長鏈非編碼RNA 參與腫瘤發(fā)病機制的研究進展

王欣瑜 祁 迪 王思原 付 慧 劉 威

山西醫(yī)科大學(xué)汾陽學(xué)院 山西汾陽 032200；①基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)部；②科技中心；③醫(yī)學(xué)檢驗系

長鏈非編碼RNA(l nc RNA)廣泛參與重要生物學(xué)過程和眾多疾病的調(diào)控，已成為遺傳學(xué)和分子生物學(xué)關(guān)注的新熱點。lnc RNA 是一類轉(zhuǎn)錄本長度大于200nt、無蛋白質(zhì)編碼潛能但具有調(diào)控基因表達作用的非編碼RNA 分子。l nc RNA 可在表觀遺傳水平、轉(zhuǎn)錄水平及轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)控基因的表達[1]。近年來，lnc RNA逐漸成為治療疾病的新的分子靶標。

惡性腫瘤嚴重威脅患者的生命，并給患者帶來身體痛苦和經(jīng)濟負擔(dān)。從根本上講，癌癥是一種細胞信息流改變從而導(dǎo)致細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)改變、并促進細胞生長的遺傳性疾病。最新研究表明，在多種癌癥類型中均出現(xiàn)lnc RNA 表達顯著異常，且l nc RNA 可作為癌基因和抑癌基因等的轉(zhuǎn)錄調(diào)控分子，調(diào)控癌癥相關(guān)的重要信號通路。因此，lnc RNA 可作為癌癥表型的生物標志物、可提供預(yù)后價值或甚至為癌癥患者提供治療途徑[2]。本文主要綜述l nc RNA 參與腫瘤發(fā)病分子機制的最新研究成果。

1 l nc RNA 概述

lnc RNA 首次由Okazaki等(2002年)在小鼠全長c DNA 文庫測序中發(fā)現(xiàn)。根據(jù)lnc RNA在基因組中相對蛋白編碼基因的位置，將其分為正義、反義、雙向、內(nèi)含子間和基因間lnc RNA 五種類型。lnc RNA 和mRNA 一樣，多數(shù)由RNA 聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄形成。lnc RNA 的亞細胞定位也呈多樣化，在細胞核、細胞質(zhì)和細胞器均有分布；lnc RNA 表達廣泛，在許多組織中均有表達。與mRNA 相比，l nc RNA 在較大程度上僅限于在某些細胞類型中表達，許多l(xiāng)nc RNA 在分化組織或特殊的癌癥類型中特異性表達[3]。lnc RNA 起初被認為是基因組轉(zhuǎn)錄的“噪音”，不具有生物學(xué)功能。然而，近年來的研究表明lnc RNA 具有廣泛的生物學(xué)作用。其通常在進化上有保守的功能、二級結(jié)構(gòu)和微同源序列區(qū)域[2]。

2 l nc RNA 的功能和作用機制

lnc RNA 在許多生物學(xué)過程中發(fā)揮重要功能，如X 染色體失活、劑量補償、基因組印記、染色質(zhì)修飾與重塑、細胞凋亡、細胞周期及端粒生物學(xué)等重要調(diào)控過程[4]。

lnc RNA 的功能始于其細胞定位：細胞核l nc RNA 的功能多涉及染色質(zhì)相互作用、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和RNA 加工，而細胞質(zhì)lnc RNA 可調(diào)控mRNA 穩(wěn)定性或翻譯，并影響細胞的信號級聯(lián)反應(yīng)[5]。

lnc RNA 在染色質(zhì)水平上的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是一個廣泛研究的機制，可涉及影響臨近染色體基因的順式調(diào)控或靶向不同染色體上基因的反式調(diào)控[6]。lnc RNA 可作為增強子相關(guān)RNA 通過轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)錄因子捕獲、染色質(zhì)成環(huán)及基因甲基化以順式作用對基因進行調(diào)控[7]。l nc RNA 還可通過調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子招募、染色質(zhì)修飾以及在單基因位點上作為多個調(diào)節(jié)分子組裝的“腳手架”而調(diào)節(jié)遠端基因。Xist為最先被注釋功能的l nc RNA 之一，其通過定位于X 染色體并直接和間接招募多個因子使X 染色體失活，從而調(diào)節(jié)雌性哺乳動物的劑量補償效應(yīng)。人類惡性腫瘤經(jīng)常會出現(xiàn)X 非整倍性，這表明X 連鎖基因的劑量補償作用對阻止惡性轉(zhuǎn)移的重要作用[8]。

