長鏈非編碼RNA配對盒基因8反義RNA1在惡性腫瘤中的研究進展

任子瑞,徐登飛,倉順東

(河南大學人民醫(yī)院/河南省人民醫(yī)院 腫瘤中心,河南 鄭州 450003)

惡性腫瘤是威脅人類生命安全的世界性疾病,全球癌癥新發(fā)率及病死率正在日益增長[1]。目前,早期篩查和診斷癌癥的技術十分有限,許多患者臨床確診時已處于疾病的中晚期,這是導致癌癥高病死率及不良預后的主要原因[2]。因此,探索有效的早期生物標志物是亟待解決的關鍵問題。長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是一類長度大于200個核苷酸,缺少蛋白編碼能力的RNA轉(zhuǎn)錄本[3]。越來越多的研究證實,lncRNA參與多種與腫瘤形成和發(fā)展的生物學過程,包括表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控、蛋白質(zhì)修飾和調(diào)節(jié)細胞生長、分化、凋亡等[4]。配對盒基因8反義RNA1(paired box gene 8 antisense strand 1,PAX8-AS1)是新近發(fā)現(xiàn)的lncRNA,通過發(fā)揮促癌或抑癌作用調(diào)節(jié)癌細胞的增殖、凋亡、侵襲和耐藥性,與患者的總生存率及預后密切相關。本綜述旨在總結PAX8-AS1在多種惡性腫瘤中的作用及機制,為惡性腫瘤的篩查、診斷及治療提供新的潛在靶點。

1 PAX8-AS1簡介

lncRNA PAX8-AS1是配對盒基因PAX8的反義轉(zhuǎn)錄物,位于PAX8上游的2q13染色體[5]。PAX8是配對盒結構域基因家族的成員之一,定位于2q14.1染色體,參與胚胎發(fā)育過程中細胞的生長和分化,在多種癌癥中異常表達[6]。PAX8-AS1作為PAX8的反義RNA,存在PAX8-ASI-N和PAX8-AS1:28兩種不同的亞型。近年研究顯示PAX8-AS1與甲狀腺癌[7]、乳腺癌[8]、宮頸癌[5]、子宮內(nèi)膜癌[9]、急性白血病[10]、皮膚黑色素瘤[11]、腎上腺皮質(zhì)癌[12]、肝細胞癌[13]等多種癌癥的發(fā)生發(fā)展密切相關。PAX8-AS1在惡性腫瘤中的作用機制主要有2個方面:(1)作為競爭性內(nèi)源RNA(competitive endogenous RNA,ceRNA)結合miRNA進而調(diào)控mRNA的基因表達;(2)通過單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism,SNP)識別基因調(diào)控的遺傳變異。

2 PAX8-AS1作為ceRNA在癌癥中的作用

ceRNA假說認為,lncRNAs與mRNAs中含有microRNA(miRNA,21～24個堿基對)反應元件,以此競爭結合miRNA調(diào)節(jié)彼此的表達[14]。miRNA是一種短的非編碼RNA,通過靶向mRNAs的3’非翻譯區(qū)調(diào)節(jié)基因的表達,lncRNA可以作為ceRNA通過競爭共享的miRNA進而調(diào)節(jié)mRNA的翻譯和基因表達[15]。ceRNA網(wǎng)絡展示了詳細的遺傳失調(diào)圖景,為尋找惡性腫瘤有效的潛在靶點提供了理論依據(jù)。

2.1 PAX8-AS1與甲狀腺癌甲狀腺癌是常見的內(nèi)分泌惡性腫瘤,其中甲狀腺乳頭狀癌占全部甲狀腺癌的85%以上[16]。研究發(fā)現(xiàn)PAX8-AS1在甲狀腺癌組織中表達下調(diào),過表達PAX8-AS1可以延長甲狀腺癌患者的總生存時間和無復發(fā)生存時間[7]。隨著對PAX8-AS1研究的不斷深入,Zhou等[17]發(fā)現(xiàn)PAX8-AS1在甲狀腺乳頭狀癌組織和細胞系中表達下調(diào),PAX8-AS1低表達與甲狀腺乳頭狀癌患者的不良預后顯著相關。過表達PAX8-AS1可以增加caspase-3和bax凋亡蛋白的表達水平,促進甲狀腺乳頭狀癌細胞的凋亡,抑制甲狀腺乳頭狀癌細胞的增殖。熒光素酶報告基因?qū)嶒炞C實PAX8-AS1與miR-96-5p有相應的結合位點,miR-96-5p在甲狀腺乳頭狀癌細胞中表達上調(diào),敲除miR-96-5p后甲狀腺乳頭狀癌的增殖受到抑制,可促進甲狀腺乳頭狀癌細胞的凋亡。基于此基礎發(fā)現(xiàn)miR-96-5p可以直接靶向PKN2基因,沉默PKN2基因可逆轉(zhuǎn)PAX8-AS1對甲狀腺乳頭狀癌細胞抑制增殖和促進凋亡的作用[17]。

