長鏈非編碼RNA HOTAIR在宮頸癌中的研究進展

李 欣 侯 敢 黃迪南

宮頸癌(cervical cancer，CC)作為最常見的婦科惡性腫瘤之一，在女性癌癥相關的死亡中僅次于乳腺癌。在診斷的時候，80%的患者已經發(fā)展浸潤性癌，而且患病的年齡也在年輕化。由于復發(fā)和轉移，宮頸癌仍具有很高的發(fā)生率和病死率[1]。因此，尋找可靠的腫瘤標志物以及新的靶向治療手段對于提高患者的生存率意義重大。許多長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)已被證實在宮頸癌和其他癌癥中起著重要的調控作用。

一、lncRNAs作為宮頸癌的新型主要調節(jié)劑

lncRNA是由RNA聚合酶Ⅱ轉錄，非蛋白編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)家族中長度> 200個核苷酸的長ncRNA。起初被認為是基因組轉錄的“噪音”，不具有生物學功能。但近年來的研究表明，lncRNAs已經成為新型的主要調節(jié)劑，活躍于各種實體瘤和血液惡性腫瘤的治療起始、進展和反應等[2]。截至2018年5月，使用lncRNA和宮頸癌作為關鍵詞在PubMed和中國知網中搜索產生了十幾種已在宮頸癌中單獨檢測的lncRNAs(表1)[3～21]。它們具有很大的描述性和相關性，這些文章突出了lncRNA在宮頸癌中的關鍵作用。被探討的這些lncRNAs調節(jié)宮頸癌的關鍵細胞過程，如凋亡、增殖和侵襲。此外，這些lncRNA表達失調與宮頸癌患者的轉移，晚期病理分期和預后不良等相關。其中，lncRNA 同源盒基因轉錄物反義RNA(homeobox gene transcript antisense RNA，HOTAIR)對宮頸癌作用的吸引了研究者們的強烈關注[3～10]。在此筆者回顧HOTAIR在宮頸癌中的最新文獻，強調其在宮頸癌中的表達意義及調節(jié)的分子機制。宮頸癌相關lncRNAs生物學功能以及與這些lncRNAs相關的臨床特征見表1。

二、發(fā)現HOTAIR基因

人類同源盒基因(homeobox gene, HOX)編碼轉錄因子的調節(jié)基因，主要包括HOXA、HOXB、HOXC及HOXD 4類，在胚胎發(fā)育中起重要作用。HOTAIR是由Rinn等[22]首次發(fā)現的一條以反式作用沉默染色質調控基因表達的特殊lncRNA。人HOTAIR基因位于第12號染色體上HOXC簇中HOXC11和HOXC12之間的基因間區(qū)域(圖1)[23]。其主要轉錄物是從6449bp基因座轉錄，并由6個外顯子(5個短外顯子和1個長外顯子)組成的2364bp RNA。

HOTAIR在5′端能夠招募多克隆抑制復合物2(polyclonal inhibition complex，PRC2)來抑制同源框基因D簇(HOXD)的表達[24]。組蛋白修飾對于轉錄激活至關重要，PRC2含有zeste homolog 2(EZH2)增強子，這是一種組蛋白甲基轉移酶，可通過組蛋白H3第27位賴氨酸三甲基化(histone H3 27th lysine trimethylation，H3K27me3)標記轉錄抑制基因。HOTAIR與基因組中富含GA的基序結合，以形成PRC2占位的廣泛結構域和隨后的H3K27me3。其3′端結合到含有賴氨酸特異性脫甲基酶1(lysine-specific demethylase 1，LSD1)的復合物上，LSD1是一種組蛋白脫甲基酶，并通過組蛋白H3第4位賴氨酸二甲基化(histone H3 4th lysine demethylation，H3K4me2)作用使基因表達失活。HOTAIR功能詳情見圖2。小鼠HOTAIR基因的缺失導致HOXD簇的去阻遏，其與HOXD基因啟動子處H3K27me3的占據減少以及由EMT.上皮間充質轉化； MALAT1.肺腺癌轉移相關轉錄本;ANRIL.位點反義非編碼RNA；UCA1.尿路上皮癌抗原l；SRA.類固醇受體RNA激活因子轉錄本；H19.母系印記基因轉錄本；lincRNA-p21.大基因間非編碼RNA；MEG3.母系表達基因3；TUSC8.抑癌候選基因8；GAS5.生長停滯特異性轉錄本5；lncRNA-LET.腫瘤低表達的lncRNA?！硎驹黾樱硎窘档陀贖OTAIR介導的PRC2和LSD1募集的喪失而增加的H3K4me2的占據相關[25]。

