長鏈非編碼RNA與腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

遲洪輝，邱志剛 綜述 孫振青 審校

非編碼RNA由于不直接編碼蛋白曾經(jīng)一度被忽略，直到miR-34被發(fā)現(xiàn)參與P53通路調(diào)節(jié)，其在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中的重要作用才為廣大研究者所重視[1]。如果想完全了解惡性腫瘤進(jìn)展的復(fù)雜機(jī)制及特點(diǎn)，如腫瘤的轉(zhuǎn)移和耐藥性，需要認(rèn)真分析非編碼RNA家族。目前，臨床對長鏈非編碼RNA(LncRNAs)在腫瘤中的作用的相關(guān)報(bào)道仍然有限。筆者對lncRNAs和腫瘤的基礎(chǔ)概念，突出顯示lncRNAs與腫瘤聯(lián)系的最新研究進(jìn)展作一綜述。

1 LncRNAs和腫瘤特點(diǎn)

LncRNAs是指不編碼蛋白且轉(zhuǎn)錄本超過200個(gè)核苷酸的RNA分子，于2002年小鼠全基因組cDNA文庫的大規(guī)模測序過程中被首次發(fā)現(xiàn)[2]。它們在基因表達(dá)調(diào)控中發(fā)揮著廣泛的作用，并迅速在醫(yī)學(xué)研究中廣泛流行。通常lncRNAs采用特異性方式表達(dá)在疾病組織或發(fā)育階段，使這些分子成為有意義的治療靶點(diǎn)[3]。例如，lncRNA可以在細(xì)胞中調(diào)節(jié)基因表達(dá)，影響蛋白質(zhì)定位，并且對于形成細(xì)胞亞結(jié)構(gòu)或蛋白質(zhì)復(fù)合物很重要。LncRNAs與蛋白質(zhì)的相互作用還可以調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)活性和定位。此外，lncRNAs通過將轉(zhuǎn)錄因子募集到其靶基因啟動(dòng)子來調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄，激活基因的表達(dá)。因此，lncRNAs與腫瘤的發(fā)生密切相關(guān)。

2011年，Hanahan和Weinberg[4]發(fā)現(xiàn)，腫瘤形成是一個(gè)多步驟過程，正常細(xì)胞逐漸進(jìn)化到腫瘤階段，需要獲得特定的能力，才能使正常細(xì)胞成為腫瘤細(xì)胞。腫瘤細(xì)胞的十大基本特征是：(1)自給自足生長信號；(2)抗生長信號的不敏感；(3)抵抗細(xì)胞死亡；(4)潛力無限的復(fù)制能力；(5)持續(xù)的血管生成；(6)組織浸潤和轉(zhuǎn)移；(7)避免免疫摧毀；(8)促進(jìn)腫瘤的炎性反應(yīng)；(9)細(xì)胞能量異常；(10)基因組不穩(wěn)定和突變。

2 LncRNAs與腫瘤的關(guān)系

在過去的十多年，lncRNAs獲得了廣泛的關(guān)注，同樣在腫瘤研究領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展，兩者的聯(lián)系也越來越緊密，將lncRNAs引入腫瘤生物學(xué)，進(jìn)一步加強(qiáng)我們對腫瘤原因和后果的思考[5]。

