LncRNA與miRNA的交互作用及調控機制對腫瘤發生與發展過程的影響

芮　強(綜述)，何震宇(審校)

(1.南京醫科大學第二臨床學院，南京 210000； 2.南京醫科大學第二附屬醫院普外科，南京210000)

?

LncRNA與miRNA的交互作用及調控機制對腫瘤發生與發展過程的影響

芮強1△(綜述)，何震宇2※(審校)

(1.南京醫科大學第二臨床學院，南京 210000； 2.南京醫科大學第二附屬醫院普外科，南京210000)

摘要：長鏈非編碼RNA(LncRNA)被作為人類基因組中重要的調控分子之一，通過多種方式發揮其生物學調控功能。研究表明，LncRNA也可作為一種競爭性的內源性RNA與非編碼微RNA (miRNA)交互作用，共同參與靶向基因的調控，對腫瘤發生與發展過程產生重要影響。同時，miRNA通過大量蛋白質編碼基因靶向調控LncRNA的表達，miRNA和LncRNA在調節細胞過程均有重要作用。該文在分別介紹miRNA與LncRNA功能的基礎上，總結miRNA與LncRNA交互作用及調控機制對腫瘤發生與發展過程的影響。

關鍵詞：短鏈非編碼微RNA；長鏈非編碼RNA；交互作用；調控機制

如果說短鏈非編碼微RNA(micro noncoding RNA，miRNA)是現在的研究熱點，那么長鏈非編碼RNA(long noncoding RNA，LncRNA)可能是未來生物醫學研究領域的焦點。盡管對LncRNA研究有一些進展，但目前對LncRNA研究的方法還不是很成熟，所以LncRNA的功能研究方面有許多操作空間[1-2]。在臨床應用方面，LncRNA能否成為一個良好的生物標志物還需要大量的研究去發現與驗證[3]。為了探討miRNA與LncRNA的交互作用及調控機制對腫瘤發生與發展過程的影響，通過查閱相關文獻，現將其綜述如下。

1LncRNA

一般認為LncRNA是不編碼蛋白質，長于200個核苷酸的轉錄產物，位于細胞核內或胞質內[4]。通常分為5類[5]：即正義(sense)、反義(antisense)、雙向(bidirectional)、基因內(intronic)及基因間(intergenic)LncRNA。LncRNA的主要功能是調節基因轉錄。

1.1在基因特異性轉錄中的作用真核生物RNA轉錄是受到嚴密調節的過程，ncRNA 可靶向此過程的不同環節[6]，如轉錄激活因子、阻遏蛋白，包括RNA聚合酶Ⅱ，甚至DNA雙鏈在內的轉錄反應成分來調節基因轉錄和表達。這些ncRNA可能形成一個包括轉錄因子的調控網絡，在復雜的真核生物中精細調控基因表達。ncRNA通過幾種不同機制調節轉錄因子的功能，包括自身作為共調節因子、修飾轉錄因子活性、調節共調節因子的結合和活性[7]。例如，ncRNA Evf是同源框轉錄因子Dlx2的輔激活因子，在前腦發育和神經發生中起重要作用。

以酵母基因SER3 為例[8]，在它的上游存在LncRNA 基因SRG1，SRG1 的3′端序列與靶基因啟動子重疊，當SRG1被活躍轉錄并過表達時就會抑制靶基因SER3 的轉錄。因為在轉錄延伸過程經過啟動子序列時，轉錄延伸因子會由于轉錄LncRNA占據啟動子與轉錄起始因子結合的空間，造成啟動子下游靶基因序列轉錄的抑制。

局域性ncRNA也可募集轉錄因子調節鄰近蛋白編碼基因的表達[9]。RNA結合蛋白TLS，在損傷信號反應中，抑制基因靶標周期蛋白D1結合并抑制環磷腺苷效應元件結合蛋白 (cAMP-response element binding protein，CREB)結合蛋白和p300組蛋白乙酰化轉移酶活性。在此過程中，由連接于5′調節區的低表達的LncRNA直接將TLS募集至周期蛋白 D1啟動子。

