LncRNA HOTAIR在腫瘤中轉(zhuǎn)錄調(diào)控及作用機制的研究進展

馬旭蘭，代蔭梅

(首都醫(yī)科大學附屬北京婦產(chǎn)醫(yī)院婦科，北京 100026)

在人類基因組中，穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄的蛋白質(zhì)編碼基因比例僅占2%，高達90%的真核基因組中DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物均為非編碼RNA[1]。非編碼RNA包括短鏈非編碼RNA(長度為20～50個核苷酸，如微RNA、小干擾RNA等)，中等鏈非編碼RNA(長度為50～200個核苷酸，如核小RNA、核仁小RNA等)和長鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs，lncRNAs)[長度為200～100 000個核苷酸，如同源異型盒基因轉(zhuǎn)錄反義基因間RNA(HOX transeript antisense intergenitic RNA，HOTAIR)、肺腺癌轉(zhuǎn)移相關轉(zhuǎn)錄本1等][2]。其中，lncRNAs可在不同層面廣泛參與基因組的調(diào)控過程，如表觀遺傳學、轉(zhuǎn)錄水平及轉(zhuǎn)錄后水平等[3]。HOTAIR是第一個被發(fā)現(xiàn)的反義轉(zhuǎn)錄lncRNAs，長為2.2 kb，定位于第12號染色體的HOXD基因座,由Rinn等[4]在人成纖維細胞中發(fā)現(xiàn)，是目前探究的熱點lncRNAs之一。有研究證實，HOTAIR在乳腺癌、子宮內(nèi)膜癌、結(jié)直腸癌、宮頸癌等多種腫瘤中高表達，并均可促進腫瘤的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移、復發(fā)和耐藥等惡性生物學行為的進展[5-8]?，F(xiàn)對HOTAIR在腫瘤中轉(zhuǎn)錄調(diào)控及作用機制的研究進展予以綜述。

1 HOTAIR的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制

HOTAIR的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制異常復雜，受許多因素調(diào)控，但目前各因素在不同腫瘤中的研究較少，有待進一步研究。Bhan等[5]研究發(fā)現(xiàn)，HOTAIR轉(zhuǎn)錄受雌激素正向調(diào)控，應用17β-雌二醇刺激雌激素受體陽性的人乳腺癌MCF7細胞后發(fā)現(xiàn)，HOTAIR被誘導轉(zhuǎn)錄，且在暴露于雌激素受體抑制劑他莫昔芬后轉(zhuǎn)錄水平受到抑制。研究表明，HOTAIR轉(zhuǎn)錄由核受體共抑制因子維持在基礎狀態(tài)，暴露于雌激素時，雌激素通過雌激素-雌激素受體-雌激素受體反應元件途徑與多種雌激素受體共調(diào)節(jié)因子共同結(jié)合在HOTAIR啟動子上，解除核受體共抑制因子對HOTAIR的轉(zhuǎn)錄抑制，誘導HOTAIR轉(zhuǎn)錄[5，9]。此外，在子宮內(nèi)膜癌[10]、前列腺癌[11]等腫瘤中，雌激素誘導HOTAIR轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)也得到了證實。Bhan等[12]進一步實驗發(fā)現(xiàn)，雌激素內(nèi)分泌干擾物雙酚A和己烯雌酚也可發(fā)揮類雌激素作用，誘導HOTAIR轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)。

