腫瘤轉(zhuǎn)移新靶點HOTAIR與胃癌生物學(xué)行為的研究進(jìn)展

尹磊 魏云海 孫燕來

1湖州市中心醫(yī)院普外科（浙江湖州 313000）；2山東大學(xué)附屬山東省腫瘤醫(yī)院（濟(jì)南 250117）

胃癌（gastric cancer，GC）是世界上第四大常見惡性腫瘤，發(fā)病率呈逐年上升趨勢［1］。臨床上，胃癌發(fā)病隱匿，早期診斷困難，晚期療效不佳，已成為主要的腫瘤相關(guān)死亡原因。胃癌的發(fā)生是一個多階段、多基因變異累積的復(fù)雜過程。當(dāng)前研究［2］顯示，諸如變異基因、微小RNA和長鏈非編碼RNA（long non?coding RNAs，lncRNAs）等均與胃癌的發(fā)生進(jìn)展密切相關(guān)。因此，對于研究胃癌的分子機(jī)制，尋找新的生物標(biāo)志物和治療靶點十分有必要。

lncRNAs主要位于細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)內(nèi)，廣泛參與細(xì)胞內(nèi)的各種生化反應(yīng)過程。在腫瘤中，lncRNAs是作為一種新的重要調(diào)節(jié)因子參與癌癥的發(fā)生、發(fā)展及耐藥過程［3］。HOX轉(zhuǎn)錄反義RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）是lncRNAs家族中的一員，已被確定為胃癌相關(guān)的lncRNA。本文對HOTAIR在胃癌中的表達(dá)、功能研究、調(diào)控機(jī)制及潛在的臨床應(yīng)用價值作一綜述，闡述HOTAIR在其他類型腫瘤中的相關(guān)機(jī)制研究，以便更全面的了解HOTAIR與胃癌的關(guān)系。

1 HOTAIR概述

HOTAIR最初被美國斯坦福大學(xué)在研究HOXA?HOXD家族表觀遺傳學(xué)調(diào)控的過程中發(fā)現(xiàn)。HOTAIR屬于同源異型盒基因家族，僅存在于哺乳動物中，其序列保守性較低，但結(jié)構(gòu)保守性較高［4］。人類HOTAIR基因位于染色體12q13.13區(qū)域，在HOXC基因家族HOXC11和HOXC12編碼區(qū)之間。與兩側(cè)基因不同，HOTAIR具有反式轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用，其主要轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是從包含有6個外顯子、長度6 449 bp的基因位點轉(zhuǎn)錄而成的長度為2 364 bp的RNA。人類HO?TAIR基因可以通過選擇性剪接而轉(zhuǎn)錄成多種變體。近來，一項使用靶向RNA捕獲技術(shù)的研究確定了6個主要的HOTAIR剪接變異體，并提出了一個可供選擇的剪接位點，可以消除與多梳蛋白抑制復(fù)合體2（polycomb repres?sive complex 2，PRC2）結(jié)合的基因域［5］。HOTAIR的剪接變異體在生理或病理環(huán)境中是否被調(diào)節(jié)以及變異體是否可因其不同結(jié)構(gòu)而發(fā)揮不同的功能對于目前的腫瘤研究具有重要意義。