1.2調節基本轉錄機制ncRNA也靶向所有RNA聚合酶Ⅱ基因轉錄必需的通用轉錄因子，包括組裝在啟動子或參與轉錄延伸的起始復合物的成分[10]。一個從二氫葉酸還原酶基因次級啟動子上游轉錄的ncRNA，可與二氫葉酸還原酶的主要啟動子形成穩定的RNA-DNA三鏈復合物防止轉錄輔因子轉錄因子ⅡD的結合。鑒于存在于真核生物染色體的成千的此類三鏈復合物，這種調節基因表達的新機制可能實際上代表了一種控制啟動子使用的普遍方法。

1.3LncRNA在轉錄后調節中的作用互補LncRNA與mRNA 形成RNA雙鏈體可掩蓋mRNA內部與反式作用因子結合必須的主要元件，可能影響轉錄后基因表達的任何步驟，包括pre-mRNA的加工、剪接、轉運、翻譯、降解[11]。

1.4LncRNA在剪接中的作用mRNA剪接可誘導其翻譯和編碼蛋白質的功能多樣性。最早發現的受LncRNA 直接調控可變剪切的靶mRNA是Zeb2。Zeb2 mRNA具有長的5′UTR[12]， 進行有效翻譯需要保留含內核糖體進入位點的5′UTR內含子。然而內含子的保留依賴于與內含子5′剪接位點互補的反義轉錄本的表達。因此，在間質發育中，反義轉錄本的異位表達可抑制剪接并誘導翻譯。在一些腫瘤中發現的LncRNA MALAT1參與募集pre-mRNA剪接因子至細胞核內的基因轉錄位點，調節pre-mRNA剪接。

1.5LncRNA在翻譯中的作用在翻譯過程中，ncRNA也可施加額外的調節壓力，尤其在神經元，在對突觸激活起反應時樹突或軸突的mRNA翻譯引起突觸可塑性和神經元網絡的重塑[13]。RNA聚合酶Ⅲ轉錄BC1和BC200 ncRNAs，分別在小鼠和人的中樞神經系統表達。BC1在突觸激活反應和突觸發生中誘導表達，并特異地靶向神經元樹突[14]。BC1在樹突中與翻譯抑制有關，調控紋狀體中多巴胺D2受體介導的傳遞效能。

1.6LncRNA在干擾小RNA(small interfering RNA，siRNA)指導的基因調節中的作用LncRNA形成延長的分子內發卡可被加工為siRNA[15]。在種系發生中，從這些轉錄本中產生的內部siRNA(endo-siRNA)似乎在抑制移動性轉座子元件在基因組傳播中特別有用。

1.7LncRNA在表觀遺傳調節中的作用在果蠅，LncRNA通過募集、指導Ash1蛋白的染色質修飾功能至Hox調節元件誘導同源異型基因Ubx的表達[16]；在哺乳動物中也發現了相似的模式，從Hox基因的胚胎表達譜貫穿人類發育存在有力的表觀遺傳機制，人類的Hox基因與貫穿人類發育空間和時間軸連續表達的上百種ncRNA相關聯，定義差別組蛋白甲基化和RNA聚合酶易接近性的染色質結構域。

2miRNA

miRNA是一類單鏈的非編碼RNA分子，在轉錄后水平調控基因的表達[17]。miRNA參與許多重要的生物學過程，如發育、分化、增殖等，同時，越來越多的研究報道miRNA與多種人類復雜疾病密切相關，如癌癥、糖尿病、心血管疾病等。Jia和Rock[18]在文獻中提到：某些疾病的發生并不是整個生物學通路異常所導致的，而更可能是通路的某個局部區域(子通路)發生了功能失調。研究小組首次在系統水平識別出了480個人類miRNA所調控的子通路，篩選出了miRNA協同調控的功能相關的子通路簇，并深入研究了癌癥等123種疾病相關的miRNA對子通路的調控特點。結果提示從協同的角度研究人類miRNA對子通路調控的影響不僅是系統解釋miRNA調控機制的一個重要突破點，而且對于研究miRNA在疾病發生、發展過程中發揮作用的機制具有重要意義。該研究是研究人員首次從全局性的角度建立miRNA對子通路的調控關系，并對miRNA(尤其是疾病miRNA)的調控特點進行了深入分析。該成果不但有助于解析miRNA的調控機制，而且對于準確定位疾病基因具有重要的參考和幫助。