lnc RNA 與蛋白質(zhì)相互作用可調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能、蛋白間相互作用或指導(dǎo)蛋白分子在細胞區(qū)室內(nèi)的定位[2]。lnc RNA 可調(diào)節(jié)mRNA 的穩(wěn)定性、剪接以及翻譯。l nc RNA 和假基因RNA 可作為競爭性內(nèi)源RNA(ce RNA)或“RNA 海綿”與mi RNA 相互作用，從而隔絕這些mi RNA 分子并減少其對靶標mRNA 的調(diào)節(jié)效應(yīng)[9]。

3 l nc RNA 與腫瘤

3.1 lnc RNA 在癌癥中異常表達

非編碼基因組中的突變是造成人類疾病的主要因素之一。許多類型的癌細胞出現(xiàn)了非編碼基因突變或表觀遺傳學(xué)改變[10]。DNA 調(diào)控序列的突變可改變增強子或啟動子活性，甚至改變?nèi)旧|(zhì)狀態(tài)，從而廣泛影響基因轉(zhuǎn)錄。l nc RNA 基因出現(xiàn)在這些突變區(qū)域，會導(dǎo)致表達異常。單核苷酸多態(tài)性(SNP)也可顯著改變lnc RNA 的轉(zhuǎn)錄。例如，SNP在8q24位點上含量豐富，其中一些可影響癌癥相關(guān)lnc RNA 的表達，包括大腸癌中CCAT2 和前列腺癌中PCAT-1等[11]。

lnc RNA 可作為癌癥表型的生物標志物。研究表明，在26 種人類腫瘤類型中，lnc RNA HOTAIR 的失調(diào)與癌癥的發(fā)展有關(guān)，且HOTAIR 可預(yù)測卵巢癌患者對兩種鉑化療的敏感度差異，潛在地指導(dǎo)臨床決策[12]。新型前列腺癌抗原3(PCA3)可作為前列腺癌的特異性生物標志物。美國食品藥品管理局(FDA)已批準將PCA3用于前列腺癌的診斷，這是FDA 批準的首例基于l nc RNA 的檢測。PCA3作為尿液中的前列腺癌生物標志物，已成為前列腺癌的一種有效、無創(chuàng)的檢測[13]。同樣，對胃癌患者胃液分泌的分析將lnc RNA-AA174084鑒定為區(qū)分胃癌與胃黏膜上皮良性疾病的生物標志物[14]。最近有研究發(fā)現(xiàn)了新的lnc RNA GASL1在顱內(nèi)動脈瘤患者的血清和血管平滑肌細胞中表達下調(diào)，并在體外調(diào)節(jié)血管平滑肌細胞的增殖[15]。

3.2 lnc RNA 參與癌癥相關(guān)信號通路

腫瘤形成是一個十分復(fù)雜的過程，是細胞生長、增殖和凋亡等調(diào)控網(wǎng)絡(luò)發(fā)生嚴重紊亂的結(jié)果。在癌癥中，細胞內(nèi)的信號網(wǎng)絡(luò)受到調(diào)節(jié)，從而維持細胞增殖、生長的抑制信號和分化信號減弱，而細胞存活力和運動性增強[2]。