2.1 自給自足生長信號 腫瘤細(xì)胞最突出的特征之一是其能夠在不受外界刺激的情況下持續(xù)增殖。正常細(xì)胞嚴(yán)格監(jiān)督生長促進(jìn)或抑制因子的產(chǎn)生，以確保嚴(yán)格控制細(xì)胞數(shù)量，進(jìn)而保證正常的組織結(jié)構(gòu)和功能。相反，腫瘤細(xì)胞通過失調(diào)的信號使得其無限增長。文獻(xiàn)[6]研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA GAPLINC表達(dá)上調(diào)并且與胃癌組織和細(xì)胞中的MAPK1表達(dá)正相關(guān)。另外，lncRNA GAPLINC促進(jìn)MAPK1的表達(dá)，并且lncRNA GAPLINC增強(qiáng)胃癌細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期進(jìn)程在體外和體內(nèi)依賴于MAPK1。因此，lncRNA GAPLINC可視為胃癌細(xì)胞自身的一個(gè)生長信號來促進(jìn)胃癌細(xì)胞的增殖，進(jìn)而促進(jìn)胃癌的發(fā)展。因此，LncRNA GAPLINC可能是胃癌診斷和靶向治療的有用生物標(biāo)志物；但是，需要進(jìn)一步研究lncRNA GAPLINC調(diào)控MAPK1的潛在機(jī)制。同樣的，在鱗狀細(xì)胞癌中，主轉(zhuǎn)錄因子TP63和SOX2通過直接共同占據(jù)其啟動(dòng)子和超增強(qiáng)子元件轉(zhuǎn)錄激活lncRNA CCAT1。CCAT1反過來招募TP63和SOX2并形成蛋白質(zhì)/ RNA復(fù)合物，共定位于EGFR超級增強(qiáng)子以激活其轉(zhuǎn)錄。這些復(fù)雜的調(diào)節(jié)導(dǎo)致lncRNA CCAT1和EGFR的高表達(dá)，通過激活下游MEK/ERK1/2和PI3K/AKT信號促進(jìn)鱗狀細(xì)胞癌的進(jìn)展，鱗狀細(xì)胞癌是由各器官的鱗狀上皮引起的侵襲性惡性腫瘤，例如食道，頭頸部，肺和皮膚。因此據(jù)此原理可以抑制lncRNA CCAT1的水平，從而使其成為藥物治療鱗癌的生物靶點(diǎn)[7]。

2.2 抗生長信號的不敏感 腫瘤抑制基因的激活取決于外部或內(nèi)部刺激，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯或可能誘導(dǎo)細(xì)胞衰老甚至凋亡。腫瘤細(xì)胞阻止抑癌基因的激活或表達(dá)的一個(gè)機(jī)制就是抑癌基因的完全喪失或?qū)е略摶蚴Щ畹耐蛔兊姆e累。而癌細(xì)胞已經(jīng)找到通過lncRNA的幫助下來抑制抑癌基因激活的機(jī)制。PSF是一種推測的腫瘤抑制蛋白，含有一個(gè)RNA結(jié)合域和一個(gè)DNA結(jié)合域。研究發(fā)現(xiàn)PSF能中和lncRNA GAPLINC對細(xì)胞侵襲的影響。然而，當(dāng)干擾GAPLINC的表達(dá)時(shí)，PSF的mRNA和蛋白質(zhì)水平?jīng)]有變化。這些結(jié)果表明，lncRNA GAPLINC可能通過調(diào)節(jié)其他因素來影響PSF的生物學(xué)功能[8]。當(dāng)患者發(fā)現(xiàn)患有惡性腫瘤時(shí)候，大部分腫瘤已處于進(jìn)展期，未來我們可以在術(shù)前新輔助的藥物治療中通過藥物調(diào)控lncRNA，提高腫瘤的抗生長信號的敏感性，從而抑制腫瘤的生長。