HOTAIR的生物學(xué)作用是通過不同片段特異性召集一系列復(fù)雜蛋白復(fù)合體以實現(xiàn)對下游目標(biāo)基因的調(diào)控［6］。HOTAIR 5′末端的89 bp片段與PRC2結(jié)合，3′末端的646 bp片段與組蛋白去甲基化酶復(fù)合體（LSD1/CoREST/REST）結(jié)合［7］。PRC2是重要的基因抑制性復(fù)合物，由EED、EZH2和SUZ12等亞基共同組成。EZH2是一種甲基轉(zhuǎn)移酶，在多種腫瘤中表達(dá)異常，參與腫瘤抑制基因的沉默。HOTAIR 5′結(jié)構(gòu)域與PRC2復(fù)合體結(jié)合，通過反式作用方式影響染色體組蛋白H3第27位點的賴氨酸三甲基化（histone H3 lys27 trimethylation，H3K27me3），繼而導(dǎo)致下游抑癌性靶基因沉默［8］。LSD1/CoREST/REST復(fù)合物含有賴氨酸特異性組蛋白去甲基化酶1（lysine specifi c demethylase 1，LSD1），這是一種組蛋白脫甲基酶，可通過H3組蛋白第4位賴氨酸二甲基化（histone H3 dimethyl Lys4，H3K4me2）來調(diào)控靶基因表達(dá)［9］。HOTAIR3′結(jié)構(gòu)域與LSD1/CoREST/REST復(fù)合物結(jié)合，介導(dǎo)H3K4去甲基化以影響靶基因表達(dá)［10］。然而，LDS1和PRC2調(diào)控的靶基因極為廣泛。因此，改變HO?TAIR的表達(dá)水平可能導(dǎo)致極其復(fù)雜的生物學(xué)效應(yīng)。實驗表明，HOTAIR基因敲除的小鼠失去了對HOXD基因家族表達(dá)的抑制作用，表現(xiàn)出了脊柱彎曲以及掌骨畸形等畸變［11］。

2 腫瘤中HOTAIR過表達(dá)特征

HOTAIR在包括胰腺癌、結(jié)直腸癌及肺癌等癌組織中均過表達(dá)，并與腫瘤轉(zhuǎn)移及預(yù)后不良關(guān)系密切［12］。目前，HOTAIR過表達(dá)被認(rèn)為是上皮來源惡性腫瘤的重要特征性分子事件。在結(jié)直腸癌中，HOTAIR的過表達(dá)與腫瘤惡性程度及臨床分期呈正相關(guān)，特別是結(jié)腸癌肝轉(zhuǎn)移的患者［13］。在乳腺癌中，HOTAIR的表達(dá)顯著上調(diào)，其高表達(dá)狀態(tài)增加了腫瘤的侵襲性和轉(zhuǎn)移性，與總生存期和無病生存期呈明顯的負(fù)相關(guān)性［14］。CHENG 等［15］對胰腺癌RNA表達(dá)譜分析發(fā)現(xiàn)，正常胰腺組織內(nèi)HOTAIR表達(dá)較胰腺癌組織低、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陰性組HOTAIR表達(dá)較淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移陽性組低、病理分期T2組HOTAIR表達(dá)較T3組低。因此，HOTAIR過表達(dá)是多數(shù)惡性腫瘤預(yù)后不良的獨立危險因素。

3 HOTAIR在胃癌中的表達(dá)

與正常胃粘膜上皮相比，HOTAIR的表達(dá)水平在胃癌組織中顯著升高。HOTAIR在胃癌中的表達(dá)升高是否由擴(kuò)增，缺失或點突等遺傳突變引起尚不清楚。研究顯示，HOTAIR內(nèi)含子2中位于轉(zhuǎn)錄起始位點下游的+1 719 bp和+2 353 bp之間存在增強(qiáng)子樣區(qū)域［16］。HOTAIR單核苷酸多態(tài)性（single nucleotide polymorphism，SNP）在不同樣本中的病例-對照研究中發(fā)現(xiàn)，增強(qiáng)子區(qū)域上的rs920778與胃癌發(fā)病風(fēng)險相關(guān)［17］。rs920778 TT、rs920778 CC與胃癌組織中HOTAIR的高表達(dá)狀態(tài)相一致，但前者更甚。與rs920778CC攜帶者相比，rs920778 TT攜帶者患胃癌的風(fēng)險顯著增加。在中國人群中，DU等［18］發(fā)現(xiàn)HOTAIR的功能性SNP rs4759314與胃癌易感性有很強(qiáng)的相關(guān)性。SNP rs4759314位于內(nèi)含子啟動子區(qū)域并影響該啟動子的活性，調(diào)控HOTAIR的表達(dá)。GUO等［19］也報道了HOTAIR多態(tài)性與賁門腺癌（gastric cardia adenocarcinoma，GCA）風(fēng)險之間的關(guān)系，并確定標(biāo)簽SNP rs12826786不僅與GCA風(fēng)險相關(guān)，而且對HOTAIR表達(dá)具有基因型特異性效應(yīng)。因此，SNP可影響lncRNA的調(diào)控，部分解釋了胃癌具有遺傳傾向。

