長(zhǎng)非編碼RNA通過調(diào)控磷酸甘油激酶1影響腫瘤細(xì)胞增殖的研究進(jìn)展*

茍稼祥，李 湞 綜述，符德元 審校

(1.大連醫(yī)科大學(xué)研究生院，遼寧 大連 116044；2.天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院國家中醫(yī)針灸臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津 300381；3.蘇北人民醫(yī)院甲乳外科，江蘇 揚(yáng)州 225001)

據(jù)美國癌癥協(xié)會(huì)(ACS)統(tǒng)計(jì)，2021年美國預(yù)計(jì)新增惡性腫瘤患者1 898 160例，新增癌癥死亡608 570例，嚴(yán)重影響人類生命健康[1]。有氧糖酵解在腫瘤細(xì)胞的增殖過程中發(fā)揮巨大作用，磷酸甘油激酶1(phosphoglycerate kinase 1,PGK1)作為有氧糖酵解途徑重要的調(diào)節(jié)酶之一，與惡性腫瘤的不良預(yù)后密切相關(guān)。已有研究表明，PGK1的功能受一些長(zhǎng)非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)的調(diào)控。因此，探討lncRNA通過調(diào)控PGK1進(jìn)而影響腫瘤細(xì)胞增殖的機(jī)制，顯得尤為重要。

1 PGK1與腫瘤細(xì)胞的增殖及代謝

能量代謝改變是腫瘤的特征之一，即使在有氧環(huán)境下，腫瘤細(xì)胞也會(huì)優(yōu)先選擇糖酵解途徑提供能量，這就是腫瘤細(xì)胞的有氧糖酵解理論，也稱為Warburg效應(yīng)[2]。導(dǎo)致這一結(jié)果的原因有兩點(diǎn)：(1)已經(jīng)證實(shí)，腫瘤細(xì)胞中經(jīng)常會(huì)發(fā)生線粒體DNA(MtDNA)突變和核DNA中的線粒體基因(nDNA)突變，從而導(dǎo)致能量代謝的改變[3]。(2)更為重要的是，糖酵解酶及糖酵解中間產(chǎn)物在腫瘤的增殖過程中有重要作用，腫瘤細(xì)胞對(duì)它們的需求甚至超過了對(duì)ATP的需求[4]，如丙酮酸激酶PKM2參與了大分子生物合成(如核酸)的調(diào)節(jié)[5]，并作為磷酸激酶磷酸化組蛋白H3以促進(jìn)腫瘤的發(fā)生[6]。PGK1作為有氧糖酵解途徑重要的調(diào)節(jié)酶之一，催化高能磷酸基從1,3-二磷酸甘油酸(1,3-bisphosphoglycerate;1,3-BPG)可逆轉(zhuǎn)移至二磷酸腺苷(adenosine diphosphate,ADP)，生成三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)和3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate,3-BP)，可關(guān)鍵調(diào)節(jié)有氧糖酵解，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖。PGK1的這種調(diào)節(jié)有氧糖酵解的作用通過多種機(jī)制實(shí)現(xiàn)，包括：(1)腫瘤細(xì)胞在缺氧條件下會(huì)增加HIF-1α的表達(dá)，通過HIF-1α-PGK1軸，導(dǎo)致PGK1過表達(dá)，增強(qiáng)Warburg效應(yīng)，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移;(2)腫瘤細(xì)胞可能通過PIM1-MYC-PGK1途徑增強(qiáng)有氧糖酵解，促進(jìn)腫瘤的增殖和轉(zhuǎn)移;(3)PGK1-CXCR4/CXCL12/β-catenin途徑可正向調(diào)控，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移;(4)PGK1過表達(dá)可通過上調(diào)PGK1/AKT/mTOR致癌通路，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的增殖;(5)PGK1可上調(diào)轉(zhuǎn)移相關(guān)因子EGR1、血管生成誘導(dǎo)因子61(CYR61)及其下游轉(zhuǎn)錄因子FOS和JUN的表達(dá)，促進(jìn)結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移[7]。

