉默、基因組印記、原癌基因?qū)Π┗虻幕罨萚2-3]。

視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤(retinoblastoma，RB)和葡萄膜黑色素瘤(uveal melanoma，UM)是常見的眼內(nèi)惡性腫瘤，其惡性程度高，不僅破壞眼球，甚至能轉(zhuǎn)移擴(kuò)散侵犯其他器官。這2種腫瘤嚴(yán)重影響人類健康和生活質(zhì)量，同時(shí)也給患者和社會(huì)帶來巨大的情感、醫(yī)療和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此，早期診斷和及時(shí)治療對于預(yù)防該病引起的視力障礙和轉(zhuǎn)移具有重要意義。近年來，研究發(fā)現(xiàn)lncRNA具有類癌基因或抑癌基因的作用，其生物學(xué)功能和潛在的分子機(jī)制參與眼內(nèi)惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，如lncRNA MALAT1、lncRNA CCAT1、lncRNA MEG3、lncRNA HOTAIR等。本文主要就lncRNA在RB和UM的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，為其診療提供新依據(jù)。

1 lncRNA的概述及功能

1.1 lncRNA的基本概念 lncRNA是一類轉(zhuǎn)錄本長度>200個(gè)核苷酸的非編碼RNA分子，是由RNA聚合酶Ⅱ(RNA polymeraseⅡ,RNAPⅡ,PolⅡ)從基因組中轉(zhuǎn)錄而來[4]。大多數(shù)lncRNA位于細(xì)胞核，仍有大約15%的lncRNA分布在細(xì)胞質(zhì)[5]。與蛋白質(zhì)編碼基因相似的是，lncRNA能被 RNA 聚合酶 Ⅱ轉(zhuǎn)錄、剪切、多聚腺苷酸化及 5′-加帽[6]。不同的是，lncRNA位于基因的低保守區(qū)域，初級(jí)序列保守性較差，因缺乏有效的開放閱讀框架(open reading frame, ORF)而不具有編碼蛋白質(zhì)的功能[7]。

目前，根據(jù)lncRNA編碼序列和周圍蛋白質(zhì)編碼基因的相對位置，可將lncRNA分為7種類型。①正義 lncRNA(sense lncNRA)：轉(zhuǎn)錄方向與蛋白質(zhì)編碼基因轉(zhuǎn)錄方向相同；②反義lncRNA(antisense lncRNA)：轉(zhuǎn)錄方向與蛋白質(zhì)編碼基因轉(zhuǎn)錄方向相反；③雙向lncRNA(bidirectional lncRNA)：轉(zhuǎn)錄方向可同時(shí)與蛋白質(zhì)編碼基因轉(zhuǎn)錄方向相同或相反；④基因間 lncRNA(intergenic lncRNA，lincRNA)：位于2條蛋白質(zhì)編碼基因的基因間隔區(qū)域；⑤基因內(nèi)lncRNA(intronic lncRNA)：由蛋白質(zhì)編碼基因的內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄而來；⑥增強(qiáng)子RNA(enhancer RNA，eRNA)：由蛋白質(zhì)編碼基因的增強(qiáng)子區(qū)域產(chǎn)生；⑦CircRNA：由蛋白質(zhì)編碼基因的剪接，通過共價(jià)鍵鏈接形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)[8-9]。