致癌蛋白對HOTAIR的直接轉(zhuǎn)錄激活是其在瘤細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)的機(jī)制之一。Myc蛋白可通過特異性結(jié)合靶基因中E?box核心元件來調(diào)控下游基因。在膽囊癌中，Myc即通過激活HOTAIR基因的轉(zhuǎn)錄起始位點上游1 053 bp處的E?box來促使HOTAIR轉(zhuǎn)錄［20］。Myc在超過40%的胃癌組織中過表達(dá)，已有研究［21］顯示lncRNA H19在胃癌中被Myc轉(zhuǎn)錄激活，但對HOTAIR的作用機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。

與蛋白質(zhì)編碼基因相似，miRNAs也以堿基配對的形式作用于靶標(biāo)lncRNAs［22］。在HOTAIR的外顯子6中含有miR?34a和miR?141的靶位點，它們均可以抑制HOTAIR的表達(dá)，最終導(dǎo)致癌細(xì)胞的增殖及侵襲能力降低［23-24］。let?7i的靶位點也在外顯子6中，HOTAIR的水平可因let?7i的過表達(dá)而降低，主要原因是HOTAIR，let?7i，Ago2和RNA結(jié)合蛋白人抗原R組成的異源四聚體的形成［25］。在胃癌中，miR?34a、miR?141及l(fā)et?7i均為重要的抑制性miRNAs，可介導(dǎo)HOTAIR表達(dá)降低［26］。

在研究乳腺癌HOTAIR時發(fā)現(xiàn)，已建立的乳腺癌細(xì)胞系中HOTAIR的表達(dá)要比乳腺癌組織低得多，這種明顯的差異可能歸因于腫瘤微環(huán)境中存在大量的腫瘤促進(jìn)因子激活HOTAIR的表達(dá)而細(xì)胞培養(yǎng)液中卻缺乏［27］。在胃癌中，轉(zhuǎn)化生長因子-β通過對蛋白激酶Bb/Akt2的異構(gòu)體特異性刺激來終止PCBP1蛋白磷酸化的激酶級聯(lián)反應(yīng)，繼而誘導(dǎo)EMT特性，而PCBP1和HOTAIR在胃癌發(fā)病和轉(zhuǎn)移進(jìn)程中具有相反的作用［28］。因此，研究腫瘤微環(huán)境中的各種因子對HOTAIR在胃癌中的調(diào)控將十分具有吸引力。

4 HOTAIR在胃癌中的作用

lncRNA和miRNA間的交聯(lián)在胃癌中發(fā)揮重要作用。正如上所述，HOTAIR的表達(dá)可由如miR?34a、miR?141等腫瘤抑制性miRNA調(diào)節(jié)，而HOTAIR也可拮抗相關(guān)腫瘤抑制性miRNA［9］。在胃癌中，HOTAIR的更典型特征是具有競爭性內(nèi)源RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）的功能。LIU等［29］通過RNA結(jié)合蛋白免疫沉淀技術(shù)發(fā)現(xiàn)，HO?TAIR作為ceRNA，通過互補(bǔ)的靶位點捕獲miR?331?3p，從而上調(diào)miR?331?3p靶向致癌基因HER2的表達(dá)，進(jìn)一步調(diào)控胃癌細(xì)胞的增殖和遷移。miR?152可在胃癌組織中異常表達(dá)，并且靶向調(diào)節(jié)HLA?G的表達(dá)。HLA?G可通過抑制各種免疫細(xì)胞的功能，在腫瘤細(xì)胞逃脫宿主免疫監(jiān)視中起重要作用。HOTAIR作為ceRNA競爭性結(jié)合miR?152來上調(diào)HLA?G的表達(dá)，提高腫瘤免疫耐受，促進(jìn)胃癌發(fā)展［30］。

