長鏈非編碼RNA在胰腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用

王柏清,王玨磊,張寶芹,李甜甜,王 超,孫光斌

王柏清,王玨磊,張寶芹,李甜甜,王超,孫光斌,天津市第五中心醫(yī)院消化科 天津市 300450

0 引言

胰腺癌發(fā)病隱匿,死亡率高,早期難以診斷.胰腺癌診斷相關的標志物,包括癌胚抗原、糖類抗原199、糖類抗原242和某些microRNAs等,其特異性和敏感性相對較低,限制了在胰腺癌診斷和預后判斷中的臨床應用.近年越來越多的研究發(fā)現(xiàn),LncRNA是胰腺癌發(fā)病機制中的一個關鍵因素,可能在胰腺癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用.本文就LncRNA在胰腺癌發(fā)生發(fā)展中的作用作一綜述.

1 長鏈非編碼RNA概述

編碼蛋白質(zhì)的基因在整個基因組序列中所占的比例不到2%,剩下的大部分基因組不編碼任何蛋白質(zhì),被稱為非編碼RNA (non-coding RNA,ncRNA).其中大于200個核苷酸的稱為長鏈非編碼RNA (long non-coding RNA,LncRNA).LncRNA不編碼蛋白質(zhì)的RNA,與環(huán)狀RNA不同,LncRNA具有5′端帽和3′端多聚腺苷酸尾,類似于mRNA,但沒有編碼蛋白的能力,主要分布在細胞核和細胞質(zhì)內(nèi),以RNA形式在多種層面上(如表觀遺傳學、轉(zhuǎn)錄等方面)調(diào)控基因的表達水平.盡管LncRNA不能編碼任何功能性蛋白,但它們參與了多種生物學過程,在維持細胞生長、分化和增殖中發(fā)揮著重要作用.

1.1 分類 LncRNA根據(jù)與編碼基因的相對位置可分為五類.(1)正義LncRNA:與相同鏈的另一個蛋白質(zhì)編碼基因的一個或多個外顯子相重疊;(2)反義LncRNA:與相反鏈的另一個蛋白質(zhì)編碼基因的一個或多個外顯子相重疊;(3)雙向LncRNA:轉(zhuǎn)錄起始位點與相反鏈上編碼蛋白質(zhì)基因的轉(zhuǎn)錄起始位點非常接近,但轉(zhuǎn)錄方向相反;(4)基因內(nèi)LncRNA:來源于次級轉(zhuǎn)錄物的內(nèi)含子區(qū)域;(5)基因間LncRNA:來源于兩個基因之間的區(qū)域.

1.2 LncRNA的作用模式 LncRNA的作用模式有很多種分類方法,主要分為四大類.(1)信號:作為一種信號轉(zhuǎn)導分子,LncRNA會被特異性轉(zhuǎn)錄并參與特定信號通路的傳遞,從而調(diào)控下游基因的轉(zhuǎn)錄;(2)誘餌:LncRNA被轉(zhuǎn)錄后,可與DNA結(jié)合蛋白結(jié)合,阻斷蛋白分子的作用,調(diào)節(jié)下游基因的表達;(3)引導:LncRNA與蛋白質(zhì)結(jié)合后,可將蛋白質(zhì)復合物映射到特定的DNA序列;(4)支架:LncRNA可以作為支架,引導兩種或兩種以上的蛋白質(zhì)組裝形成蛋白質(zhì)復合物,可實現(xiàn)信號之間的整合.

在細胞質(zhì)中(圖1),LncRNA通過RNA-蛋白質(zhì)(如NRON和Lnc-DC)或RNA-RNA(如Uchl1-AS和linc-MD1)相互作用發(fā)揮作用.NRON和Lnc-DC作為轉(zhuǎn)錄因子NFAT和STAT3的分子支架.Uchl1-AS通過堿基切割與靶基因相互作用以增強其翻譯.在細胞核中(圖2),LncRNA可以與蛋白質(zhì)相互作用作為指導(如lincRNA-EPS:hnRNPL),支架(如RMRP與DDX5和RORγt的相互作用,Morrbid與PRC2相互作用)或誘餌分子(例如:NF-κB p65)介導其分子功能.