PAX8-AS1:28是由Zhang等[18]發(fā)現(xiàn)的PAX8-AS1的新亞型。研究發(fā)現(xiàn),PAX8-AS1:28在甲狀腺乳頭狀癌和細胞中呈低表達,過表達PAX8-AS1:28可以抑制甲狀腺乳頭狀癌細胞的增殖[18]。MYC是常見的原癌基因,可促進多種癌癥細胞的增殖、侵襲和遷移[19]。沉默MYC上調(diào)了PAX8-AS1:28的表達,抑制了甲狀腺乳頭狀癌細胞的增殖;過表達MYC使PAX8-AS1:28的表達降低,促進了甲狀腺乳頭狀癌細胞的增殖。這些結果表明,PAX8-AS1在甲狀腺癌中發(fā)揮抑癌作用,可以通過PAX8-AS1/miR-96-5p/PKN2軸和調(diào)控MYC基因的表達抑制甲狀腺癌的發(fā)生發(fā)展。

2.2 PAX8-AS1與乳腺癌乳腺癌是女性疾病高病死率的主要原因之一[20]。有研究報道了硫鳥嘌呤在乳腺癌中的潛在作用,硫鳥嘌呤可調(diào)節(jié)細胞周期,使細胞停滯在G2/M期,進而抑制細胞的增殖[21]。硫鳥嘌呤可阻斷MAPK、PI3K-Akt等信號通路,并下調(diào)相關腫瘤樞紐基因的表達[22]。PAX8-AS1是受硫鳥嘌呤影響的主要lncRNA,經(jīng)硫鳥嘌呤誘導的乳腺癌細胞中PAX8-AS1的表達下調(diào)。miR-16-5P與miR-335-5p上有PAX8-AS1的結合位點,PAX8-AS1能通過競爭性結合miR-16-5p與miR-335-5p下調(diào)ACTN4、ERGE、FLNA和FLNB基因的表達,進而抑制乳腺癌細胞的增殖,延長患者的總生存期[8]。

AK126431位于染色體2q14.1,Yu等[23]將其命名為PAX8-AS1-N,與PAX8-AS1的其他亞型相比,PAX8-AS1-N具有不同的啟動子,在乳腺癌組織及細胞中表達下調(diào),其低表達與患者的總體生存率降低相關。過表達PAX8-AS1-N不僅增加乳腺癌細胞的凋亡,還導致細胞G1期停滯,抑制乳腺癌細胞的增殖能力,此外異種移植瘤實驗驗證了敲除PAX8-AS1-N后小鼠的成瘤能力增強[23]。MiR-17-5p已被證實在包括乳腺癌的多種癌癥中作為miRNA發(fā)揮致癌作用[24],進一步機制研究發(fā)現(xiàn),PAX8-AS1-N通過特異性結合miR-17-5p上調(diào)抑癌基因PTEN、CDKN1A和ZBTB4的表達,進而抑制乳腺癌的發(fā)生發(fā)展。這些結果表明,PAX8-AS1在乳腺癌中發(fā)揮抑癌作用,可以通過lncRNA/miRNA/mRNA軸抑制乳腺癌的發(fā)生發(fā)展。

2.3 PAX8-AS1與子宮內(nèi)膜癌子宮內(nèi)膜癌中超過50%的患者在手術或放射治療后面臨復發(fā)風險[25]。因此探索與復發(fā)風險相關的生物標志物對子宮內(nèi)膜癌的治療是十分重要的。Wang等[9]研究發(fā)現(xiàn)PAX8-AS1在復發(fā)的子宮內(nèi)膜癌患者中表達上調(diào),其高表達與患者的高復發(fā)風險和無復發(fā)生存期縮短相關。通過構建與復發(fā)的子宮內(nèi)膜癌相關的共表達或ceRNA網(wǎng)絡,發(fā)現(xiàn)hsa-miR-4461是在子宮內(nèi)膜癌中差異表達的miRNA,可以直接靶向TNIK基因調(diào)節(jié)子宮內(nèi)膜癌的進展。Zhang等[26]研究發(fā)現(xiàn)TNIK基因高表達與TNM分期增高、總生存期和無復發(fā)生存期縮短相關。TNIK基因在復發(fā)的子宮內(nèi)膜癌中表達上調(diào),與PAX8-AS1的表達呈正相關,與hsa-miR-4461的表達呈負相關[9]。這表明PAX8-AS1可以作為ceRNA競爭性結合hsa-miR-4461上調(diào)TNIK基因的表達,導致子宮內(nèi)膜癌患者面臨高復發(fā)和無復發(fā)生存期縮短的風險。

