長(zhǎng)鏈非編碼RNA MALAT1在甲狀腺癌中的作用及機(jī)制的研究進(jìn)展

陸丹丹,呂京澴

甲狀腺乳頭狀癌(papillary thyroid carcinoma, PTC)作為內(nèi)分泌系統(tǒng)最常見(jiàn)的惡性腫瘤,近年來(lái)發(fā)病率逐年升高,嚴(yán)重影響公眾的生命健康。盡管細(xì)針穿刺細(xì)胞學(xué)檢查(fine needle aspiration, FNA)與分子檢測(cè)等手段提高了甲狀腺癌,特別是微小乳頭狀癌的檢出率,但其仍有一定的局限性[1]。因此,需要探索一種新的生物學(xué)標(biāo)志物以指導(dǎo)臨床。雖然長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)不編碼蛋白質(zhì),但可以通過(guò)調(diào)控表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后、翻譯水平等方式參與癌細(xì)胞的增殖、凋亡及侵襲。轉(zhuǎn)移相關(guān)肺腺癌轉(zhuǎn)錄本1(metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1, MALAT1)作為首批被證實(shí)參與癌癥發(fā)生發(fā)展的lncRNA之一,近年來(lái)得到廣泛研究,已被確定為甲狀腺癌相關(guān)的lncRNA。本文主要對(duì)MALAT1可能的作用機(jī)制及其在甲狀腺癌中的表達(dá)、生物學(xué)行為和潛在臨床價(jià)值作一綜述,以便更全面地認(rèn)識(shí)MALAT1與甲狀腺癌的關(guān)系。

1 MALAT1概述

1.1 MALAT1結(jié)構(gòu)2003年Ji等[2]在早期非小細(xì)胞肺癌預(yù)后預(yù)測(cè)基因的研究中發(fā)現(xiàn)了MALAT1。MALAT1的編碼基因定位于染色體11q13.1,由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄,大小約8 kb。與其他lncRNA不同,MALAT1的3′末端類似于短poly(A)尾,可以形成特殊的三螺旋結(jié)構(gòu)而不被核酸外切酶降解,從而令其自身高度保守,這對(duì)MALAT1的后續(xù)積累和致癌活性至關(guān)重要[3]。

1.2 MALAT1作用機(jī)制MALAT1在細(xì)胞核中的定位靠近許多調(diào)節(jié)蛋白,使其可以發(fā)揮特定的調(diào)控作用,如轉(zhuǎn)錄調(diào)控和選擇性剪接等。MALAT1的主要作用是充當(dāng)分子支架來(lái)調(diào)控轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后的基因表達(dá)[4]。據(jù)報(bào)道,在血清誘導(dǎo)下,MALAT1與聚梳抑制復(fù)合體1(polycomb repressive complex 1, PRC1)的重要成員Pc2特異結(jié)合,通過(guò)促進(jìn)E2F1的SUMO化來(lái)驅(qū)動(dòng)相關(guān)細(xì)胞周期基因的易位及轉(zhuǎn)錄激活[5];另一方面,MALAT1可能在轉(zhuǎn)錄后結(jié)合下游蛋白發(fā)揮選擇性剪接作用。MALAT1與絲氨酸/精氨酸豐富的(serine/arginine-rich, SR)蛋白質(zhì)剪接因子相互作用,可影響SR蛋白的磷酸化狀態(tài),繼而導(dǎo)致SR蛋白與其靶前mRNA的交替剪接[6]。例如受MALAT1調(diào)節(jié)的SRSF1基因,其前mRNA的選擇性剪接參與胃癌的發(fā)生、發(fā)展[7]。

另外,MALAT1也可充當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)內(nèi)源性RNA(competing endogenous RNA, ceRNA)發(fā)揮調(diào)節(jié)作用。ceRNA與其他mRNA競(jìng)爭(zhēng)miRNA上的結(jié)合位點(diǎn),最終抑制了miRNA的功能,增加了miRNA靶mRNA的表達(dá)水平,又稱為“海綿作用”。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道,MALAT1是功能極其強(qiáng)大的ceRNA,可以結(jié)合多種miRNA,參與肝細(xì)胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)等多種腫瘤的增殖與侵襲、肝臟纖維化、急性腎損傷等不同的生理病理過(guò)程[8-9]。此外,通過(guò)靶向miRNA和其他下游基因,MATAT1參與許多經(jīng)典的信號(hào)通路,包括MAPK/ERK、NK-κB、Wnt/β-catenin等[9]。總之,MALAT1的具體功能根據(jù)癌癥類型、腫瘤微環(huán)境以及遺傳背景而有所不同。

