長鏈非編碼RNA在鼻咽癌中的研究進展

丁 順,段婷婷綜述,牟忠林審校

0 引 言

鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma, NPC)是一種獨特的頭頸部惡性腫瘤,起源于鼻咽粘膜上皮,超過70%的新發(fā)病例發(fā)生在東亞和東南亞［1］。不良的生活習慣、EB病毒感染和遺傳因素容易導致鼻咽癌的發(fā)生［2］。鼻咽癌首選放療治療。放療不可避免地會引起急性和殘留毒性的外在表現(xiàn),如口干、感音神經性聽力損失、放射性骨壞死等一系列并發(fā)癥,導致患者生活質量下降［3］。因此,有必要探索鼻咽癌進展的新分子機制和生物標志物顯得格外重要。

眾所周知,長鏈非編碼RNA(long noncoding RNAs, lncRNAS) 是一種大于 200 個核苷酸、不編碼蛋白質的RNA［4］。lncRNAs通過多種機制參與了腫瘤的調控,包括表觀遺傳、基因轉錄、轉錄后修飾、蛋白質翻譯等,甚至其可以用作為腫瘤生物標志物,進而在患者的診斷及預后中起著重要的指示作用。近年來,隨著對鼻咽癌中l(wèi)nRNAs的廣泛研究。許多l(xiāng)ncRNAs被發(fā)現(xiàn)在鼻咽癌的發(fā)生發(fā)展中起著重要的調控作用。本文中,旨在闡明 lncRNA 作為NPC診斷、治療和預后的潛在分子標志物的功能及作用。

1 lncRNA的生物學特點

癌癥是一種復雜的疾病,與多種遺傳突變、表觀遺傳學改變、染色體易位、缺失和擴增有關［5］。lncRNAs是一種新興的轉錄產物,由基因組編碼,但大多數(shù)不翻譯成蛋白質。雖然沒有編輯蛋白,但lncRNAs在多種細胞和生理功能中發(fā)揮著關鍵作用［6］。lncRNAs(長度為>200 nt的ncRNAs)在調控染色質動力學、基因表達、生長、分化和發(fā)育中發(fā)揮關鍵作用［7］?，F(xiàn)在人們已經認識到,超過75%的人類基因組是具有功能的,并編碼大量的ncRNAs［8］。據估計,人類基因組編碼了超過28 000種不同的lncRNAs,其中許多仍在被發(fā)現(xiàn)和注釋中［9］。數(shù)千種lncRNAs在各種癌癥中存在異常表達或突變。lncRNA 表達的改變及其突變促進了腫瘤的發(fā)生和轉移。

2 lncRNA表達和特異性

在ncRNA 中,lncRNA 是具有特定生物學結構和功能的特定亞群之一［10-11］?？紤]到 lncRNA 的獨特結構,不同于其他具有與 microRNA (miRNA) 和短干擾 RNA (siRNA) 相似的短序列的調節(jié)性 ncRNA,lncRNA 具有特定的生物學功能,因此對于特異性調節(jié)功能其是不可替代的［12-14］。根據現(xiàn)有文獻, lncRNA 的三大主要生物學功能體現(xiàn)在基因轉錄調控、轉錄后調控和表觀遺傳調控［15］。lncRNA的主要生物學功能是基因特異性轉錄調控,可以歸納為基因轉錄調控亞群,以著名的抑癌基因TP53為例。近期發(fā)表的文獻證實,TP53的天然反義轉錄物Wrap53,也是一種功能性lncRNA,通過靶向TP53的5'非翻譯區(qū),直接參與TP53轉錄和翻譯的調控,增強該基因的表達;這種情況意味著 lncRNA 的基因具有特異性調節(jié)功能［16-18］。作為調節(jié)因子,lncRNAs也可能具有細胞類型特異性表達模式,和其mRNA靶點相對應,反映該細胞類型的生物學功能特征,類似于細胞類型特異性表達的功能基因。