1.2 lncRNA的功能與作用 lncRNA既有順式調(diào)控作用，又有反式調(diào)控作用。順式調(diào)控時(shí)，lncRNA作用限于合成位點(diǎn)，直接作用于同一染色體上的一個(gè)或幾個(gè)相鄰的基因。相反，反式調(diào)控時(shí)，lncRNA作用從合成位點(diǎn)擴(kuò)散，作用于有一定距離的基因，包括其他染色體上的基因[10]。目前研究發(fā)現(xiàn)，參與人類基因活動(dòng)的lncRNA調(diào)控基因表達(dá)的機(jī)制存在共性，主要在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)控基因表達(dá)，其可通過以下形式來調(diào)節(jié)蛋白編碼基因的表達(dá)。①lncRNA可以招募DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶(DNMT)抑制基因的轉(zhuǎn)錄，如lncRNA AS1DHRS4可以招募DNMT，使DHRS4L2基因啟動(dòng)子區(qū)的CpG島甲基化，從而抑制該基因的轉(zhuǎn)錄[11]。②lncRNA可與基因中的組織特異性依賴的差異甲基化區(qū)相互作用，使甲基化水平下降，激活基因的轉(zhuǎn)錄。如lncRNA Khps1a可與癌基因SphK1特異性依賴的差異甲基化區(qū)CC(A/T)GG位點(diǎn)結(jié)合，從而使CpG島甲基化水平下降，激活其轉(zhuǎn)錄[12]。③lncRNA可以通過調(diào)控組蛋白修飾，調(diào)節(jié)基因的表達(dá)。如lncRNA HOTAIR通過招募PRC2到特定的基因位點(diǎn)，使H3K27甲基化，從而抑制多種抑癌基因的表達(dá)[13]。④lncRNA可參與X染色體沉默，如lncRNA Xist會(huì)包裹在將要失活的X染色體上，隨后招募調(diào)控因子和染色體蛋白，抑制該染色體上基因表達(dá)[14]。⑤ lncRNA可影響下游靶基因的轉(zhuǎn)錄因子與啟動(dòng)子結(jié)合，從而調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄。如在多發(fā)性骨髓瘤患者中，lncRNA MEG3可與轉(zhuǎn)錄因子SOX2結(jié)合，從而調(diào)控BMP4的轉(zhuǎn)錄[15]。⑥上文lncRNA分類中提及具有增強(qiáng)子效應(yīng)的lncRNA可以招募轉(zhuǎn)錄因子促進(jìn)蛋白編碼基因的轉(zhuǎn)錄，如lncRNA HOTTIP誘導(dǎo)下游基因HOXA的表達(dá)[16]。⑦lncRNA可作為競爭性內(nèi)源RNA(competitive endogenous RNA，ceRNA)，競爭性結(jié)合微小RNA(microRNA，miRNA)，從而促進(jìn)基因的翻譯。如lncRNA CCAT1能競爭性結(jié)合Let-7，促進(jìn)HMGA2和c-myc的表達(dá)[17]。⑧l(xiāng)ncRNA可影響mRNA前體的剪切，使其產(chǎn)生不同的剪切形式。如lncRNA MALAT1通過結(jié)合SR剪切因子, 參與mRNA前體的剪接[18]。

2 lncRNA在眼內(nèi)惡性腫瘤中的研究

2.1 lncRNA與RB RB是嬰幼兒最常見的眼內(nèi)惡性腫瘤，每年全世界大約有8 000兒童確診為此病，在發(fā)展中國家死亡率高達(dá)50%～70%[19-20]。未經(jīng)治療的RB通常發(fā)展迅速，毀壞眼球結(jié)構(gòu)從而導(dǎo)致失明。更致命的是，該腫瘤可通過視神經(jīng)直接浸潤至大腦，或通過血液播散至肺、骨等全身器官。盡管近年來RB治療發(fā)展迅速，但患者生存率仍然很低，主要是由于該病的早期診斷限制。lncRNA在RB和正常組織中表達(dá)水平的差異可使其作為有助于RB診斷的生物標(biāo)志物。此外，其可能是RB潛在的治療靶點(diǎn)，可以改善該病的預(yù)后，并顯著增加患者的生存率。

Su等[21]首次發(fā)現(xiàn)LncRNA BANCR在RB組織及細(xì)胞系中的表達(dá)水平顯著增加，且其表達(dá)水平與腫瘤的大小、脈絡(luò)膜和視神經(jīng)侵襲程度成正比，與患者的預(yù)后情況呈負(fù)相關(guān)。在體外實(shí)驗(yàn)中，下調(diào)lncRNA BANCR表達(dá)水平能抑制細(xì)胞的增殖、遷移及侵襲能力。先前大量研究結(jié)果表明，lncRNA HOTAIR、lncRNA CCAT1和lncRNA MALAT1與惡性腫瘤包括結(jié)腸癌、肝癌、乳腺癌等的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，在不同類型的腫瘤中廣泛存在表達(dá)，并影響多種癌細(xì)胞的增殖、侵襲和(或)轉(zhuǎn)移的lncRNA。在RB組織及細(xì)胞系中，這3個(gè)lncRNA的表達(dá)水平顯著增加，各自發(fā)揮著不同的分子調(diào)控機(jī)制，影響RB細(xì)胞的功能。lncRNA HOTAIR可通過激活notch信號(hào)通路途徑，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖與侵襲。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，降低lncRNA HOTAIR的表達(dá)水平能明顯縮小其成瘤尺寸[22]。lncRNA CCAT1可作為ceRNA競爭性結(jié)合mir-218-5p途徑調(diào)控RB腫瘤細(xì)胞的功能，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、遷移和侵襲[23]。lncRNA MALAT1競爭性結(jié)合miR-124，使miR-124靶基因slug表達(dá)水平上調(diào)，從而激活ERK/MAPK 和Wnt/β-catenin信號(hào)通路，調(diào)控腫瘤細(xì)胞增殖、遷移與凋亡[24]。上述這些在RB中存在高表達(dá)的lncRNA是其發(fā)展的關(guān)鍵，很可能是RB潛在的具有診斷意義的生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。