EMT是腫瘤轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵過程，被定義為上皮細(xì)胞失去上皮特征并獲得典型的間充質(zhì)細(xì)胞的特征。XU等［31］發(fā)現(xiàn)HOTAIR可通過Snail來促進(jìn)胃癌EMT進(jìn)程。通過轉(zhuǎn)染siRNA 抑制 HOTAIR 后，基質(zhì)金屬蛋白酶?1（MMP?1）和MMP?9的水平被抑制，E?cadherin和ZO?1等蛋白表達(dá)上調(diào)，逆轉(zhuǎn)EMT過程。因此，沉默HOTAIR可抑制胃癌細(xì)胞的侵襲。LIU等［29］進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)EZH2可以直接結(jié)合miR?34a的啟動子區(qū)域并介導(dǎo)H3K27me3修飾。因此，通過招募PRC2，HOTAIR可沉默miR?34a表達(dá)，繼而致snail表達(dá)上調(diào)，促進(jìn)胃癌EMT發(fā)生［32］。

細(xì)胞周期和細(xì)胞凋亡的調(diào)控對胃癌的發(fā)展起關(guān)鍵作用。越來越多的證據(jù)表明抑制HOTAIR表達(dá)對于促進(jìn)癌細(xì)胞凋亡和減少癌細(xì)胞侵襲是十分有效的［31］。最近一項研究顯示，在胃癌細(xì)胞株KATOⅢ中用小干擾RNA敲除HOTAIR不僅可以將腫瘤細(xì)胞阻滯在G0/G1期從而抑制其增殖，而且下調(diào)HOTAIR的表達(dá)后可以顯著誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。其具體作用機(jī)制是敲除胃癌細(xì)胞中的HOTAIR可以促使線粒體釋放一種具有修復(fù)單鏈DNA的PARP?1酶，其功能與細(xì)胞凋亡蛋白酶及細(xì)胞色素C類似［33］。

5 HOTAIR在胃癌中的臨床價值

HOTAIR可作為胃癌患者潛在預(yù)后指標(biāo)。多項研究表明，HOTAIR表達(dá)水平與腫瘤大小、病理分期及轉(zhuǎn)移成正相關(guān)［34］。相關(guān)薈萃分析也顯示HOTAIR高表達(dá)的胃癌患者預(yù)后較差，總生存期明顯縮短［35］。在接受氟尿嘧啶和鉑類化療的晚期胃癌患者中，HOTAIR同樣具有很好的總生存期預(yù)測性［35］。另外，HOTAIR還可作為胃癌腹膜轉(zhuǎn)移的獨立預(yù)后和危險因素［36］。這些均表明HOTAIR與胃癌的預(yù)后關(guān)系密切，是重要的預(yù)后指標(biāo)。

臨床上，常用腫瘤標(biāo)志物如CEA、CA19?9等在胃癌中的靈敏度和特異性欠佳，不能在診斷及治療中提供很好的參考價值，使患者失去了最佳治療時機(jī)［37］。而HOTAIR與胃癌的發(fā)生、轉(zhuǎn)移、耐藥及預(yù)后均息息相關(guān)，可以作為胃癌的生物標(biāo)記物［29］。與腫瘤特異性miRNA一樣，HOTAIR在各種生物標(biāo)本中具有穩(wěn)定性、可檢測性和特異性，包括血清和尿液，甚至胃液中，適合于通過非侵入性手段進(jìn)行檢測［38］。因此，HOTAIR可以被定量檢測而應(yīng)用于臨床診治，可行性較高［39］。