2 MALAT1在甲狀腺癌中的作用

2.1 MALAT1與甲狀腺癌的增殖和發(fā)展Huang等[10]首先通過(guò)實(shí)時(shí)熒光定量PCR檢出MALAT1在甲狀腺癌組織和細(xì)胞中表達(dá)異常升高,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)MALAT1通過(guò)上調(diào)IQGAP-1促進(jìn)甲狀腺癌細(xì)胞的增殖與侵襲,其中IQGAP-1是一種調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附和細(xì)胞運(yùn)動(dòng)的蛋白質(zhì)。miRNA與lncRNA存在調(diào)節(jié)關(guān)系,這種作用在甲狀腺癌中至關(guān)重要。Peng等[11]證實(shí)miR-146b-5p在甲狀腺癌組織中的表達(dá)異常升高,并且通過(guò)靶向DNMT3A調(diào)節(jié)MALAT1的表達(dá),影響甲狀腺癌的發(fā)生與進(jìn)展。此外,在PTC中,MALAT1更重要的特點(diǎn)是發(fā)揮ceRNA的功能。Gou等[12]研究發(fā)現(xiàn)MALAT1充當(dāng)miR-200a-3p的ceRNA,上調(diào)miR-200a-3p靶向致癌基因FOXA1的表達(dá)。有文獻(xiàn)報(bào)道m(xù)iR-204具有腫瘤抑制作用,并且靶向調(diào)節(jié)胰島素樣生長(zhǎng)因子2 mRNA結(jié)合蛋白2(insulin-like growth factor 2 mRNA binding protein 2, IGF2BP2)。IGF2BP2又通過(guò)識(shí)別甲狀腺癌細(xì)胞中MYC的N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine, m6A)修飾來(lái)上調(diào)MYC的表達(dá)[13]。MYC可以通過(guò)多種機(jī)制誘導(dǎo)腫瘤的發(fā)生,例如改變腫瘤微環(huán)境以促進(jìn)免疫逃逸。MALAT1作為ceRNA與miR-204競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合上調(diào)MYC表達(dá),促進(jìn)腫瘤細(xì)胞免疫抑制,加速甲狀腺癌細(xì)胞的增殖。

此外,腫瘤的發(fā)生與細(xì)胞的異常增殖密切相關(guān),細(xì)胞周期的失控可能導(dǎo)致細(xì)胞復(fù)制增強(qiáng)。如上所述,上調(diào)的MALAT1對(duì)Pc2的調(diào)節(jié)可以促進(jìn)細(xì)胞周期基因的易位及異常激活,進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的增殖。有研究發(fā)現(xiàn),MALAT1控制人體細(xì)胞的細(xì)胞周期過(guò)程,參與G1/S和有絲分裂進(jìn)展,并且可以調(diào)節(jié)一種參與G2/M進(jìn)程的致癌轉(zhuǎn)錄因子B-MYB的表達(dá)促進(jìn)癌細(xì)胞增殖[14]。Samimi等[15]的研究也表明敲低MALAT1會(huì)顯著下調(diào)Cyclin D1基因表達(dá),使ATC細(xì)胞停滯于G1期,阻礙細(xì)胞周期進(jìn)程,誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,最終抑制其增殖。這也可能是MALAT1促進(jìn)甲狀腺癌發(fā)展的原因之一。

2.2 MALAT1與甲狀腺癌的侵襲和轉(zhuǎn)移癌癥的轉(zhuǎn)移是影響生存與預(yù)后的決定性因素,上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)是腫瘤轉(zhuǎn)移的重要過(guò)程,各種lncRNA被證明在EMT中起作用。有研究表明,MALAT1的上調(diào)參與TGF-β誘導(dǎo)的甲狀腺癌EMT,并且可能通過(guò)調(diào)節(jié)EMT相關(guān)標(biāo)志物CDH1、CDH2、FN1、vimentin的表達(dá)增加甲狀腺癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移和侵襲能力[16-17]。另有研究發(fā)現(xiàn),甲狀腺癌干細(xì)胞樣外泌體將MALAT1轉(zhuǎn)移到非癌的幼稚細(xì)胞中,增加了這些細(xì)胞的增殖和侵襲能力,其中EMT標(biāo)志物SLUG也顯著上調(diào)[18]。此外,血管生成也是促進(jìn)癌癥轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵因素。早有研究發(fā)現(xiàn),MALAT1有調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞功能和血管生長(zhǎng)的功能。在甲狀腺癌中,MALAT1可以上調(diào)成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子2(fibroblast growth factor 2, FGF2)的表達(dá)。FGF2作為一種信號(hào)誘導(dǎo)分子,在腫瘤誘導(dǎo)的血管生成中起重要作用。因此,MALAT1介導(dǎo)的FGF2蛋白表達(dá)可誘導(dǎo)脈管系統(tǒng)的形成,促進(jìn)甲狀腺癌的轉(zhuǎn)移[19]。

