長(zhǎng)鏈非編碼RNA在腫瘤細(xì)胞糖代謝中的調(diào)控作用

倪超 鄭婕 郭俊明 葉孟

腫瘤的本質(zhì)是細(xì)胞增殖失控，不但解除細(xì)胞增殖控制，而且促進(jìn)細(xì)胞能量代謝，最終適應(yīng)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)和分化。在肝癌細(xì)胞代謝研究中，Warburg[1]首次發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞能量代謝異常。在有氧微環(huán)境下，腫瘤細(xì)胞通過(guò)能量代謝重組和線粒體功能受損來(lái)增加糖酵解代謝能力，從而維持細(xì)胞能量平衡。這種葡萄糖代謝異常現(xiàn)象稱為有氧糖酵解，又稱為Warburg效應(yīng)。經(jīng)過(guò)90多年不斷探索和研究，發(fā)現(xiàn)Warburg效應(yīng)存在于肺癌、乳腺癌、結(jié)腸癌、胃癌等多種惡性腫瘤中。盡管不是所有腫瘤都存在Warburg效應(yīng)，但細(xì)胞能量異常被廣泛認(rèn)為是腫瘤細(xì)胞的特征之一。Warburg效應(yīng)為腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)提供重要能量，但它在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用機(jī)制尚未完全明確。全基因組轉(zhuǎn)錄組測(cè)序顯示，哺乳動(dòng)物的基因組多數(shù)發(fā)生轉(zhuǎn)錄，并產(chǎn)生各種各樣的編碼和非編碼RNA轉(zhuǎn)錄本。最新的GENCODE人類(lèi)基因組數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)人類(lèi)60 554個(gè)基因，其中蛋白質(zhì)編碼基因19 815個(gè)，長(zhǎng)鏈非編碼RNA（LncRNA）基因15 941個(gè)，小非編碼RNA基因9 882個(gè)，假基因14 505個(gè)。非編碼RNA作為重要的調(diào)控分子，根據(jù)功能可分為管家型非編碼RNA和調(diào)節(jié)型非編碼RNA[2]?；贚ncRNA與蛋白質(zhì)編碼基因的位置關(guān)系，將其分為5大類(lèi)，即正義LncRNA、反義LncRNA、雙向LncRNA、基因內(nèi)LncRNA和基因間LncRNA[3]，見(jiàn)圖1。近年來(lái)研究證實(shí)，無(wú)論在細(xì)胞核還是細(xì)胞質(zhì)中，LncRNA在多個(gè)生物學(xué)過(guò)程中

發(fā)揮作用，如X染色體失活[4]、染色質(zhì)重塑[2]、基因可變剪切[5]、mRNA穩(wěn)定及降解[6]等。同時(shí)，LncRNA在調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)[7]、分化[8]、凋亡及轉(zhuǎn)移[9]等過(guò)程中發(fā)揮作用。此外，越來(lái)越多證據(jù)表明LncRNA參與腫瘤糖代謝的過(guò)程。

1 LncRNA在腫瘤糖代謝中的作用

1.1 NRCP 在卵巢癌組織中，Rupaimoole等[10]運(yùn)用人類(lèi)非編碼RNA芯片技術(shù)發(fā)現(xiàn)一條表達(dá)上調(diào)的NRCP。在SKOV3和A2780卵巢癌細(xì)胞株中，干擾NRCP表達(dá)后，卵巢癌細(xì)胞凋亡明顯增多，細(xì)胞增殖和腫瘤糖酵解明顯減少。培養(yǎng)SKOV3細(xì)胞系構(gòu)建原位卵巢癌小鼠模型，表達(dá)下調(diào)NRCP組卵巢癌腫瘤大小及轉(zhuǎn)移率均低于對(duì)照組。進(jìn)一步研究作用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)NRCP作為連接信號(hào)轉(zhuǎn)到與轉(zhuǎn)錄活化因子1和RNA聚合酶Ⅱ的中間分子，參與卵巢癌細(xì)胞糖酵解的調(diào)控。在癌細(xì)胞中沉默和過(guò)表達(dá)NRCP后，糖酵解途徑中的關(guān)鍵分子如葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)酶、果糖二磷酸醛縮酶A和果糖二磷酸醛縮酶C的表達(dá)水平均受到影響。該研究提供了以RNA干擾為基礎(chǔ)的治療腫瘤的新思路。