3.2.1 增殖信號通路

多種lnc RNA 是趨化因子和激素信號通路的下游靶點。在T 細胞急性淋巴細胞白血病中，Notch1致癌基因在某種程度上通過誘導(dǎo)l nc RNA LUNAR1、上調(diào)胰島素樣生長因子1受體表達和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，從而促進生長[16]。在前列腺癌中，一些與前列腺癌細胞增殖有關(guān)的lnc RNA 可與雄激素受體直接相互作用或抑制雄激素受體阻滯劑，參與雄激素信號通路[17]。在許多類型的人類惡性腫瘤中，8q24位點的擴增是已被充分表征的導(dǎo)致MYC 基因擴增的致癌性事件，但目前在MYC基因驅(qū)動的癌癥中，多方證據(jù)均涉及l(fā)nc RNA。在伯基特氏淋巴瘤中，PVT1是一個位于t(2：8)易位斷裂點的l nc RNA 基因，它能使免疫球蛋白增強子結(jié)合到PVT1-MYC 位點。在MYC 腫瘤小鼠模型中，僅MYC單拷貝擴增不足以促進腫瘤的形成，而包括MYC 和lnc RNA PVT1 的多基因片段的擴增能高效地促進腫瘤發(fā)展。共擴增PVT1與MYC 使MYC 蛋白水平增高，而在MYC驅(qū)動的人類結(jié)腸癌細胞中降低PVT1的水平時可抑制細胞增殖[18]。并且，結(jié)腸癌相關(guān)lnc RNA CCAT1(又稱為CARLo-5)通過促進MYC與一個增強子元件間的遠程相互作用以順式作用激活MYC 的轉(zhuǎn)錄[19]。前列腺特異性的lnc RNA PCGEM1 也位于8q24 位點，與MYC結(jié)合并增強MYC 對一些基因的轉(zhuǎn)錄激活，這些基因參與前列腺癌細胞生長所需的各種代謝過程。MYC 還以眾多l(xiāng) nc RNA 為靶標進行轉(zhuǎn)錄調(diào)控，進而調(diào)節(jié)細胞周期的進程[20]。

最近研究發(fā)現(xiàn)，lnc RNA HEI H 可與mi R-939相互作用抑制抗凋亡基因Bcl-x L 的轉(zhuǎn)錄，從而促進結(jié)直腸癌的發(fā)生[21]。lnc RNA-SRA1可抑制骨肉瘤細胞的增殖并促進細胞凋亡[22]。

3.2.2 抑癌基因信號通路

近年來，研究發(fā)現(xiàn)一些lnc RNA 在調(diào)節(jié)抑癌基因和生長阻滯通路中起著廣泛的作用。腫瘤抑制蛋白TCF21的表達是由它的反義RNA TARID 激 活 的，TARID 招 募GADD45a 至TCF21啟動子從而促進去甲基化[23]。

lnc RNA 對p53抑癌基因通路的調(diào)控一直是研究者關(guān)注的焦點。許多研究表明，lnc RNA可通過多種機制調(diào)節(jié)p53 的下游靶基因：與DNA 相互作用、與mRNA 及mRNA 前體相互作用、與mi RNA 相互作用，及調(diào)控DNA 修復(fù)等[24]。母系印記RNA MEG3與p53結(jié)合，激活p53 所調(diào)控的部分基因的p53 依賴性轉(zhuǎn)錄。p53調(diào)節(jié)的l nc RNA 迅速增加，這表明l nc RNA 廣泛參與p53 激活的下游通路[25]。對p53調(diào)控的增強子RNA 的全基因組分析鑒定了p53 誘 導(dǎo) 的lnc RNA LED，LED 與 強 增 子(包括CKDN1 A 增強子)相互作用并將其激活，從而促進由p53 引起的細胞周期阻滯。LED 在p53野生型白血病細胞的部分細胞中被沉默，這表明了該l nc RNA 可能具有腫瘤抑制作用[26]。lnc RNA-p21是以p53依賴的方式由DNA 損傷誘導(dǎo)的，其與hn RNPK 相互作用，以順式作用調(diào)節(jié)CDKN1 A，并以p21依賴的方式抑制細胞周期[6]。l nc RNA FAL1位于1號染色體上，在癌癥中頻繁擴增，其招募染色質(zhì)抑制蛋白 BMI-1 至多個基因(包括CDKN1 A)，以促進腫瘤細胞的增殖[26]。p53和DNA 損傷誘導(dǎo)的lnc RNA PANDA 也調(diào)節(jié)p53通路活性，其通過與轉(zhuǎn)錄因子NF-YA 結(jié)合并阻止NF-YA 招募至促凋亡基因，從而抑制DNA 損傷誘導(dǎo)的細胞凋亡[27]。