3 MALAT1在甲狀腺癌中的臨床價(jià)值

3.1 MALAT1作為篩查標(biāo)志物遺傳因素和表觀遺傳變異是甲狀腺癌發(fā)病機(jī)制的重要環(huán)節(jié),其中包括單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism, SNP)。SNP是lncRNA基因最常見(jiàn)的遺傳變異,lncRNA中的SNP可以通過(guò)改變mRNA的剪接構(gòu)象和lncRNA的表達(dá)水平,進(jìn)而介導(dǎo)癌癥的發(fā)生與發(fā)展。SNP一直是篩查不同類型癌癥潛在的生物標(biāo)志物之一。全基因組關(guān)聯(lián)研究發(fā)現(xiàn)了10多種與甲狀腺癌遺傳性相關(guān)的SNP。Ni等[20]采用Meta分析顯示,MALAT1中的rs619586與亞洲人癌癥風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān),其中包括結(jié)直腸癌(colorectal cancer, CRC)、HCC和PTC等。從MALAT1多態(tài)性在中國(guó)PTC患者的研究中發(fā)現(xiàn),與rs619586 AG/GG攜帶者相比,rs619586 AA攜帶者發(fā)生PTC的風(fēng)險(xiǎn)顯著提升。此外還表明SNP rs619586促進(jìn)甲狀腺細(xì)胞的增殖并抑制凋亡,可以直接誘導(dǎo)細(xì)胞的EMT過(guò)程[21]。Cao等[22]也報(bào)道,rs619586的A等位基因與G等位基因相比,其與MALAT1的高表達(dá)有明顯相關(guān)性。然而,可能因?yàn)榉N族差異,SNP rs619586與歐洲人群PTC的發(fā)生無(wú)明顯關(guān)系[21]。

3.2 MALAT1作為診斷標(biāo)志物超聲引導(dǎo)下的FNA活檢是甲狀腺病變的主要診斷方法,然而其仍存在許多局限性。Possieri等[23]建立了基于FNA標(biāo)本中l(wèi)ncRNA表達(dá)的高級(jí)數(shù)學(xué)模型,通過(guò)液滴數(shù)字PCR分析FNA樣本和包括MALAT1在內(nèi)的3種癌癥相關(guān)lncRNA,以此作為甲狀腺術(shù)前診斷的新方法。該算法診斷甲狀腺癌的準(zhǔn)確率達(dá)94.12%(靈敏度100%,特異性91.67%),且較常規(guī)分子檢測(cè)成本更低、應(yīng)用范圍更廣。與侵入性活檢相比,準(zhǔn)確性高的體液檢測(cè)對(duì)患者更為有益。目前,關(guān)于MALAT1作為各種癌癥在體液中的診斷標(biāo)志物已有諸多報(bào)道。Zhang等[24]發(fā)現(xiàn)子宮頸癌患者陰道灌洗樣本的分離外泌體中MALAT1水平較對(duì)照組差異有顯著性。除此之外,膀胱癌的血清樣本中也可檢測(cè)出高表達(dá)的MALAT1,若輔以循環(huán)MEG3、SNHG16的檢測(cè),其診斷價(jià)值甚至高于尿液細(xì)胞學(xué)檢查[25]。然而,目前MALAT1在甲狀腺癌患者血液中變化的情況尚無(wú)相關(guān)報(bào)道。

3.3 MALAT1作為預(yù)后標(biāo)志物鑒于MALAT1廣泛參與多種癌癥的增殖與轉(zhuǎn)移,由此推測(cè)其與這些惡性腫瘤的不良預(yù)后相關(guān)。Liu等[26]研究發(fā)現(xiàn),PTC組織中MALAT1的表達(dá)水平與腫瘤大小、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況和WHO分期密切相關(guān)。如上所述,多項(xiàng)研究證明MALAT1通過(guò)各種途徑參與EMT,促進(jìn)甲狀腺癌的侵襲與轉(zhuǎn)移。這些結(jié)果均提示MALAT1是甲狀腺癌預(yù)后的重要影響因素。

4 小結(jié)與展望

越來(lái)越多的研究表明,MALAT1在甲狀腺癌中通過(guò)調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄、影響mRNA切割或作為ceRNA等方式參與腫瘤的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移的調(diào)節(jié),可能成為篩查、早期診斷、預(yù)后預(yù)測(cè)的重要標(biāo)志物,阻斷和抑制其表達(dá)也可能成為甲狀腺癌的治療方向。

然而,目前將MALAT1進(jìn)一步應(yīng)用于臨床還面臨諸多挑戰(zhàn):首先,MALAT1在甲狀腺癌中的作用機(jī)制與調(diào)控網(wǎng)絡(luò)有待完善,如MALAT1是否存在更多上游調(diào)控基因,其作為ceRNA是否還有其他miRNA的靶基因或通過(guò)其他方式調(diào)控下游基因;其次,MALAT1不僅參與癌癥的調(diào)控,還參與其他正常的生物過(guò)程,如神經(jīng)的發(fā)育與功能、骨骼肌生成等。因此,MALAT1作為治療靶點(diǎn)時(shí),其沉默也可能影響正常的生理功能。僅在癌細(xì)胞中選擇性靶向MALAT1而避免正常的生理功能受影響,這或許將成為未來(lái)臨床轉(zhuǎn)化的努力方向。