原癌基因c-Myc也是影響HOTAIR轉(zhuǎn)錄的因素。Ma等[13]對膽囊癌組織和細胞的研究發(fā)現(xiàn)，HOTAIR是c-Myc的直接作用靶點，c-Myc正向調(diào)控HOTAIR的表達。具體作用機制為c-Myc通過識別并作用于HOTAIR上游區(qū)域的假定E-box元素(c-Myc靶標反應元件)，導致HOTAIR表達上調(diào)，敲減c-Myc可降低HOTAIR的表達及其啟動子活性，上調(diào)c-Myc則可增加HOTAIR表達及其啟動子活性。此外，Li等[14]對乳腺癌的研究證實，HOTAIR是c-Myc激活其靶基因轉(zhuǎn)錄的關鍵效應因子。轉(zhuǎn)化生長因子-β1也可刺激HOTAIR轉(zhuǎn)錄上調(diào)。Ren等[15]研究發(fā)現(xiàn)，癌相關成纖維細胞通過分泌轉(zhuǎn)化生長因子-β1激活HOTAIR轉(zhuǎn)錄，促進乳腺癌細胞的轉(zhuǎn)移，表明轉(zhuǎn)化生長因子-β1表達增加可顯著增強HOTAIR表達，而轉(zhuǎn)化生長因子-β1抑制劑減弱HOTAI活化，由此可見，轉(zhuǎn)化生長因子-β1/HOTAIR軸有望成為乳腺癌治療的靶標。

Yang等[16]對多種癌細胞系進行實驗研究發(fā)現(xiàn)，重組人骨橋蛋白可以時間和劑量依賴方式誘導HOTAIR轉(zhuǎn)錄，而骨橋蛋白可以下調(diào)重組人干擾素調(diào)節(jié)因子1的表達，并通過染色質(zhì)免疫沉淀和熒光素酶活性測定實驗發(fā)現(xiàn)，干擾素調(diào)節(jié)因子1可以與HOTAIR啟動子區(qū)域結(jié)合并降低其轉(zhuǎn)錄活性，且細胞過度表達的干擾素調(diào)節(jié)因子1可下調(diào)HOTAIR的表達?？梢?，骨橋蛋白作為細胞外基質(zhì)蛋白可以通過減弱干擾素調(diào)節(jié)因子1的抑制作用來刺激HOTAIR轉(zhuǎn)錄，從而促進癌細胞的侵襲和轉(zhuǎn)移。此外，信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子3信號通路也可調(diào)控HOTAIR的轉(zhuǎn)錄。Sun等[17]對頭頸部鱗狀細胞癌細胞的體內(nèi)外實驗研究發(fā)現(xiàn)，HOTAIR和組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶zeste基因增強子同源物2(enhancer of zeste homolog 2，EZH2)是頭頸部鱗狀細胞癌中信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子3信號轉(zhuǎn)導的下游效應分子，信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子3可通過與HOTAIR編碼基因的啟動子結(jié)合上調(diào)HOTAIR轉(zhuǎn)錄，從而增強EZH2介導的表觀遺傳沉默，表明信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子3/HOTAIR信號軸以依賴EZH2的方式調(diào)控頭頸部鱗狀細胞癌生長，為靶向信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子3/HOTAIR/EZH2信號轉(zhuǎn)導治療頭頸部鱗狀細胞癌提供了理論基礎。

2 HOTAIR的作用機制

2.1HOTAIR通過與多梳蛋白抑制復合體2(polycomb repressive complex 2，PRC2)和賴氨酸特異性組蛋白去甲基化酶1結(jié)合發(fā)揮作用 LncRNA HOTAIR最經(jīng)典的作用機制是發(fā)揮lncRNAs支架分子的功能，招募并結(jié)合PRC2和賴氨酸特異性組蛋白去甲基化酶1復合體，形成組蛋白修飾復合物，定位至特定的HOX基因位點，使該位點發(fā)生表觀遺傳學沉默，促進腫瘤惡性生物學行為的進展。其中，HOTAIR的3′端結(jié)構(gòu)域招募賴氨酸特異性組蛋白去甲基化酶1復合體，發(fā)揮去除染色體組蛋白H3第4位賴氨酸二甲基化狀態(tài)(即去甲基化)的作用，通過調(diào)控靶基因表達發(fā)揮促癌作用。而PRC2復合體與其5′端結(jié)構(gòu)域結(jié)合，具有組蛋白甲基化轉(zhuǎn)移酶活性，其核心成分主要由EZH2、EED、SUZ12亞基構(gòu)成，通過介導染色體組蛋白H3第27位賴氨酸三甲基化導致一系列細胞生長所必需基因的沉默[18-19]。Betancur和Tomari[20]對細胞中純化出的PRC2的各個組分的研究發(fā)現(xiàn)，EED負責調(diào)節(jié)EZH2、SUZ12的RNA結(jié)合活性，是PRC2的伴侶蛋白，而EZH2和SUZ12可以直接與RNA結(jié)合，其中EZH2是發(fā)揮主要作用的亞基。EZH2的失調(diào)與多種腫瘤的表觀遺傳畸變都存在聯(lián)系。多項研究表明，HOTAIR通過與EZH2結(jié)合在多種腫瘤中發(fā)揮促癌作用[21-24]。Gonzalez等[25]的研究證明，在轉(zhuǎn)錄激活因子中，EZH2還具有PRC2非依賴性功能，也可單獨發(fā)揮作用。

