長(zhǎng)鏈非編碼RNA在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中的相關(guān)作用機(jī)制及代表分子

鄭悅 羅良生

膠質(zhì)瘤是最常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)惡性腫瘤[1],根據(jù)細(xì)胞來(lái)源，可細(xì)分為星形細(xì)胞瘤、少突膠質(zhì)細(xì)胞瘤、室管膜瘤和混合瘤(如少星形細(xì)胞瘤)。世界衛(wèi)生組織(WHO)在每個(gè)亞型中將膠質(zhì)瘤分為四個(gè)級(jí)別。Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)被認(rèn)為是低級(jí)別膠質(zhì)瘤，Ⅲ級(jí)和Ⅳ級(jí)被認(rèn)為是高級(jí)別膠質(zhì)瘤,其中多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤是惡性程度最高的腫瘤類型，初診后中位生存期僅為12～14個(gè)月[2]。有研究表明，LncRNA在膠質(zhì)瘤中異常表達(dá)，與膠質(zhì)瘤細(xì)胞的形成、增殖、侵襲和凋亡過(guò)程密切相關(guān)。長(zhǎng)鏈非編碼RNA(LncRNA)包含各種大小超過(guò)200個(gè)核苷酸的RNA轉(zhuǎn)錄本，這些轉(zhuǎn)錄本缺乏顯著的蛋白質(zhì)編碼能力，通常具有5'm7G帽和3'polyA尾部，類似于信使RNA(messenger RNA，mRNA)的結(jié)構(gòu)。但相較于mRNA，LncRNA更具有組織特異性和動(dòng)態(tài)性，表明這些分子具有獨(dú)特的生物學(xué)作用。LncRNA根據(jù)其相對(duì)于鄰近蛋白質(zhì)編碼基因的基因組位置可分為以下五類：(1)正義，從蛋白質(zhì)編碼基因的正義鏈轉(zhuǎn)錄而來(lái)；(2)反義，轉(zhuǎn)錄自mRNA的相反鏈；(3)內(nèi)含子，轉(zhuǎn)錄自蛋白質(zhì)編碼基因的內(nèi)含子；(4)基因間，從基因間區(qū)域轉(zhuǎn)錄；(5)雙向轉(zhuǎn)錄，從正義和反義方向的轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)附近轉(zhuǎn)錄。由于LncRNA的功能機(jī)制取決于其亞細(xì)胞定位，因此LncRNA也可以分為核或細(xì)胞質(zhì)類別[3]。表現(xiàn)出不同核定位模式的LncRNA通常通過(guò)轉(zhuǎn)錄干擾和染色質(zhì)重塑來(lái)改變基因轉(zhuǎn)錄，而輸出到細(xì)胞質(zhì)的LncRNA通過(guò)介導(dǎo)RNA加工，影響mRNA穩(wěn)定性或直接調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)功能而發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。

一、LncRNA在神經(jīng)膠質(zhì)瘤的功能機(jī)制

1.LncRNA調(diào)節(jié)基因組活性：許多LncRNA參與了基因表達(dá)的表觀遺傳調(diào)控。在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中，NEAT1通過(guò)與PRC2亞單位EZH2的物理相互作用，介導(dǎo)Wnt/β-catenin途徑啟動(dòng)子區(qū)H3K27的甲基化，從而導(dǎo)致Wnt/β-catenin途徑的激活[4]。Zhao等[5]發(fā)現(xiàn)，NET1可通過(guò)FZD3/GSK3β/P-tau通路調(diào)控微管穩(wěn)定，并通過(guò)招募組蛋白乙酰轉(zhuǎn)移酶與FZD3啟動(dòng)子結(jié)合從而影響FZD3轉(zhuǎn)錄活性。Ke等研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA HOTAIR在膠質(zhì)瘤中高表達(dá)，通過(guò)募集染色質(zhì)修飾復(fù)合物PPC2，并定位到HOXD基因簇，最終間接沉默HOXD。