1.2 癌易感性候選基因9（CASC9） CASC9是最初確認(rèn)為食管鱗狀細(xì)胞癌相關(guān)的長(zhǎng)鏈非編碼RNA，參與調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移。Su等[11]發(fā)現(xiàn)CASC9在鼻咽癌組織中高表達(dá)；穩(wěn)定表達(dá)的CASC9能促進(jìn)鼻咽癌細(xì)胞增殖；深入研究發(fā)現(xiàn)CASC9通過(guò)激活缺氧誘導(dǎo)因子1α來(lái)驅(qū)動(dòng)糖酵解代謝重組，促進(jìn)鼻咽癌細(xì)胞生長(zhǎng)。該研究證實(shí)CASC9在鼻咽癌癌發(fā)生、發(fā)展中的重要性，強(qiáng)調(diào)CASC9可作為鼻咽癌診斷與治療的潛在靶點(diǎn)。

1.3 INK4位點(diǎn)反義非編碼RNA（ANRIL） 在家族性黑色素瘤患者中發(fā)現(xiàn)了ANRIL，隨后又發(fā)現(xiàn)高表達(dá)的ANRIL作為高危因素存在多種惡性腫瘤中。在部分疾病中，ANRIL可作為調(diào)控糖脂代謝的關(guān)鍵分子。Zou等[12]發(fā)現(xiàn)鼻咽癌組織中ANRIL高表達(dá)，經(jīng)Cox回歸分析發(fā)現(xiàn)ANRIL表達(dá)是鼻咽癌獨(dú)立預(yù)后因子。同時(shí)，功能缺失研究提示ANRIL促進(jìn)了鼻咽癌細(xì)胞增殖和分化；改變腫瘤干細(xì)胞樣側(cè)群細(xì)胞在鼻咽癌細(xì)胞中所占比例。ANRIL通過(guò)增加葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體1和乳酸脫氫酶A的表達(dá)量，從而重組葡萄糖代謝來(lái)提供鼻咽癌細(xì)胞生長(zhǎng)所需能量。

圖 1 非編碼 RNA類(lèi)型（rRNA：核糖體 RNA；tRNA：轉(zhuǎn)運(yùn)體RNA；snRNA：核小 RNA；snoRNA：核仁小RNA；SncRNA：短鏈非編碼RNA）

1.4 長(zhǎng)鏈非編碼RNA原癌基因抑制因子（LncRNAMIF） 在多數(shù)人類(lèi)腫瘤中，原癌基因c-Myc被激活，并參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展過(guò)程。Zhang等[13]在宮頸癌Hela細(xì)胞株中發(fā)現(xiàn)一條影響c-Myc表達(dá)的LncRNA，并命名為L(zhǎng)ncRNA-MIF。該研究組發(fā)現(xiàn)LncRNA-MIF作為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA通過(guò)miRNA應(yīng)答元件與miR-586相結(jié)合來(lái)影響miR-586對(duì)F框/WD-40域蛋白7的抑制作用，導(dǎo)致F框/WD-40域蛋白7上調(diào)來(lái)減少c-Myc表達(dá)。已知c-Myc可通過(guò)轉(zhuǎn)錄調(diào)控糖代謝通路相關(guān)靶基因，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞有氧糖酵解反應(yīng)。上調(diào)LncRNA-MIF后，腫瘤細(xì)胞葡萄糖攝取和乳酸生成明顯減少，表明LncRNA-MIF通過(guò)mi-586來(lái)影響腫瘤糖酵解。