2.2HOTAIR作為競爭性內(nèi)源RNA發(fā)揮作用 競爭性內(nèi)源RNA是在轉(zhuǎn)錄后水平相互調(diào)控的一類RNA的總稱，具有相同的微RNA(microRNA，miRNA)應答元件，可通過該應答元件競爭同一種miRNA，從而實現(xiàn)自身間的相互作用及參與靶基因的表達調(diào)控[26]。多項研究表明，lncRNA HOTAIR可作為競爭性內(nèi)源RNA，通過“海綿效應”招募并結(jié)合miRNA抑制其表達，從而促進腫瘤的發(fā)生與發(fā)展(表1)[10,23,27-35]。以上發(fā)現(xiàn)有助于對腫瘤發(fā)生與發(fā)展機制的理解，并為治療該腫瘤提供新的研究方向和治療靶點。

2.3HOTAIR通過激活信號通路發(fā)揮作用 HOTAIR可通過調(diào)節(jié)Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路的活性來調(diào)控腫瘤的進展。Guo等[36]納入北京協(xié)和醫(yī)院病理科標本庫中48例接受順鉑作為新輔助化療的非小細胞肺癌患者的組織進行研究發(fā)現(xiàn)，HOTAIR通過調(diào)節(jié)Wnt信號通路對非小細胞肺癌順鉑耐藥發(fā)揮重要作用，可能是影響非小細胞肺癌患者臨床預后的重要因素。Cheng等[37]經(jīng)過一系列實驗發(fā)現(xiàn)，敲減HOTAIR可上調(diào)miR-34a抑制磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B和Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路，從而抑制胃癌細胞對順鉑的耐藥性。Xiao等[30]的研究發(fā)現(xiàn)，HOTAIR可通過調(diào)節(jié)miR-203a-3p的表達水平及Wnt/β聯(lián)蛋白信號通路的活性調(diào)節(jié)結(jié)直腸癌的進展和化學耐藥性。

此外，HOTAIR還通過其他信號通路發(fā)揮作用。Yu等[38]研究表明，HOTAIR可通過調(diào)節(jié)p53/蛋白激酶B/c-Jun氨基端激酶信號通路調(diào)節(jié)乳腺癌細胞的增殖、凋亡、遷移和侵襲。Liu等[39]研究顯示，慢病毒介導的HOTAIR沉默通過激活凋亡相關基因Bax/胱天蛋白酶3抑制肺腺癌中的轉(zhuǎn)化生長因子-α/表皮生長因子受體信號轉(zhuǎn)導通路，從而恢復腫瘤細胞對吉非替尼的敏感性。

