長鏈非編碼RNA與腫瘤關系的研究現狀

李慶，王玉明綜述，段勇審校

(昆明醫科大學第一附屬醫院檢驗科，云南昆明650032)

·述評·

長鏈非編碼RNA與腫瘤關系的研究現狀

李慶，王玉明綜述，段勇審校

(昆明醫科大學第一附屬醫院檢驗科，云南昆明650032)

長鏈非編碼RNA(LncRNAs)是目前非編碼RNA(ncRNA)研究的熱點。LncRNAs在基因組中普遍轉錄，由于其在轉錄調控、轉錄后調控和表觀遺傳調控中的不同功能，使其正在成為腫瘤發生研究的新目標。LncRNAs在很多腫瘤中是不受控制的，這體現在它同時具有致癌和抑癌的功能，這表明其異常表達在癌癥的發展中可能是實質存在的。本文將總結其在人類癌癥中的新興角色，并且討論他們在診斷和治療過程中作為潛在標志物的遠景。

長鏈非編碼RNA；腫瘤；致癌；抑癌

長鏈非編碼RNA(Long non-coding RNAs, LncRNAs)是真核細胞中一類轉錄本長度超過200nt的非編碼RNA，在哺乳動物基因組普遍被轉錄，如mRNA一樣由RNA聚合酶Ⅱ轉錄而成，因缺乏開放閱讀框，故不具備編碼蛋白質的功能，LncRNAs在結構特點和序列組成方面和編碼蛋白質RNA的3'UTRs相似，其表達具有時空特異性。以前認為LncRNAs是基因組轉錄的“噪音”，不具有任何生物學功能[1]。盡管如此，LncRNAs通過各種分子機制參與X染色體沉默、基因組印記以及染色質修飾、轉錄激活、轉錄干擾、核內運輸等多種重要的調控過程[2]。作為一種重要的基因轉錄表達調控元件，隨著對LncRNAs生物學功能研究的不斷深入，發現它與疾病的發生、發展、診斷和治療有密切的關系，迅速成為當今分子生物學最熱門的前沿研究領域之一。目前為止，已經發現多種LncRNAs在一種或多類腫瘤中存在異常表達，并依據其在腫瘤發生發展、侵襲轉移中的作用，大致可分為兩大類型，即促進腫瘤作用LncRNA和抑制腫瘤作用LncRNAs。本文就LncRNAs的功能和其在腫瘤發生發展中的作用進行綜述。

1 LncRNAs的基本功能

LncRNAs調控基因表達的方式存在多樣性，表現在LncRNAs依賴的基因表達調控機制的多樣性。在不同的機制中，LncRNAs的作用不同，既可以作為主要的轉錄調控因子，又可作為共調控因子之一，與其他組分共同發揮調控作用。

1.1 表觀遺傳學調控LncRNAs能通過表觀遺傳修飾改變染色質構象，如Xist、Air[3]和Kcnqlotl[4]等，它們通過順式作用沉默位于染色體內的多個基因。LncRNAs對轉錄調控的作用機制主要體現在：(1)LncRNAs調節DNA甲基化。DNA甲基化是哺乳動物最為關鍵的表觀遺傳調節形式，基因啟動子區CpG島未發生甲基化時基因有轉錄活性，而當其發生甲基化后基因的表達受到抑制[5]。DNA甲基化發生在生殖細胞的印記控制區(ICR)。目前對這一領域的研究基本上是針對兩個基因印記區:17號染色體近端的IGF2受體(Igf2r)區和7號染色體遠端的Kcnq1區,LncRNA在這些印記位點發揮重要作用[6]。LncRNA在印記區介導等位基因沉默。目前已知的是,高達半數的哺乳動物基因都能轉錄,而其中大部分轉錄產物是非編碼RNA[7](包括LncRNAs),已有個別LncRNAs被證明參與調控印記基因表達。(2)LncRNA調節組蛋自修飾。組蛋白修飾也是表觀遺傳調控的重要方式之一。研究發現,LncRNA也可通過組蛋白修飾影響腫瘤的發生,如防御素10和凝結蛋白11的反義RNA、Q亞家族壓力控制型鉀離子通道的膜1反義轉錄本1等均能以不同方式影響組蛋白修飾。Morris等[8]發現從抑癌基因p21反義鏈轉錄出的轉錄出的LncRNAs可使正義鏈啟動子區組蛋白H3K27發生甲基化，進而抑制p21的轉錄導致腫瘤的發生。

