張侃,胡曉霞
(1.右江民族醫(yī)學(xué)院,廣西 百色 533000; 2.廣西壯族自治區(qū)人民醫(yī)院婦科,南寧 530021)
非編碼RNA是人類基因組序列的主要轉(zhuǎn)錄物,其中長度超過200個(gè)核苷酸的非編碼RNA轉(zhuǎn)錄物被定義為長鏈非編碼RNA(long noncoding RNA,lncRNA),是一種近年來發(fā)現(xiàn)的癌變調(diào)節(jié)因子。部分lncRNA在多種腫瘤組織和正常組織中存在顯著的差異表達(dá)[1-2],并通過不同的作用機(jī)制調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的惡性行為。母系表達(dá)基因3(maternally expressed gene 3,MEG3)是一種定位于染色體14q32.3上的lncRNA基因,在許多正常組織中表達(dá)[3]。lncRNA MEG3在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展以及轉(zhuǎn)移中扮演重要角色,目前研究顯示lncRNA MEG3是一個(gè)抑癌基因[4],但其涉及腫瘤發(fā)生和進(jìn)展的機(jī)制尚不清楚。研究顯示,血清lncRNA MEG3水平下調(diào)的結(jié)直腸癌患者的腫瘤較大,臨床分期較晚,且血清lncRNA MEG3水平是影響結(jié)直腸癌患者預(yù)后的獨(dú)立因素,具有高水平lncRNA MEG3的結(jié)直腸患者的總生存率更高[5]。血漿lncRNA MEG3也可作為宮頸癌[6]和乳腺癌[7]診斷和預(yù)后的生物標(biāo)志物。也有學(xué)者開展了應(yīng)用lncRNA MEG3治療腫瘤的研究[8],但此方法尚無足夠的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)支持?,F(xiàn)就lncRNA MEG3的結(jié)構(gòu)、表達(dá)與作用,特別是近年來lncRNA MEG3在腫瘤發(fā)生和進(jìn)展中的作用進(jìn)行綜述。
人類基因組序列中90%以上的DNA可以被轉(zhuǎn)錄,但只有1%~2%的轉(zhuǎn)錄物可以編碼蛋白質(zhì),大多數(shù)轉(zhuǎn)錄物為非編碼RNA[9]。根據(jù)核苷酸的長度,這些轉(zhuǎn)錄的非編碼RNA分為lncRNA和短鏈非編碼RNA。lncRNA主要位于細(xì)胞核內(nèi),其次是細(xì)胞質(zhì)內(nèi),大部分被聚腺苷酸化,并被RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄。MEG3屬于lncRNA,是雙亮氨酸拉鏈激酶1-MEG3上一個(gè)印跡基因,大小為35 kb,由10個(gè)外顯子組成,通過選擇性剪接產(chǎn)生12個(gè)互補(bǔ)DNA同種型[3],編碼一個(gè)長約為1.6 kb的非編碼RNA[10]。雙亮氨酸拉鏈激酶1-MEG3位點(diǎn)由3個(gè)已知的蛋白質(zhì)編碼基因組成,包括雙亮氨酸拉鏈激酶1、反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子1基因和碘甲狀腺素脫碘酶3,其非編碼RNA包括至少3種,常見的有l(wèi)ncRNA、核仁小RNA以及微RNA(microRNA,miRNA)[11]。
在人正常組織和器官(唾液腺、胰腺、腎臟等)中可以檢測到lncRNA MEG3的表達(dá)[3];在肥胖癥[12]、脂肪肝[13]、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎[14]等非腫瘤性疾病以及多種腫瘤組織和細(xì)胞中可以檢測到lncRNA MEG3表達(dá)的降低。在神經(jīng)系統(tǒng)腫瘤(如腦膠質(zhì)瘤[15]、神經(jīng)母細(xì)胞瘤[16])的組織及細(xì)胞株中也發(fā)現(xiàn)lncRNA MEG3的表達(dá)明顯下調(diào),且lncRNA MEG3的表達(dá)與膠質(zhì)瘤患者的分級(jí)呈負(fù)相關(guān)[15]。