在RB中也存在著低表達(dá)的lncRNA，其對RB的發(fā)生、發(fā)展同樣起著重要作用。lncRNA MEG3在腦、垂體、腎上腺等正常組織中是高表達(dá)的，卻在許多腫瘤中表達(dá)降低。Gao等[25]在RB中驗(yàn)證了lncRNA MEG3的低表達(dá)，并且其表達(dá)水平與RB淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移程度呈負(fù)相關(guān)。另外，lncRNA MEG3低表達(dá)的患者復(fù)發(fā)率和生存率相對較低。在體外實(shí)驗(yàn)中，lncRNA MEG3的高表達(dá)能明顯抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，促進(jìn)凋亡，其可能是通過Wnt/β-catenin信號(hào)通路發(fā)揮調(diào)控作用。最近，Shang等[26]發(fā)現(xiàn)lncRNA BDNF-AS在RB中表達(dá)水平下調(diào)，其表達(dá)水平與患者的臨床分期、腫瘤分化和轉(zhuǎn)移程度相關(guān)。在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，lncRNA BDNF-AS的過表達(dá)抑制了腫瘤細(xì)胞的增殖和遷移，并誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞周期阻滯在G0/G1期。可見，lncRNA MEG3、lncRNA BDNF-AS在RB中的表達(dá)缺失與腫瘤分化和轉(zhuǎn)移程度存在著重要聯(lián)系，促進(jìn)了RB的發(fā)展，其可作為判斷RB轉(zhuǎn)移程度的一個(gè)重要生物標(biāo)志物。lncRNA H19是最早被發(fā)現(xiàn)的印記基因，其在不同類型的腫瘤中表達(dá)水平與調(diào)控機(jī)制各不相同。它在某些腫瘤中可發(fā)揮類癌基因的作用，而在另外部分腫瘤中，起到抑癌基因的功能。lncRNA H19在RB中表達(dá)水平是降低的，其可通過競爭性結(jié)合miR-17-92基因簇成員，調(diào)節(jié)P21表達(dá)水平和STAT3信號(hào)通路來抑制RB細(xì)胞的增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞周期阻滯，促進(jìn)細(xì)胞凋亡[27]。lncRNA H19是RB發(fā)展過程中重要的抑癌因子，也是RB潛在的癌癥預(yù)后因素。

2.2 lncRNA與UM UM是一種起源于葡萄膜特殊類型的黑色素瘤，是成人最常見的眼內(nèi)惡性腫瘤[28]。UM具有高轉(zhuǎn)移率，多達(dá)50%的患者會(huì)轉(zhuǎn)移至肝臟[29]。轉(zhuǎn)移性UM預(yù)后較差，1年總死亡率高達(dá)80%～87%。雖然目前已有有效的治療方法(化療、放療和眼球摘除術(shù))來預(yù)防原發(fā)性UM的局部復(fù)發(fā)，但是對于轉(zhuǎn)移的UM尚無有效的治療。之前，人們認(rèn)為一些染色體的異常與UM轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)，最常見的是染色體3的缺失和染色體8q的獲得[30]。隨著人們對UM機(jī)制研究的深入，發(fā)現(xiàn)lncRNA可作為新的生物標(biāo)記物來提高UM的診斷和治療水平。