3 增殖失控

單細胞生物的細胞生長和增殖僅取決于周圍環(huán)境中營養(yǎng)物質的可用性,然而多細胞生物必須感知相鄰細胞并控制其細胞數(shù)量和大小。它們具有控制由相鄰細胞之間的接觸介導的細胞生長和分裂的能力［19］。增殖的接觸抑制(contact inhibition of proliferation,CIP)是指細胞增殖受細胞密度抑制的現(xiàn)象,通常歸因于細胞間接觸。同時在轉化的細胞中失去了這種細胞增殖的密度依賴性［20］。CIP 對于正常分化組織的發(fā)育很重要,在大多數(shù)上皮細胞中都可以看到這種細胞增殖的停滯,并且與細胞分裂的停止和分化的開始有關。CIP 在需要快速細胞生長和增殖的生理條件下被逆轉,例如胚胎發(fā)育和傷口愈合或組織再生［20］。在病理學上,CIP的喪失導致不受控制的細胞生長并增加細胞侵入宿主組織的能力［21-23］,進而導致腫瘤短時間快速生長。細胞增殖受各種內部和外部機制和因素的調節(jié)。 各種細胞內信號系統(tǒng)和能量轉導系統(tǒng)等內部調控機制均在細胞增殖中發(fā)揮作用［24］。細胞的外部調節(jié)系統(tǒng)包括各種受體系統(tǒng)、血液供應、營養(yǎng)物質等因素［25］。lncRNA作為DNA轉錄后的產物,在NPC細胞的增殖異常中起著重要的調控作用,同時通過不同的調控方式進而調控癌細胞的增殖變化。1.lncRNA和轉錄因子結合進而調控腫瘤增殖。如:LINC01503 募集剪接因子富含脯氨酸和谷氨酰胺 (SFPQ) 來激活 FOSL1轉錄,并且 FOSL1 的異位表達逆轉了 LINC01503 敲低對 NPC 進展的抑制作用。2.ceRNA調控增殖。如:lncCDKN2B-AS1作為一種lncRNA,可通過海綿化miR-98-5p調控E2F2,促進NPC細胞的增殖、克隆形成和侵襲。lncRNA作為重要的調節(jié)因子,在NPC中的增殖調控一直是研究的熱點,值得研究者進行深入研究。

4 侵襲與轉移調控

當腫瘤生長并侵入鄰近組織或發(fā)生轉移時就是惡性腫瘤。腫瘤由癌細胞和腫瘤相關的宿主細胞組成。癌細胞起源于癌癥起始細胞,也被稱為癌癥干細胞;它們在作為創(chuàng)始突變的基因組改變后不受限制地生長。遺傳不穩(wěn)定性導致進一步的突變,使癌細胞群產生侵襲和轉移能力［26］。腫瘤相關的宿主細胞約占惡性腫瘤中細胞總數(shù)的一半。它們包括內皮細胞、神經細胞和脂肪細胞等。與癌細胞一起構成了 "可識別的腫瘤來源器官的組織結構圖"［27］。lncRNAs 在腫瘤的各種生物學過程中發(fā)揮著關鍵作用。然而,只有少數(shù) lncRNAs 在腫瘤侵襲和轉移中得到了很好的表征。雖然手術可以成功治療原發(fā)性腫瘤,但侵襲和轉移已被證明是一個很大程度上無法克服的挑戰(zhàn)［28-30］。因此,必須找到有用的預后標志物來預測腫瘤患者的轉移風險。lncRNAs對NPC侵襲和轉移功能的詳細分子機制仍是未解之謎。但是有研究已經證實部分lncRNAs在NPC的轉移和侵襲發(fā)揮重要的作用。如:lncRNATP73-AS1通過連接黏附分子A調控miR-495表達促進NPC細胞遷移侵襲［31］。lncRNACCHE下調通過抑制MEK/ERK/c-MYC通路抑制NPC細胞增殖、遷移和侵襲［32］。lncRNA在NPC侵襲與轉移中扮演重要的角色,需要后續(xù)的進一步研究。

