長鏈非編碼RNA調(diào)控白血病多藥耐藥機(jī)制的研究進(jìn)展

李美玲(綜述), 鹿全意(審校)

白血病是造血系統(tǒng)的一種惡性克隆性疾病，以異質(zhì)性高、預(yù)后差為主要特征，目前化療仍是治療白血病的主要手段之一。然而，多藥耐藥及治療后復(fù)發(fā)是白血病治療失敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，多個(gè)因素參與白血病的耐藥機(jī)制，包括ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的多藥耐藥、DNA修復(fù)異常、骨髓微環(huán)境的變異、非編碼RNA[包括環(huán)狀RNA(circular RNA，circRNA)、微小RNA(micro RNA，miRNA)和長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，LncRNA)]的表達(dá)異常等[1-4]。

LncRNA是一類長度>200 nt的異質(zhì)性轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，于2002年被首次發(fā)現(xiàn)[5-6]。直至2007年，隨著第一個(gè)LncRNA Hotair(homeobox transcript antisense RNA，Hotair)作為染色體調(diào)控基因被發(fā)現(xiàn)，LncRNA生物學(xué)功能才得以被高度關(guān)注。LncRNA可在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后翻譯等水平上調(diào)控基因表達(dá)，其本身的異常表達(dá)除了在實(shí)體瘤對蛋白編碼基因表達(dá)的特殊調(diào)控外，還參與血液腫瘤的發(fā)生和發(fā)展，包括細(xì)胞的增殖、凋亡和遷移，而且是白血病化療耐藥和治療預(yù)后差的主要原因之一[7-9]。然而，與其他類型的癌癥相比，LncRNA在正常和惡性造血中的作用至今尚未得到廣泛評價(jià)。筆者就LncRNA通過ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、作為miRNA海綿體、調(diào)控糖基化、細(xì)胞周期及通過PI3K/AKT途徑等介導(dǎo)白血病多藥耐藥機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 LncRNA通過ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白調(diào)控白血病多藥耐藥

化療藥物需通過細(xì)胞膜或核膜進(jìn)入胞質(zhì)或核內(nèi)才能發(fā)揮細(xì)胞毒作用，而耐藥細(xì)胞可通過異常表達(dá)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將化療藥物泵出細(xì)胞或改變其在細(xì)胞內(nèi)的分布從而導(dǎo)致耐藥的產(chǎn)生[10]。ATP結(jié)合盒(ATP-binding cassette，ABC)超家族擁有49種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，可將化療藥物轉(zhuǎn)運(yùn)出細(xì)胞以降低細(xì)胞內(nèi)濃度，從而使藥物對細(xì)胞喪失毒性作用而產(chǎn)生耐藥[11]。P-糖蛋白(P-gp)是由ABCB1即MDR1基因編碼的ATP依賴的有機(jī)泵，具有與胞內(nèi)核苷酸結(jié)合的結(jié)構(gòu)域，底物與該有機(jī)泵結(jié)合致使P-gp的構(gòu)象發(fā)生改變，將底物轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外，隨后P-gp結(jié)合ATP恢復(fù)其構(gòu)象，從而循環(huán)泵出藥物[12]。有研究表明，在K562和THP-1細(xì)胞系中過表達(dá)NEAT1(核旁核聚集轉(zhuǎn)錄因子，一種核限制性LncRNA)可抑制白血病細(xì)胞中ABCG2的表達(dá)，從而減輕Alisertib、硼替佐米等細(xì)胞毒性[13]。Pouyanrad等也報(bào)道相似結(jié)果，顯示NEAT1和LncRNA轉(zhuǎn)移相關(guān)肺腺癌轉(zhuǎn)錄物1(MALAT1)通過結(jié)合miR-335-3p靶向調(diào)控ABCA3的表達(dá)，介導(dǎo)白血病的多藥耐藥[14]。可見，LncRNA可通過影響ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白表達(dá)引發(fā)藥物外排機(jī)制介導(dǎo)白血病多藥耐藥。這是耐藥發(fā)生的基本機(jī)制之一(圖1)。