lncRNA MEG3的表達(dá)在消化系統(tǒng)腫瘤(如食管鱗癌[17]和胰腺癌[18])中下調(diào),且lncRNA MEG3的低表達(dá)與食管鱗癌患者的腫瘤體積大,存在淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和臨床晚期有關(guān)。在女性生殖系統(tǒng)腫瘤(如宮頸癌[19]、卵巢癌[20])中,lncRNA MEG3的表達(dá)降低。在其他系統(tǒng)腫瘤(如膀胱癌[21]、骨肉瘤[22])中l(wèi)ncRNA MEG3的表達(dá)也降低。不僅腫瘤組織和細(xì)胞中l(wèi)ncRNA MEG3的表達(dá)減少,腫瘤患者血清中l(wèi)ncRNA MEG3的水平也降低[23]。Wan和Zhao[23]研究顯示,宮頸癌患者血清lncRNA MEG3表達(dá)水平明顯低于健康人,且轉(zhuǎn)移者的lncRNA MEG3表達(dá)水平明顯低于非轉(zhuǎn)移者。在乳腺癌[7]、膀胱癌[24]患者的血清中,lncRNA MEG3的表達(dá)也降低。
在正常組織中,lncRNA MEG3具有保護(hù)內(nèi)皮功能、調(diào)節(jié)成肌細(xì)胞可塑性和肌肉再生等作用[25-26]。lncRNA MEG3在缺血再灌注損傷中起促進(jìn)細(xì)胞焦亡的作用[27]。在非腫瘤性疾病中,lncRNA MEG3對(duì)機(jī)體起保護(hù)作用:lncRNA MEG3有助于減輕脂肪肝患者的脂質(zhì)過度沉積[13],在類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎的發(fā)生發(fā)展起負(fù)性調(diào)節(jié)作用[14],lncRNA MEG3缺乏會(huì)影響肥胖癥患者的葡萄糖穩(wěn)態(tài)和胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[12],褪黑素通過上調(diào)lncRNA MEG3的表達(dá)預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化導(dǎo)致的內(nèi)皮細(xì)胞凋亡[28]。lncRNA MEG3在腫瘤發(fā)生發(fā)展過程中起負(fù)性調(diào)節(jié)作用:一方面lncRNA MEG3能抑制腫瘤細(xì)胞的增殖、遷移以及侵襲等惡性生物學(xué)行為。Chen等[29]對(duì)過表達(dá)lncRNA MEG3的口腔癌干細(xì)胞進(jìn)行包括次級(jí)球體形成和侵襲測定在內(nèi)的功能實(shí)驗(yàn),以評(píng)估口腔癌干細(xì)胞的自我更新和轉(zhuǎn)移能力,結(jié)果顯示lncRNA MEG3的過表達(dá)抑制了口腔癌干細(xì)胞的自我更新和侵襲能力。Shan等[30]研究發(fā)現(xiàn),lncRNA MEG3過表達(dá)可顯著抑制膀胱癌細(xì)胞周期,同時(shí)也抑制了膀胱癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲能力,引發(fā)細(xì)胞凋亡。在卵巢癌中,lncRNA MEG3抑制卵巢癌細(xì)胞增殖,促進(jìn)細(xì)胞凋亡,并阻止細(xì)胞周期進(jìn)程[20]。多種腫瘤相關(guān)異種動(dòng)物移植模型實(shí)驗(yàn)也證明,lncRNA MEG3的高表達(dá)抑制了腫瘤生長[31-33]。另一方面,lncRNA MEG3增強(qiáng)了藥物的抗腫瘤作用。研究顯示,lncRNA MEG3提高了結(jié)直腸癌細(xì)胞對(duì)奧沙利鉑的敏感性,增強(qiáng)了奧沙利鉑的抗腫瘤作用[34]。Xu等[35]研究顯示,在肺癌中l(wèi)ncRNA MEG3的下調(diào)減弱了紫杉醇誘導(dǎo)的細(xì)胞毒性,降低了紫杉醇的抗腫瘤作用。此外還有研究證實(shí),敲低lncRNA MEG3提高了T淋巴母細(xì)胞性淋巴瘤細(xì)胞的耐藥性,而過表達(dá)lncRNA MEG3則抑制了癌細(xì)胞的耐藥性[36]。