2 LncRNA簡(jiǎn)介

在人類基因組中，大約93%的DNA可以經(jīng)轉(zhuǎn)錄獲得mRNA，而這些mRNA僅2%為可經(jīng)翻譯獲得蛋白質(zhì)，其余98%mRNA不能經(jīng)翻譯獲得蛋白質(zhì)，稱為非編碼RNA(ncRNA)，其中超過200個(gè)堿基的稱為lncRNA[8]。PONTING等[9]根據(jù)與親本基因或鄰近基因的關(guān)系將lncRNA分為5類：正義lncRNA(sense lncRNA)；反義lncRNA(antisense lncRNA)；雙向lncRNA(bidirectional lncRNA)；基因間lncRNA(intergenic lncRNA)和內(nèi)含子lncRNA(intronic lncRNA)。自從20世紀(jì)80年代，科學(xué)家利用差異雜交篩選cDNA文庫來克隆和研究具有組織特異性和時(shí)間表達(dá)模式的基因，發(fā)現(xiàn)了第1個(gè)非編碼基因lncRNA H19[10]。大多數(shù)人一直認(rèn)為這些沒有編碼蛋白質(zhì)功能的RNA片段只不過轉(zhuǎn)錄翻譯過程中產(chǎn)生的“噪音”。隨著研究的不斷深入，LEE等[11]根據(jù)前人的研究成果，證明lncRNA在表觀遺傳中具有重要作用?，F(xiàn)在一般認(rèn)為，lncRNA具有多樣的調(diào)控機(jī)制：(1)細(xì)胞核內(nèi)的lncRNA。順式調(diào)控作用，其可通過招募轉(zhuǎn)錄因子、組蛋白修飾因子等方式或根據(jù)堿基配對(duì)形成RNA-DNA復(fù)合物，結(jié)合在轉(zhuǎn)錄位置附近調(diào)控鄰近基因的表達(dá)[12]；反式調(diào)控作用，也可被轉(zhuǎn)運(yùn)到轉(zhuǎn)錄位置的遠(yuǎn)處，結(jié)合在不同染色體的不同結(jié)合位點(diǎn)，廣泛或特異的影響多個(gè)或某個(gè)特定基因的表達(dá)[9]；還可影響編碼基因的轉(zhuǎn)錄后修飾[13]。(2)細(xì)胞質(zhì)中的lncRNA?？捎绊憁RNA的穩(wěn)定性和翻譯,也可通過調(diào)控細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄后修飾，影響細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[13]；也可作為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性lncRNA與miRNA發(fā)生配對(duì)，預(yù)防m(xù)iRNA與靶mRNA的結(jié)合[14]；還可以調(diào)控miRNA的加工過程，或被加工為miRNA[15]。

3 LncRNA通過調(diào)控PGK1影響腫瘤細(xì)胞增殖

近年來，對(duì)lncRNA對(duì)腫瘤細(xì)胞的作用機(jī)制的研究如火如荼。大量國內(nèi)外研究證據(jù)表明，lncRNA通過上調(diào)或下調(diào)PGK1的表達(dá)、抑制PGK1的泛素化降解、增強(qiáng)PGK1的穩(wěn)定性等機(jī)制影響有氧糖酵解，與惡性腫瘤細(xì)胞的增殖明顯相關(guān)。

3.1LncRNA通過上調(diào)PGK1分泌促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖 2020年，CAO等[16]的研究表明，LncRNA MSC-AS1通過誘導(dǎo) PGK1 的表達(dá)促進(jìn)肝癌細(xì)胞(HCC)的發(fā)生。2021年，CARDOSO等[17]證明，lncRNA MVIH 作為 miR-302a 海綿，上調(diào)PGK1的分泌，人膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(GB)細(xì)胞中的 lncRNA MVIH 沉默顯著降低了糖酵解、細(xì)胞生長(zhǎng)、遷移和侵襲，并使 GB 細(xì)胞對(duì)西地尼布敏感。WANG等[18]證實(shí)，lncRNA LINC01559 通過上調(diào) PGK1 和下調(diào) PTEN 以觸發(fā)磷脂酰肌醇3-激酶/絲氨酸/蘇氨酸激酶 (PI3K/AKT)通路，促進(jìn)胃癌進(jìn)展。張冬艷等[19]在肝癌細(xì)胞(HCC)中,檢測(cè)在過表達(dá)lncRNA UPK1A-AS1的基礎(chǔ)上干擾HIF-1α的表達(dá)后,肝癌細(xì)胞葡萄糖消耗及乳酸生成水平,低氧反應(yīng)元件(HRE)活性水平和糖酵解關(guān)鍵酶PGK1的表達(dá)情況,結(jié)果表明lncRNA UPK1A-AS1通過穩(wěn)定HIF-1α的表達(dá)上調(diào)PGK1表達(dá),進(jìn)而促進(jìn)肝癌細(xì)胞的糖酵解水平。PAN等[20]通過功能實(shí)驗(yàn)研究lncRNA HCG18和miR-365a-3p對(duì)骨肉瘤(OS)細(xì)胞生長(zhǎng)的影響，發(fā)現(xiàn)HCG18 在OS細(xì)胞系中的表達(dá)增加，敲低HCG18可抑制OS 細(xì)胞增殖；他們進(jìn)一步研究其機(jī)制，lncRNA HCG18通過海綿化 miR-365a-3p直接靶向其3′UTR以增加有氧糖酵解來提高PGK1的表達(dá)，促進(jìn)有氧糖酵解促進(jìn)OS細(xì)胞增殖。