圖1 長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,LncRNA)在細胞質(zhì)中的作用模式. 在細胞質(zhì)中,LncRNA通過RNA-蛋白質(zhì)(如NRON和Lnc-DC)或RNA-RNA(如Uchl1-AS和Linc-MD1)相互作用發(fā)揮作用.NRON和Lnc-DC作為轉(zhuǎn)錄因子NFAT和STAT3的分子支架.Uchl1-AS通過堿基切割與靶基因相互作用以增強其翻譯.

圖2 長鏈非編碼RNA (long non-coding RNA,LncRNA)在細胞核中的作用模式.在細胞核中,LncRNA可以與蛋白質(zhì)相互作用作為指導(如LincRNA-EPS與hnRNPL),支架(如RMRP與DDX5和RORγt,Morrbid與PRC2)或誘餌分子(如NF-κB p65)介導其分子功能.

2 LncRNA與胰腺癌發(fā)生、發(fā)展的關系

胰腺癌死亡率高,一些血清腫瘤生物標志物如糖類抗原-199,糖類抗原242與癌胚抗原已被用于檢測胰腺癌,但是由于陽性預測值低,目前不是一種理想的腫瘤早期診斷指標.因此尋找一種新的腫瘤生物標志物和治療靶點,對胰腺癌的早期診斷和預后預測具有重要意義.近來的研究表明,LncRNA在腫瘤生物學中有多種功能,可通過多種機制和途徑促進或抑制胰腺癌的發(fā)生發(fā)展,有望作為胰腺癌診斷的生物標記物和治療靶點它們可能作為腫瘤早期診.本文匯總了一些與胰腺癌有關的LncRNA,以及它們的作用機制及其潛在的臨床價值,以期在胰腺癌的診治上提供新的思路.

2.1 LncRNA對細胞周期的影響 無限增殖能力是腫瘤細胞最大的特點之一,研究發(fā)現(xiàn)LncRNA 在某些腫瘤(包括胰腺癌)的增殖過程中起重要作用.

2.1.1 HOX轉(zhuǎn)錄反義RNA:HOX轉(zhuǎn)錄反義RNA (HOX transcript antisense RNA,HOTAIR),作為HOX反義基因間RNA,由2158個核苷酸組成,以反轉(zhuǎn)錄方式調(diào)節(jié)基因表達,可以與PRC2結(jié)合,導致組蛋白甲基化和HOXD位點轉(zhuǎn)錄沉默.在胰腺癌中,具有原癌基因的HOTAIR的表達上調(diào)可能通過染色質(zhì)環(huán)和競爭性抑制等機制,促進細胞增殖,調(diào)節(jié)細胞周期,抑制癌細胞凋亡.Ma等發(fā)現(xiàn),胰腺癌患者的HOTAIR和己糖激酶2(hexokinase,HK2)血清水平更高.這兩個因素的血清水平可用于準確預測胰腺腺癌及其預后.HOTAIR和HK2的過表達導致腫瘤細胞增殖的促進,LncRNA HOTAIR可能通過上調(diào)HK2來促進胰腺癌癌細胞能量代謝.Kim等研究提示,HOTAIR可通過其5′端與EZH2結(jié)合,EZH2在胰腺癌中的表達增加,如果EZH2表達下調(diào),則具有抗腫瘤作用的miRNA,包括miR-34a的表達增加.而敲除HOTAIR后,EZH2對miR-34a的抑制作用減弱,這也為胰腺癌的靶向治療提供了新的途徑.

2.1.2 HOXA末端轉(zhuǎn)錄本反義RNA:HOXA末端轉(zhuǎn)錄本反義RNA (HOXA transcript at the distal tip,HOTTIP)是HOXA基因遠端轉(zhuǎn)錄生成的一類長鏈非編碼RNA.研究顯示HOTTIP是胰腺癌組織中最顯著上調(diào)的LncRNA之一,敲除HOTTIP可通過改變細胞周期導致細胞增值停滯,并抑制上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化減弱腫瘤細胞侵襲能力.Wong等研究提示非經(jīng)典的反式HOTTIP-WDR5-MLL1途徑在HOTTIP調(diào)控機制中通過促進致癌蛋白表達具有重要意義.此外,HOTTIP受胰腺癌細胞中的miR-497調(diào)控,HOTTIP與胰腺癌組織中的miR-497水平呈負相關;由于抑制性miR-497的缺失,HOTTIP在胰腺癌組織中表達上調(diào).HOTTIP還通過經(jīng)典的HOTTIP-HOXA13軸促進胰腺癌的進展.也有研究報道,R N A干擾(siHOXA13)對HOXA13的敲除顯示HOTTIP至少部分通過調(diào)節(jié)HOXA13促進腫瘤細胞增殖、侵襲和化療耐藥.HOTTIP可以和WDR5/MLL復合體結(jié)合,沉默HOTTIP基因,抑制HOXA 5′端基因表達.LncRNA HOTTIP可以通過調(diào)節(jié)AURKA蛋白激酶的表達,影響胰腺癌細胞周期,在胰腺癌的發(fā)生發(fā)展起重要作用,有望成為胰腺癌特異性治療和預后的靶向標志物.