1.2 轉錄調控LncRNAs對轉錄調控的作用機制主要體現在：(1)LncRNA轉錄干擾沉默基因。如SER3上游的LncRNAs轉錄干擾RNA聚合酶Ⅱ與DNA的結合，因此抑制SER3的表達[9]。(2)LncRNAs引發染色體重塑調控基因表達。如Yu等[10]已經發現p15腫瘤抑制基因的LncRNAs轉錄引起p15基因位點形成異染色體，并且這種作用在LncRNAs轉錄關閉后仍然存在，表明LncRNAs的瞬時表達對基因的表達產生長效的可遺傳的影響。(3)LncRNAs結合基礎轉錄因子滅火啟動子。在人類二氫葉酸還原酶(DHFR)基因位點處的LncRNAs轉錄物通過形成RNA-DNA的三螺旋結構從順式和反式都抑制DHFR的表達，形成的復合體通過滅活最基本的轉錄因子從而抑制基因的表達。(4)LncRNA激活輔助蛋白滅活靶基因。如來源于HOXC位點的LncRNA HOTAIR通過與PcG蛋白PRC2相互作用，反式沉默HOXD位點的表達。1.3轉錄后調控LncRNA對轉錄調控的作用機制主要體現在：(1)LncRNA作為小RNA的前體發揮作用。通過將一條長的轉錄物加工成很多小RNA，每一個成熟的轉錄物都可以表現出不同的亞細胞定位和功能。如初生的MALAT1轉錄物經過加工得到兩個定位于不同亞細胞區的LncRNA，RNA酶切割產生了3’端的成熟MALAT1轉錄物和5’端的masc RNA。(2)LncRNA影響其他RNA的加工。有些LncRNA可以與小RNA配對，從而調節其活性。如LncRNA通過與miRNA相互作用，能競爭性地抑制miRNA與靶mRNA相互作用[11]。

2 與腫瘤相關的LncRNAs

近年來，在不同的腫瘤組織中陸續發現了一些表達異常的LncRNA，因其在致癌與腫瘤抑制途徑中顯露出的潛在作用而成為腫瘤研究的新熱點。許多研究表明，LncRNA在腫瘤的發生、發展過程中發揮著促癌或抑癌作用，它們參與了細胞凋亡調控、腫瘤浸潤與轉移等過程；另外，它們還通過表觀遺傳調控的方式影響腫瘤細胞的生長。表一中所列的是比較具有代表性的人類腫瘤相關LncRNAs。見表1。

表1 與腫瘤相關的LncRNAs

3 LncRNAs在人類腫瘤中的研究現狀

3.1 LncRNAs與肺癌肺癌是世界上對人類健康和生命構成嚴重威脅的重大疾病之一，也是全球癌癥死亡的首要原因。越來越多的研究表明，LncRNAs能夠廣泛參與基因組的功能調節，參與機體的調控機制。Shi等[12]通過qRT-PCR發現了LncRNA-GAS5，GAS5在NSCLC中表達下調，并且與腫瘤大小、TNM分期顯著相關，表明GAS5可能是一個腫瘤抑制基因。GAS5過表達能夠增加腫瘤細胞生長停滯和凋亡。siRNA干擾GAS5表達后，會促進腫瘤細胞生長，同時，通過Western blot檢測發現，GAS5表達能夠顯著上調p53的表達，而下調轉錄因子E2F1表達，所以研究表明，在NSCLC中，GAS5是一個腫瘤抑制基因，可能作為一個新的診斷標志和治療靶點。p53基因與細胞的凋亡有著密切的關系[13]。MEG3能通過影響p53，抑制NSCLC細胞增殖和誘導凋亡，因此，MEG3可能是腫瘤患者預后差的新標記物和NSCLC治療的潛在靶點。