2.4 PAX8-AS1與急性髓系白血病急性髓系白血病是起源于骨髓原始細胞或未能正常分化的前粒細胞的血液惡性腫瘤,患者的5 a生存率僅有28.3%,并且隨著年齡的增加發(fā)病率呈上升趨勢[27]。Guo等[28]研究證實,復發(fā)是急性髓系白血病患者具有預后意義的獨立因素, PAX8-AS1的表達水平與急性髓系白血病患者的復發(fā)風險呈正相關。WT1基因在急性髓系白血病中高表達,已被證實是該病的一個治療靶點,PAX8-AS1通過調(diào)節(jié)PAX8的表達進而調(diào)控WT1的表達,提示PAX8-AS1與急性髓系白血病的發(fā)病有關[28-29]。

阿霉素是治療急性髓系白血病的一線化療藥物,患者的預后不良多數(shù)由于出現(xiàn)藥物耐藥所致[30]。Song等[31]研究發(fā)現(xiàn),PAX8-AS1在急性髓系白血病中表達上調(diào),在難治性或復發(fā)性急性髓系白血病和經(jīng)阿霉素誘導耐藥的癌細胞中表達上調(diào)更為明顯。過表達PAX8-AS1導致抗凋亡蛋白bcl-2蛋白水平增加,凋亡蛋白bax、caspase-3表達水平下降,這表明PAX8-AS1表達增強可以抑制急性髓系白血病細胞的凋亡。研究還發(fā)現(xiàn)PAX8-AS1具有與miR-378G互補的結合位點,ERBB2是miR-378G直接靶向的mRNA,上調(diào)PAX8-AS1的表達可以通過miR-378G/ERBB2軸促進急性髓系白血病細胞增殖,抑制細胞凋亡,同時增加細胞的化療耐藥性[31]。

2.5 PAX8-AS1與皮膚黑色素瘤皮膚黑色素瘤起自皮膚表皮基底層產(chǎn)生黑素的細胞的惡性轉(zhuǎn)化,該疾病的高病死率是由于大多數(shù)患者臨床確診時已經(jīng)處于疾病的中晚期,因此鑒定生物標志物對皮膚黑色素瘤的早期診斷和治療尤為重要[32-33]。Jiang等[11]研究發(fā)現(xiàn),PAX8-AS1在皮膚黑色素瘤中表達下調(diào),其低表達提示患者預后不良,與患者的低生存率和腫瘤進展轉(zhuǎn)移相關。通過Starbase和GSCALite數(shù)據(jù)庫分析得出PAX8-AS1是miR-92a-3p的上游lncRNA,miR-92a-3p可以直接靶向IFIT2基因的表達,miR-92a-3p與IFIT2之間呈負調(diào)控關系。這表明PAX8-AS1在皮膚黑色素瘤中發(fā)揮抑癌作用,可以通過PAX8-AS1/miR-92a-3p/IFIT2軸抑制黑色素瘤的發(fā)生發(fā)展。

2.6 PAX8-AS1與腎上腺皮質(zhì)癌腎上腺皮質(zhì)癌是一種罕見的侵襲性腎上腺皮質(zhì)內(nèi)分泌腫瘤,據(jù)統(tǒng)計發(fā)生遠處轉(zhuǎn)移患者的5 a總體生存率不超過20%,手術是腎上腺皮質(zhì)癌唯一的根治方式,但術后仍有較高的復發(fā)風險[34]。Subramanian等[12]分析腎上腺皮質(zhì)癌樣本和正常腎上腺組織的基因表達綜合數(shù)據(jù)庫,篩選出PAX8-AS1是與miR-335-5p相互作用的lncRNA,hsa-miR335-5p是與BIRC5基因相互作用的miRNA。hsa-miR335-5p在腎上腺中表達下調(diào),已被證實與多種癌癥的轉(zhuǎn)移和侵襲有關[35]。BIRC5又被稱為生存素,與多種癌癥的細胞凋亡和免疫途徑相關,研究發(fā)現(xiàn)BIRC5在腎上腺癌中表達上調(diào),并與患者的總體生存率相關[36]。因此,確定BIRC5/miR335-5p/PAX8-AS1軸與疾病的總體生存期縮短相關,這為腎上腺皮質(zhì)癌患者的預后提供了新的治療靶點。

3 PAX8-AS1的SNP在癌癥中的作用

SNP是指基因組DNA序列中由于單個核苷酸的突變而引起的多態(tài)性,是人類可遺傳變異中常見的類型,占所有已知多態(tài)性的90%以上,在人類基因組中廣泛存在[37]。全基因組關聯(lián)研究已經(jīng)確定了與人類癌癥相關的多個SNPs,可以通過影響附近基因的表達水平而參與癌癥的發(fā)展[38]。表達數(shù)量性狀基因座(expression quantitative trait loci,eQTL)分析將這些有效的SNPs與基因表達等分子表型進行整合,用于識別影響基因調(diào)控的遺傳變異[39-40]。

