lncRNA調控miRNA的表達促腫瘤效應的研究進展

毛羽馳，張旭林，楊齡堅，李 懿

作者單位：650032昆明，昆明醫科大學解放軍920醫院臨床學院（毛羽馳，張旭林）；解放軍920醫院腫瘤科（李 懿）；昆明醫科大學第一附屬醫院（楊齡堅）

癌癥是21世紀以來威脅人類的主要健康殺手，近年的統計數據表明，癌癥新發病例和死亡病例不斷增加，其中癌癥死亡人數前3位依次為肺癌(160 000人)、肝癌(745 000人)和胃癌(723 000人)[1]。長鏈非編碼RNA(lncRNA)是一類轉錄長度超過200個核苷酸殘基的非編碼RNA，其本身不含有獨特的開放閱讀框，以RNA的形式在不同水平調節基因的表達程度。微小RNA(miRNA)是另一類特殊類型的非編碼RNA，其作用主要在RNA的沉默中引導分子。針對大多數蛋白編碼轉錄物，miRNA參與動物幾乎所有的發育和病理過程，其失調與許多人類疾病，尤其是癌癥有關[2]。進一步研究發現，lncRNA可通過競爭性結合miRNA，抑制miRNA表達及其對下游靶基因的負向調控作用[3]。干擾lncRNA的表達或誘導miRNA的過表達，能抑制腫瘤增殖、侵襲、遷移和促進腫瘤細胞凋亡，為腫瘤治療提供新思路和方向。

1 lncRNA

1.1 lncRNA概述 人類基因組計劃(HGP)的研究結果表明，正常人類的基因組中，RNA中只有2%序列可編碼蛋白質，大部分被轉錄為非編碼RNA(ncRNC)，其中具有調控作用的包括微小RNA(micro RNA)和lncRNA。lncRNA作為近年來研究的一種腫瘤細胞標志物，參與腫瘤的增殖、侵襲和遷移進展。根據基因位點解剖學特性，可將lncRNA分為正義 lncRNA、反義lncRNA、雙向lncRNA、基因內lncRNA和基因間lncRNA。其中的正、反及雙向和基因內、基因間所代表的是兩種轉錄方式。第一類正、反及雙向分別代表lncRNA的轉錄方向與其相鄰的蛋白質編碼基因轉錄方向相同、相反或兩者皆可；第二類即基因內與基因間，分別代表lncRNA是從基因內含子區轉錄得到，還是從兩基因間間隔區轉錄得到[4]。

1.2 lncRNA生物學功能 lncRNA以RNA形式通過調控蛋白質的活性，作為亞細胞結構的組織框架，可通過多種模式起作用，并且是細胞中的關鍵調控分子。lncRNA可以具有多種分子功能，包括調控轉錄方式、調控蛋白質活性、發揮結構或組織作用、改變 RNA加工過程以及作為miRNA的前體等多層面的表達調控，參與染色體沉默和修飾、轉錄激活和干擾、激活原癌基因、促腫瘤增殖和轉移等多種生物學功能。早期研究表明，lncRNA可能參與了靶基因的表觀遺傳調控，lncRNA的表觀遺傳調控通常導致靶基因的轉錄抑制。在這種調控模式下，lncRNA可作為連接不同蛋白質單元的結構鏈，因其存在能結合不同效應分子的結構域。這種結合同時增強了這些單元之間的接近性和隨后的相互作用，最終導致對靶基因的典型轉錄抑制作用[5]。

lncRNA與腫瘤發生發展關系密切，已經逐步發現，lncRNA可能發展為腫瘤診斷、治療和預后判斷的重要生物標志物和靶點。在診斷方面，lncRNA的表達具有特異性和敏感性，尤其當傳統影像學方法不易發現的時候，成為一項重要的腫瘤標志物；在治療方面，在癌癥發病機制中，對lncRNA的研究為新的腫瘤治療方向提供了新思路[6]；在預后判斷方面，lncRNA調節異常與多種惡性腫瘤相關，多在腫瘤組織和細胞中高表達，促進腫瘤增殖、遷徙和侵襲，并抑制癌細胞凋亡，誘導上皮-間質轉變。lncRNA表達量更高的患者，其術后總生存期往往更低，與患者的不良預后緊密相關。

2 miRNA

2.1 miRNA的生物學功能 miRNA是一類特殊的非編碼RNA，其長度約為19～25個核苷酸，可在真核生物中普遍觀察到。miRNA涉及生物調控的多個環節，包括對細胞周期、分化、發育、代謝以及機體衰老的調控作用。miRNA同時也作為潛在的腫瘤分子標志物，其表達的改變與腫瘤的進展過程相關，因此，其在腫瘤早期診斷、治療以及預后判斷中都有良好的應用前景[7]。目前人類基因組中已記錄的miRNA約有2000多個，它們不具有開放閱讀框(ORF)，不編碼蛋白質，但能夠與mRNA的3'-UTR(untranslated region)區的堿基互補配對，使其翻譯受到抑制，在轉錄和轉錄后水平對生物體內基因時序性表達進行調控，發揮其生物學效應[8]。