2.LncRNA調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 ：在膠質(zhì)瘤中，LncRNA 可通過(guò)調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，從而影響膠質(zhì)瘤細(xì)胞的形成、增殖、侵襲和凋亡過(guò)程。HOTAIR通過(guò)與PRC2復(fù)合物相互作用調(diào)控PI3K/AKT和MEK 1/2通路促進(jìn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤進(jìn)展[6]。此外，SNHG16在膠質(zhì)瘤中高表達(dá)，研究發(fā)現(xiàn)它通過(guò)PI3K/Akt通路和miR-373的海綿作用增加細(xì)胞遷移、侵襲和增殖，導(dǎo)致表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)的釋放，增強(qiáng)膠質(zhì)瘤的致瘤性[7]。CRNDE基因在膠質(zhì)瘤中表達(dá)升高，可通mTOR信號(hào)通路的下游作用位點(diǎn)P70S6K的磷酸化，使mTOR信號(hào)通路持續(xù)激活，促進(jìn)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的生長(zhǎng)并抑制細(xì)胞凋亡，發(fā)揮致癌基因的作用。此外，MALAT1過(guò)表達(dá)可顯著降低U87和U251細(xì)胞中磷酸化ERK1/2和MMP2/9的表達(dá)，并且Han等研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，抑制ERK信號(hào)(U0126)可以模擬MALAT1過(guò)表達(dá)誘導(dǎo)的磷酸化ERK1/2和MMP2的水平，表明MALAT1的腫瘤抑制功能是通過(guò)減弱ERK/MAPK介導(dǎo)的細(xì)胞生長(zhǎng)和MMP2/9介導(dǎo)的侵襲力介導(dǎo)的。

3.LncRNA作為微小RNA(miRNA)的分子海綿：部分LncRNA具有與miRNA相結(jié)合的位點(diǎn)，可與miRNA靶基因競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合miRNA，進(jìn)而調(diào)控miRNA及miRNA的靶基因的表達(dá)，而這些LncRNA就稱為miRNA海綿，這種調(diào)控方式被稱為海綿吸附效應(yīng)[8]。例如，研究發(fā)現(xiàn)EGFR-AS1可以通過(guò)mir-133b/RACK1軸影響膠質(zhì)瘤的遷移和侵襲[9]。Chai等[10]發(fā)現(xiàn)，LncRNA LINC01579也可以通過(guò)與miR-139-5p競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合EIF4G2轉(zhuǎn)錄本，進(jìn)而對(duì)細(xì)胞周期進(jìn)行調(diào)控。同樣，LncRNA FOXD2-AS1通過(guò)海綿化miR-31上調(diào)周期蛋白依賴的激酶1來(lái)促進(jìn)膠質(zhì)瘤的進(jìn)展[11]。此外，CRNDE基因的過(guò)表達(dá)能夠促進(jìn)細(xì)胞增殖，遷移和侵襲,抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡，同時(shí)由于其競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合作用使得miR-384在人神經(jīng)膠質(zhì)瘤組織和神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞系中被下調(diào)。研究發(fā)現(xiàn)，CRNDE通過(guò)降低miR-384表達(dá)來(lái)促進(jìn)細(xì)胞惡性行為，而通過(guò)CRNDE敲低或miR-384過(guò)表達(dá)進(jìn)行的治療最終可導(dǎo)致PIWIL4減少，從而抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘤生長(zhǎng)。