1.5 前列腺癌基因表達(dá)標(biāo)志物1（PCGEM1） PCGEM1異常表達(dá)與前列腺癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。PCGEM1可在轉(zhuǎn)錄水平上影響多條代謝途徑：三羧酸循環(huán)、谷氨酰胺代謝和磷酸戊糖旁路等。Yang等[14]發(fā)現(xiàn)PCGEM1與雄激素受體密切相關(guān)，通過(guò)激活雄激素受體促進(jìn)去勢(shì)抵抗性前列腺癌快速進(jìn)展，預(yù)示PCGEM1可作為治療前列腺癌的潛在靶點(diǎn)。Hung等[15]首次報(bào)道了PCGEM1能與c-Myc相結(jié)合，并使其成為雄激素受體與c-Myc的共激活因子，從而調(diào)節(jié)前列腺癌細(xì)胞代謝重編程，包括促進(jìn)有氧糖酵解中葡萄糖攝取，促進(jìn)磷酸戊糖途徑

中核苷酸和脂肪酸合成，促進(jìn)氧化還原反應(yīng)中還原型輔酶Ⅱ生成等。PCGEM1可在轉(zhuǎn)錄水平上影響多條糖代謝途徑，包含三羧酸循環(huán)、谷氨酰胺代謝和磷酸戊糖旁路等。該研究組還觀察到，PCGEM1直接與c-Myc的啟動(dòng)子相互作用，促進(jìn)染色體對(duì)c-Myc招募，激活c-Myc的轉(zhuǎn)錄活性。

1.6 HOXB-AS3 Huang等[16]研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)鏈非編碼RNA HOXB-AS3在高轉(zhuǎn)移性的結(jié)腸癌細(xì)胞株中低表達(dá)。根據(jù)HOXB-AS3能與核糖體結(jié)合的相關(guān)報(bào)道，該團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步證實(shí)HOXB-AS3可以編碼一個(gè)由53個(gè)氨基酸構(gòu)成的小分子多肽。在機(jī)制研究中，HOXB-AS3小分子多肽通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合核不均一核糖核蛋白A1（hnRNP A1）中RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域RGG盒內(nèi)的精氨酸殘基，最終阻斷hnRNP A1對(duì)丙酮酸激酶的調(diào)控作用。在結(jié)腸癌細(xì)胞株中，HOXB-AS3小分子多肽可以抑制hnRNP A1對(duì)丙酮酸激酶的剪切加工，降低M2型丙酮酸激酶的活性，從而影響癌細(xì)胞中葡萄糖代謝重編程。

1.7 結(jié)腸癌相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2（CCAT2） 在結(jié)腸癌相關(guān)LncRNA研究中，Huppi等[17]發(fā)現(xiàn)2個(gè)來(lái)源于染色體8q24 區(qū)域的特異性 LncRNA，即 CCAT1、CCAT2，其中CCAT2包含了癌癥風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)的單核苷酸多態(tài)性。隨后研究發(fā)現(xiàn)單核苷酸多態(tài)性影響CCAT2的表達(dá)，且風(fēng)險(xiǎn)等位基因G可以促進(jìn)CCAT2轉(zhuǎn)錄本的增加[18]。Redis等[19]研究發(fā)現(xiàn)CCAT2通過(guò)等位基因特異性與剪切因子I復(fù)合物的2個(gè)亞基（剪切因子I 25、68）相結(jié)合。CCAT2與剪切因子I復(fù)合物相互作用后，選擇性剪切調(diào)控谷氨酰胺酶，最終調(diào)節(jié)結(jié)腸癌細(xì)胞糖代謝。

2 LncRNA通過(guò)調(diào)控信號(hào)通路影響腫瘤細(xì)胞糖代謝

2.1 PI3K-AKT-mTOR信號(hào)通路 PI3K-AKT-mTOR信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是目前研究較為廣泛的腫瘤細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，在腫瘤細(xì)胞演變過(guò)程中發(fā)揮重要作用。Lu等[20]研究發(fā)現(xiàn)，沉默HULC可干擾PI3K-AKT信號(hào)通路的激活，明顯抑制慢性粒細(xì)胞白血病細(xì)胞的增殖能力。另有研究表明，激活的PI3K-AKT-mTOR信號(hào)通路與胃癌轉(zhuǎn)移相關(guān)，提示患者預(yù)后及生存不良[21]。該信號(hào)通路也有效調(diào)節(jié)胃癌細(xì)胞的糖酵解過(guò)程。磷酸酰肌醇3-激酶轉(zhuǎn)化為3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇，后者可與蛋白激酶B的PH結(jié)構(gòu)域相結(jié)合，使蛋白激酶B磷酸化?；罨牡鞍准っ窧可直接增加葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體易位，同時(shí)促進(jìn)己糖激酶2與線粒體外膜電壓依賴性陰離子通道相結(jié)合，提高有氧糖酵解反應(yīng)[22]。