5 上皮間質性轉化的平衡的破壞

上皮間質轉化(Epithelial Mesenchymal Transition, EMT)是程序將上皮細胞轉化為沿上皮與間質軸線排列的進入更多間質細胞狀態(tài)的過程。根據一個組織內的細胞收到的環(huán)境信號和細胞內的基因回路,這個程序產生的細胞進入一系列沿上皮與間質軸排列的中間表型狀態(tài),當被驅動到極端時,將一個完全的上皮細胞轉化為一個完全的間質細胞狀態(tài)。使上皮細胞表現(xiàn)出上皮細胞間的連接和頂端-基底極性,而間質細胞表現(xiàn)出高度的運動性和侵入性,具有紡錘形的形態(tài),缺乏頂端-基底極［33-35］。在癌癥中,EMT程序對癌細胞表型的貢獻得到了最深入的研究,EMT誘導的間質特征使癌細胞能夠完成侵襲-轉移級聯(lián)的許多步驟,包括腫瘤細胞在原發(fā)腫瘤部位的局部侵襲,它們侵入血管內,通過循環(huán)轉運,外滲到遠處組織的實質中,并作為微轉移的沉積物存活［36-37］。同樣lncRNAs 與EMT發(fā)展密切相關,在NPC調控中起著重要的作用。如:lncSMAD5-AS1 在 NPC 組織和細胞系中高表達,通過一系列小干擾 RNA、模擬物、或抑制劑來探索 lncSMAD5-AS1和SMAD5 對 NPC 中 EMT、細胞增殖、遷移和侵襲的影響。值得注意的是,lncSMAD5-AS1 沉默降低了 N-cadherin、基質金屬肽酶 9、Snail 和 Vimentin 的表達,同時提高了 E-cadherin 的表達,從而抑制 EMT、細胞增殖、遷移和侵襲。此外,SMAD5沉默可以降低由lncSMAD5-AS1上調誘導的EMT能力。lncSMAD5-AS1 沉默可抑制裸鼠的腫瘤發(fā)生［38］。此外,Cheng［39］發(fā)現(xiàn)lncFEZF1-AS1上調NPC細胞中的N-cadherin、波形蛋白和下調E-鈣粘蛋白,表明FEZF1-AS1可能是NPC中EMT的驅動因子,進而調控腫瘤的轉移及復發(fā)。綜上所述,lncRNAs 作為EMT的誘導因素之一,越來越值得我們進一步的探討。

6 lncRNA對放射治療的影響

利用lncRNAs生物標志物檢測早期確定輻射損傷的程度,可以提供一種早期治療這種損傷的手段,并有可能防止后期輻射誘發(fā)的疾病。輻射會誘發(fā)直接和間接損傷,其中輻射誘發(fā)的雙鏈斷裂被認為是最致命的［40］。直接損傷是由于能量直接沉積在DNA分子上,而間接損傷是由于能量沉積在其他分子上,然后與DNA發(fā)生反應［41］。對細胞內分子的輻射損傷的4個步驟如下。①能量的物理沉積,②在目標分子中產生初級自由基,③初級自由基在相鄰分子上的反應,以及④由不穩(wěn)定的自由基產生化學上穩(wěn)定的損傷。此外,被照射的線粒體產生活性氧(ROS),這是DNA損傷的另一個驅動因素。這種碳酸鹽自由基陰離子在生理條件下比羥基自由基更豐富,并在DNA的GGG位點生成8-氧代-7,8-二氫鳥嘌呤,這為DNA修復提供了信號［42］。隨著在疾病進展中的廣泛作用和作為疾病的生物標志物,人們開始關注 lncRNAs 在放射反應中的作用。 具體而言,進行了許多研究以了解 lncRNAs 如何在體外調節(jié)正常和癌組織的放射敏感性。 現(xiàn)已證實化療藥物對健康細胞和癌細胞的放射敏感性有不同的調節(jié)作用［43］,細胞對單劑量和多劑量輻射的反應不同,這為輻射與分子治療相結合提供了獨特的治療機會。lncRNAs 同樣在NPC細胞中影響著放射的敏感性。在NPC中,linc00312 與 DNA-PKcs 結合并抑制其向 Ku-DNA 的募集。linc00312 抑制輻射誘導的 AKT-DNA-PKcs、MRN-ATM-CHK2 和 ATR-CHK1 信號轉導,導致 DNA 損傷感知、加工和修復能力受損,并導致對放射治療的敏感性增加。這 為 linc00312 在 NPC 中調節(jié)放射敏感性提供了新的見解［44］。而更多新發(fā)現(xiàn)受輻射影響而達到治療的lncRNAs越來越多,也越來越受到我們的關注。