4.LncRNA作為細(xì)胞間的溝通者：在過(guò)去的3年中，關(guān)于外泌體在神經(jīng)膠質(zhì)瘤發(fā)展中的作用的研究取得了進(jìn)展[12]。膠質(zhì)瘤來(lái)源的外泌體作為細(xì)胞之間的溝通者，刺激血管生成，遷移，膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖，調(diào)節(jié)腫瘤侵襲性。其中，釋放LncRNA到受體細(xì)胞中可以通過(guò)調(diào)節(jié)靶信號(hào)通路來(lái)調(diào)節(jié)細(xì)胞表型[13]。例如，SNHG16被包裝成外泌體，通過(guò)激活TLR7/MyD88/NFκB/c-Myc信號(hào)通路誘導(dǎo)膠質(zhì)瘤進(jìn)展[14]。同時(shí)，Chai等[15]發(fā)現(xiàn)，ROR1-AS1被包裝到源于腫瘤細(xì)胞的外泌體中，并對(duì)神經(jīng)膠質(zhì)瘤發(fā)展的促進(jìn)作用。

5.LncRNAs編碼功能性微肽：最近，一些LncRNA已顯示可編碼基于小ORF的功能性微肽。例如，從LncRNA轉(zhuǎn)換而來(lái)的微肽通過(guò)與肌漿網(wǎng)Ca2+-ATPase(SERCA)，溶酶體v-ATPase或置換SERCA抑制劑來(lái)調(diào)節(jié)骨骼肌的再生或收縮力。Cao等[16]發(fā)現(xiàn)，一個(gè)編碼跨膜小肽的關(guān)鍵的樞紐dle1，包含兩個(gè)smorf(ORF1和ORF8)，編碼形成五聚體通道的小肽，從而對(duì)膠質(zhì)瘤的發(fā)生發(fā)展進(jìn)行調(diào)控。

二、具有代表性的LncRNAs

1.MALAT1：MALAT1也稱為NEAT2，是一個(gè)LncRNA，需要進(jìn)一步處理和轉(zhuǎn)錄后修飾。它在哺乳動(dòng)物和核保留的調(diào)節(jié)性RNA中高度保守。研究表明，相對(duì)于正常腦組織，神經(jīng)膠質(zhì)瘤組織中MALAT1的表達(dá)減少，而敲除MALAT1可促進(jìn)人膠質(zhì)瘤細(xì)胞系和異種膠質(zhì)瘤模型中細(xì)胞的增殖和侵襲。相反地，在體外和體內(nèi)MALAT1的過(guò)表達(dá)均表現(xiàn)出可以抵消細(xì)胞增殖和侵襲的顯著抑制，這表明MALAT1在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中起抑制的作用。MALAT1可通過(guò)調(diào)控信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路抑制腫瘤的侵襲和擴(kuò)散。研究表明，MALAT1通過(guò)減弱ERK/MAPK介導(dǎo)的生長(zhǎng)和MMP2介導(dǎo)的侵襲性從而在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中發(fā)揮腫瘤抑制作用。其中ERK/MAPK途徑是負(fù)責(zé)細(xì)胞增殖和侵襲的最重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑之一，而MMP2和MMP-9在腫瘤進(jìn)展過(guò)程中參與細(xì)胞侵襲[17]。MALAT1的過(guò)表達(dá)顯著降低U87和U251細(xì)胞中磷酸化ERK1/2和MMP2/9的表達(dá)。MALAT1還可以充當(dāng)miRNA的“分子海綿”，從而導(dǎo)致其在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中的下游作用得到調(diào)節(jié)。通過(guò)這種作用機(jī)理，幾種miRNA，如miR-124，miR-384，miR-101，miR-155和miR-140等與MALAT1競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合[18-20]。Xiong等[21]研究顯示，MALAT1陽(yáng)性調(diào)節(jié)SOX2的表達(dá)，通過(guò)使miR-129海綿化而充當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA。MALAT1/miR-129/SOX2形成的復(fù)合物在體外和體內(nèi)增強(qiáng)神經(jīng)膠質(zhì)瘤干細(xì)胞的活力和增殖能力，并促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)瘤的發(fā)生。此外，LncRNA MALAT1在具有多重耐藥性的膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞系中上調(diào)，并通過(guò)上調(diào)EMT相關(guān)蛋白(如ZEB1)來(lái)降低膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞對(duì)替莫唑胺的敏感性。