3.2 LncRNAs與胃腸癌近年來，Yang F等[14]發現H19在胃癌中表達上調，并且它的過表達能誘導胃癌細胞增生。王亞芳等[15]研究發現LncRNAAK058003在缺氧誘導的胃癌細胞中上調。為了進一步明確AK058003在缺氧誘導胃癌侵襲轉移中發揮的重要功能，通過在胃癌細胞系中下調AK058003的表達，進行常氧與缺氧條件下的Transwell實驗，劃痕實驗，裸鼠尾靜脈注射實驗，在體外和體內觀察了AK058003在缺氧誘導胃癌侵襲轉移中的作用。我們的實驗結果表明LncRNA-AK058003在體外、體內均抑制了胃癌細胞的侵襲轉移。由此可見，AK058003是一個缺氧誘導胃癌侵襲轉移的關鍵分子。

3.3 LncRNAs與肝癌HULC是原發性肝癌和繼發性肝癌特異性表達的LncRNAs，不僅在肝癌組織和細胞中表達，在肝癌患者的外周血單核細胞中也檢測到了HULC的表達。這提示LncRNAs可作為診斷肝癌的特意向腫瘤標志物。潘延風等[16]研究發現UC001kfo在肝硬化中呈不表達或低表達，但在肝癌中卻呈現高表達，尤其是門靜脈癌栓組織中表達最高，這表明UC001kfo與肝癌的發病機制和侵襲轉移有關。

3.4 LncRNAs與中樞神經系統腫瘤H19是第一個被發現的非編碼RNA基因，具有癌基因和抑癌基因的雙重功能。H19作為癌基因或是抑癌基因的差異主要是由于LncRNAs的雙功能特性或可能依賴不同的背景而定。研究表明，在髓母細胞瘤內可檢測到H19雙等位基因表達[17]，在腦膜瘤中發現H19印跡丟失現象而在CD133＋和CD133-的膠質母細胞瘤細胞株中發現H19表達水平分別升高和降低。H19可調節轉錄因子GLI1活性，后者是星形膠質細胞瘤形成過程中的關鍵信號蛋白之一。在人星形膠質細胞瘤中GLI1表達水平升高了50倍[18]。

3.5 LncRNAs與乳腺癌乳腺癌是女性常見的惡性腫瘤之一[19]。研究表明，包括乳腺癌在內的許多腫瘤的發生發展與LncRNAs有關。例如，在原發性乳腺癌與轉移性乳腺癌中HOTAIR的表達均顯著上調，其高表達增強了癌細胞的侵襲能力且預后較差。HOTAIR通過募集PRC2連接至同源異型盆位點hoxD引起H3組蛋白的第27位賴氨酸甲基化，再通過促進一系列靶蛋白，如連接黏附分子2 (JAM2)、細胞黏附分子原鈣黏素(PCDH)等促進細胞遷移，侵襲和腫瘤轉移[20]。

3.6 LncRNAs與前列腺癌前列腺癌是男性生殖系常見的惡性腫瘤。前列腺癌基因3(prostate cancer gene 3，PCA3)是前列腺癌特異性基因，其表達有高度前列腺癌組織特異性。Marion等[18]人分析比較正常組織與前列腺癌組織基因表達譜，發現PCA3基因在前列腺癌組織中的表達明顯高于癌旁組織。前列腺癌基因表達標志物1(prostate cancer gene expression marker 1，PCGEM1)是前列腺組織特異性基因，與前列腺癌發生關系密切，也稱其為前列腺癌相關基因。在NIH3T3細胞中PCGEM1的表達導致細胞增值，提高前列腺癌細胞中PCGEM1的表達可以促進細胞明顯增值，Petrovics等[21]也證實了這點，從而揭示PCGEM1可能與前列腺癌的發生有關系。