2.3 抵抗細(xì)胞死亡 導(dǎo)致細(xì)胞死亡的一種機(jī)制是凋亡。細(xì)胞凋亡可以通過各種外部和內(nèi)部刺激誘導(dǎo)，并且已經(jīng)報(bào)道高度惡性的腫瘤能夠明顯減少細(xì)胞凋亡。對小鼠乳腺上皮細(xì)胞進(jìn)行了RNA測序，其中一種lncRNA，稱為lncRNA-Smad7。lncRNA-Smad7在小鼠乳腺上皮細(xì)胞和小鼠乳腺癌細(xì)胞中廣泛表達(dá)。研究顯示lncRNA-Smad7在TGF-β信號傳導(dǎo)下游充當(dāng)抗細(xì)胞凋亡因子。目前，lncRNA-Smad7已鑒定為小鼠乳腺癌細(xì)胞中新的抗凋亡因子，未來可以作為藥物靶點(diǎn)進(jìn)行治療，但是還無法確定lncRNA-Smad7抗細(xì)胞凋亡的具體調(diào)控機(jī)制[9]。在對骨肉瘤研究中，通過運(yùn)用流式細(xì)胞等技術(shù)確定了lncRNA SNHG5通過半光天冬酶途徑調(diào)節(jié)骨肉瘤細(xì)胞的凋亡，這表明SNHG5的表達(dá)可以影響細(xì)胞凋亡及其相關(guān)基因和蛋白質(zhì)的表達(dá)[10]。目前研究表明，lncRNA SNHG5在骨肉瘤凋亡發(fā)生中起關(guān)鍵作用，表明lncRNA SNHG5可能是骨肉瘤的潛在治療靶標(biāo)。綜上情況，lncRNA的表達(dá)水平與腫瘤細(xì)胞是否啟動(dòng)凋亡機(jī)制確切相關(guān)，因此，我們認(rèn)為將會(huì)是lncRNA作為腫瘤藥物生物靶點(diǎn)最重要的突破口，直接打破lncRNA抵抗細(xì)胞死亡的機(jī)制，精確地運(yùn)用腫瘤藥物通過調(diào)控lncRNA引起腫瘤細(xì)胞死亡。

2.4 潛力無限的復(fù)制能力 與僅能通過有限數(shù)量的細(xì)胞分裂周期的正常細(xì)胞相比，腫瘤細(xì)胞顯示幾乎無限的復(fù)制。然而，在正常細(xì)胞中，這些端粒重復(fù)在每次細(xì)胞分裂后縮短，因此端粒DNA的長度決定了細(xì)胞分裂周期的數(shù)量。腫瘤細(xì)胞發(fā)現(xiàn)了兩種避免端粒丟失的方法：(1)將端粒重復(fù)添加到染色體的末端；(2)采用替代延長端粒。端粒酶由催化蛋白TERT和RNA TERC組成。TERC的結(jié)構(gòu)完整性對于調(diào)節(jié)端粒酶活性的端粒酶全酶的組裝非常重要。普遍表達(dá)的Hu/ELAV RNA結(jié)合蛋白家族成員，已被描述為通過非編碼RNA從而調(diào)節(jié)許多細(xì)胞活動(dòng)并影響更廣泛的過程，TERC基因在幾種人類腫瘤中被擴(kuò)增，從而使其成為腫瘤細(xì)胞中端粒酶活性治療抑制藥的潛在靶點(diǎn)[11]。抑制腫瘤細(xì)胞無限復(fù)制的能力，是我們?nèi)祟惞タ四[瘤的重要方向，因此需要我們?nèi)Φ奶剿?，明確腫瘤細(xì)胞無限復(fù)制的機(jī)制，進(jìn)而我們通過藥物影響其機(jī)制，阻斷腫瘤細(xì)胞的無限復(fù)制，來抑制腫瘤生長。