2.4HOTAIR通過上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑發(fā)揮作用 HOTAIR可通過參與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑調(diào)控腫瘤的發(fā)生。Dasgupta等[40]研究發(fā)現(xiàn)，miR-203可抑制HOTAIR表達，并通過上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化途徑調(diào)節(jié)腎細胞癌的發(fā)生。Lu等[41]研究顯示，在口腔鱗狀細胞癌中，HOTAIR過度表達增強了癌細胞的轉(zhuǎn)移潛能和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化特征，還發(fā)現(xiàn)HOTAIR的表達與間充質(zhì)標記呈正相關，與臨床樣本中的上皮標記呈負相關。此外，Kaplan-Meier生存分析表明，高水平的HOTAIR是口腔鱗狀細胞癌患者生存率低的強預測因子。綜上所述，HOTAIR介導的癌癥干性(具有能夠自我更新和分化的干細胞特性)和轉(zhuǎn)移與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的調(diào)節(jié)相關。

轉(zhuǎn)錄因子Snail是細胞特性和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的主要調(diào)節(jié)因子，直接抑制廣泛的上皮基因庫。Battistelli等[24]研究顯示，HOTAIR介導Snail和EZH2的增強子之間的相互作用，將EZH2募集到特定的基因組位點。Snail活性抑制取決于Snail/HOTAIR/EZH2HOTAIR：同源異型盒基因轉(zhuǎn)錄反義基因間RNA；miRNA：微RNA；NPM1：核仁磷酸蛋白1；notch3：notch3信號通路；Ki67：細胞核增殖抗原；PCNA：增殖細胞核抗原；Wnt/β-catenin：Wnt/β聯(lián)蛋白；BCL2：B淋巴細胞瘤2基因；NRP2：神經(jīng)纖毛蛋白質(zhì)2；GPC5：磷脂酰肌醇蛋白聚糖家族成員5；PTPN14：蛋白酪氨酸磷酸酶14；GLS：谷氨酰胺酶三聯(lián)復合物的形成。以上結(jié)果證明，HOTAIR在Snail介導的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化中起關鍵作用。

表1 HOTAIR在腫瘤中作為競爭性內(nèi)源RNA發(fā)揮作用的機制

2.5HOTAIR促進蛋白質(zhì)泛素化 HOTAIR還可通過促進蛋白質(zhì)泛素化來調(diào)控腫瘤的發(fā)展。Yoon等[42]對人HeLa細胞、人成纖維細胞IDH4和WI-38以及小鼠胚胎成纖維細胞的實驗研究顯示，HOTAIR可作為蛋白質(zhì)泛素化的平臺，幫助組裝E3泛素連接酶與其各自底物相結(jié)合，促進該復合物泛素化，并加速其降解。Mex3b和Dzip3為E3泛素連接酶，具有與HOTAIR結(jié)合的特定RNA結(jié)合域。其中，Mex3b存在于細胞核和細胞質(zhì)中，相應的泛素化底物為Snurportin-1蛋白。而Dzip3只存在于細胞質(zhì)的囊泡中，可促進Ataxin-1蛋白的泛素化。Xue等[43]應用RNA-蛋白質(zhì)相互作用預測軟件篩選可能與Runt相關轉(zhuǎn)錄因子3(Runt-related transcription factor 3，Runx3)(一種在胃癌中發(fā)揮抑癌作用的重要轉(zhuǎn)錄因子)結(jié)合的lncRNAs發(fā)現(xiàn)，HOTAIR與Runx3蛋白結(jié)合并鑒定HOTAIR的相關片段后，通過RNA免疫沉淀和RNA敲減實驗驗證了HOTAIR與Runx3之間的相互作用，通過免疫共沉淀評估E3泛素連接酶Mex3b和Dzip3在HOTAIR誘導的Runx3泛素化中的作用，利用Pearson相關性分析HOTAIR信使RNA表達與Runx3蛋白表達之間的相關性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Mex3b可作為E3泛素連接酶參與HOTAIR誘導的Runx3普遍降解過程，沉默HOTAIR或Mex3b的表達減弱Runx3的降解。由此可見，HOTAIR與Mex3b相互作用可誘導Runx3蛋白的泛素化，增強胃癌細胞的侵襲能力，并為胃癌的轉(zhuǎn)移提供潛在的治療靶點。目前，關于HOTAIR促進蛋白質(zhì)泛素化的相關研究較少，HOTAIR在不同腫瘤中參與不同蛋白質(zhì)的泛素化過程仍存在很大的研究潛力和意義，有待進一步研究。