蛋白激酶B靶向調(diào)控的下游信號(hào)分子中，哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白是細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖及代謝等多條通路的中心環(huán)節(jié)。在膀胱癌細(xì)胞中，尿路上皮癌胚抗原1通過(guò)上調(diào)己糖激酶2蛋白的表達(dá)來(lái)促進(jìn)腫瘤的有氧糖酵解[23]。深入機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，尿路上皮癌胚抗原1通過(guò)激活mTOR-STAT3信號(hào)通路來(lái)誘導(dǎo)己糖激酶2的mRNA轉(zhuǎn)錄；在轉(zhuǎn)錄后水平抑制miRNA-143對(duì)靶蛋白己糖激酶2的作用，提高己糖激酶2蛋白表達(dá)。

2.2 胰島素信號(hào)通路 胰島素可以促進(jìn)肌肉、脂肪及他它胰島素敏感組織對(duì)葡萄糖攝取和利用，從而降低血糖；可以抑制丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶等代謝關(guān)鍵酶以及減少糖異生的原料，從而抑制肝臟、腎臟糖異生。胰島素與其受體相結(jié)合，激活胰島素樣生長(zhǎng)因子1、胰島素樣生長(zhǎng)因子2和胰島素樣生長(zhǎng)因子2受體，參與細(xì)胞活化和血管生成[24]。然而，許多研究發(fā)現(xiàn)胰島素信號(hào)與腫瘤密切相關(guān)[25]。當(dāng)干擾胰島素與胰島素樣生長(zhǎng)因子受體結(jié)合，從而抑制胰島素下游信號(hào)通路對(duì)腫瘤生長(zhǎng)的調(diào)控[26]。胰島素樣生長(zhǎng)因子2還可以通過(guò)激活PI3K-AKT信號(hào)通路誘導(dǎo)胃癌細(xì)胞上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而引起腫瘤轉(zhuǎn)移[27]。

在腫瘤的糖代謝機(jī)制研究中，LncRNA與胰島素信號(hào)通路的相互作用備受關(guān)注。LncRNA 91H通過(guò)下調(diào)胰島素樣生長(zhǎng)因子2的表達(dá)，促進(jìn)食管鱗狀細(xì)胞癌的發(fā)生、發(fā)展[28]。反義胰島素樣生長(zhǎng)因子2在非小細(xì)胞肺癌中首次被證實(shí)抗癌作用，發(fā)現(xiàn)與它胰島素樣生長(zhǎng)因子2具有一定的相關(guān)性[29]。

Ellis等[30]首次報(bào)道在結(jié)腸癌中，結(jié)直腸腫瘤差別表達(dá)基因通過(guò)胰島素-胰島素樣生長(zhǎng)因子信號(hào)通路調(diào)節(jié)細(xì)胞新陳代謝。胰島素、胰島素樣生長(zhǎng)因子1和胰島素樣生長(zhǎng)因子2與各自受體相結(jié)合，激活下游2條經(jīng)典糖代謝信號(hào)通路PI3K-AKT和Raf-MAPK，從而調(diào)控結(jié)直腸腫瘤差別表達(dá)基因表達(dá)水平。該研究組發(fā)現(xiàn)一個(gè)結(jié)直腸腫瘤差別表達(dá)基因核轉(zhuǎn)錄本，其內(nèi)含子4含有一個(gè)高度保守序列。干擾結(jié)直腸腫瘤差別表達(dá)基因后，葡萄糖代謝和脂肪酸合減弱，而脂肪酸合成增強(qiáng)。進(jìn)一步研究表明，葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體4的表達(dá)隨結(jié)直腸腫瘤差別表達(dá)基因下調(diào)而降低，導(dǎo)致細(xì)胞對(duì)葡萄糖的攝取量減少。結(jié)腸癌細(xì)胞因葡萄糖攝取受阻，伴有乳酸分泌也減少。以上結(jié)果可見(jiàn)，結(jié)直腸腫瘤差別表達(dá)基因表達(dá)缺失會(huì)影響胰島素信號(hào)通路在結(jié)腸癌細(xì)胞糖脂代謝中的作用和調(diào)控。