3.2.3 細胞存活信號通路

腫瘤細胞的選擇性優(yōu)勢是由端粒的維持、營養(yǎng)脅迫的耐受以及在某些癌癥中未分化腫瘤細胞群(腫瘤干細胞)的保留共同驅(qū)動的。lnc RNA Gas5在營養(yǎng)不足或缺乏生長因子的細胞中被誘導(dǎo)，Gas5 通過與糖皮質(zhì)激素受體(GR)DNA 結(jié)合域結(jié)合并作為一個“誘餌”，阻止糖皮質(zhì)激素應(yīng)答基因的表達[28]。這種GR的阻滯減少了細胞凋亡抑制因子2的表達，從而使正常細胞在應(yīng)急條件下細胞凋亡增加。然而，相對于鄰近的正常乳腺組織，人乳腺癌細胞中Gas5受到抑制，這說明在營養(yǎng)成分匱乏的腫瘤微環(huán)境中乳腺癌細胞的存活率增加[29]。

腫瘤細胞永生需要端粒的維持以避免復(fù)制性衰老。端粒酶RNA 組分(TERC)是核糖核蛋白端粒酶復(fù)合體的一個關(guān)鍵組分，編碼組成端粒序列的六核苷酸重復(fù)序列的模板。雖然大多數(shù)人類腫瘤通過過表達逆轉(zhuǎn)錄酶TERT 來維持端粒，但TERC 位點的SNP 與端粒延長及發(fā)展為高級別膠質(zhì)瘤的風(fēng)險增加有關(guān)[30]。此外，TERC 基因拷貝數(shù)顯著增加預(yù)示著癌前口腔腫瘤向浸潤性癌癥的發(fā)展[31]。含有RNA的端粒重復(fù)序列(TERRA)由子端?；蚨肆５腄NA 序列轉(zhuǎn)錄而來，其以端粒酶依賴和非依賴的方式在端粒的維持中起作用[32]。TERRA的一個作用與其在細胞周期中的動態(tài)調(diào)節(jié)有關(guān)，它通過POT-1 調(diào)節(jié)單鏈DNA 結(jié)合蛋白RPA 的交換，從而調(diào)節(jié)端粒覆蓋染色體末端過程。當(dāng)細胞從S期向G2期過渡時，缺乏SWI/SNF組件ATRX 的癌細胞在端粒處維持了持久的TERRA 位點，這導(dǎo)致RPA 持續(xù)地占據(jù)在單鏈端粒DNA 上，阻止了端粒酶依賴的端粒的延長。這些細胞轉(zhuǎn)而憑借重組依賴的端粒延長旁路途徑(需要ATR)，致使ATRX 缺陷的癌細胞對ATR 抑制劑高度敏感[33]。

lnc RNA 在維持基因組的穩(wěn)定性中也起一定作用。非整倍性、染色體畸變已成為癌癥的界定特征之一。已有研究證明lnc RNA NORAD 可對染色體的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大影響。NORAD 是一種豐度較高的lnc RNA，可隔絕PUMILIO 蛋白使其遠離靶標mRNA(包括參與細胞有絲分裂、DNA 的修復(fù)以及復(fù)制的基因)。PUMILIO 蛋白通過降低mRNA 的穩(wěn)定性和減少翻譯以負反饋形式調(diào)節(jié)這些mRNA。因此，NORAD-/-細胞具有極度活躍的PUMILIO，從而導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定性和非整倍性[34]。

lnc RNA 廣泛參與干細胞維持和分化的信號通路，癌細胞能通過調(diào)節(jié)lnc RNA 來協(xié)同調(diào)控這些信號通路。lnc TCF7招募SWI/SNF復(fù)合物至TCF7啟動子，從而激活Wnt信號通路以維持肝癌干細胞的自我更新[35]。lnc RNA TINCR 對于角化細胞分化是必需的，其通過招募STAU-1穩(wěn)定分化相關(guān)mRNA，而鱗狀細胞癌細胞可抑制TINCR 的表達[36]。