表1 lncRNAs調節(jié)宮頸癌的概況

圖1 HOTAIR在人類12號染色體上的位置

圖2 HOTAIR功能的示意圖SUZ12、EED和EZH2是PRC2綜合體的3個組成部分； CoREST、REST和LSD1是LSD1 / CoREST / REST復合體的3個組件

三、HOTAIR在宮頸癌中的表達

國內外多項研究表明，無論與癌旁組織或細胞，還是與非腫瘤組織或細胞，亦或是與宮頸上皮內瘤變的組織比較，HOTAIR在宮頸癌組織和細胞系中均顯著高表達。HOTAIR在組織與細胞中的升高抑制細胞凋亡并促進細胞增殖、遷移和侵襲并影響細胞周期進程，并誘導放射抗性[3～6，8～10]。Jing等[26]表明了在宮頸癌HeLa細胞株中誘導HOTAIR的過表達可通過抑制p21的表達增加放射抗性，而在C33A細胞株中干擾HOTAIR的表達可上調p21并增加其放射敏感度。宮頸癌細胞中上調HOTAIR表達促進宮頸癌細胞的增殖，遷移和侵襲，而敲低HOTAIR表達則抑制細胞侵襲和細胞活力，誘導細胞凋亡并在體內和體外抑制生長。例如，鄭婷華等[3]在宮頸癌HeLa細胞中干擾HOTAIR的表達后，HeLa細胞增殖明顯減慢，48、72和96h的抑制率分別為20%、24.6%和33.1%；細胞周期被阻滯于G0/G期；HOTAIR干擾組細胞凋亡比例為12.37%±2.74%，高于對照組的5.94%±1.27%(P<0.01)。HOTAIR不僅癌組織和細胞中表達水平升高，而且血清中表達水平亦升高，且術后較術前、放化療后較放化療前表達均顯著下降[7，10，27]。血清中增加的HOTAIR表達與FIGO分期，淋巴結轉移，淋巴血管間隙侵犯，宮頸浸潤深度，腫瘤直徑和年齡密切相關，且患者的總體存活和無病存活顯著低于具有較低HOTAIR表達的那些患者[7, 8, 10]。Zhang等[28]還發(fā)現，宮頸癌患者陰道灌洗液外泌體中的HOTAIR水平也較正常人升高，使得無創(chuàng)法檢測宮頸癌患者的HOTAIR水平成為可能。

四、HOTAIR調節(jié)宮頸癌生物學功能的機制

1.HOTAIR與宮頸癌細胞增殖、遷移及侵襲的機制：HOTAIR調節(jié)血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)，基質金屬蛋白酶-9(matrix metalloprotein 9，MMP-9)和EMT相關基因的表達，和Notch-Wnt信號轉導途徑相關基因的表達，這些基因對細胞運動和轉移至關重要。因此，HOTAIR可能通過上調VEGF和MMP-9和EMT等相關基因來促進腫瘤侵襲性[7]。巨核細胞白血1(megakaryocyte leukemia 1，MKL1)作為轉錄共同因子誘導宮頸癌細胞遷移和侵襲。作為miR206的靶向基因的MKL1的表達水平在HeLa細胞中HOTAIR受抑制后減少。HOTAIR抑制也可以加速MKL1在細胞質中的表達，而且，MKL1可以通過結合HOTAIR啟動子中的CArG盒來激活HOTAIR的轉錄。表明HOTAIR和MKL1之間存在正反饋回路?？傊?，這些發(fā)現表明MKL1是HOTAIR在癌細胞遷移和侵襲中功能的重要參與者[29]。HOTAIR啟動子的分析揭示，信號轉導子及轉錄激活子3(signal transducer and activator of transcription3，STAT3)可能調節(jié)HOTAIR在宮頸癌細胞中的活性，STAT3的抑制對宮頸癌細胞的增殖，遷移和侵襲具有與HOTAIR相似的作用。STAT3和HOTAIR可協(xié)同抑制細胞的增殖、遷移和侵襲[6]。

2.HOTAIR作為競爭性內源RNA的機制:HOTAIR通常通過競爭性內源RNA(competitive endogenous RNA，ceRNA)機制在宮頸癌中起作用。HOTAIR通過競爭性結合miR-148a調節(jié)人類白細胞抗原-G(human leukocyte antigen-G，HLA-G)的表達[4]。HLA-G分子使腫瘤細胞能逃避NK細胞和CTL細胞的殺傷，從而間接促進腫瘤細胞。在宮頸癌組織和細胞系中HOTAIR表達升高而miR-143-3p表達降低。 HOTAIR通過靶向調節(jié)B淋巴細胞瘤-2基因 (B-cell lymphoma-2，Bcl-2)促進宮頸癌的進展，Bcl-2過表達減弱了miR-143-3p在宮頸癌中的腫瘤抑制效應，從而促進宮頸癌細胞生長[30]。在宮頸癌組織和細胞系中，miR-17-5p表達下調，Pearson相關分析表明，miR-17-5p的表達與HOTAIR呈負相關，HOTAIR通過擴大miR-17-5p在宮頸癌中的促腫瘤作用， HOTAIR可以競爭性結合miR-23b并間接調節(jié)宮頸癌細胞中絲裂原活化蛋白激酶1(mitogen-activated protein kinase 1，MAPK1)的表達，后者可調節(jié)腫瘤細胞凋亡與增殖等[5,31]。