3IncRNA與miRNA的交互作用及對腫瘤發生與發展的影響

3.1miRNA調控LncRNA的表達除了蛋白質編碼基因，人類基因組制造了大量的非編碼RNA，包括miRNA和LncRNAs[19]。 miRNA和LncRNAs在調節細胞過程中均有至關重要作用，如細胞的生長和凋亡，以及癌癥的進展和轉移。雖然眾所周知miRNA可以靶向大量的蛋白質編碼基因，很少有人知道的miRNA是否也可以靶向LncRNAs[20]。

在Zhang等[21]的研究中，密西西比醫學中心的華人研究人員著手確定miR-21是否能調節LncRNA表達。通過使用含有83個人類疾病相關的LncRNAs的LncRNA反轉錄-聚合酶鏈反應Array方法，表明miR-21能抑制LncRNA生長特異性轉錄本5(growth arrest-specific transcript 5，GAS5)。miR-21和GAS5的負相關關系也見于乳腺腫瘤標本。有趣的是，GAS5也能抑制miR-21的表達。然而過表達GAS5抑制miR-21表達，GAS5-siRNA增加miR-21的表達。更重要的是，有一個假定的miR-21的結合位點位于GAS5外顯子4； miR-21結合位點缺失能抑制其活性。在體外細胞培養和異種移植小鼠模型的實驗表明[22]，GAS5具有抑制腫瘤功能。他們的研究還表明，生物素標記GAS5-RNA探針是能捕獲RNA誘導的沉默復合物(RISC)的關鍵蛋白(AGO2)，他們隨后確定miR-21包含在GAS5-RISC復合物中，這意味著miR-21和GAS5可能以相互調節方式，類似于靶向mRNA microRNA介導基因沉默。總之，這些結果表明，miR-21不僅靶向抑制腫瘤蛋白編碼基因，而且靶向長鏈非編碼基因的LncRNA GAS5。

3.2LncRNA調控miRNA的表達lncRNA也能通過調控miRNA的表達影響腫瘤的發生和發展，相關文獻[23-24]研究發現：lncRNA調控miRNA的作用機制主要有3個：①LncRNA能與miRNA競爭性結合靶基因mRNA的3′-UTR，從而對miRNA的負向調控機制進行抑制。Pang等[25]的的文獻研究還發現，由β分泌酶編碼基因座位能轉錄出LncRNA(由BACE1反義RNA)，這條反義的RNA可以與BACE1基因的mRNA互補，競爭性抑制miRNA對BACE1基因的講解作用；②部分LncRNA能通過細胞內的剪切作用形成miRNA的前體，從而加工生產特異性的miRNA，調控靶基因的表達而發揮功能；③部分LncRNA能發揮內源性miRNA海綿的功能，進而達到抑制miRNA表達，間接影響腫瘤細胞的惡性生物學行為[26]。

LncRNA錯誤表達可使蛋白質編碼基因失調節，進而引致疾病。在多種疾病中LncRNA表達異常，多種腫瘤細胞中LncRNA表達譜與正常細胞相比有變化[27]。最近，一些檢測與疾病狀態相關的單核苷酸多態性的相關研究也涉及LncRNA。例如在鑒定心肌梗死的易患性位點的單核苷酸多態性時發現了一個LncRNA-MIAT[28]。

在整個基因組轉錄產物中，LncRNA所占的比例遠遠超過編碼RNA所占的比例。通過與DNA、RNA、蛋白質的相互作用，在生命活動調控網絡中扮演著十分重要的角色。除了在基因表達調控方面發揮十分重要的作用，LncRNA與物種進化、胚胎發育、物質代謝以及腫瘤發生等均有著緊密的聯系[29]。目前關于LncRNA與包括腫瘤在內的疾病相關聯的證據可為疾病診斷和治療提供依據和靶點。