2 LncRNA作為競爭性內(nèi)源RNA調(diào)控白血病多藥耐藥

LncRNA可以誘餌方式吸附一些特定的miRNA，從而調(diào)控這些miRNA靶基因的表達(dá)，這種作用方式被稱為“海綿效應(yīng)”(miRNA sponge)，具有該作用的LncRNA 被稱為競爭性內(nèi)源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)[15]。隨著二代測序技術(shù)的發(fā)展和腫瘤轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)的分析，目前已發(fā)現(xiàn)超過10 000種LncRNA 可能具有潛在的ceRNA特性[16]。LncRNA作為miRNA和mRNA的競爭平臺，在乳腺癌、胃癌、肝癌、肺癌和腎癌等多種惡性腫瘤中參與細(xì)胞周期和細(xì)胞凋亡調(diào)控，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要的作用[17-21]。在白血病的耐藥機(jī)制研究中，Zhou等在耐伊馬替尼的人K562細(xì)胞和慢性髓細(xì)胞性白血病(chronic myelogenous leukemia, CML)患者中發(fā)現(xiàn)，LncRNA MEG3顯著下調(diào)，過表達(dá)MEG3則細(xì)胞增殖降低，凋亡增加[22]。更有趣的是，在該類患者中MEG3與miR-21結(jié)合，且表達(dá)量呈負(fù)相關(guān)，表明在白血病中，MEG3通過結(jié)合miR-21以海綿效應(yīng)方式調(diào)控細(xì)胞增殖、凋亡和多藥耐藥轉(zhuǎn)運(yùn)體的表達(dá)，從而促進(jìn)伊馬替尼耐藥。Xiao等報(bào)道，LncRNA UCA1作為MDR1的重要調(diào)控因子，通過與MDR1競爭性結(jié)合miR-16，調(diào)控白血病細(xì)胞對伊馬替尼耐藥[13]。此類耐藥機(jī)制是耐藥的主要原因之一(圖2)。

3 LncRNA通過N-鏈蛋白糖基化調(diào)控白血病多藥耐藥

蛋白糖基化是翻譯后最常見的修飾之一，糖基化改變是腫瘤細(xì)胞的共同特征，在多種生理病理過程中起著重要作用，其中N-鏈糖基化參與多種生化和細(xì)胞過程[23-24]。腫瘤相關(guān)聚糖、糖基轉(zhuǎn)移酶及其靶蛋白在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的差異表達(dá)，作為特異性腫瘤標(biāo)志物和潛在治療靶點(diǎn)已被研究。N-鏈糖基被證明可改變癌細(xì)胞的惡性表型，其在耐藥產(chǎn)生過程具有調(diào)控作用[25-26]。糖基轉(zhuǎn)移酶在腫瘤細(xì)胞內(nèi)的差異表達(dá)是導(dǎo)致腫瘤糖基化異常的主要原因之一，天氡酰胺糖基化(asparagine-linked glycosylation，ALG)家族是糖基轉(zhuǎn)移酶的重要組成部分[27]。ALG3編碼α-1,3 -甘露糖基轉(zhuǎn)移酶，參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中多帖醇鏈高甘露糖型糖基的形成[28]。Liu等對急性髓細(xì)胞性白血病(acute myelogenous leukemia, AML)細(xì)胞耐藥過程中的N-鏈聚糖檢測發(fā)現(xiàn)，ALG3在AML細(xì)胞系中的表達(dá)與MDR呈正相關(guān)[28]。LncRNA FTX作為一種競爭性的內(nèi)源性RNA，通過海綿miR-342調(diào)控AML中ALG3的表達(dá)，一方面FTX以序列特異性的方式與miR-342結(jié)合并調(diào)控miR-342表達(dá)，兩者表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)；另一方面，使FTX和MDR通過ALG3途徑的表達(dá)呈正相關(guān)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)TX的下調(diào)抑制AML細(xì)胞株對阿霉素的耐藥性，而miR-342抑制劑則恢復(fù)AML細(xì)胞對藥物的敏感性，表明ALG3(負(fù)責(zé)甘露糖基化)與AML細(xì)胞的耐藥性有關(guān)，證實(shí)在化療的AML患者中LncRNA可通過調(diào)控甘露糖基化影響細(xì)胞耐藥[28]。提示高甘露糖N-聚糖的改變可能是AML耐藥的特異性改變之一，這種耐藥特異性變化使得高甘露聚糖有望作為AML耐藥早期診斷的潛在生物標(biāo)志物(圖3)。

