lncRNA-HULC在肝細(xì)胞癌中的作用

劉熙稱，劉廣明，秦俊杰

吉林大學(xué)第一醫(yī)院消化內(nèi)科，吉林 長(zhǎng)春 130021

肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma，HCC)作為世界上第六大最常見的惡性腫瘤，盡管在HCC治療方法的開發(fā)方面取得了巨大進(jìn)步，目前仍是第二大最常見的腫瘤相關(guān)死亡原因，因此，確定HCC發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制對(duì)于早期診斷，選擇治療方法及評(píng)估預(yù)后至關(guān)重要[1]。最近非編碼RNA(non-coding RNA，ncRNA)，特別是長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)成為生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)研究的重點(diǎn)。2007年在HCC中首次發(fā)現(xiàn)第一個(gè)高度特異性上調(diào)的ncRNA，被稱為在肝癌中高度上調(diào)的基因(highly up-regulated in liver cancer，HULC)，是一種新型的mRNA(messenger RNA)樣lncRNA。該基因位于6p24.3染色體上，長(zhǎng)度約為500個(gè)核苷酸，并包含兩個(gè)外顯子，具有蛋白質(zhì)編碼基因的剪接、聚腺苷酸化、胞質(zhì)定位和與核糖體結(jié)合的特性，但整個(gè)基因中均有大量的終止密碼子，且轉(zhuǎn)錄的RNA缺乏實(shí)質(zhì)性的開放閱讀框架及復(fù)雜的二級(jí)結(jié)構(gòu)不可能進(jìn)一步翻譯成蛋白質(zhì)[2]。研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA可通過調(diào)控表觀遺傳、細(xì)胞周期和細(xì)胞分化在肝癌發(fā)生及發(fā)展、血管侵襲和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移中起關(guān)鍵作用[3]。本文對(duì)lncRNA-HULC在HCC中的作用作一概述，以期能夠探索HCC遺傳層面的分子機(jī)制和開發(fā)新的潛在的生物標(biāo)志物及治療靶標(biāo)，為HCC的治療和藥物設(shè)計(jì)提供新的線索。

1 在HCC進(jìn)展過程中的作用

lncRNA通過尚未完全了解的機(jī)制參與HCC的發(fā)生發(fā)展過程。一方面，lncRNA在染色質(zhì)調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和可變剪接調(diào)節(jié)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。另一方面，lncRNA還可以通過充當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性RNA(competitive endogenous RNA，ceRNA)來調(diào)控miRNA從而影響mRNA的穩(wěn)定性和翻譯調(diào)控[4-5]。

1.1 HULC在HCC進(jìn)展過程中的作用盡管許多癌癥類型中HULC過表達(dá)的潛在機(jī)制仍不確定，但新興證據(jù)表明，環(huán)境和宿主因素之間在HULC表達(dá)調(diào)節(jié)中存在復(fù)雜的相互作用[6]。眾所周知，乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)感染是HCC的主要原因。研究發(fā)現(xiàn)，在兩種產(chǎn)生HBV的HCC細(xì)胞系中HULC上調(diào)，HULC在HCC發(fā)生過程中可被HBV誘導(dǎo)，HULC水平與HBV X蛋白(HBV X protein，HBx)密切相關(guān)，后者是一種致癌病毒蛋白，在HCC和非腫瘤肝組織中介導(dǎo)HBV致病性的許多方面，在這方面，HBx誘導(dǎo)了HCC的發(fā)生[6]。HULC通過HBx共激活的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)子和轉(zhuǎn)錄激活子3(signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)促進(jìn)miR-539的表達(dá)，而miR-539下調(diào)載脂蛋白B mRNA編輯酶催化多肽樣3B(apolipoprotein B mRNA editing enzyme catalytic polypeptide-like 3B，APOBEC3B)的表達(dá)，導(dǎo)致共價(jià)閉合環(huán)狀DNA(covalently closed circular DNA，cccDNA)的增加，后者是HBV復(fù)制的模板，維持了病毒感染的持續(xù)性[7]。即HULC通過HBx/STAT3/miR-539/APOBEC3B信號(hào)傳導(dǎo)激活HBV復(fù)制，從而導(dǎo)致HCC細(xì)胞的生長(zhǎng)[8]。