2.1.3 生長抑制特異性基因5:細胞凋亡是細胞程序性死亡的一種生理過程,是細胞發(fā)育和維持體內(nèi)平衡中不可缺少的一環(huán),而凋亡通路的異常是腫瘤細胞的一個重要特征.生長抑制特異性基因5(growth arrest-specific transcripts 5,GAS5)在進化過程中結(jié)構(gòu)和功能高度保守,其家族成員眾多,它們的基因編碼產(chǎn)物在微絲組裝、細胞生長分化或凋亡、細胞周期調(diào)控等方面都具有重要功能.有研究報道,GAS5作為一種細胞周期調(diào)節(jié)因子,在胰腺癌組織中的表達顯著降低,GAS5的過表達可顯著抑制胰腺癌細胞的增殖.Liu等研究提示,LncRNA GAS5充當miR-221的競爭內(nèi)源RNA,通過直接結(jié)合并抑制miR-221的表達并增強細胞因子信號傳導的抑制作用,從而抑制胰腺癌細胞的增殖、遷移和吉西他濱耐藥性、干細胞樣特性和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化.Lu等人發(fā)現(xiàn)GAS5可能通過調(diào)節(jié)細胞周期蛋白依賴激酶6的表達來誘導G1/S期轉(zhuǎn)換,抑制GAS5表達可顯著降低G0/G1期表達,增加S期表達.

2.1.4 NUTF2P3-001:Li等研究發(fā)現(xiàn),LncRNANUTF2P3-001與鼠類肉瘤病毒癌基因(kirsten rat sarcoma viral oncogene,KRAS) mRNA表達呈正相關,在胰腺癌中過度表達.低氧誘導的LncRNA-NUTF2P3-001通過抑制miR-3923/KRAS途徑促進胰腺癌的發(fā)生.LncRNANUTF2P3-001和KRAS mRNA的3′端非轉(zhuǎn)錄區(qū)域(UTR)序列與mir-3923具有競爭性結(jié)合關系,mir-3923抑制劑也能消除LncRNA-NUTF2P3-001所引起的腫瘤抑制作用,使KRAS表達降低,胰腺癌細胞的增殖和侵襲在體內(nèi)外均受到明顯抑制.

2.2 LncRNA對浸潤和轉(zhuǎn)移的影響 侵襲和轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤最主要的生物學特征,也是導致患者死亡的主要原因,LncRNA在多個層面參與其中.

2.2.1 ENST00000480739:ENST000480739位于12號染色體上.Sun等發(fā)現(xiàn),與相應的鄰近非腫瘤組織相比,胰腺癌中的LncRNA enst0000480739表達水平顯著降低,與胰腺癌患者預后呈負相關.進一步分析表明,LncRNA在腫瘤轉(zhuǎn)移中的這種調(diào)節(jié)作用可能是通過上調(diào)骨肉瘤放大基因-9(recombinant osteosarcoma amplified 9,OS-9),一種與缺氧誘導因子1 (hypoxia inducible factor 1,HIF-1)和HIF-1α-脯氨酰羥化酶相互作用的蛋白,胰腺組織中HIF-1的過度表達在腫瘤細胞對缺氧的適應以及侵襲和轉(zhuǎn)移中起著關鍵作用.LncRNA-enst0000480739/OS-9/HIF-1通路有望成為治療胰腺癌的靶向藥物途徑.