2.3 低氧誘導(dǎo)因子信號(hào)通路 缺氧被認(rèn)為是致癌的一個(gè)重要因素。在低氧誘導(dǎo)因子信號(hào)通路中，低氧誘導(dǎo)因子-1作為關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，感知并響應(yīng)細(xì)胞氧量變化，從而幫助細(xì)胞在低氧微環(huán)境中生存[31]。低氧誘導(dǎo)因子-1通過(guò)激活葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和部分糖酵解關(guān)鍵酶，如己糖激酶、M2型丙酮酸激酶和乳酸脫氫酶A，直接促進(jìn)腫瘤糖酵解反應(yīng)。低氧誘導(dǎo)因子-1依賴的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路介導(dǎo)的腫瘤糖酵解增加，線粒體耗氧量減少，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)。

有證據(jù)表明在腫瘤糖酵解過(guò)程中，LncRNA與低氧誘導(dǎo)因子信號(hào)通路起到重要作用。在肝癌細(xì)胞中，Takahashi等[32]研究發(fā)現(xiàn)低氧誘導(dǎo)因子信號(hào)通路參與腫瘤細(xì)胞的代謝及生長(zhǎng)調(diào)控。在胃癌術(shù)后患者中，低氧誘導(dǎo)因子-1高表達(dá)伴有較低的無(wú)病生存率及總體生存率[33]。Huang等[34]發(fā)現(xiàn)漿細(xì)胞瘤變體易位1在腫瘤細(xì)胞中起到miRNA-186海綿作用，調(diào)節(jié)低氧誘導(dǎo)因子-1表達(dá)，間接促進(jìn)胃癌細(xì)胞進(jìn)程。另有研究表明，低氧應(yīng)答lincRNA-p21（RNA-p21）對(duì)腫瘤糖酵解起到至關(guān)重要的作用[35]。低氧或低氧誘導(dǎo)因子-1誘導(dǎo)lincRNA-p21作用于希佩爾林道蛋白，通過(guò)干擾低氧誘導(dǎo)因子及希佩爾林道相互作用來(lái)減弱希佩爾林道介導(dǎo)的低氧誘導(dǎo)因子泛素化，最終使低氧誘導(dǎo)因子穩(wěn)定存在。以上結(jié)果提示在低氧微環(huán)境下，低氧誘導(dǎo)因子與lincRNA-p21之間存在正反饋環(huán)路，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞糖酵解，見(jiàn)圖2。

3 總結(jié)與展望

腫瘤細(xì)胞能量代謝異常是腫瘤特征之一[36]。LncRNA作為基因表達(dá)調(diào)控分子，對(duì)惡性腫瘤糖代謝相關(guān)酶和代謝信號(hào)通路進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。盡管部分LncRNA在腫瘤糖代謝中發(fā)揮重要作用，但相互作用關(guān)系及機(jī)制尚未闡明。LncRNA在腫瘤細(xì)胞糖代謝領(lǐng)域中的研究尚處于起步階段，且未將糖代謝相關(guān)的LncRNA運(yùn)用到臨床治療中。隨著對(duì)LncRNA序列及結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步研究，越來(lái)越多LncRNA被發(fā)現(xiàn)參與腫瘤細(xì)胞糖代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)，LncRNA漸漸改變了醫(yī)生對(duì)腫瘤病因的固有認(rèn)識(shí)和基本治療策略，希望在不斷揭示LncRNA與腫瘤糖代謝之間的聯(lián)系中，為腫瘤的診斷與綜合治療提供新的策略。

圖2 LncRNA在有氧糖酵解中的信號(hào)通路（PI3K：磷脂酰肌醇-3激酶；AKT：蛋白激酶 B；HIF-1：缺氧誘導(dǎo)因子 -1）