真核翻譯延伸因子1ε1(eukaryotic translation elongation factor 1 epsilon 1，EEF1E1)是大分子氨?；?tRNA(transfer RNA)合酶復(fù)合物的骨架，在DNA損傷后轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中介導(dǎo)p53的活化，充當(dāng)腫瘤抑制因子。Yu等[6]發(fā)現(xiàn)，HULC可以通過下調(diào)EEF1E1來促進(jìn)HCC的生長(zhǎng)，HCC組織樣本中HULC和EEF1E1的水平之間呈負(fù)相關(guān)，敲低HULC則增加啟動(dòng)子活性和EEF1E1的表達(dá)。最重要的是，EEF1E1的上調(diào)可以挽救HULC敲低的腫瘤抑制作用，其本身足以促進(jìn)體內(nèi)HCC的生長(zhǎng)。鞘脂是細(xì)胞增殖的重要生物活性分子，鞘氨醇激酶1(sphingosine kinase 1，SPHK1)對(duì)鞘脂水平的調(diào)節(jié)在致癌作用中起著至關(guān)重要的作用。HULC水平與肝癌中SPHK1及其產(chǎn)物鞘氨醇-1-磷酸的水平呈正相關(guān)，敲低SPHK1可以消除HULC增強(qiáng)血管生成的作用[9]。細(xì)胞晝夜節(jié)律的破壞(即基因表達(dá)的周期性改變)與HCC發(fā)生有關(guān)。HULC可以通過與CLOCK mRNA的5'UTR相互作用來上調(diào)晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)器-CLOCK并擾亂其在HCC中的節(jié)律性表達(dá)，敲除CLOCK能夠消除HULC過表達(dá)對(duì)體外細(xì)胞增殖及體內(nèi)HCC異種移植生長(zhǎng)的刺激作用[10]。上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial mesenchymal transition，EMT)是上皮細(xì)胞獲得間質(zhì)特性的過程，其特征是細(xì)胞間黏附減少、運(yùn)動(dòng)性和侵襲性增強(qiáng)，其在腫瘤的進(jìn)展和轉(zhuǎn)移中起著關(guān)鍵作用。在HCC中已證明HULC對(duì)EMT的正向調(diào)節(jié)表現(xiàn)為上皮標(biāo)志物(如E-鈣黏蛋白)的下調(diào)和間充質(zhì)標(biāo)志物(如波形蛋白)的上調(diào)[11]。長(zhǎng)鏈脂酰輔酶A合成酶1(acyl-Co A synthetase1，ACSL1)是啟動(dòng)長(zhǎng)鏈脂肪酸代謝至關(guān)重要的酶，HCC中HULC的水平與ACSL1的水平呈正相關(guān)，其中HULC的miR-9的表觀遺傳沉默抑制了轉(zhuǎn)錄因子PPARA(一種在HCC細(xì)胞中具有配體依賴性轉(zhuǎn)錄活性的核類視黃醇受體)，從而誘導(dǎo)了ACSL1的表達(dá)。而敲除ACSL1可降低裸鼠中甘油三酸酯和膽固醇的水平及HCC異種移植物的生長(zhǎng)。

1.2 充當(dāng)ceRNA在HCC進(jìn)展過程中的作用lncRNA通過充當(dāng)ceRNA抑制腫瘤的miRNA的表達(dá)，阻礙了miRNA目標(biāo)的抑制或降解，致癌mRNA的翻譯增加是其結(jié)果，從而增強(qiáng)了癌細(xì)胞的特性(增殖、遷移和侵襲等)[12-13]。如通過隔離miR-124，HULC參與了內(nèi)皮細(xì)胞的血管生成[14]。

外泌體在HCC的進(jìn)展中起關(guān)鍵作用，有研究報(bào)道稱外泌體miR-335可能是一種新的HCC治療策略[15]。Cao等[16]調(diào)查了HULC在血清來源的外泌體和肝組織中的表達(dá)，通過分析HULC表達(dá)與其他RNA的相關(guān)性，證明了HULC表達(dá)的增加與HCC細(xì)胞增殖和侵襲增加、凋亡減少有關(guān)，并發(fā)現(xiàn)HULC可以作為miR-372-3p的ceRNA起作用，從而抑制Rab11a的表達(dá)。Rab蛋白是細(xì)胞內(nèi)膜運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，據(jù)報(bào)道Rab11a促進(jìn)外泌體的分泌。

HCC中HULC表達(dá)增加的后果的早期機(jī)理研究表明，cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(element-binding protein，CREB)參與其中，在HULC啟動(dòng)子區(qū)域中存在CREB結(jié)合位點(diǎn)，并且CREB能夠激活HULC啟動(dòng)子，因此可以在轉(zhuǎn)錄水平上控制HULC表達(dá)[12]。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，miR-372通過直接靶向磷酸酶和張力蛋白同源物(phosphatase and tensin homolog，PTEN)來增強(qiáng)Y-box結(jié)合蛋白1(phosphatase and tensin homolog，YB-1)的表達(dá)，并因此通過依賴于PTEN的HULC環(huán)促進(jìn)YB-1的磷酸化[17]。隨后，有研究報(bào)道m(xù)iR-203可以下調(diào)HULC及整合素和金屬蛋白酶9(a disintegrin and metalloproteinase 9，ADAM9)，從而控制HCC進(jìn)程，證明了另一種miRNA的參與[18]。