2.2.2 人肺腺癌轉(zhuǎn)移相關轉(zhuǎn)錄本1:人肺腺癌轉(zhuǎn)移相關轉(zhuǎn)錄本1(metastasis associated in lung denocarcinoma transcript 1,MALAT-1)位于11q13染色體上,8700個核苷酸的長度,屬于基因間轉(zhuǎn)錄,是一種進化上高度保守的LncRNA.MALAT1由多個啟動子控制轉(zhuǎn)錄,研究證實,MALAT-1的表達在胰腺癌細胞中更高,抑制MALAT-1降低MMP-2和MMP-9基因的表達,下調(diào)包括鋅指轉(zhuǎn)錄因子Snail、Slug,神經(jīng)型鈣黏蛋白(N-cadherin)和波形蛋白(Vimentin)在內(nèi)的EMT生物標記物,并顯著上調(diào)上皮型鈣黏蛋白(E-cadherin)的表達.MALAT1通過mir-217影響KRAS蛋白的水平,MALAT1基因敲除可抑制胰腺癌細胞增殖,促進細胞凋亡,阻斷細胞周期從G0/G1期向S期的轉(zhuǎn)變,抑制細胞侵襲.

2.2.3 H19:H19位于染色體11q15.5上,約2.3 kb,是一個重要的與胰腺癌相關的 LncRNA.最近的研究報道H19通過miR-675促進腫瘤轉(zhuǎn)移,加速上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)進程.H19在癌組織中表達上調(diào),在有轉(zhuǎn)移的原發(fā)性腫瘤中的表達水平也高于無轉(zhuǎn)移的腫瘤.H19可以拮抗let-7,增加HMGA2介導的EMT,H19表達降低會明顯減少胰腺癌的侵襲和轉(zhuǎn)移.Wnt信號通路在癌癥發(fā)病機理中的關鍵作用已得到廣泛認可.細胞周期蛋白依賴性激酶14誘導的低密度脂蛋白受體相關蛋白5/6磷酸化是Wnt信號激活中的重要途徑.Sun等研究提示,在胰腺癌組織中,H19表達上調(diào);H19敲低抑制胰腺癌的細胞增殖和遷移,LncRNA H19可以激活癌癥中的Wnt信號傳導,H19/miR-194軸通過PFTK1下游Wnt信號傳導調(diào)節(jié)胰腺癌細胞的增殖和遷移.

2.3 LncRNA對血管生成的影響 血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)是一種具有高度生物活性的二聚體陽離子糖蛋白,可特異性地作用于血管內(nèi)皮細胞,使之增殖、遷移、血管形成.VEGF可通過增加血漿酶原活化因子和血漿酶原活化因子抑制因子-l的mRNA表達,促進新生毛細血管的形成.VEGF是最強的可增加血管通透性的物質(zhì)之一,可以誘導血漿蛋白溶酶原激活物和血漿溶酶原激活物抑制劑-1,以及基質(zhì)膠原酶、誘導組織因子等在內(nèi)皮細胞的表達,激發(fā)V3因子從內(nèi)皮細胞中釋放出來,從而改變細胞外基質(zhì),使其更易于血管生長.VEGF是血管生成最重要的一類因子,研究發(fā)現(xiàn),抑制PI3K/AKT和MAPK/ERK1/2細胞信號通路能夠下調(diào)VEGF蛋白表達,進而抑制腫瘤新生血管的生成及浸潤轉(zhuǎn)移能力,在一定程度上能預測腫瘤的大小和評估治療效果.

3 LncRNA在胰腺癌耐藥的作用及相關機制

胰腺癌發(fā)病隱匿,早期不易發(fā)現(xiàn),多數(shù)患者就診時已經(jīng)失去了手術(shù)機會.化療是改善不能手術(shù)的患者預后的重要手段.然而,胰腺癌患者很容易對化療產(chǎn)生耐藥性.以吉西他濱為基礎的單一治療或聯(lián)合治療不會顯著延長患者的總生存時間.因此,尋找新的分子標記物對提高胰腺癌的早期診斷率,探索耐藥的分子機制對提高胰腺癌的治療效果具有重要意義.