7 耐藥調控

耐藥性仍然是限制癌癥患者獲得治愈的主要因素。早期化療藥物(如氮芥和氨蝶呤)的初步成功所帶來的興奮很快就被證據所壓制,雖然腫瘤很快就會緩解,但它們會產生抗藥性,導致疾病復發(fā)［45］。作為調節(jié)腫瘤進展的重要分子,lncRNAs被認為是參與不同化學抗性機制的介質,如改變藥物流出、干擾DNA損傷修復、觸發(fā)細胞凋亡、誘導藥物靶點突變等［46］。此外,大多數(shù)lncRNAs已被證明可以促進化學抗性,而很少有抑制作用。例如在肝細胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)中,lncHANR可通過 GSK3β 相互作用蛋白 (GSKIP)/P-GSK3β 通路拮抗 HCC 對 DOX 的敏感性并導致預后不良. lncHANR 直接與 GSKIP 結合并減少 GSK3β 的磷酸化,介導糖原代謝和細胞生長,從而降低化療敏感性。在乳腺癌中(breast cancer, BC),由 lncATB激活的 lncRNA 在曲妥珠單抗耐藥的 BC 中過度表達,可通過競爭性海綿狀 miR-200c 引發(fā)耐藥性、促進轉移并導致預后不良,然后激活鋅指 E-box 結合同源框1和 ZNF-217,最終誘導EMT。在NPC耐藥中同樣受到lncRNAs的調控。如:Liu等［47］研究表明 lncNEAT1 在 NPC 組織和 NPC 細胞中上調,let-7a-5p 下調, 通過敲低lncNEAT1 抑制 let-7a-5p 調節(jié) Rsf-1 表達和 Ras-MAPK 通路來增強 NPC 細胞對順鉑的敏感性。因此,靶向 lncNEAT1/let-7a-5p 軸可能對克服 NPC 中的順鉑耐藥具有重要的治療意義。此外,lnc00346通過抑制miR-342-5p來調節(jié)NPC細胞的順鉑耐藥［48］。目前,已顯示不同的 lncRNAs 在癌細胞中誘導化學抗性具有不同效果。需要進一步的研究來確定可能與癌細胞耐藥性相關的ncRNAs,并描述它們在致癌作用和化學耐藥性中的具體作用。

8 預后分子

關于預后的個體化信息可以幫助患者做出更明智的治療決定,并通過減少對未來的不確定性更有效地應對疾病。臨床預測模型促進了個體化預后信息的產生和臨床使用,這些模型通常以在線預后工具的形式實施。它們的效用取決于數(shù)據的質量和完整性以及它們所依據的統(tǒng)計模型的方法論充分性。這些因素的缺陷限制了預后模型解釋疾病進展中個體差異。在醫(yī)療診治中,護理、環(huán)境、基因、免疫調控等都影響患者的預后,對于每種因素的深入研究是必不可少的。lncRNAs作為一種必不可少的預后調節(jié)因素,在癌癥的治療預后中起著不可磨滅的作用。同樣在NPC中存在類似的lncRNAs, 如lncSNHG15的上調,導致NPC患者的生存率降低［49］;lncRNA ILF3-AS1可以促進細胞的增殖、侵襲和遷移, 導致NPC患者不良預后［50］。隨著日新月異基因技術的發(fā)展,大量的lncRNAs被發(fā)現(xiàn),對于這類分子的研究預后可能成為診療的突破口,需要更多的研究去深入挖掘。

9 結 論

隨著深入研究,lncRNAs被認為是包括惡性腫瘤在內的許多疾病的新前沿。值得注意的是,lncRNAs 通常以細胞或組織特異性方式表達這一事實使它們成為特殊的治療靶點。盡管仍有許多問題和挑戰(zhàn)有待解決,但基于時代快速發(fā)展,在癌癥背景下對 lncRNAs靶標的識別和評估可以在合理的時間窗口內轉化為臨床情景。