4小結

miRNA和LncRNAs在調節細胞過程中均有重要作用，其中miR-21不僅靶向抑制腫瘤蛋白編碼基因，而且靶向LncRNA GAS5，而LncRNA也能通過調控miRNA的表達影響腫瘤的發生和發展，發生錯誤表達時可使蛋白質編碼基因失調節，使多種腫瘤細胞中LncRNA表達譜與正常細胞相比有變化，進而引致腫瘤等疾病。因此，對LncRNA功能的深入研究將使目前對細胞的結構網絡和調控網絡的認識帶來革命性的變化，具有不可估量的科學和臨床價值。

參考文獻

[1]Yin Z,Guan D,Fan Q,etal.LncRNA expression signatures in response to enterovirus 71 infection[J].Biochem Biophys Res Commun，2013,430(2):629-633.

[2]Han L,Zhang K,Shi Z，etal.LncRNA profile of glioblastoma reveals the potential role of LncRNAs in contributing to glioblastoma pathogenesis[J].Int J Oncol,2012,40(6):2004-2012.

[3]Huang JF,Guo YJ,Zhao CX,etal.Hepatitis B virus X protein (HBx)-related long noncoding RNA (LncRNA) down-regulated expression by HBx (Dreh) inhibits hepatocellular carcinoma metastasis by targeting the intermediate filament protein vimentin[J].Hepatology,2013,57(5):1882-1892.

[4]Gong C,Popp MW,Maquat LE.Biochemical analysis of long non-coding RNA-containing ribonucleoprotein complexes[J].Methods,2012,58(2):88-93.

[5]Steck E,Boeuf S,Gabler J,etal.Regulation of H19 and its encoded microRNA-675 in osteoarthritis and under anabolic and catabolic in vitro conditions[J].J Mol Med,2012,90(10):1185-

1195.

[6]Zhu L,Xu PC.Downregulated LncRNA-ANCR promotes osteoblast differentiation by targeting EZH2 and regulating Runx2 expres-sion[J].Biochemical and Biophysical Res Commun,2013,432(4):612-617.

[7]Santoro F,Mayer D,Klement RM,etal.Imprinted Igf2r silencing depends on continuous airn LncRNA expression and is not restricted to a developmental window[J].Development,2013,140(6):1184-1195.

[8]Yamaguchi A,Abe M.Regulation of reproductive development by non-coding RNA in Arabidopsis:To flower or not to flower[J].J Plant Res,2012,125(6):693-704.

[9]Uva P,Da Sacco L,Del Corno M,etal.Rat mir-155 generated from the LncRNA Bic is ′hidden′ in the alternate genomic assembly and reveals the existence of novel mammalian miRNAs and clusters[J].RNA,2013,19(3):365-379.

[10]Santoro F,Pauler FM.Silencing by the imprinted Airn macro LncRNA:transcription is the answer[J].Cell Cycle,2013,12(5):711-712.

[11]Bhartiya D,Kapoor S,Jalali S,etal.Conceptual approaches for LncRNA drug discovery and future strategies[J].Expert Opinion Drug Discov,2012,7(6):503-513.

[12]Broadbent KM,Park D,Wolf AR,etal.A global transcriptional analysis of Plasmodium falciparum malaria reveals a novel family of telomere-associated LncRNAs[J].Genome Biol,2011,12(6):R56.

[13]Sati S,Ghosh S,Jain V,etal.Genome-wide analysis reveals distinct patterns of epigenetic features in long non-coding RNA loci[J].Nucleic Acids Res,2012,40(20):10018-10031.

[14]Cabianca DS,Casa V,Gabellini D,etal.A novel molecular mechanism in human genetic disease:A DNA repeat-derived LncRNA point-of-view[J].RNA Biol,2012,9(10):1211-1217.

[15]Ding J,Lu Q,Ouyang Y,etal.A long noncoding RNA regulates photoperiod-sensitive male sterility,an essential component of hybrid rice[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2012,109(7):2654-2659.

[16]Wegman DW,Krylov SN.Direct miRNA-hybridization assays and their potential in diagnostics[J].TrAC,2013,50(44):121-130.

[17]Guo L,Lu Z.Global expression analysis of miRNA gene cluster and family based on isomiRs from deep sequencing data[J].Comput Biol Chem,2010,34(3):165-171.