2.2 miRNA參與腫瘤進展 隨著對miRNA參與腫瘤進展的研究發現，miRNA在細胞內外環境中具有高度穩定性和組織、細胞來源特異性[9]。多項研究表明，miRNA在多種不同類型的腫瘤組織和細胞中的表達存在差異，同一腫瘤的不同演進階段其miRNA的表達程度也不相同。不同miRNA針對不同腫瘤表現出的功能效應也各有不同，既可增強癌基因或減少腫瘤抑制因子的表達以促進腫瘤的發生、發展，也可下調腫瘤相關基因，延緩腫瘤增殖轉移的進展。有研究顯示，在miRNA-221、miRNA-222、miRNA-181、miRNA-187及miRNA-146b的表達水平升高時，其在甲狀腺癌變的組織中的表達量明顯高于癌旁的正常組織，且在轉移癌組織中的表達量更高[10]。Shin等[11]發現，miR-21的過表達能抑制核轉錄因子-kappa B激活，介導幽門螺旋桿菌引起的炎癥發生，同時miR-21的過表達可促使被感染的正常黏膜進展為慢性胃炎。其機制可能是由于核轉錄因子-kappa B和白細胞介素-6表達增多，激活了信號轉導及轉錄激活因子-3的信號傳導，進一步導致miR-21表達上升，促使正常黏膜向惡性方向轉變。此外，腫瘤細胞的迅速增殖需要消耗大量的氧氣和養分，急需血液供應。為能在缺氧的微環境中生存，其較正常組織細胞相比，需要改變內在基因的表達，以誘導血管生成，從而為腫瘤組織提供足夠的氧氣和養分。而此時缺氧誘導因(HIFs)就是腫瘤組織適應缺氧條件下最重要的轉錄因子，其可通過協調各信號之間的級聯反應來促進新血管形成，從而提高腫瘤細胞的存活率[12]。miR-210可能是通過HIFs轉錄而上調最突出的microRNA，缺氧時miR-210的表達升高促進腫瘤的轉移。miR-210的表達水平在胰腺癌患者中顯著升高，可能作為胰腺癌診斷的潛在生物標志物[13]。

大量研究表明，miRNA可通過下調腫瘤相關基因的表達來抑制腫瘤細胞的增殖和侵襲等生物學過程。在非小細胞肺癌中，發現miR-31的表達增加抑制了腫瘤細胞A549和腫瘤干細胞的生長，同時腫瘤細胞凋亡和壞死的比例顯著增加，miR-31長效模擬物可有效抑制腫瘤擴增并殺傷腫瘤，表明miR-31具有抵抗腫瘤干細胞生長的潛力[14]。此外，在腦膠質瘤中，miR-204-5p能夠抑制惡性腫瘤的增殖，其表達量與腫瘤的分期、淋巴結轉移和預后密切相關。miR-204-5p在腫瘤組織中的表達低于正常腦組織，其表達量與腫瘤組織的惡性程度呈反比。同時miR-204-5p能夠參與RAB22A靶基因的負性調控機制，進而抑制膠質瘤組織的進展[15]。 Xue等[16]研究發現，miR-34a作為p53負性調控的腫瘤抑制劑，能降低腫瘤細胞的增殖速率，減緩肺腫瘤生長。

3 lncRNA干預miRNA調控腫瘤發展

越來越多的證據表明，lncRNA可作為實體瘤中的生物標志物，發揮靶向治療作用。競爭性內源RNA(ceRNA)是一種RNA間表達調控的新模式，通過ceRNA機制，miRNA可以與lncRNA競爭性結合，后者反過來抑制miRNA的表達及其對下游靶基因的負向調控[17]。Ren等[18]發現，CNQ1OT1可扮演ceRNA作用，干擾lncRNA中KCNQ1OT1的表達，能抑制肺癌細胞的增殖和侵襲，還抑制肺癌細胞的凋亡，并可用作潛在的癌基因來抑制LAD細胞惡性腫瘤和化學抗性。Gao等[19]證實，長鏈非編碼RNA-ROR(large intergenic ncRNA-regulator of reprogramming,lncRNA-ROR)作為一種典型的lncRNA，在胰腺癌中表達量顯著高于正常胰腺細胞，并促進腫瘤進展，降低患者術后生存率。沉默ROR表達，降低了與miR-415的競爭性結合，增加了miR-415的表達，其負性調控的nanog蛋白表達下調，降低胰腺癌細胞致瘤性和腫瘤增殖轉移能力。lncRNA H19也被證明可作為結直腸癌的致癌基因，與miR-138和miR-200a競爭性結合，拮抗它們的功能并抑制靶向基因Vimentin、ZEB1和ZEB2的表達，促進上皮-間質轉化，誘導結直腸癌進一步惡化[20]。

4 小結

隨著基因檢測技術的迅猛發展，現有的研究表明，人類基因中負責編碼的ncRNA僅為一小部分。通過對非編碼基因研究的不斷深入，各類腫瘤組織細胞中均發現有不同類型且表達量上升的lncRNA，且lncRNA在腫瘤中上調，均有組織細胞特異性，可能是因為 lncRNA與相對應的miRNA間存在競爭性關系，通過ceRNA機制，競爭性結合miRNA，導致miRNA表達量下降，從而使其下游調控的相關蛋白表達上升，進一步促進腫瘤進展。因此，lncRNA可能適合作為未來新型治療方法的潛在生物標志物和靶點。