2.5 持續(xù)的血管生成 當(dāng)腫瘤細(xì)胞生長和增殖時(shí)，腫瘤的體積會(huì)增加，這時(shí)腫瘤細(xì)胞就需要一種誘導(dǎo)血管生成的能力。由腫瘤細(xì)胞誘導(dǎo)形成的新血管不僅確保了營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣的供應(yīng)，而且允許腫瘤處置其代謝廢物并進(jìn)入血液。幾種lncRNAs被認(rèn)為是血管發(fā)育的調(diào)節(jié)因子。LncRNA Braveheart通過激活核心心血管基因網(wǎng)絡(luò)來調(diào)節(jié)心血管發(fā)育, lncRNA Fendrr調(diào)節(jié)染色質(zhì)修飾，從而影響心血管系統(tǒng)的發(fā)育信號, lncRNA-MIAT參與調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞功能和病理性血管發(fā)生[12]。在腫瘤進(jìn)展期間，“血管生成開關(guān)”也開啟，這導(dǎo)致持續(xù)生成新的血管，來幫助維持腫瘤生長。血管形成是腫瘤進(jìn)展的一大重要因素，根治惡性腫瘤就必須首先明確腫瘤生成之前的血管形成機(jī)制，是一重要的生物治療靶點(diǎn)，如此就可以早期應(yīng)用腫瘤藥物消滅腫瘤[13]。

2.6 組織浸潤和轉(zhuǎn)移 通常腫瘤細(xì)胞的侵襲-轉(zhuǎn)移級聯(lián)反應(yīng)包括多種生物學(xué)變化，才能使腫瘤細(xì)胞侵入健康組織，然后滲入血液和淋巴管。 文獻(xiàn)[14]研究顯示，在包括肺癌、子宮內(nèi)膜間質(zhì)肉瘤、宮頸癌和肝細(xì)胞癌的幾種人類腫瘤中，一種lncRNA，即MALAT1皆明顯上調(diào)。研究者通過RNAi的方法沉默MALAT1的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)沉默后明顯抑制了肺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。與轉(zhuǎn)移相關(guān)的基因HM-MR的pre-mRNA和成熟的mRNA的表達(dá)量與對照組相比均降低，而CTHRC1、CCT4和ROD1的pre-mRNA的表達(dá)水平未發(fā)生變化，但成熟的mRNA的表達(dá)量降低，結(jié)果提示MALAT1既可調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄，又可對轉(zhuǎn)錄后進(jìn)行調(diào)控來促進(jìn)肺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移。腫瘤細(xì)胞必須從血管滲入其靶組織，形成微轉(zhuǎn)移，最終形成繼發(fā)性腫瘤。因此，MALAT1可作為早期肺腺癌患者生存的獨(dú)立預(yù)后參數(shù)[15]。同樣在肺癌中，長非編碼RNA Sox2重疊轉(zhuǎn)錄物(Sox2OT)的表達(dá)水平也上調(diào)，發(fā)現(xiàn)Sox2OT直接結(jié)合microRNA 132在非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞中，重要的是，miR-132抑制部分逆轉(zhuǎn)了Sox2OT敲低介導(dǎo)的對細(xì)胞增殖，遷移，侵襲和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的抑制作用。我們還發(fā)現(xiàn)Sox2OT可以調(diào)節(jié)鋅指E-box結(jié)合同源框2表達(dá)，其在腫瘤細(xì)胞增殖和侵襲中起關(guān)鍵作用。因此，Sox2OT是一種非編碼致癌基因，未來在對非小細(xì)胞肺癌的治療研究者，我們可能通過抑制Sox2OT的表達(dá)，從基因?qū)用嫦@種疾病[16]。

2.7 避免免疫摧毀 一些lncRNAs可能參與宿主病原體相互作用，從而改變所產(chǎn)生的免疫反應(yīng)。免疫系統(tǒng)是腫瘤形成和進(jìn)展的重要屏障，但是高度免疫原性的腫瘤細(xì)胞可以通過使免疫系統(tǒng)失效而避免被免疫系統(tǒng)破壞。例如，IRF4是一種轉(zhuǎn)錄因子，與PU.1相互作用，上調(diào)幾種免疫應(yīng)答因子的基因表達(dá)。IRF4在B和T細(xì)胞的成熟和樹突細(xì)胞的活性中起關(guān)鍵作用，lncRNA PAN影響IRF4激活白細(xì)胞介素-4(IL-4)啟動(dòng)子的能力，并被認(rèn)為抑制IL-4，IL-18和IFNγ的轉(zhuǎn)錄，表明lncRNA PAN可以抑制免疫應(yīng)答基因的表達(dá)[17]。在腫瘤的發(fā)展過程中，人體免疫系統(tǒng)一直處于應(yīng)對的狀態(tài)，可是腫瘤卻可以逃避免疫系統(tǒng)的摧毀，因?yàn)槲覀兛梢酝ㄟ^破壞腫瘤自身抵抗免疫系統(tǒng)摧毀的系統(tǒng)，作為腫瘤藥物治療腫瘤的一大突破點(diǎn)，通過腫瘤藥物和自身免疫系統(tǒng)對抗腫瘤。