Hu等[19]研究表明，miR-488在HCC組織中顯著下調(diào)，miR-488的上調(diào)在體外抑制細(xì)胞增殖、侵襲和EMT。ADAM9充當(dāng)miR-488的直接靶標(biāo)通過降低的miR-488表達(dá)，從而在HCC中誘導(dǎo)細(xì)胞增殖和侵襲。而HULC是HCC細(xì)胞中miR-488的靶標(biāo)，且miR-488通過在HCC中海綿化HULC從而抑制其表達(dá)，起到抑制HCC的作用[20]。在HCC中，HULC與PTEN或miR15a的表達(dá)呈負(fù)相關(guān)，HULC通過降低成熟的miR15a增加P62的表達(dá)。另一方面，過量的HULC會(huì)在轉(zhuǎn)錄水平上增加微管相關(guān)蛋白1輕鏈(microtubule-associated protein 1 light chain，LC3)的表達(dá)，然后通過沉默信息調(diào)節(jié)因子1(silent information regulator 1，Sirt1)激活LC3。最終HULC通過抑制HCC中的PTEN激活A(yù)KT-PI3K-mTOR途徑[21]。Li等[22]發(fā)現(xiàn)，HULC充當(dāng)miR-200a-3p的分子海綿，導(dǎo)致EMT激活劑ZEB1(zinc finger E-box binding homeobox 1)上調(diào)，ZEB1介導(dǎo)的EMT是侵襲和轉(zhuǎn)移形成的必要條件。

2 作為潛在的生物標(biāo)志物的應(yīng)用

生物標(biāo)志物被定義為指示相應(yīng)疾病或適于預(yù)后或治療效果預(yù)測(cè)分子存在的可檢測(cè)和可測(cè)量的生物分子。血漿腫瘤標(biāo)志物檢測(cè)是早期篩查患者并預(yù)測(cè)預(yù)后的理想方法。目前，血漿甲胎蛋白(alpha fetoprotein，AFP)是HCC中最廣泛使用的腫瘤標(biāo)志物，但AFP受其低敏感性和特異性的限制[23]。因此，迫切需要尋找一些新的具有高敏感性和特異性的腫瘤標(biāo)志物來檢測(cè)HCC的腫瘤發(fā)生和復(fù)發(fā)。隨著全基因組和轉(zhuǎn)錄組測(cè)序技術(shù)的發(fā)展，許多l(xiāng)ncRNA被證明在腫瘤組織中高表達(dá)。由于lncRNA的時(shí)間和組織特異性表達(dá)，癌基因和腫瘤抑制因子在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控功能及它們?cè)诎┘?xì)胞中的異常表達(dá)，從而促進(jìn)了癌細(xì)胞特性(如增殖、侵襲)的發(fā)展，最有望成為癌癥生物標(biāo)志物[24]。自HULC發(fā)現(xiàn)以來，許多研究突出強(qiáng)調(diào)了這種lncRNA作為HCC生物標(biāo)志物的巨大潛力，一方面，在患者的血漿和癌組織中可檢測(cè)到HULC水平升高，并且與臨床病理特征例如整體存活率、腫瘤分期和復(fù)發(fā)率有關(guān)。另一方面，在相應(yīng)的癌細(xì)胞系中可檢測(cè)到強(qiáng)烈上調(diào)的HULC水平。非侵入性生物標(biāo)志物的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，便捷的樣品回收和制備及減輕患者的痛苦等備受關(guān)注。有研究通過進(jìn)行受試者工作特征曲線分析發(fā)現(xiàn)，HULC是具有良好診斷準(zhǔn)確性的HCC診斷的最佳生物標(biāo)志物[25]。而李雙良等[26]的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步指出HULC的表達(dá)量可作為診斷早期HBV相關(guān)肝癌的潛在標(biāo)志。除高表達(dá)水平外，HULC基因內(nèi)的單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism，SNP)還與危險(xiǎn)分層有關(guān)。SNP rs7763881的變異基因型有助于降低HBV持續(xù)攜帶者對(duì)HCC的易感性，它的保護(hù)作用與其相關(guān)的HULC表達(dá)水平的降低有關(guān)[27]。SNP rs1041279被證明與HCC風(fēng)險(xiǎn)增加1.41倍相關(guān)[28]。通過研究了在切除的158例HCC中l(wèi)ncRNA的表達(dá)水平，Sonohara等[29]發(fā)現(xiàn)，HCC組織中HULC的表達(dá)增加代表了治愈性HCC的良好預(yù)后生物標(biāo)志物，測(cè)定HULC表達(dá)水平能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)HCC預(yù)后。