2.TUG1：TUG1是一個(gè)長(zhǎng)約7.1k堿基的 LncRNA，最初在?；撬崽幚硐掠谝暰W(wǎng)膜細(xì)胞的基因組篩選中被檢測(cè)到。TUG1膠質(zhì)瘤發(fā)病中的作用，逐漸于最近一些研究中發(fā)掘。WHO等級(jí)和總生存率呈負(fù)相關(guān)。TUG1的過(guò)表達(dá)通過(guò)激活凋亡基因caspase-3和caspase-9介導(dǎo)的內(nèi)在途徑并抑制抗凋亡基因Bcl2介導(dǎo)的抗凋亡途徑從而促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡，提示TUG1在人類神經(jīng)膠質(zhì)瘤中具有抑癌作用。最近的研究表明，LncRNA TUG1通過(guò)表觀遺傳抑制多個(gè)神經(jīng)元分化相關(guān)基因來(lái)維持膠質(zhì)瘤干細(xì)胞(glioma stem cells，GSC)的干性。此外，TUG1還可以作為蛋白質(zhì)支架與PRC2組分(EZH2和SUZ12)和轉(zhuǎn)錄因子YY1發(fā)生相互作用，從而促進(jìn)組蛋白H3K27特異性甲基化。

3.NEAT1：NEAT1是從位于人類第11號(hào)染色體上的多個(gè)內(nèi)分泌腫瘤基因轉(zhuǎn)錄而成的一個(gè)LncRNA。NEAT1，miR-98-5p和BZW1之間的相互作用在膠質(zhì)細(xì)胞瘤中起重要作用。NEAT1作為分子海綿調(diào)控miR-98-5p及其直接靶標(biāo)BZW1。NEAT1/miR-98-5p/BZW1軸調(diào)節(jié)膠質(zhì)細(xì)胞瘤細(xì)胞的增殖，因此可以探索爭(zhēng)對(duì)該軸的靶向治療[22]。LncRNA NEAT1還可競(jìng)爭(zhēng)抑制miR-185-5p刺激DNMT1/mTOR信號(hào)傳導(dǎo)而促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)瘤的進(jìn)程[23]。Bi等[24]確定了膠質(zhì)瘤中NEAT1的下游目標(biāo)let-7g-5p，并且被其負(fù)向調(diào)節(jié)，而let-7g-5p的恢復(fù)可抑制增殖，遷移和侵襲來(lái)阻止腫瘤進(jìn)展。MAP3K1作為let-7g-5p的直接靶標(biāo)，受到NEAT1的正調(diào)控，并參與影響NEAT1對(duì)GSC行為的調(diào)節(jié)。結(jié)果表明NEAT1通過(guò)NEAT1/let-7g-5p/MAP3K1軸促進(jìn)了GSC的進(jìn)展，進(jìn)一步驗(yàn)證了NEAT1的過(guò)表達(dá)增加了腫瘤的替莫唑胺抗性。

4.H19：H19是一種LncRNA，其編碼基因位于人染色體11的印跡區(qū)域，與IGF2基因相毗鄰[25]。H19發(fā)揮多種生物學(xué)功能，在缺氧微環(huán)境通過(guò)HIF-1α誘導(dǎo)H19的內(nèi)源性表達(dá)，HIF-1可直接與H19啟動(dòng)子結(jié)合，觸發(fā)腫瘤細(xì)胞的致癌效應(yīng)。HIF-1α的穩(wěn)定性被抑癌基因Pten減弱，表明HIF-1α與H19呈正相關(guān)[26]。H19可以作為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA海綿化miR-138，miR-138通過(guò)靶向HIF-1α并依次影響VEGF的表達(dá)來(lái)調(diào)節(jié)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖和遷移[27]。最后在神經(jīng)膠質(zhì)瘤微血管中，H19的過(guò)表達(dá)通過(guò)作為miR-29a海綿增加血管生成因子VASH2的表達(dá)來(lái)誘導(dǎo)神經(jīng)膠質(zhì)瘤相關(guān)的內(nèi)皮細(xì)胞增殖，遷移和血管形成[28]。