lncRNA MEG3在腫瘤中是作為腫瘤抑制因子存在,但其抗腫瘤機(jī)制尚不十分清楚,可能通過如下途徑發(fā)揮作用:①在翻譯水平與信號(hào)蛋白相互作用影響細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo);②在轉(zhuǎn)錄后水平競爭性結(jié)合miRNA的結(jié)合位點(diǎn),從而抑制miRNA的表達(dá);③在基因水平通過自身甲基化參與表觀調(diào)控;④其他可能機(jī)制。
3.1lncRNA MEG3與蛋白通路 lncRNA通過多條蛋白通路[磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B(phosphatidylinositol-3-kinase/protein kinase B,PI3K/Akt)信號(hào)通路[37-39]、Wnt信號(hào)通路[40-42]、p53介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路[43-45]等]在腫瘤中發(fā)揮調(diào)控作用。lncRNA MEG3參與的蛋白通路可分為lncRNA MEG3參與通路蛋白介導(dǎo)的促癌信號(hào)通路和lncRNA MEG3參與通路蛋白介導(dǎo)的抑癌信號(hào)通路。lncRNA MEG3參與通路蛋白介導(dǎo)的促癌信號(hào)通路[Wnt信號(hào)通路、PI3K/Akt信號(hào)通路等]在lncRNA MEG3低表達(dá)時(shí)激活,發(fā)揮促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展的作用,lncRNA MEG3高表達(dá)時(shí)通路被抑制。PI3K/Akt信號(hào)通路是lncRNA MEG3參與通路蛋白介導(dǎo)的促癌信號(hào)通路家族中的一員,lncRNA MEG3的低水平會(huì)激活PI3K/Akt通路,促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。Sun等[46]發(fā)現(xiàn),敲低肝癌患者的lncRNA MEG3會(huì)激活PI3K/Akt通路。關(guān)于血管瘤的研究也顯示,低表達(dá)的lncRNA MEG3可通過調(diào)節(jié)PI3K/Akt通路抵消lncRNA MEG3高表達(dá)引起的抗增殖作用[47]。另一方面,lncRNA MEG3表達(dá)量的升高可以逆轉(zhuǎn)PI3K/Akt通路的激活[48]。在血管瘤中,PI3K/Akt通路相關(guān)蛋白的表達(dá)量與lncRNA MEG3和磷酸酶基因表達(dá)呈負(fù)相關(guān),即lncRNA MEG3升高時(shí),PI3K/Akt通路被抑制[47]。在乳腺癌中,lncRNA MEG3過表達(dá)逆轉(zhuǎn)了乳腺癌細(xì)胞中PI3K/Akt通路激活所致的乳腺癌細(xì)胞增殖,并誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡[48]。此外,銜接蛋白復(fù)合物1γ1亞單位在肝癌lncRNA MEG3與PI3K/Akt通路的相互作用過程中起橋梁作用[46],敲低肝癌患者lncRNA MEG3的水平會(huì)降低銜接蛋白復(fù)合物1γ1亞單位的水平,過表達(dá)銜接蛋白復(fù)合物1γ1亞單位能部分逆轉(zhuǎn)低表達(dá)的lncRNA MEG3對(duì)細(xì)胞增殖和侵襲的促進(jìn)作用[46]。Wnt信號(hào)通路也屬于lncRNA MEG3參與通路蛋白介導(dǎo)的促癌信號(hào)通路。Wnt信號(hào)通路在黑色素瘤[49]、神經(jīng)膠質(zhì)瘤[50]、骨肉瘤[51]細(xì)胞中被高度激活,下調(diào)的lncRNA MEG3可通過靶向Wnt信號(hào)通路促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展,過表達(dá)lncRNA MEG3可通過阻斷Wnt信號(hào)通路抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展。針對(duì)神經(jīng)膠質(zhì)瘤的研究發(fā)現(xiàn),下調(diào)的lncRNA MEG3靶向Wnt/β聯(lián)蛋白信號(hào)通路,通過影響細(xì)胞周期促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖[50]。