3 作為潛在的治療靶點(diǎn)—lncRNA的靶向策略

證據(jù)表明，自噬在腫瘤化療耐藥性中起重要作用[30]。Xiong等[31]首次證明了用抗腫瘤藥(如奧沙利鉑、5-氟尿嘧啶和吡柔比星)處理可顯著誘導(dǎo)HULC表達(dá)和保護(hù)性自噬。通過抑制保護(hù)性自噬，使HULC敏感化的HCC細(xì)胞對(duì)這三種抗腫瘤藥物沉默。HULC的異位表達(dá)通過穩(wěn)定Sirt1蛋白引起HCC細(xì)胞自噬。對(duì)HULC穩(wěn)定Sirt1的相應(yīng)機(jī)制的研究表明，HULC上調(diào)了泛素特異性肽酶22(ubiquitin-specific peptidase 22，USP22)，從而通過從Sirt1去除綴合的多泛素鏈減少了泛素介導(dǎo)的Sirt1蛋白降解。此外，還發(fā)現(xiàn)miR-6825-5p、miR-6845-5p和miR-6886-3p可以通過與USP22 mRNA的3′-未分支區(qū)域結(jié)合而降低USP22蛋白的水平，而HULC可以下調(diào)這3個(gè)miRNA，從而導(dǎo)致USP22升高。通過“HULC/USP22/Sirt1/保護(hù)性自噬”途徑減弱了HCC細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性，表明該途徑可能是開發(fā)針對(duì)HCC化療的敏感化策略的新靶標(biāo)。

lncRNA在癌癥的發(fā)病機(jī)理中扮演不可或缺的角色，因此對(duì)抗這種破壞性疾病代表了最有潛力的治療靶標(biāo)[32-33]。致癌lncRNA可以通過靶向其一級(jí)結(jié)構(gòu)而降低RNA水平(如小干擾RNA和反義寡核苷酸)。規(guī)避lncRNA介導(dǎo)的致癌作用的另一種策略是通過向系統(tǒng)中引入小分子抑制劑來掩蓋lncRNA的結(jié)合位點(diǎn)，從而阻止與其配體的締合，達(dá)到抑制lncRNA與其靶分子結(jié)合的目的。有報(bào)道發(fā)現(xiàn)，通過破壞lncRNA二級(jí)結(jié)構(gòu)正確折疊模式的建立可以發(fā)揮抗癌作用[34]。通過使用適體靶向lncRNA的二級(jí)結(jié)構(gòu)，可以消除lncRNA的致癌作用。適體是通過形成三級(jí)結(jié)構(gòu)結(jié)合其靶標(biāo)的單鏈DNA或RNA寡核苷酸，它還能夠克服lncRNA的結(jié)構(gòu)特征引起的限制[12]。在癌組織和細(xì)胞中表達(dá)的特異性是靶向HULC最大的優(yōu)勢(shì)。

4 未來展望

自HULC發(fā)現(xiàn)以來，大量研究證明了HCC中HULC的顯著上調(diào)，HULC表達(dá)升高與癌癥患者的臨床病理特征(即腫瘤分期、淋巴結(jié)或遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的發(fā)生、復(fù)發(fā)率、預(yù)后)密切相關(guān)。與其相應(yīng)的癌細(xì)胞系支持的體外實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)試驗(yàn)突出強(qiáng)調(diào)了HULC上調(diào)在促進(jìn)腫瘤發(fā)生和調(diào)節(jié)癌細(xì)胞特性(如增殖、遷移、侵襲、自噬和耐藥性)中的重要作用。從致癌機(jī)制上講，HULC常常使抑制腫瘤的miRNA變海綿狀，從而導(dǎo)致致癌mRNA水平增加，然后轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)致癌作用的致癌蛋白。HULC符合生物標(biāo)志物標(biāo)準(zhǔn)，是潛在的生物標(biāo)志物：大多數(shù)研究均報(bào)道在HCC患者組織和血漿中HULC的高度增加。HULC不僅是有價(jià)值的生物標(biāo)志物，更是預(yù)測(cè)和診斷及治療目標(biāo)的曙光。雖然HULC是治療癌癥患者的有希望的候選靶標(biāo)，但仍需更多的研究來進(jìn)一步闡明其潛在的分子機(jī)制，尤其是在非HCC類型的癌癥中。更需要進(jìn)行針對(duì)優(yōu)化的HULC靶向方法的后續(xù)研究，以闡明靶向該lncRNA的最佳方法。通過進(jìn)行大量深入的研究，為前瞻性研究奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，相信lncRNA-HULC在未來將發(fā)展成為可靠且有希望的治療目標(biāo)。