五、HOTAIR與單核苷酸多態(tài)性

單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)可影響性腫瘤中的HOTAIR表達和癌癥傾向性，Qiu等[32]研究了中國人群中rs920778狀態(tài)與宮頸癌易感性之間的關聯(lián)，發(fā)現rs920778的TT基因型與HOTAIR的上調顯著相關，還發(fā)現rs920778的TT基因型與晚期腫瘤分期，高度組織學分級，淋巴結轉移和高危HPV有關，而且在接受同步放化療的患者中，TT基因型攜帶者對EBRT+ICBT+順鉑組合的耐藥性顯著。與GG/GC基因型比較，rs7958904 CC基因型與宮頸癌風險增加相關(OR=1.57,95% CI:1.10～2.25)。TCGA數據庫顯示rs7958904 CC基因型CC組織的HOTAIR表達高于GG基因型(P=0.046)。MTT分析顯示rs7958904 C等位基因對CC細胞的生長促進作用。HOTAIR rs7958904可能通過調節(jié)CC細胞增殖影響CC易感性[33]。深入研究發(fā)現，HPV感染但低表達HOTAIR的宮頸癌患者多存在HOTAIR rs2366152C變異本[OR=2.58,95%CI:1.23～5.57,P=0.014]，且這部分患者中miR22表達上調。rs2366152C轉錄本位于HOTAIR的LSD1結合區(qū)域，miR22特異性結合到rs2366152C導致HOTAIR表達降低可阻斷HOTAIR介導的基因沉默。rs2366152C有潛力成為缺乏轉HOTAIR的宮頸癌病例的標志物[34]。

六、HOTAIR在宮頸癌中的臨床潛力及挑戰(zhàn)

1.HOTAIR可作為宮頸癌的生物標志物：HOTAIR在宮頸癌患者的腫瘤組織中、腫瘤細胞中、陰道灌洗液中和外周血中均升高。使得HOTAIR有可能成為宮頸癌診斷、預后、復發(fā)和預后的生物標志物。檢測陰道灌洗液和血清中HOTAIR有可能成為宮頸癌的篩查、隨訪監(jiān)測及預后評估的有效方法，同時可依據血清中及組織中的HOTAIR表達水平判斷FIGO分期，淋巴結轉移，淋巴血管間隙侵犯，宮頸浸潤深度，腫瘤直徑等。以HOTAIR作為預后的生物標志物為例，受試者工作特征曲線 (receiver operating characteristic curve，ROC)分析顯示HOTAIR表達是區(qū)分腫瘤組織與非腫瘤組織以及是否存在淋巴結轉移(敏感度85.1%，特異性64.9%)的良好候選者。ROC曲線下面積分別為0.803(95%CI:0.762～0.839，P=0.000)和0.802(95%CI:0.742～0.852，P=0.000)[8]。但HOTAIR的表達水平與宮頸癌進展、預后及復發(fā)之間的精細關系仍待進一步深入研究，還有如何靈敏、便捷的檢測HOTAIR表達量也待進一步研究。

2.HOTAIR作為宮頸癌的治療靶點：通過RNA干擾技術干擾宮頸癌中HOTAIR的表達可以有效誘導凋亡，抑制癌細胞增殖、侵襲和細胞活力等。因此HOTAIR有望成為治療宮頸癌的有效靶點，結合單核苷酸多態(tài)性的檢測可以指導患者的化療用藥。有研究表明，丙泊酚可通過抑制宮頸癌HOTAIR介導的mTOR/p70S6K通路抑制腫瘤直徑，細胞活力，促進細胞凋亡[35]。但類似丙泊酚這種HOTAIR抑制劑對正常細胞是否有影響及高敏感度、特異性的靶向HOTAIR的藥物尚未見報道。目前對HOTAIR引起宮頸癌生物學功能變化的機制研究雖取得一定進展，但精細的調節(jié)方式仍待進一步研究?？傊?，雖然HOTAIA在宮頸癌的臨床應用上展現良好的前景，但距離臨床實踐仍任重而道遠。