長鏈非編碼RNA H19在腫瘤中的研究進展Δ

胡雪停，徐祥

陸軍軍醫大學大坪醫院干細胞與再生醫學科，創傷、燒傷與復合傷國家重點實驗室，重慶 400042

長鏈非編碼 RNA（long noncoding RNA，lncRNA）是非編碼RNA中一類長度超過200個核苷酸序列的RNA分子。這種RNA雖然不編碼蛋白質，但能以RNA的形式通過多種方式調控基因的表達，參與各項生理過程的調控[1]。甚至有些lncRNA分子還可通過編碼短肽來發揮作用[2]。lncRNA是目前腫瘤學研究中的熱點。有研究發現lncRNA幾乎參與了腫瘤全部生理過程的調控[3]，迄今已發現許多對于腫瘤防治有指導意義的lncRNA分子[4]。H19是人類最早發現的lncRNA分子，位于人類染色體11p15.5，全長2.3 kb，包括5個外顯子及4個內含子，可通過剪切生成微小RNA（microRNA，m iRNA）-675[5]。H19基因是印記基因，具有父系印記特征，可選擇性地表達母源性等位基因。研究顯示，H19在多種腫瘤中呈高表達，且與腫瘤轉移及預后密切相關[6-7]。但是，H19在不同腫瘤中的作用不同，作用機制也有差異，其本身也受多重因素的調控。本文就H19在腫瘤發生發展中的作用、分子機制及其自身的表達調控情況作一綜述。

1 H19在腫瘤發生發展中的作用

1.1 H19與腫瘤細胞增殖

細胞無限增殖是腫瘤的基本特征之一，H19對于腫瘤細胞的增殖具有調控作用。Luo等[8]研究發現，H19通過上調DNA結合/分化抑制因子2（inhibitor of DNA binding/differentiation 2，ID2）的表達來促進膀胱癌細胞增殖。而Wu等[9]研究發現，H19在喉鱗狀細胞癌（laryngeal squamous cell carcinoma，LSCC）中呈高表達，敲除H19則可以抑制LSCC細胞的增殖、遷移及侵襲，該研究還發現H19通過調控miRNA-148a-3p來上調DNA甲基轉移酶1（DNA methyltransferase 1，DNMT1）的表達，從而促進LSCC的進展。此外，Zhou等[10]發現H19可通過產物miRNA-675-5p靶向RALBP1相關Eps結構域 2（RALBP1 associated Eps domain containing 2，REPS2）來促進食管鱗狀細胞癌的發展及轉移。Liu等[11]則發現miRNA-675可通過靶向runt相關轉錄 因 子 1（runt-related transcription factor 1，RUNX1），繼而活化下游蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，又稱AKT）/雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，MTOR）信號通路來促進胃癌細胞的增殖和遷移。H19的產物miRNA-675還可通過許多其他的靶點來促進腫瘤的發展，包括鈣營養蛋白1（calneuron 1，CALN1）[12]、視網膜母細胞瘤相關蛋白（retinoblastoma-associated protein，RB）[13]、泛素連接酶E3家族的c-Cbl和Cbl-b[14]、周期蛋白依賴性激酶 6（cyclin-dependent kinase 6，CDK6）[15]和細胞周期蛋白D結合myb樣轉錄因子1（cyclin D binding myb like transcription factor 1，DMTF1）[16]等。另外，H19還被發現可通過與真核生物翻譯起始因子 4A3（eukaryotic translation initiation factor 4A3，EIF4A3）蛋白結合來促進結直腸癌細胞的增殖[17]。這些研究表明H19對于腫瘤的增殖具有重要的正向調控作用，它可通過自身結構調控增殖相關基因的表達。