5.HOTAIR：HOTAIR是位于12號(hào)染色體上Homeobox C(HOXC)基因簇內(nèi)的人類基因型LncRNA，與HOXC基因共表達(dá)，該LncRNA在幾種類型的腫瘤中高度表達(dá)[29]。HOTAIR可以調(diào)節(jié)特定轉(zhuǎn)錄因子(例如MXI1，E2F1，ATF5和ASCL1)的活性，并調(diào)節(jié)細(xì)胞周期相關(guān)基因的表達(dá)以及相關(guān)的信號(hào)通路，例如Wnt/β-連環(huán)蛋白軸。Angelopoulou等[30]研究結(jié)果表明，HOTAIR的表達(dá)與β-catenin通路在基底膜細(xì)胞系和組織中的激活過(guò)表達(dá)有關(guān)。HOTAIR可作為膠質(zhì)母細(xì)胞瘤的治療靶點(diǎn)，其致癌作用與激活β-catenin通路有關(guān)。此外，它可以與特定的miRNA相互作用，包括miR-326，miR-141，miR-148b-3p，miR-15b和miR-126-5p，起著海綿狀miRNA的作用，以調(diào)節(jié)癌癥中的基因表達(dá)。例如，NEAT1、miR-132和SOX2之間的相互作用在膠質(zhì)母細(xì)胞瘤中起重要作用。NEAT1還可以通過(guò)海綿miR-132間接調(diào)節(jié)SOX2的表達(dá)，研究發(fā)現(xiàn)NEAT1/miR-132/SOX2軸促進(jìn)膠質(zhì)母細(xì)胞瘤細(xì)胞的侵襲性，可以以此探索治療這種類型的腫瘤。重要的是，已證明HOTAIR可增強(qiáng)血管生成并影響血液腫瘤屏障(BTB)的通透性，從而調(diào)節(jié)化學(xué)治療劑的功效。例如，HOTAIR通過(guò)與miR-148b-3p結(jié)合而降低了BTB的通透性。類似地，內(nèi)皮細(xì)胞中LncRNA XIST的異常高表達(dá)通過(guò)增加緊密連接相關(guān)蛋白(ZO-1，ZO-2和occludin)而降低了BTB的通透性。同樣，LncRNA TUG1在內(nèi)皮細(xì)胞中也被上調(diào)，并通過(guò)靶向miR-144來(lái)調(diào)節(jié)BTB的通透性。

LncRNA和神經(jīng)膠質(zhì)瘤的最新研究引起了癌癥領(lǐng)域的極大興趣。報(bào)道表明，LncRNA在神經(jīng)膠質(zhì)瘤中發(fā)揮著重要的生物學(xué)功能，包括腫瘤的開始，進(jìn)展和其他表型。在這里，我們討論了神經(jīng)膠質(zhì)瘤中LncRNA表達(dá)的失調(diào)及其潛在機(jī)制，以及其中具有代表性的分子，這可能潛在地導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)新的診斷和預(yù)后生物標(biāo)志物。但是，有些方面需要進(jìn)一步探討。首先有許多研究發(fā)現(xiàn)LncRNA和miRNA 之間的相互作用，然而這兩者如何影響膠質(zhì)瘤發(fā)生發(fā)展仍存在著許多問(wèn)題。例如miRNA和LncRNA在細(xì)胞內(nèi)如何平衡， miRNA 和 LncRNA它們之間的結(jié)合是否還存在除競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合之外的情況，其次盡管關(guān)于報(bào)道LncRNA參與神經(jīng)膠質(zhì)瘤的進(jìn)展很多，但LncRNA發(fā)揮作用的階段仍然未知。這些LncRNA的進(jìn)一步了解可能為神經(jīng)膠質(zhì)瘤提供新的治療策略。