lncRNA MEG3參與通路蛋白介導(dǎo)的抑癌信號(hào)通路主要是抑癌因子p53介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。p53具有控制基因穩(wěn)定和預(yù)防癌癥的作用。lncRNA MEG3可通過p53通路抑制腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲及遷移,促進(jìn)細(xì)胞凋亡[52-53],增強(qiáng)抗腫瘤藥物的抗腫瘤作用[36]。一項(xiàng)關(guān)于乳腺癌的研究顯示,lncRNA MEG3的過表達(dá)顯著增加了p53的表達(dá),lncRNA MEG3通過p53通路抑制乳腺癌生長,并誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞凋亡[52]。為探討lncRNA MEG3在胃癌中的作用機(jī)制,Wei和Wang[53]采用蛋白質(zhì)印跡法測定lncRNA MEG3過表達(dá)時(shí)p53的表達(dá)情況,結(jié)果顯示p53表達(dá)升高,證實(shí)lncRNA MEG3通過p53通路抑制胃癌細(xì)胞的增殖和遷移。此外,紫杉醇是用于晚期非小細(xì)胞肺癌的一線化療藥物,Xu等[35]探討了紫杉醇對(duì)肺癌細(xì)胞lncRNA MEG3表達(dá)的影響及其抗腫瘤機(jī)制,結(jié)果顯示,紫杉醇增加了lncRNA MEG3和p53的表達(dá),而lncRNA MEG3過表達(dá)可誘導(dǎo)細(xì)胞死亡以及p53表達(dá)增加,而p53的抑制對(duì)上游lncRNA MEG3的表達(dá)無影響,提示lncRNA MEG3-p53通路參與了紫杉醇誘導(dǎo)的肺癌細(xì)胞凋亡。
3.2lncRNA MEG3與miRNA lncRNA與miRNA的相互調(diào)控在腫瘤發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用,其中l(wèi)ncRNA對(duì)miRNA發(fā)揮調(diào)控作用的機(jī)制有:① lncRNA通過競爭性結(jié)合miRNA靶信使RNA的3′非翻譯區(qū),間接抑制miRNA對(duì)靶基因的負(fù)向調(diào)控[54-55];② lncRNA作為競爭性內(nèi)源性RNA發(fā)揮miRNA的“分子海綿”的作用,進(jìn)而抑制miRNA的表達(dá),并對(duì)其靶基因進(jìn)行負(fù)向調(diào)控,即競爭性內(nèi)源性RNA機(jī)制[56-57];③作為潛在的miRNA前體分子,產(chǎn)生成熟的miRNA,從而間接調(diào)控靶基因的表達(dá)[58-59]。因此,lncRNA MEG3與miRNA相互作用的機(jī)制主要是lncRNA MEG3作為miRNA的競爭性內(nèi)源性RNA[60-61]以及潛在的miRNA前體分子[62]。