2.8 促進(jìn)腫瘤的炎性反應(yīng) 研究表明在某些情況下，炎性反應(yīng)明顯能夠促進(jìn)初發(fā)腫瘤成為完全腫瘤的發(fā)展。炎性細(xì)胞可釋放化學(xué)物質(zhì)，特別是活性氧物質(zhì)，這些化學(xué)物質(zhì)對附近的癌細(xì)胞具有積極的致突變作用，加速了它們向高度惡性狀態(tài)的轉(zhuǎn)化。王文濤等[18]發(fā)現(xiàn)，lncRNAs H19和HULC受到短期和長期氧化應(yīng)激刺激，能調(diào)節(jié)炎性反應(yīng)過程中關(guān)鍵基因的表達(dá);當(dāng)氧化應(yīng)激條件下的人肝膽管癌細(xì)胞中H19和HULC分別被降低時(shí)，它們的靶基因IL-6和CXCR4均被下調(diào)，而IL-6和CXCR4的強(qiáng)制表達(dá)在促進(jìn)膽管癌細(xì)胞中的細(xì)胞遷移和侵襲中與H19和HULC發(fā)揮類似的作用，表明炎性反應(yīng)和氧化應(yīng)激之間存在正反饋回路，用lncRNA激活這種反饋環(huán)可能促進(jìn)膽管癌的發(fā)生。腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞是腫瘤微環(huán)境中最豐富的炎性浸潤物，并且有助于淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。然而，腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞誘導(dǎo)的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的確切機(jī)制仍然很大程度上未知。最新研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA LINC01296被稱為淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄物1(LNMAT1)，其表達(dá)與膀胱癌的瘤內(nèi)和腫瘤周圍區(qū)域的巨噬細(xì)胞浸潤強(qiáng)度正相關(guān)，表明LNMAT1誘導(dǎo)的腫瘤相關(guān)巨噬細(xì)胞浸潤與膀胱癌淋巴管生成之間存在潛在聯(lián)系。這些發(fā)現(xiàn)為LNMAT1調(diào)節(jié)的淋巴轉(zhuǎn)移腫瘤微環(huán)境提供了可能的機(jī)制，并提示LNMAT1可能代表淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移性膀胱癌臨床干預(yù)的潛在治療靶點(diǎn)[19]。

2.9 細(xì)胞能量異常 Otto Warburg首先觀察到腫瘤細(xì)胞能量代謝的異常特征：即使存在氧氣，腫瘤細(xì)胞也可以通過將其能量代謝主要限制在糖酵解中來重新編程它們的葡萄糖代謝，從而重新編程它們的能量產(chǎn)生，從而導(dǎo)致被稱為“有氧糖酵解”的狀態(tài)。最新研究證明，一種lincRNA，lncRNA NRCP在卵巢腫瘤中高度上調(diào)，與對照腫瘤細(xì)胞相比，NRCP的敲低導(dǎo)致細(xì)胞凋亡顯著增加，細(xì)胞增殖減少和糖酵解減少。它能通過NRCP作為STAT1和RNA pol II之間的中間分子參與了癌細(xì)胞的糖酵解調(diào)節(jié)的能量代謝，增強(qiáng)了它們之間的相互作用，從而導(dǎo)致STAT1轉(zhuǎn)錄編程增加，進(jìn)而影響癌細(xì)胞的凋亡和增殖[20]。能量代謝是人體中重要的新陳代謝活動(dòng)，對腫瘤細(xì)胞造成的能量異常，在未來我們作為生物靶點(diǎn)進(jìn)行藥物研發(fā)時(shí)，我們要更加精確的了解腫瘤細(xì)胞能量異常的機(jī)制，從而達(dá)到精準(zhǔn)治療的要求[21]。

