長鏈非編碼RNA在肝細胞癌中的研究進展①

農(nóng)雯雄，周 宇，袁晟光

(桂林醫(yī)學院附屬醫(yī)院肝膽胰外科實驗室，廣西 桂林 541001)

肝細胞癌(肝癌)是一種發(fā)病率高、復發(fā)轉(zhuǎn)移率高、生存周期較短的惡性腫瘤，但是其致癌的分子機制仍不明確。近幾年lncRNA在肝癌中的應用已經(jīng)受到了國內(nèi)外學者廣泛關(guān)注，它是繼微小RNA(miRNA)后同屬非編碼RNA的另一項研究熱點，它的出現(xiàn)對于肝癌的診斷、治療，以及進一步深入探索肝癌發(fā)生發(fā)展中的分子機制具有重要的臨床意義。筆者從lncRNA結(jié)構(gòu)及功能出發(fā)綜述了近年來lncRNA在肝細胞癌(肝癌)中作用的研究進展。

1 lncRNA的定義

隨著ENCODE(encyclopedia of DNA elements)項目的展開，發(fā)現(xiàn)與編碼基因最終通過形成效應蛋白起作用的方式不同，人類基因組中超過90%的DNA均能被轉(zhuǎn)錄為RNA，僅有不到2%的基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物被翻譯為蛋白質(zhì)，其余98%的DNA轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物為編碼能力極低或無編碼能力的非編碼RNA (non-coding RNA, ncRNA)[1]。其中將長度200～100 000 nt的RNA分子通常稱為長鏈非編碼RNA，可是如果僅用長度的共同特征來對lncRNA進行分類，就會顯得過于單一，所以，可根據(jù)基因組位置、序列、形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能特征將lncRNAs分為不同的組。從基因組位置的水平,可分為基因間lncRNA和內(nèi)含子lncRNA。從基因組的序列水平，可分為正義型lncRNA和反義型lncRNA。根據(jù)它是否與已知的DNA相關(guān)聯(lián)，可以被分為增強子相關(guān)的lncRNA、啟動子相關(guān)的lncRNA、上游反義RNA和端粒重復RNA。根據(jù)蛋白編碼基因是否相關(guān)，可分為天然反義RNA和環(huán)狀內(nèi)含子基因等[2]。隨著對lncRNA進一步研究，新的分類更傾向于根據(jù)lncRNA的功能和結(jié)構(gòu)信息來分類。

2 lncRNA的結(jié)構(gòu)

lncRNA的二級結(jié)構(gòu)及三級結(jié)構(gòu)很復雜，研究發(fā)現(xiàn)，repa是1個1.6 kb的鼠lncRNA，研究者確定了一種完整的、經(jīng)過形態(tài)學驗證的repa的二級結(jié)構(gòu)圖，并通過DMS的化學探測，生成了一種三維模型的repa功能域，證明了在lncRNA分子中存在三級體系結(jié)構(gòu)，并發(fā)生在特定的功能模塊中。這項工作為探索其他lncRNA的體系結(jié)構(gòu)特性提供了一個框架[3]。

3 lncRNA的功能

3.1 生物學功能

lncRNA可通過“向?qū)А薄罢T餌”“支架”或“信號”等多種方式參與基因轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后修飾、翻譯以及表觀遺傳調(diào)控，從而影響多種細胞生物學行為，lncRNA的表達或功能異常與包括肝癌在內(nèi)的多種疾病的發(fā)生及進展密切相關(guān)[4]。在肝激酶B1-腺苷一磷酸激活的蛋白激酶(LKB1-AMPK)途徑和DNA甲基化的控制下, MITA1促進上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，Slug(snail家族鋅指2)轉(zhuǎn)錄的增加[5]。HCCL5在TGF-β1誘導的經(jīng)典上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)模型中上調(diào)，并且該lncRNA反過來通過上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子Snail，Slug，ZEB1和Twist1的表達來加速EMT表型[6]。間充質(zhì)干細胞能通過lncRNA-MUF結(jié)合膜聯(lián)蛋白A2(ANXA2)并激活Wnt /β-catenin信號和EMT。乙型肝炎病毒X蛋白相關(guān)的長非編碼RNA下調(diào)乙型肝炎病毒X蛋白的表達通過靶向中間絲蛋白波形蛋白抑制肝癌轉(zhuǎn)移?？傊?，lncRNA可以與同源的DNA、RNA序列結(jié)合還可以折疊成較為復雜的二級結(jié)構(gòu)與多種蛋白質(zhì)結(jié)合。