越來越多的研究報道，HOTAIR有望成為胃癌的治療靶點。LEE等［33］研究發(fā)現(xiàn)，用小干擾RNA沉默HOTAIR，可顯著抑制MKN28、MKN74和KATOⅢ等胃癌細(xì)胞的生長和增殖。在體內(nèi)實驗，下調(diào)HOTAIR表達(dá)能有效抑制胃癌細(xì)胞的增殖和侵襲，促進(jìn)細(xì)胞凋亡，抑制腫瘤生長和轉(zhuǎn)移［40］。MA等［41］研究發(fā)現(xiàn)，中藥提取物薯蕷皂苷可通過下調(diào)HOTAIR的表達(dá)而顯著抑制胃癌細(xì)胞株的增殖。所以，以上研究結(jié)果均提示HOTAIR是一個十分具有吸引力的胃癌治療新靶點。

化療是臨床上治療胃癌的重要手段之一，但常常受限于腫瘤耐藥的產(chǎn)生。當(dāng)前，腫瘤耐藥與表觀遺傳學(xué)之間的關(guān)系已得到了證實。YAN等［42］研究發(fā)現(xiàn)，HOTAIR可直接靶向抑制miR?126的表達(dá)并激活PI3K/AKT/MRP1信號通路，上調(diào)多藥耐藥相關(guān)蛋白1的表達(dá)，促進(jìn)胃癌發(fā)生耐藥。也有研究表明，HOTAIR過表達(dá)與順鉑耐藥有關(guān)，傳統(tǒng)化療藥物與HOTAIR抑制劑的聯(lián)合應(yīng)用可能會克服腫瘤細(xì)胞的耐藥性［43］。因此，HOTAIR被認(rèn)為是腫瘤化療耐藥的重要預(yù)測因子和逆轉(zhuǎn)腫瘤化療耐藥的候選靶點。最近一項臨床研究發(fā)現(xiàn)，在ⅢA、ⅢB期接受氟尿嘧啶和鉑類藥物化療的胃癌患者中，HOTAIR表達(dá)越高者越容易發(fā)生腫瘤耐藥［44］。因此，在晚期胃癌患者中，可以通過檢測HOTAIR的表達(dá)來判定患者是否能從氟尿嘧啶和鉑類藥物中獲益。

6 目前的挑戰(zhàn)及未來的方向

胃癌是世界上最緊迫的健康問題之一，惡性程度高，復(fù)發(fā)風(fēng)險大。HOTAIR有望成為胃癌新的診斷與治療靶點。然而，HOTAIR進(jìn)一步應(yīng)用于臨床仍有不少挑戰(zhàn)。首先，HOTAIR?PRC2和 HOTAIR?LSD1相互作用機(jī)制還未完全清楚［45］。因為PRC2、LSD1與數(shù)千個lncRNAs均相互關(guān)系，其功能也受到這些lncRNA的多向調(diào)節(jié)。另一個挑戰(zhàn)是EZH2介導(dǎo)的非組蛋白甲基化。毫無疑問，抑制HOTAIR或EZH2均阻礙胃癌的進(jìn)展。然而，這些研究中的實驗設(shè)計還不能排除基因表達(dá)的改變和細(xì)胞生物學(xué)行為等因素通過EZH2對轉(zhuǎn)錄因子和其他非組蛋白的甲基化的影響［46］。除此之外，HOTAIR是否還通過別的方式參與下游基因的表達(dá)調(diào)控也需要更多的實驗研究。

總之，HOTAIR具有重要的的診斷和治療潛能，現(xiàn)已經(jīng)成為胃癌新的調(diào)節(jié)因子。HOTAIR臨床應(yīng)用的實現(xiàn)需要進(jìn)一步研究HOTAIR不同功能結(jié)構(gòu)域的作用機(jī)制以及其在胃癌中的促瘤機(jī)制，從而實現(xiàn)胃癌的精準(zhǔn)治療。