2.10 基因組不穩(wěn)定和突變 腫瘤細(xì)胞基因組的分子遺傳分析進(jìn)展為功能突變和腫瘤進(jìn)展期間持續(xù)的基因組不穩(wěn)定提供了最有說服力的證據(jù)[22]。在獲得腫瘤發(fā)生所需的突變基因的過程中，腫瘤細(xì)胞通常會(huì)增加突變率。染色體8q24的基因組區(qū)域經(jīng)常被擴(kuò)增改變，容易突變，最近研究顯示，lncRNAs包括CCAT1, CCAT2,CARLO-5,PVT1,PCAT1和PRNCR1轉(zhuǎn)錄自此基因組區(qū)域。這些lncRNAs中的一些(例如CCAT1和CCAT2)會(huì)調(diào)節(jié)MYC表達(dá)。我們從結(jié)腸直腸癌中的lncRNA CCAT2和前列腺癌中的lncRNA PCAT-1中了解到的，從8q24位點(diǎn)轉(zhuǎn)錄的lncRNAs可能影響雙鏈DNA斷裂修復(fù)和染色體不穩(wěn)定性，從而在促進(jìn)腫瘤發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮更廣泛的生物學(xué)效應(yīng)[23]。基因組學(xué)是目前基因研究的綜合目標(biāo)，而腫瘤細(xì)胞基因組的不穩(wěn)定和突變與lncRNAs的關(guān)系正是我們生物治療全新熱點(diǎn)，是藥物治療腫瘤的最可能的突破點(diǎn)。

3 問題與展望

目前，腫瘤治療受到許多困難的嚴(yán)重阻礙。早期診斷對腫瘤的治療和預(yù)后至關(guān)重要。因此，腫瘤早期診斷標(biāo)志物是臨床研究的熱點(diǎn)[24]。與蛋白質(zhì)編碼基因相比，lncRNAs的研究尚處于起步階段。然而，隨著高通量測序技術(shù)的迅速發(fā)展，大規(guī)模lncRNA cDNA文庫的建立和基因芯片技術(shù)的成熟應(yīng)用，大量的lncRNAs被發(fā)現(xiàn)，其作用機(jī)制的研究也取得了一定的進(jìn)展[25]。一方面，lncRNAs與多種生物學(xué)過程有關(guān)，包括細(xì)胞周期、增殖、代謝、重編程和多能性[26]。另一方面，lncRNAs的失調(diào)涉及多種人類疾病的發(fā)展和進(jìn)展，特別是在腫瘤中[27]。由于上述兩點(diǎn)，研究人員可能會(huì)將lncRNAs作為診斷性生物標(biāo)志物或腫瘤的治療靶點(diǎn)。然而，在我們能夠利用這些新的治療選擇之前，需要進(jìn)行更多的功能和結(jié)構(gòu)研究才能充分理解lncRNAs的生物學(xué)?，F(xiàn)在，我們只是走在了解lncRNAs作用的第一步。

隨著著研究不斷發(fā)展，我們將發(fā)現(xiàn)新的lncRNAs，并更多地了解它們與腫瘤特點(diǎn)聯(lián)系的重要性，這將幫助我們設(shè)計(jì)出更好的治療藥物。總之，lncRNAs在生物醫(yī)學(xué)中的潛在作用可能是巨大的，需要經(jīng)過長時(shí)間的深入研究才能被完全解讀和應(yīng)用。