[18]Jia F,Rock CD.MIR846 and MIR842 comprise a cistronic MIRNA pair that is regulated by abscisic acid by alternative splicing in roots of Arabidopsis[J].Plant Mol Biol,2013,81(4/5):447-460.

[19]Liang G,He H,Li Y.etal.A new strategy for construction of artificial miRNA vectors in Arabidopsis[J].Planta,2012,235(6):1421-1429.

[20]Xie F,Xiao P,Chen D,etal.miRDeepFinder:a miRNA analysis tool for deep sequencing of plant small RNAs[J].Plant Mol Biol,2012,80(1):75-84.

[21]Zhang SG,Han SY,LI WF，etal.miRNA regulation in fast- and slow-growing hybrid Larix trees[J].Trees,2012,26(5):1597-

1604.

[22]Duan Z,Choy E,Nielsen GP，etal.Differential expression of microRNA (miRNA) in chordoma reveals a role for miRNA-1 in Met expression[J].J Orthop Res,2010,28(6):746-752.

[23]Song X,Cheng L,Zhou T,etal.Predicting miRNA-mediated gene silencing mode based on miRNA-target duplex features[J].Comput Biol Med,2012,42(1):1-7.

[24]Li F,Orban R,Baker B,etal.SoMART:a web server for plant miRNA,tasiRNA and target gene analysis[J].Plant J,2012,70(5):891-901.

[25]Pang M,Xing C,Adams N,etal.Comparative expression of miRNA genes and miRNA-based AFLP marker analysis in cultivated tetraploid cottons[J].J Plant Physiol,2011,168(8):824-830.

[26]Brodersen P,Sakvarelidze-Achard L,Schaller H,etal.Isoprenoid biosynthesis is required for miRNA function and affects membrane association of ARGONAUTE 1 in Arabidopsis[J].Proc Natl Acad Sci U S A,2012,109(5):1778-1783.

[27]Zhang J,Liu B,He J,etal.Inferring functional miRNA-mRNA regulatory modules in epithelial-mesenchymal transition with a probabilistic topic model[J].Comput Biol Med,2012,42(4):428-437.

[28]Vittoria D,Scarpati G,Falcetta F,etal.A specific miRNA signature correlates with complete pathological response to neoadjuvant chemoradiotherapy in locally advanced rectal cancer[J].Int J Radiat Oncol Biol,2012,83(4):1113-1119.

[29]Bettazzi F,Hamid-Asl E,Esposito CL,etal.Electrochemical detection of miRNA-222 by use of a magnetic bead-based bioassay[J].Anal Bioanal Chem,2013,405(2/3):1025-1034.

Study on the Influence of Interaction between LncRNA and miRNA and Their Regulatory Mechanisms on the Formation and Progression of TumorRUIQiang1，HEZhen-yu2.(1.TheSecondClinicalCollegeofNanjingMedicalUniversity，Nanjing210000，China； 2.DepartmentofGeneralSurgery,TheSecondAffliatedHospitalofNanjingMedicalUniversity，Nanjing210000，China)

Abstract：As one of the important regulatory molecules in human genome long noncoding RNA (LncRNA) can develop its biological regulatory function in various aspects.Studies of recent years have shown that:LncRNA can interact with miRNA as a kind of competitive and endogenous RNA,and they can participate in the targeted gene regulation together,which has important influence on the formation and progression of tumor.Meanwhile,miRNA can also make targeted regulation of the expression of LncRNA with a large amount of protein encoding genes,both miRNA and LncRNAs play important roles in the regulation of cellular processes.Besides the functions of miRNA and LncRNA,here is to make a review of the influence of interaction between miRNA and LncRNA as well as their regulatory mechanisms on the formation and progression of tumor.

Key words：Short noncoding miRNA； Long noncoding RNA； Interactions； Regulatory mechanisms

收稿日期：2014-07-28修回日期：2014-10-22編輯：樓立理

基金項目：江蘇省科技廳自然科學基金面上項目(BK2012872)；江蘇省衛生廳面上科研項目 (H201207)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.09.022

中圖分類號:R73

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)09-1594-03