為了驗(yàn)證lncRNA MEG3與miRNA的相互作用,研究者在細(xì)胞層面對(duì)多種腫瘤進(jìn)行了研究。有學(xué)者對(duì)肝癌患者的lncRNA MEG3和miR-10a-5p進(jìn)行實(shí)時(shí)定量反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng),得出lncRNA MEG3和miR-10a-5p的負(fù)性相關(guān)曲線,同時(shí)熒光素酶報(bào)告基因?qū)嶒?yàn)也證實(shí)了兩者之間的靶向關(guān)系[63]。Dan等[64]通過實(shí)時(shí)定量反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)證明,胃癌中miR-21的表達(dá)受lncRNA MEG3的負(fù)調(diào)控,同時(shí)熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)證實(shí)miR-21是lncRNA MEG3的靶標(biāo),且過表達(dá)的lncRNA MEG3可以抵消miR-21對(duì)胃癌細(xì)胞增殖和遷移的促進(jìn)作用。此外小鼠胃癌模型證實(shí),過表達(dá)的lncRNA MEG3還可通過抑制miR-21的表達(dá)抑制胃癌細(xì)胞的生長和遷移[55]。
作為一個(gè)競爭性內(nèi)源性RNA,lncRNA MEG3的3′非翻譯區(qū)具有miRNA結(jié)合位點(diǎn);而作為一個(gè)“分子海綿”,lncRNA MEG3通過與信使RNA競爭性結(jié)合miRNA 的結(jié)合位點(diǎn),抑制miRNA的表達(dá)[65]。熒光素酶報(bào)告基因檢測實(shí)驗(yàn)證實(shí),茴香霉素通過減弱lncRNA MEG3/miR-421/野生型血小板衍生生長因子受體α軸的分子海綿效應(yīng)抑制了卵巢癌的血管生成、細(xì)胞增殖和侵襲[62]。lncRNA MEG3通過使miR-182海綿化增強(qiáng)了甲狀腺癌細(xì)胞中131I的放射敏感性,證實(shí)lncRNA MEG3是miR-182的分子海綿,且lncRNA MEG3對(duì)miR-182的抑制作用與lncRNA MEG3過表達(dá)類似[63]。lncRNA MEG3也可以作為潛在的miRNA前體分子,如lncRNA MEG3在肝癌中可促進(jìn)miR-122的表達(dá)和成熟,通過miR-122靶向丙酮酸激酶肌同工酶M2,抑制細(xì)胞周期蛋白D1和原癌基因的表達(dá),抑制肝癌細(xì)胞增殖生長[64]。
3.3lncRNA MEG3與甲基化 基因組含有兩類遺傳信息,一類是傳統(tǒng)意義上的遺傳信息,即DNA序列所提供的遺傳信息;另一類是表觀遺傳學(xué)信息,即何時(shí)、何地表達(dá)遺傳信息[66]。表觀遺傳修飾是在不改變DNA序列的情況下,基因功能的可逆、可遺傳的改變,包括DNA的修飾(如甲基化修飾)、組蛋白的修飾等[67]。DNA甲基化是研究最多的表觀遺傳修飾之一,是可逆且可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的過程。在lncRNA的協(xié)助下,母系和父系遺傳的DNA差異共價(jià)修飾控制某些基因劑量[68]。表觀遺傳修飾,特別是DNA甲基化,通過沉默腫瘤抑制基因調(diào)節(jié)腫瘤生長。lncRNA MEG3的啟動(dòng)子區(qū)域以及基因間生殖系衍生的差異甲基化區(qū)域富含容易被甲基化修飾的胞嘧啶-磷酸-鳥嘌呤二核苷酸島,在腫瘤中l(wèi)ncRNA MEG3自身啟動(dòng)子DNA甲基化會(huì)導(dǎo)致lncRNA MEG3表達(dá)降低,從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展[33,69-71]。通過甲基化特異性聚合酶鏈反應(yīng)可以檢測到細(xì)胞或組織中l(wèi)ncRNA MEG3甲基化狀態(tài),并且lncRNA MEG3的甲基化可以被DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑5-氮雜-2′-脫氧胞苷干擾。采用甲基化特異性聚合酶鏈反應(yīng)和實(shí)時(shí)定量反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)可檢測到視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤[69]、乳腺癌[70]、宮頸癌[72]等腫瘤中l(wèi)ncRNA MEG3的高甲基化狀態(tài)和lncRNA MEG3的低表達(dá)狀態(tài)。用DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶抑制劑5-氮雜-2′-脫氧胞苷干擾lncRNA MEG3的甲基化,視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤細(xì)胞的增殖被抑制,凋亡被促進(jìn),與遷移密切相關(guān)的β聯(lián)蛋白的表達(dá)降低[69];乳腺癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲被抑制[70];胃癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲也被抑制且細(xì)胞凋亡被促進(jìn)[33]。此外,采用四唑鹽比色法對(duì)乳腺癌細(xì)胞的化學(xué)耐受性進(jìn)行評(píng)估,結(jié)果顯示lncRNA MEG3的甲基化水平過高會(huì)損害乳腺癌細(xì)胞的化學(xué)敏感性[70]。
3.4其他可能機(jī)制 Notch通路是近年來關(guān)于lncRNA MEG3信號(hào)通路作用機(jī)制研究的熱點(diǎn)。Notch通路是一種信號(hào)級(jí)聯(lián),對(duì)細(xì)胞增殖、分化、發(fā)育以及組織穩(wěn)態(tài)具有重要影響。該信號(hào)級(jí)聯(lián)由受體、配體、細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)物、DNA結(jié)合蛋白以及調(diào)節(jié)蛋白組成[72]。研究顯示,過表達(dá)的lncRNA MEG3通過抑制Notch信號(hào)通路,在子宮內(nèi)膜癌中發(fā)揮抗腫瘤細(xì)胞增殖作用[73];在骨肉瘤中,過表達(dá)lncRNA MEG3可通過抑制Notch信號(hào)通路,抑制骨肉瘤細(xì)胞的增殖并促進(jìn)其凋亡[74]。lncRNA MEG3與染色質(zhì)的相互作用可能依賴于RNA-DNA三聯(lián)體結(jié)構(gòu)的形成,通用的三聯(lián)體靶位點(diǎn)可能有助于建立長距離的染色體接觸[75],但僅在少數(shù)腫瘤中得到證實(shí),仍有待進(jìn)一步的研究。
以上各機(jī)制可能不是獨(dú)立發(fā)揮作用,而是相互交叉形成作用網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)包括不同機(jī)制中不同種生物大分子與lncRNA MEG3的相互作用[47,65],又涵蓋不同機(jī)制中同種生物大分子與lncRNA MEG3的相互作用[39],但這些內(nèi)在網(wǎng)絡(luò)還有待進(jìn)一步發(fā)掘。
lncRNA MEG3屬于抑癌lncRNA家族的一員,與正常組織相比,在腫瘤中低表達(dá)。作為一個(gè)腫瘤抑制基因,低表達(dá)的lncRNA MEG3通過PI3K/Akt信號(hào)通路、Wnt通路促進(jìn)腫瘤的發(fā)生發(fā)展,高表達(dá)的lncRNA MEG3通過p53信號(hào)通路抑制腫瘤的發(fā)生發(fā)展。lncRNA MEG3還可通過3′非翻譯區(qū)競爭性結(jié)合miRNA形成調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò),進(jìn)而調(diào)控下游靶基因的表達(dá)。此外,lncRNA MEG3通過自身甲基化導(dǎo)致lncRNA MEG3表達(dá)降低,進(jìn)而促進(jìn)腫瘤發(fā)生發(fā)展,相反去甲基化可抑制腫瘤發(fā)生發(fā)展。某些腫瘤患者血清lncRNA MEG3的水平可作為腫瘤診斷的檢測指標(biāo)。因此,以上機(jī)制為lncRNA MEG3的進(jìn)一步研究奠定了基礎(chǔ)。lncRNA MEG3有望成為腫瘤診斷的新指標(biāo)、治療的新靶點(diǎn),同時(shí)也為基因治療提供了新思路。