4 LncRNA通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期調(diào)控白血病多藥耐藥

細(xì)胞周期是指細(xì)胞從一次分裂完成開始到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的全過程，通常分DNA合成前期(G1期)、DNA合成期(S期)、DNA合成后期(G2期)、細(xì)胞分裂期(M期)?；熕幬锿ㄟ^誘導(dǎo)DNA損傷，細(xì)胞分裂使細(xì)胞周期改變而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。當(dāng)細(xì)胞修復(fù)損傷能力增強(qiáng)、缺乏識別損傷能力、失去向凋亡機(jī)制發(fā)出信號的能力、凋亡機(jī)制本身出現(xiàn)缺陷時(shí)，就可能導(dǎo)致耐藥產(chǎn)生。MALAT1在CML細(xì)胞中表達(dá)增加，當(dāng)沉默MALAT1時(shí)通過靶向miR-328抑制CML細(xì)胞增殖和細(xì)胞周期阻滯，增加伊馬替尼耐藥K562細(xì)胞的藥物敏感性，促進(jìn)細(xì)胞凋亡。MALAT1的下調(diào)增強(qiáng)K562細(xì)胞對伊馬替尼的敏感性，而miR-328的沉默則抵消這種效應(yīng)，證實(shí)通過海綿miR-328沉默MALAT1阻滯細(xì)胞周期，增加K562細(xì)胞對伊馬替尼的敏感性[29]。Zhang等研究認(rèn)為，急性早幼粒細(xì)胞白血病NB4細(xì)胞中HOTAIRM1的下調(diào)延緩全反式維甲酸(ATRA)誘導(dǎo)的粒細(xì)胞分化，導(dǎo)致未成熟和增殖細(xì)胞明顯增多，維持細(xì)胞周期從G1期進(jìn)展到S期；相應(yīng)地，HOTAIRM1基因的下調(diào)導(dǎo)致了許多ATRA抑制的細(xì)胞周期和DNA復(fù)制基因的保留表達(dá)，并減弱了ATRA對細(xì)胞表面白細(xì)胞活化、防御反應(yīng)和其他成熟相關(guān)基因的誘導(dǎo)[30]。ATRA誘導(dǎo)的細(xì)胞周期阻滯發(fā)生在敲除細(xì)胞的G1/S期，其抵抗作用伴隨著ITGA4 (CD49d)的保留表達(dá)和ITGAX (CD11c)誘導(dǎo)的降低。研究還證實(shí),沒有經(jīng)過ATRA處理的ITGAX也會(huì)干擾HOTAIRM1基因的轉(zhuǎn)錄水平，提示整合素基因作為細(xì)胞周期進(jìn)展與時(shí)間的耦合調(diào)節(jié)開關(guān)，控制從增殖階段到粒細(xì)胞成熟的轉(zhuǎn)變[30]。結(jié)果表明，HOTAIRM1通過在基因表達(dá)水平上調(diào)節(jié)整合素控制的細(xì)胞周期進(jìn)程。Bester等通過雙蛋白編碼和非編碼的整合CRISPRa篩選全基因組平臺，對LncRNA功能表征，計(jì)算和功能分析確定細(xì)胞周期、存活/凋亡和癌癥信號基因，分析發(fā)現(xiàn)LncRNA GAS6-as2的轉(zhuǎn)錄激活導(dǎo)致GAS6/TAM通路過度激活，這是包括AML在內(nèi)的多種癌癥的耐藥機(jī)制，進(jìn)一步證實(shí)了LncRNA GAS6-as2通過GAS6/TAM通路誘導(dǎo)凋亡和細(xì)胞周期阻滯[31]。這是AML常見耐藥機(jī)制之一。