3.2 作為分子海綿ceRNA參與對肝癌的調(diào)節(jié)作用

近年來的研究表明，lncRNA可作為競爭性內(nèi)源RNA(competitive endogenous RNA，ceRNA)參與肝癌的增殖、轉(zhuǎn)移、侵襲、EMT等過程。ceRNA假說認為，特異性RNA可以通過螯合作用降低microRNA (miRNA)活性，從而上調(diào)miRNA靶基因的表達。最新的研究表明癌基因AGAP2-AS1、DANCR、MALAT1、AF119895、n335586分別可以競爭性結(jié)合miR-16-5p、miR-27a-3p、miR-146b-5p、miR-6508-3p 、miR-924作用于靶基因ANXA11、ROCK1 / LIMK1 / COFILIN1、TRAF6、NXF3、CKMT1A從而促進細胞增殖、遷移、侵襲、EMT進展和抑制肝癌細胞的凋亡[7-11]，抑癌基因EPB41L4A-AS2、PVT 1、GAS5、MIR31HG分別可以競爭性結(jié)合miR-301a-5p、miR-365、miR-182、miR-575 作用于靶基因FOXL1、ATG3、ANGPTL1、ST7L從而抑制腫瘤生長和肝外轉(zhuǎn)移[12-15]，這些 lncRNA都可以作為“分子海綿”的機制形式在肝癌中發(fā)揮作用。

3.3 lncRNA調(diào)節(jié)信號通路對肝癌的影響

肝癌發(fā)病機制十分復雜，其發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移復發(fā)與多種細胞信號傳導通路有關(guān)。近年研究表明，肝癌的發(fā)生發(fā)展與多條通路異常有關(guān)，涉及的信號通路包括Ras/Raf/Erk信號通路、PI3K/Akt/mTOR信號通路、Wnt/β-catenin信號通路、Notch信號通路、Hedgehog信號通路、JAK/STAT信號通路、Hippo信號通路。此外lncAKHE還可以增強NOTCH2信號的激活[16]，lncUBE2CP3 能激活ERK / HIF-1α/ p70S6K，LncRNA00364抑制STAT3的磷酸化等等。這些被lncRNA調(diào)節(jié)的信號通路都與肝癌的發(fā)生發(fā)展存在著直接或者間接的關(guān)系。

3.4 lncRNA參與肝癌表觀遺傳調(diào)節(jié)

表觀遺傳的改變?nèi)鏒NA甲基化、組蛋白修飾和基因印記等是包括肝癌在內(nèi)的許多人類疾病的發(fā)病因素。研究發(fā)現(xiàn),lncRNA PCAT-14通過誘導mir-372啟動子甲基化調(diào)節(jié)肝癌細胞的增殖和侵襲。肝癌組蛋白甲基化狀態(tài)的評估僅限于與肝癌臨床病理特征相關(guān)的研究，使用半定量蛋白質(zhì)檢測方法，例如免疫組織化學或Western印跡證明高水平的三甲基化組蛋白H3賴氨酸4(H3K4me3)與肝癌的總生存率降低和預后不良有關(guān)[17]。另一項研究表明，高水平的H3K27me3預測預后較差，并且與侵襲性腫瘤特征密切相關(guān)，包括血管侵犯、腫瘤大小、腫瘤多樣性和分化差[18]。

3.5 lncRNA反饋環(huán)路在肝癌中的體現(xiàn)

Lan等[19]發(fā)現(xiàn)SNHG10和SCARNA13協(xié)同參與肝癌的進展，SNHG10作為miR-150-5p的海綿，與RPL4 mRNA相互作用，增加c-Myb的表達和活性。反過來，c-Myb的上調(diào)和活化通過調(diào)節(jié)SNHG10啟動子活性，增強SNHG10和SCARNA13的表達，形成正反饋環(huán)，持續(xù)刺激SCARNA13的表達。SCARNA13通過調(diào)控SOX9介導SNHG10驅(qū)動的肝癌細胞增殖、侵襲和遷移，促進細胞周期和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)。