P2RX7在許多腫瘤中過表達(dá)，并參與細(xì)胞增殖、凋亡、血管生成。Pan等[31]發(fā)現(xiàn)P2RX7的剪切變異體lncRNA P2RX7-V3在UM組織和細(xì)胞系中的表達(dá)水平增高，并與UM晚期的預(yù)后情況呈正相關(guān)。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，下調(diào)lncRNA P2RX7-V3表達(dá)水平可抑制UM的生長。上文提及的在多種不同類型中均有表達(dá)的lncRNA MALAT1在UM中也存在高表達(dá)，其可能機(jī)制是競爭性結(jié)合miR-140，從而使其靶向基因slug表達(dá)水平增加，促進(jìn)細(xì)胞侵襲[32]。lncRNA HOXA11-AS和lncRNA RHPN1-AS1屬于lncRNA分類中的反義lncRNA，在UM和細(xì)胞系中表達(dá)增加，能促進(jìn)UM細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。lncRNA HOXA11-AS主要分布在細(xì)胞核中，可通過表觀遺傳機(jī)制將EZH2募集到p21啟動(dòng)子區(qū)域，誘導(dǎo)組蛋白H3K27甲基化抑制其轉(zhuǎn)錄。除此以外，lncRNA HOXA11-AS還可作為ceRNA “海綿”吸附miR-124，進(jìn)而解除miR-124對EZH2的抑制作用，上調(diào)EZH2的表達(dá)水平[33]。lncRNA RHPN1-AS1位于染色體8q24.3，該位置與UM的發(fā)展密切相關(guān)，其在UM中的作用機(jī)制尚未闡明，可能是通過調(diào)控TGF-β信號(hào)通路來影響腫瘤細(xì)胞的功能。但在老鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，其表達(dá)水平降低能明顯抑制UM生長[34]。這些在UM中高表達(dá)的lncRNA明顯影響腫瘤的生長，可作為UM潛在的治療靶點(diǎn)。

lncRNA PAUPAR在UM組織及細(xì)胞系中低表達(dá)，主要通過表觀遺傳學(xué)機(jī)制來實(shí)施調(diào)控，其通過抑制組蛋白H3K4甲基化，下調(diào)HES1表達(dá)水平。在體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中，lncRNA PAUPAR高表達(dá)能顯著降低UM細(xì)胞的增殖和遷移，縮小UM的大小[35]。Xing等[36]發(fā)現(xiàn)位于染色體6p22.3位置的lncRNA CASC15轉(zhuǎn)錄本lncRNA CANT1在UM中表達(dá)水平降低。通過基因組cDNA陣列分析，發(fā)現(xiàn)lncRNA CANT1能影響XIST表達(dá)。lncRNA CANT1主要是直接結(jié)合JPX和FTX啟動(dòng)子，激活組蛋白H3K4甲基化，誘導(dǎo)其轉(zhuǎn)錄，然后通過非經(jīng)典的CANT1-JPX/FTX-XIST途徑調(diào)節(jié)X染色體失活。有意思的是，這并不表明lncRNA CANT1的表達(dá)與性別相關(guān)，不同性別發(fā)生UM的概率也并不存在差異。lncRNA HIC1同樣在UM中低表達(dá)，其主要機(jī)制是作為調(diào)節(jié)lncRNA表達(dá)的轉(zhuǎn)錄激活因子，通過下調(diào)lncRNA NUMB的表達(dá)來抑制細(xì)胞增殖與侵襲[37]。上述在UM中低表達(dá)的lncRNA是其發(fā)生、發(fā)展中重要的腫瘤抑制因子，是UM潛在的預(yù)后因素。

3 結(jié)語

目前，已有研究發(fā)現(xiàn)一些lncRNA可在不同類型的腫瘤中廣泛表達(dá)，如lncRNA H19、lncRNA MALAT1、lncRNA MEG3、lncRNA HOTAIR等，其具有癌基因或抑癌基因的作用，可通過不同的分子生物學(xué)機(jī)制來調(diào)控編碼基因或信號(hào)通路從而影響腫瘤的生長、轉(zhuǎn)移與預(yù)后。這些廣泛表達(dá)的lncRNA機(jī)制研究已經(jīng)成熟，但是特異性lncRNA的篩選與機(jī)制仍然尚未明確。RB與UM是最常見的眼內(nèi)惡性腫瘤，其轉(zhuǎn)移預(yù)后差，因此早期診斷與治療格外重要。lncRNA可作為新的早期診斷與判斷轉(zhuǎn)移程度的生物標(biāo)志物；同時(shí)，可作為多種腫瘤的治療靶點(diǎn)，改善腫瘤的預(yù)后，顯著增加患者的生存率。目前， lncRNA的研究仍然處于起步階段，對lncRNA的檢測局限于從血液、腫瘤組織等使用侵入性方法獲得，如何將其用于非侵襲篩查及作用于臨床還需進(jìn)一步的研究及驗(yàn)證。隨著人們對lncRNA研究的深入，能不斷發(fā)現(xiàn)和完善lncRNA調(diào)控眼內(nèi)惡性腫瘤的機(jī)制以及特異性lncRNA的篩選，為其提供更有效的靶向治療方案。相信未來會(huì)有越來越多的lncRNA在眼內(nèi)惡性腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制被詮釋，lncRNA作為其診斷的生物標(biāo)志物或治療靶點(diǎn)將成為現(xiàn)實(shí)。