2.6HOTAIR調(diào)控自噬的發(fā)生 自噬也稱為細胞的“自我消化”，是一種高度保守的生物學行為，有助于維持細胞新陳代謝的穩(wěn)定，不僅在正常細胞中發(fā)揮作用，還在腫瘤細胞適應缺氧、耐受外界刺激和誘導腫瘤化療耐藥性中發(fā)揮重要作用，已成為近年來研究的焦點[44]。Wang等[44]利用小干擾RNA干擾口腔鱗狀細胞癌細胞中HOTAIR的表達，并通過透射電鏡、Western blotting法及流式細胞術(shù)檢測細胞的自噬及凋亡，評估HOTAIR對中位致死劑量順鉑敏感性影響的研究表明，HOTAIR在口腔鱗狀細胞癌細胞中作為致癌基因可加速細胞自噬作用，減少細胞凋亡，并增加口腔鱗狀細胞癌對順鉑的耐藥性。Yu等[45]研究發(fā)現(xiàn)，卵巢癌細胞中沉默HOTAIR可抑制自噬相關基因7和微管相關蛋白1輕鏈3Ⅱ/Ⅰ的表達，從而抑制自噬過程，而自噬相關基因7和微管相關蛋白1輕鏈3Ⅱ/Ⅰ的表達水平可隨順鉑濃度的增加而增加，下調(diào)自噬相關基因7可抑制順鉑誘導的自噬，隨后下調(diào)HOTAIR表達聯(lián)合順鉑刺激后發(fā)現(xiàn)，卵巢癌細胞增殖和自噬水平受到抑制，抗凋亡蛋白Bcl-2的表達下降，而促凋亡蛋白Bax表達升高，細胞凋亡增加，可見下調(diào)HOTAIR的表達可通過抑制順鉑誘導的自噬提高順鉑對卵巢癌的敏感性，從而提高順鉑治療卵巢癌的效果。此外，HOTAIR可促進自噬的發(fā)生，導致非小細胞肺癌[46]、子宮內(nèi)膜癌[47]、乳腺癌[48]、軟骨肉瘤[49]、肝細胞癌[50]等腫瘤細胞對化療藥物耐藥性增加。

3 小 結(jié)

近年來，有關lncRNA HOTAIR的研究不僅局限于HOTAIR對多種腫瘤組織和細胞的表達水平以及對腫瘤細胞增殖、凋亡、侵襲和遷移的影響，還深入研究了HOTAIR在不同腫瘤中的具體轉(zhuǎn)錄調(diào)控及作用機制等，取得了顯著的成果。但還有待對整個HOTAIR復雜的調(diào)控機制進行深入研究，尤其是一些相對冷門的腫瘤中HOTAIR作用機制的研究。因此，進一步闡明HOTAIR在不同腫瘤中的具體作用機制是實現(xiàn)腫瘤精準治療的理論基礎。

目前，尚未將HOTAIR具體作用機制的研究成果應用于臨床。開發(fā)通過血液、尿液或其他體液等檢測HOTAIR表達水平的試劑盒等，可實現(xiàn)多種腫瘤的早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療以及準確評估預后等，還可將能夠敲低HOTAIR或影響其發(fā)揮作用的上下游分子制成靶向藥物應用于臨床，下調(diào)HOTAIR水平，從而治療腫瘤和解決化療耐藥性等。隨著HOTAIR的相關研究思路、方法、技術(shù)等的不斷更新與完善，積極開發(fā)HOTAIR的臨床應用潛力，將使其成為判定惡性腫瘤發(fā)生和預后的生物標志物以及治療惡性腫瘤的新靶點。