LncRNA MEG3在許多惡性腫瘤中被證實是一種腫瘤抑制因子.Zhou等構(gòu)建了PVT1過表達胰腺癌細胞系,發(fā)現(xiàn)耐藥細胞的PVT1水平高于對照組,PVT1的敲降恢復了胰腺癌細胞對吉西他濱的敏感性,而PVT1過表達則增加了耐藥性,提示高水平的PVT1在體外和體內(nèi)均可促進胰腺癌細胞對吉西他濱的耐藥性.Ma等評估了MEG3在25例胰腺癌組織和8個細胞系中的表達模式,在癌組織和癌細胞系中均觀察到MEG3表達缺失.MEG3基因敲除可促進細胞增殖,促進細胞遷移和侵襲,誘導上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化,提高成球能力和腫瘤干細胞特性,降低體外對吉西他濱的化療敏感性.Xiong等發(fā)現(xiàn),GSTM3TV2通過競爭let-7,上調(diào)L型氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白2和氧化型低密度脂蛋白受體,從而增強吉西他濱耐藥性.在吉西他濱耐藥細胞中過表達的GSTM3TV2在體外和體內(nèi)均可增強胰腺癌細胞對吉西他濱的耐藥性.Yang等發(fā)現(xiàn)在吉西他濱耐藥的胰腺癌細胞中,SLC7A11-AS1的過表達可以通過阻斷SCFβ-TRCP介導的NRF2泛素化和降解來清除活性氧(reactive oxygen species,ROS),從而導致細胞內(nèi)ROS的水平低,這是維持癌癥的必要條件.SLC7A11-AS1可能作為克服吉西他濱對胰腺癌治療的耐藥性的治療靶標.鐘岳等發(fā)現(xiàn),LncRNA MIR31HG在胰腺癌組織及胰腺癌細胞中均高表達,MIR31HG可能通過調(diào)控C-myc基因來影響胰腺癌細胞的增殖、遷移和耐藥.下調(diào)MIR31HG表達可對胰腺癌細胞的遷移和增殖產(chǎn)生抑制作用,增強胰腺癌細胞對5-氟尿嘧啶的敏感性,降低其對5-氟尿嘧啶的耐藥性.

4 LncRNA對胰腺癌治療的影響

LncRNA廣泛地參與到腫瘤的發(fā)生發(fā)展,基因靶向治療已經(jīng)顯示出巨大的發(fā)展前景,已成為最有效和最有前途的醫(yī)學治療手段之一.最近研究表明,LncRNA在表觀遺傳調(diào)控中的多重生物學功能,可能是胰腺癌潛在的腫瘤生物標志物和治療靶點.

LncRNA作為腫瘤調(diào)節(jié)分子的重要性細胞周期使其成為一個有吸引力的治療靶點,因此,有必要找到調(diào)節(jié)LncRNA的方法.等位基因特異性寡核苷酸(allele-specific oligonucleotide,ASO)的工作原理是與RNA雜交,然后阻斷RNA的作用.到目前為止,美國食品和藥物管理局批準了兩種ASO作為藥物:用于治療巨細胞病毒性視網(wǎng)膜炎的福米韋森和用于治療純合家族性高膽固醇血癥的米波美森.通過研究LncRNA的異常表達及其調(diào)控機制,可以通過調(diào)節(jié)異常表達的RNA進而設計靶向藥物或提高化療藥物對胰腺癌敏感性,為胰腺癌的治療提供新的途徑.H19是最早應用于胰腺癌治療的LncRNA.有研究表明,H19調(diào)控下可以表達白喉毒素A鏈質(zhì)粒載體BC-819,其具有抗腫瘤作用,吉西他濱與BC-819聯(lián)合應用于動物模型中,可以縮小動物體內(nèi)腫瘤體積,BC-819局部聯(lián)合全身化療可為胰腺癌的治療提供額外的療效.

5 展望

胰腺癌缺乏有效的早期診斷和治療方法,近年來研究發(fā)現(xiàn)LncRNA在腫瘤中有差異表達,在胰腺癌的早期診斷和治療中具有巨大的潛力.但有關LncRNA的具體機制和調(diào)控方式尚不明確,對其功能和調(diào)控機制的進一步研究將有助于胰腺癌的早期診治.有理由相信,隨著對生物學功能和作用機制研究的深入,我們對LncRNA在胰腺癌中的認識將進入一個新的階段,這將為胰腺癌的早期診斷和治療提供新的視角.