3.2LncRNA通過下調(diào)PGK1分泌抑制腫瘤細(xì)胞增殖 2012年，YUAN等[21]的研究表明，lncRNA MVIH 通過抑制 PGK1的分泌來激活誘導(dǎo)腫瘤的血管生成，并可作為肝細(xì)胞癌患者肝切除術(shù)后無復(fù)發(fā)生存率低的預(yù)測(cè)因子。2020年，WANG等[22]證明，RPS24c 同種型是腫瘤血管生成的主要促進(jìn)因素之一，lncRNA MVIH與RPS24c mRNA相互作用,增強(qiáng)彼此的穩(wěn)定性，從而通過抑制 PGK1 的分泌來激活結(jié)直腸癌(CRC)中的腫瘤血管生成。2022年，HU等[23]發(fā)現(xiàn)lncRNA DICER1-AS1通過將轉(zhuǎn)錄因子YY1募集到DICER1啟動(dòng)子來促進(jìn)其正義基因 DICER1的轉(zhuǎn)錄，DICER1 進(jìn)一步促進(jìn)miR-5586-5p 的成熟，從而抑制了糖酵解基因PGK1 的表達(dá)，抑制胰腺癌(PC)的糖酵解和腫瘤發(fā)生。

3.3LncRNA通過抑制PGK1的泛素化降解促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖 2017年，TAO等[24]的研究表明，lncRNA MetaLnc9 可與糖酵解激酶 PGK1 相互作用并阻止其在非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)中的泛素化，導(dǎo)致致癌AKT/mTOR 信號(hào)通路的激活，促進(jìn)體外NSCLC 細(xì)胞的遷移和侵襲。2019年，CAI等[25]的研究表明，lncRNA GBCDRlnc1作用于PGK1并抑制其在耐阿霉素(Dox)的膽囊癌細(xì)胞中的泛素化降解，導(dǎo)致自噬引發(fā)劑 ATG5-ATG12 偶聯(lián)物的下調(diào)，激活自噬誘導(dǎo)膽囊癌細(xì)胞的化學(xué)抗性。2021年JIANG等[26]的研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA甲狀腺乳頭狀癌易感候選3(PTCSC3) 在甲狀腺乳頭狀癌 (PTC) 中顯著下調(diào)，PTCSC3過表達(dá)通過直接與糖酵解途徑中的關(guān)鍵酶PGK1相互作用，促進(jìn)其泛素化降解，顯著抑制PTC細(xì)胞有氧糖酵解和腫瘤生長(zhǎng)，抑制了體內(nèi)腫瘤的進(jìn)展。CHU等[27]發(fā)現(xiàn) 在乳腺癌中，lncRNA LINC00926 可通過增強(qiáng) E3 連接酶 STUB1 介導(dǎo)的 PGK1 泛素化來下調(diào) PGK1 的表達(dá)，缺氧條件下，腫瘤細(xì)胞主要通過 FOXO3A 抑制 LINC00926 的表達(dá)并激活 PGK1 的表達(dá)，這種FOXO3A/LINC00926/PGK1 軸參與調(diào)節(jié)乳腺癌糖酵解、腫瘤生長(zhǎng)和肺轉(zhuǎn)移；通過抑制FOXO3A或補(bǔ)充 LINC00926 而靶向調(diào)控PGK1可能是乳腺癌的潛在治療策略。JIANG等[28]研究發(fā)現(xiàn)lncRNA SNHG26直接與PGK1蛋白結(jié)合，抑制其泛素化并激活 Akt/mTOR 信號(hào)通路，lncRNA SNHG26的表達(dá)與舌鱗狀細(xì)胞癌(TSCC)增殖、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、遷移、侵襲和順鉑耐藥呈正相關(guān)。

3.4lncRNA通過增強(qiáng)PGK1的穩(wěn)定性促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖 2022年LIANG等[29]進(jìn)行體外實(shí)驗(yàn)以評(píng)估lncRNA NEAT1對(duì)膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖和糖酵解的影響，經(jīng)RNA pulldown和RIP分析發(fā)現(xiàn)lncRNA NEAT1的發(fā)夾A與 PGK1的M1結(jié)構(gòu)域相互作用，從而促進(jìn) PGK1 的穩(wěn)定性，敲低lncRNA NEAT1顯著抑制了膠質(zhì)瘤細(xì)胞的增殖和糖酵解。