LINC01287可通過充當ceRNA而負調(diào)節(jié)miR-298表達。miR-298直接靶向STAT3并抑制其表達。LINC01287通過miR-298 / STAT3軸在肝癌中發(fā)揮其功能。有趣的是，STAT3通過c-jun提高了LINC01287的表達，c-jun與LINC01287啟動子結(jié)合。在LINC01287和miR-298 / STAT3軸之間也發(fā)現(xiàn)了反饋回路[20]。HULC促進脂肪生成的能力，從而刺激體外和體內(nèi)細胞內(nèi)甘油三酯和膽固醇的積累，產(chǎn)生膽固醇的ACSL1過表達足以增強肝癌細胞的增殖。

3.6 lncRNA與腫瘤微環(huán)境

腫瘤的發(fā)生和轉(zhuǎn)移與腫瘤細胞所處的內(nèi)外環(huán)境有著密切關(guān)系，HOTAIR可以通過誘導多泡體轉(zhuǎn)運至質(zhì)膜促進外泌體的釋放[21]。MALAT1通過SRSF1的上調(diào)和mTORC1-4EBP1軸的激活來介導增強的TCF7L2翻譯從而上調(diào)糖酵解基因的表達和下調(diào)的糖異生酶。MALAT1表達調(diào)節(jié)TCF7L2 mRNA與眾多核糖體的關(guān)聯(lián)，MALAT1通過葡萄糖代謝調(diào)節(jié)其致癌活性[22]。LINC01554促進泛素介導的PKM2降解并抑制Akt/mTOR信號通路以消除肝癌細胞中的有氧糖酵解。同時，LINC01554敲除可有效逆轉(zhuǎn)LINC01554的腫瘤抑制作用[23]。lncRNA-NEAT1通過脂肪甘油三酯脂肪酶(ATGL)調(diào)節(jié)ATGL表達并破壞肝癌細胞中的脂解作用。ATGL及其產(chǎn)物二?；视?DAG)和游離脂肪酸(FFA)被證明是NEAT1介導的肝癌細胞生長的原因。MVIH可通過抑制磷酸甘油酸激酶1(PGK1)的分泌來激活腫瘤誘導的血管生成來促進腫瘤生長和肝內(nèi)轉(zhuǎn)移，HULC通過激活酰基輔酶A合成酶亞基ACSL1調(diào)節(jié)肝癌中脂質(zhì)代謝[24]。

3.7 lncRNA與細胞周期調(diào)控

HCCL5促進細胞生長、GS轉(zhuǎn)換、侵襲和轉(zhuǎn)移，同時抑制肝癌細胞凋亡[6]。lnc-UCID可通過阻止DHX9與CDK6的相互作用并隨后增強CDK6表達來促進G1/S轉(zhuǎn)換從而加快肝癌的增殖[25]。lncRNA-HEIH在G0/G1停滯中起關(guān)鍵作用，并進一步證明lncRNA-HEIH與zeste同源物2(EZH2)的增強子相關(guān)，并且這種關(guān)聯(lián)是細胞周期抑制所必需的。lncRNA-HEIH在HBV相關(guān)性肝癌患者中高表達,其研究發(fā)現(xiàn)HEIH能夠阻滯細胞分化的G0/G1期,這種阻滯與果蠅Zeste基因增強子人類同源物(EZH2)有關(guān)。EZH2是PRC2的核心催化因子,能夠使組蛋白甲基化而發(fā)揮對靶基因的轉(zhuǎn)錄抑制作用,促進肝癌發(fā)生發(fā)展。

lncRNA在肝癌的發(fā)生、進展、轉(zhuǎn)移等過程中發(fā)揮著重要的作用。目前的研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA通過多種途徑對肝癌進行調(diào)節(jié)并參與肝癌的復發(fā)和轉(zhuǎn)移,對肝癌的預后也有一定的預測作用。lncRNA的研究還處于萌芽階段,lncRNA的結(jié)構(gòu)多種多樣、種類繁多,分子調(diào)控機制復雜,絕大多數(shù)種類功能尚未明確,更精細的分子機制也有待我們進一步挖掘,相信隨著lncRNA參與肝臟疾病中研究的進一步深入，lncRNA對肝癌作用的研究將有著更為廣闊的應用前景。