3.2.4 運動性信號通路

MALAT1 是一個在進化上保守、豐度較高的細胞核lnc RNA。研究發(fā)現(xiàn)其過度表達可預(yù)測早期非小細胞肺癌患者的轉(zhuǎn)移進程。在MALAT1功能缺失的小鼠中，研究表明它在發(fā)育過程中或?qū)τ诔墒斓恼＝M織內(nèi)穩(wěn)態(tài)是一個非必需基因。在體外肺癌細胞中MALAT1缺失會導(dǎo)致細胞運動性受損，在小鼠中會導(dǎo)致細胞轉(zhuǎn)移減少，這表明癌癥中MALAT1過表達可能驅(qū)動正常組織發(fā)育或內(nèi)穩(wěn)態(tài)過程中觀察不到的功能獲得性表型[37]。

許多與腫瘤相關(guān)的lnc RNA 參與調(diào)節(jié)腫瘤的侵襲和轉(zhuǎn)移。轉(zhuǎn)化生長因子β通過兩種不同的RNA-RNA 相互作用，誘導(dǎo)lnc RNA-ATB在肝細胞癌細胞中的表達，這能促進上皮向間質(zhì)的轉(zhuǎn)化、細胞的侵襲和器官的定植[38]。在上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的過程中，l nc RNA-ATB競爭性地結(jié)合mi R-200 以激活ZEB1和ZEB2的表達，而其與白介素-11 的相互作用增強了STAT3信號通路，從而促進轉(zhuǎn)移。前列腺癌lnc RNA SCh LAP1與預(yù)后差及轉(zhuǎn)移進程相關(guān)，其通過干擾SMI/SNF復(fù)合物的腫瘤轉(zhuǎn)移抑制活性來促進前列腺癌的侵襲和轉(zhuǎn)移[39]。

近年來，抑制轉(zhuǎn)移的lnc RNA 的鑒定，已在l nc RNA 對腫瘤微環(huán)境和轉(zhuǎn)移表型的調(diào)控方面打開了一個新的視角。核因子k B(NF-κB)為響應(yīng)炎癥信號而誘導(dǎo)l nc RNA NKILA 的表達，NKILA 可通過結(jié)合細胞質(zhì)NF-κB/Ik B復(fù)合物介導(dǎo)一個負反饋回路，抑制NF-κB信號并抑制Ik B的磷酸化、NF-κB 的釋放及核位移。人乳腺癌中NKILA 的抑制與轉(zhuǎn)移性擴散和不良預(yù)后有關(guān)[40]。lnc RNA LET 可將缺氧反應(yīng)與轉(zhuǎn)移聯(lián)系起來。缺氧誘導(dǎo)的組蛋白脫乙酰酶3抑制LET 啟動子，影響其表達并促進NF90積累及缺氧誘導(dǎo)的細胞侵襲[41]。

4 問題與展望

lnc RNA 作為高度組織特異性的癌癥表型驅(qū)動因子，將成為癌癥治療的主要靶標。癌癥相關(guān)l nc RNA 大多數(shù)研究均集中于l nc RNA 轉(zhuǎn)錄本豐度改變所引起的細胞效應(yīng)。然而，用結(jié)構(gòu)分析的方法評估l nc RNA 功能顯示：SNP 甚至可以改變涉及mi RNA 或蛋白質(zhì)結(jié)合的功能相關(guān)位點上的局部RNA 結(jié)構(gòu)[38]。應(yīng)用癌癥中全轉(zhuǎn)錄組RNA 結(jié)構(gòu)分析可揭示SNP 的功能或癌癥相關(guān)l nc RNA 的體細胞突變。想要更深入地闡明癌癥相關(guān)lnc RNA 的生理作用，將需要在研究方法上從lnc RNA 注釋和分子或細胞特征描述向癌癥動物基因模型的轉(zhuǎn)變。細胞間信號傳遞、炎癥、血管生成和免疫調(diào)節(jié)是癌細胞與基質(zhì)細胞協(xié)同作用中的核心因素，是支持腫瘤生長和發(fā)展所必需的，而生物模型對于闡釋lnc RNA 在這些過程中的生理作用將尤其重要。