5 LncRNA通過PI3K/Akt/mTOR途徑調(diào)控白血病多藥耐藥

磷酸肌醇3-激酶/蛋白激酶B/哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶點(diǎn)(phosphoinositide 3-kinase /protein kinase B/mammalian target of rapamycin，PI3K/Akt/mTOR)信號傳導(dǎo)途徑不僅在實(shí)體瘤有著重要的調(diào)節(jié)作用，在血液系統(tǒng)腫瘤中可激活下游基因或蛋白表達(dá)調(diào)控造血細(xì)胞的增殖、分化及凋亡[32-33]。PI3K是一種脂質(zhì)激酶，可在質(zhì)膜和胞內(nèi)磷酸化磷脂酰肌醇3位羥基位點(diǎn)。Akt作為PI3K的重要下游靶蛋白，是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，又稱為蛋白激酶B (protein kinase B，PKB)。LncRNA在多種癌細(xì)胞中調(diào)節(jié)PI3K/Akt/mTOR途徑，如在肝癌中顯著上調(diào)的LncRNA HULC通過激活膠質(zhì)腫瘤細(xì)胞中的PI3K/Akt/mTOR途徑促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲[10]。研究發(fā)現(xiàn)，50%～80%的AML患者PI3K/Akt/mTOR途徑異常激活，提示PI3K/Akt/mTOR途徑有望成為新的治療靶點(diǎn)，并已有相關(guān)藥物開發(fā)[34-35]。在AML中，LncRNA通過激活A(yù)ML細(xì)胞中的PI3K/Akt/mTOR途徑，在白血病的發(fā)生發(fā)展及預(yù)后起著重要作用。Yang等報(bào)道，在阿霉素耐藥的KG-1和HL-60細(xì)胞中，Linc00239高度調(diào)節(jié)PI3K/Akt/mTOR途徑活化，積極調(diào)控細(xì)胞的惡性行為包括耐藥作用、細(xì)胞的增殖、集落形成和遷移，提示Linc00239扮演PI3K/Akt/mTOR途徑激活劑作用，可被視為AML治療靶標(biāo)[36]。這些數(shù)據(jù)表明，LncRNA與PI3K/Akt/mTOR途徑的激活或失活緊密相關(guān)，尤其在白血病耐藥機(jī)制中可作為逆轉(zhuǎn)耐藥的治療靶點(diǎn)。

現(xiàn)將與白血病化療耐藥相關(guān)的LncRNA部分研究進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中涉及的耐藥機(jī)制所屬如下(表1)：(1)LncRNA通過ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白調(diào)控白血病耐藥：序號為1，6，10；(2)LncRNA通過海綿機(jī)制調(diào)控白血病耐藥：序號為1，2，3，5，6，8；(3)LncRNA通過N-鏈蛋白糖基化調(diào)控白血病耐藥：序號為3；(4)LncRNA通過PI3K/Akt/mTOR途徑調(diào)控白血病耐藥：序號為7，11；(5)LncRNA通過調(diào)節(jié)細(xì)胞周期調(diào)控白血病耐藥：序號為9，12，13。

表1 與白血病化療耐藥相關(guān)的部分LncRNA研究

化療是白血病的主要治療方法，但維持長期完全緩解的病例并不多見?；煻嗨幠退幍漠a(chǎn)生及其機(jī)制研究仍是血液腫瘤醫(yī)生不斷探索的方向。越來越多的實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，LncRNA可以通過多種途徑調(diào)控白血病的多藥耐藥，但白血病耐藥是一個(gè)復(fù)雜的過程，可能是一種機(jī)制獨(dú)立起作用，也可能是多種機(jī)制聯(lián)合誘導(dǎo)耐藥，更可能是耐藥機(jī)制交叉調(diào)控的結(jié)果。白血病關(guān)于LncRNA在耐藥的認(rèn)識仍是冰山一角，且多數(shù)停留在體外和細(xì)胞水平，離廣泛應(yīng)用于臨床還差之甚遠(yuǎn)，亟需更深入的多靶點(diǎn)、多層面、多途徑豐富的功能及機(jī)制研究。目前開展的基因轉(zhuǎn)錄組學(xué)和首次發(fā)現(xiàn)的白血病耐藥的糖生物學(xué)方面都需要更多的拓展深入和驗(yàn)證。盡管LncRNA在白血病多藥耐藥中的研究仍在早期階段，但不能否認(rèn)和忽視的是LncRNA作為分子靶標(biāo)治療白血病及逆轉(zhuǎn)白血病耐藥的潛力。因此，闡明與白血病耐藥相關(guān)的LncRNA的功能和作用機(jī)制，更多樣更深入的研究仍是任重道遠(yuǎn)。