3.7 LncRNAs與其他腫瘤除了上述常見腫瘤外，LncRNAs的研究還涉及其他一些腫瘤疾病。有實驗表明，CDl33+及CDl33-的膠質母細胞腦瘤中H19各自顯示明顯的高表達及低表達[22]。Tanaka等[23]在人類B細胞淋巴瘤中發現了一種新的內含子snoRNA基因，其主要作用就是調控細胞生長。Yu等[24]在一些腫瘤中發現LncRNAs可以作為基因沉默元件，然后與抑癌基因轉錄產物結合，最終使得表達沉默，從而誘發腫瘤；此外，LncRNAs還可以形成特殊的發卡結構，干擾靶基因mRNA的正常剪切，造成病變等。

4 LncRNAs對腫瘤診斷和治療的意義

LncRNAs與腫瘤的發生有密切的關系,所以在腫瘤細胞中表達異常的LncRNAs有希望作為腫瘤標志物用于腫瘤的診斷。特別是在某些腫瘤發生的早期,LncRNAs可通過介導轉錄水平的基因沉默途徑調控癌相關蛋白的表達。此時,LncRNAs的早期診斷價值更大,因為這時腫瘤組織較小,在影像學上難以分辨。對LncRNAs的作用機制深入研究可以更好地了解其在腫瘤發生、發展過程中的作用,能為臨床上腫瘤的靶向治療提供新的靶點和方向。例如，Schmidt LH等[25]研究發現MALAT1的表達與NSCLC的差預后并誘導細胞轉移和生長，以及與病人的生存期和腫瘤的進程有關。雖然該基因在其他腫瘤中也相繼被發現，但是在NSCLC患者中的過表達是最明顯的[26]。敲除MALAT1在非小細胞中的表達能夠抑制肺癌細胞轉移[27]，因此MALAT1可作為肺癌診斷的標志和治療的靶點[28]。Qiu等[29]研究發現LncRNA-CCAT2在肺腺癌組織中顯著過表達,而與肺鱗癌無關聯。在NSCLC細胞株中用siRNA干擾沉默CCAT2會抑制細胞增生和侵襲。提示CCAT2是一個肺腺癌特定的LncRNA，能夠促進NSCLC的轉移。

5 小結

LncRNAs的研究還僅僅處于初級階段,隨著對LncRNAs在哺乳動物進化及疾病發生發展中作用的關注,LncRNAs已成為分子生物學領域研究的熱點問題。然而，由于LncRNAs作用機制的多樣性和復雜性，目前對lncIRNAs是機制和功能的認識仍然處于探索中，近年來通過研究發現，LncRNAs不僅在生物體中以多種機制發揮其生物學功能，而且其功能失調與多種疾病的發生和發展有關，尤其是腫瘤。它在腫瘤的發生發展、浸潤轉移中都發揮著重要作用。但是LncRNAs在腫瘤研究中仍是一個相對未開發領域，其腫瘤細胞異常表達及其與腫瘤發生、發展的關系將有助于我們能更加全面真實地闡明膠質瘤發生機制，為尋找腫瘤治療的新靶點提供一個重要突破口相信隨著LncRNAs與腫瘤發生的關系的闡明，LncRNAs將可能作為一類腫瘤分子標記物或治療靶點，為腫瘤的診斷和治療提供新契機。

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R730.231，Q522

A

1674-1129(2014)04-0365-04

10.3969/j.issn.1674-1129.2014.04.001

2014-05-07；

2014-07-02)

李慶，女，出生于1989年11月，漢族，研究方向：臨床化學與分子生物學。

王玉明，男，1966年7月生，博士，教授，研究方向為臨床化學與分子生物學。