3.1 PAX8-AS1與宮頸癌宮頸癌的主要高危因素是感染人類乳頭狀瘤病毒,遺傳易感因素可以增加感染風險,促進宮頸癌的發(fā)展[41]。全基因組關聯(lián)研究確定了位于6q21、4q12和17q12的宮頸癌eQTLs,但有效的SNPs只解釋了一部分遺傳性[42]。因此有必要進一步探索宮頸癌的缺失遺傳性,以確定這種疾病的高危個體。PAX8是一種腎系轉(zhuǎn)錄因子,在多種腫瘤中異常表達,PAX8-AS1是PAX8的潛在調(diào)控因子,PAX8-AS1中的2個SNP rs4848320和rs1110839可能代表PAX8的eQTL[5]。Han等[5]收集宮頸癌病例及正常對照者的信息進行分析,發(fā)現(xiàn)與無變異基因的單倍型相比,PAX8-AS1上的rs4848320變異等位基因T和rs1110839變異等位基因G所致的宮頸癌發(fā)病風險顯著降低,這為PAX8-AS1成為宮頸癌新的易感標志物提供了證據(jù)。

3.2 PAX8-AS1與肝細胞癌肝癌是全球第五大常見的惡性腫瘤,也是第四大惡性腫瘤的相關致死原因,其中肝細胞癌占全部原發(fā)性肝癌的80%以上[43]。越來越多的研究關注識別分子生物標志物,因為分子生物標志物可用來指導癌癥患者的個體化治療并改善預后。Ma等[13]在調(diào)整了性別、年齡、飲酒、吸煙、肝癌的巴塞羅那分期、化療或肝動脈栓塞術等因素后,采用Cox回歸分析風險模型對未接受手術治療的乙肝病毒陽性肝細胞癌患者進行生存分析,結果顯示PAX8-SA1上的rs1110839GT/GG基因型和rs4848320CT/TT基因型影響了肝細胞癌患者的預后;且在巴塞羅那-C分期和接受化療和肝動脈栓塞術的患者中,rs1110839和rs4848320的聯(lián)合作用更加顯著。這些結果提示PAX8-AS1的rs1110839和rs4848320基因位點極有可能是肝細胞癌生存的易感標志物。

3.3 PAX8-AS1與急性淋巴細胞白血病急性淋巴細胞白血病在兒童惡性腫瘤中十分常見,超過50%的患者會出現(xiàn)肝脾腫大,同時伴有反復感染、疲勞、淋巴結腫大和皮疹[44]。通過分析兒童急性淋巴細胞白血病患者和對照健康兒童病例,發(fā)現(xiàn)PAX8-AS1中的SNPrs4848320和rs6726151基因變異增加了兒童急性淋巴細胞白血病的發(fā)病風險。評估PAX8-AS1基因多態(tài)性與患者臨床信息的相關性,發(fā)現(xiàn)rs4848320與性別顯著相關,CT基因型可以降低女性患急性淋巴細胞白血病的風險,rs6726151基因突變被證實與器官腫大和淋巴結病相關[10]。這表明PAX8-AS1可以作為預測急性淋巴細胞白血病發(fā)病的危險因素。

4 總結與展望

隨著人類基因組學研究的不斷深入,lncRNA PAX8-AS1在人類惡性腫瘤中的作用機制受到了廣大學者的關注。PAX8-AS1在多數(shù)惡性腫瘤中異常表達,通過不同的作用機制調(diào)控疾病的進展。在甲狀腺癌、乳腺癌、皮膚黑色素瘤、急性髓系白血病、腎上腺皮質(zhì)癌和子宮內(nèi)膜癌中,PAX8-AS1通過作為ceRNA競爭性結合miRNA調(diào)節(jié)mRNA的基因表達,進而調(diào)控癌細胞的增殖、凋亡、侵襲和耐藥性。在宮頸癌、肝細胞癌和急性淋巴細胞白血病中,PAX8-AS1的SNPs位點能夠識別癌癥基因調(diào)節(jié)的遺傳變異,調(diào)控癌癥的發(fā)生發(fā)展(表1)。尋找更具敏感性和特異性的生物標志物是提高惡性腫瘤生存率的重要目標,PAX8-AS1在癌癥的預測、診斷、治療及預后方面展現(xiàn)出良好的應用前景。但目前,關于PAX8-AS1作為ceRNA調(diào)控基因表達的進一步深入機制和其SNP位點的生物學功能尚不明確,這是未來需要繼續(xù)探索的問題。

表1 LncRNA PAX8-AS1在惡性腫瘤中的作用機制