3.5其他機(jī)制 2021年，LUO等[30]在胰管腺癌(PDAC)中，通過hub基因和CEGs的整合表達(dá)和生存分析表明，lncRNA NR2F1-AS1競(jìng)爭(zhēng)性地海綿吸收miR-146a5p和miR-877-5p，存在NR2F1-AS1-miR-146a-5p/miR-877-5p-GALNT10/ZNF532/SLC39A1/ PGK1/LCO3A1/NRP2/LPCAT2/PSMA4網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)與PDAC的預(yù)后顯著相關(guān)。PARK等[31]發(fā)現(xiàn)在MMTV-PyVT小鼠中，lncRNA Neat1可結(jié)合并形成支架橋，組裝成 PGK1/PGAM1/ENO1 復(fù)合物，促進(jìn)底物通道，實(shí)現(xiàn)高效糖酵解，靶向阻斷l(xiāng)ncRNA Neat1，嚴(yán)重?fù)p害腫瘤的起始、生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移，消除lncRNA Neat1依賴性腫瘤發(fā)生和進(jìn)展。2022年ZHU等[32]發(fā)現(xiàn)了一種c-MYC響應(yīng)的lncRNA，即glyco lncRNA，是糖酵解酶PGK1、PGAM1、ENO1和PKM2與乳酸脫氫酶A之間形成的骨架，增強(qiáng)糖酵解通量，增加ATP 產(chǎn)生，并使癌細(xì)胞在絲氨酸剝奪下存活；他們還發(fā)現(xiàn)glyco lncRNA過表達(dá)促進(jìn)了喂食絲氨酸飲食小鼠的移植癌細(xì)胞生長(zhǎng)，這表明glyco lncRNA參與了癌細(xì)胞的代謝重編程過程。

這些證據(jù)充分說明，lncRNA不僅僅是轉(zhuǎn)錄翻譯過程中產(chǎn)生的“噪音”，大多數(shù)lncRNA通過許多途徑參與腫瘤細(xì)胞的增殖，與其預(yù)后明顯相關(guān)。尤其是lncRNA通過調(diào)控PGK1的表達(dá)，影響腫瘤細(xì)胞的有氧糖酵解，進(jìn)而影響腫瘤細(xì)胞增殖這條途徑已經(jīng)具有非常完備和充分的證據(jù)。

4 總結(jié)與展望

能量代謝改變是惡性腫瘤的重要特征，腫瘤細(xì)胞通過有氧糖酵解為其提供大量的代謝所需能量和糖酵解中間產(chǎn)物，這對(duì)腫瘤細(xì)胞的增殖至關(guān)重要。LncRNA不僅僅是轉(zhuǎn)錄翻譯過程中產(chǎn)生的“噪音”，而是具有多種功能，包括：順式調(diào)控作用，反式調(diào)控作用，影響編碼基因的轉(zhuǎn)錄后修飾影響mRNA的穩(wěn)定性和翻譯,調(diào)控細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄后修飾，影響細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作為miRNA的競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性lncRNA以及調(diào)控miRNA的加工過程，或被加工為miRNA。通過系統(tǒng)梳理現(xiàn)有研究成果，發(fā)現(xiàn)lncRNA通過調(diào)控糖酵解的關(guān)鍵酶之一PGK1的表達(dá)，影響腫瘤細(xì)胞的有氧糖酵解，促進(jìn)其能量代謝的改變，進(jìn)而影響腫瘤增殖，直接改變癌癥患者的生存和預(yù)后。

目前已有很多研究通過抑制PGK1的表達(dá)及其活性來抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，延緩癌癥進(jìn)展，改善患者預(yù)后，已經(jīng)取得了相當(dāng)不錯(cuò)的成果，但應(yīng)用于臨床，還存在包括靶向性不高等在內(nèi)的諸多問題[33]。受到這種啟發(fā)，可以從lncRNA著手，找到新的特異性PGK1抑制劑，以期進(jìn)一步有效抑制PGK1的表達(dá)及其活性，抑制腫瘤細(xì)胞的增殖，延緩癌癥進(jìn)展，改善患者預(yù)后。而且，很多研究表明除了lncRNA、miRNA、shRNA、環(huán)狀RNA等非編碼RNA對(duì)于PGK1及有氧糖酵解都存在調(diào)控作用，與腫瘤細(xì)胞的增殖及癌癥患者預(yù)后明顯相關(guān)，這也是下一步有興趣的研究者可以深入展開的方向。另外，也有一些研究表明lncRNA與其他疾病相關(guān)，如TONG等[34]證明lncRNA PGK1P2與 PGK1具有高度的序列同源性，可作為其競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性RNA調(diào)節(jié)血管生成和糖酵解代謝，參與人類蛻膜化過程，導(dǎo)致先兆子癇的發(fā)生，這也印證了lncRNA的重要作用，值得進(jìn)一步探討。