1.2 H19與腫瘤細胞轉移

轉移也是惡性腫瘤的重要特征，腫瘤發展至中晚期往往會發生轉移。原發部位的腫瘤通常可通過手術切除，而已經轉移的腫瘤處理起來十分棘手。腫瘤的轉移受多重因素的調控，研究發現，H19也參與其中，而且H19對于腫瘤轉移的調控具有“兩面性”[18]。有研究發現，H19可以通過生成miRNA-675，靶向鈣黏著蛋白13（cadherin 13）來促進膠質瘤細胞的轉移[19]；另外，H19在結直腸癌中可以通過吸附miRNA-138和miRNA-200a，進而上調波形蛋白（vimentin）、鋅指E-盒結合同源異形盒（zinc finger E-box binding homeobox，ZEB）1和ZEB2基因的表達來促進上皮-間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）的發生[20]。此外，H19還可通過與zeste基因增強子同源物2（enhancer of zeste homolog 2，EZH2）結合，激活 Wnt/β-連環蛋白（β-catenin）信號通路來抑制上皮型鈣黏著蛋白的表達，從而促進膀胱癌轉移[21]。但是另一方面，也有研究發現H19可以抑制腫瘤轉移。例如，Zhang等[22]發現在肝細胞癌中miRNA-200家族成員的表達也可以被H19活化，其機制是H19與蛋白復合體核異質核糖核蛋白U（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein U，hnRNPU）/賴氨酸乙酰轉移酶2B（lysine acetyltransferase 2B，KAT2B，也稱PCAF）/RNA聚合酶Ⅱ（RNA polymeraseⅡ ，RNAPolⅡ）結合，募集至miRNA-200家族基因的啟動子區域，促進miRNA-200家族成員的表達，進而抑制EMT及腫瘤轉移。Zhu等[23]研究發現H19可抑制前列腺癌轉移，轉化生長因子-β誘導基因（transforming grow th factor-β induced gene，TGFBI）是miRNA-675的下游靶基因，H19通過生成miRNA-675抑制TGFBI的表達來抑制前列腺癌的轉移。由此可見，H19在腫瘤轉移中扮演著“雙面”角色，其發揮的作用與其調控的下游基因有關。

1.3 H19與腫瘤耐藥

化療是腫瘤治療的重要手段，化療藥物可延長腫瘤患者的生存期。然而，每種化療藥物均會在使用一段時間后出現不同程度的耐藥。H19也參與了腫瘤對化療藥物的抵抗。Tsang和Kwok[24]研究發現，在對化療藥物多柔比星耐藥的肝癌細胞中，多藥耐藥基因1（multidrug resistance 1，MDR1）及其產物P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gp）高表達，與此同時也發現H19在耐藥細胞中高表達；而當敲低H19時，MDR1基因及其產物P-gp的表達水平降低，細胞對多柔比星的敏感性增加；經進一步研究發現，H19是通過調控MDR1基因啟動子區域的甲基化來調控MDR1的表達及肝癌細胞對多柔比星的敏感性。此外，Wu等[25]研究發現，H19在對化療藥物甲氨蝶呤耐藥的結直腸癌HT-29細胞中呈高表達，功能實驗證明H19介導了HT-29細胞對甲氨蝶呤的耐藥，其機制是H19可以活化Wnt/β-catenin信號通路。另外，H19被發現可以通過調控谷胱甘肽代謝來介導高級別漿液性卵巢癌對順鉑的耐藥[26]。Si等[27]研究發現，在雌激素受體α（estrogen receptor α，ERα）陽性的乳腺癌中，H19通過表觀遺傳調控沉默促凋亡基因BIK的表達，從而介導腫瘤對紫杉醇的耐藥。Han等[28]發現H19在三陰性乳腺癌中也具有相同的作用，其機制是H19通過影響AKT信號通路的活化進而介導腫瘤對紫杉醇的耐藥。以上諸多研究表明H19的高表達會促進腫瘤對化療藥物的抵抗作用，它既可以影響耐藥相關基因的表達，也可以影響相關信號通路的活化。

1.4 H19與腫瘤細胞干性維持

有學者認為，腫瘤起源于腫瘤干細胞，正是由于腫瘤干細胞的存在才能維持著腫瘤細胞的無限增殖與自我更新，甚至是對化療藥物的抵抗[29]。H19對于腫瘤細胞干性的維持也具有一定的作用。Jiang等[30]研究發現，H19在膠質瘤細胞中呈高表達，尤其在CD133+的具有干細胞特征的細胞亞群中表達水平更高；進一步的功能實驗證明，過表達H19可以促進膠質瘤細胞克隆形成，有利于腫瘤細胞干性的維持。Peng等[31]也發現，在乳腺癌腫瘤干細胞中H19的表達水平顯著升高，進一步的功能實驗表明H19促進了乳腺癌細胞干性的維持，其機制在于H19能夠吸附let-7，導致核心多能因子LIN28的表達水平升高。

1.5 H19與腫瘤代謝調控

腫瘤細胞常出現代謝異常，腫瘤也被認為是一種代謝異常疾病。與正常細胞相比，腫瘤細胞即使在有氧條件下依然以不徹底氧化的“糖酵解”方式為自身提供能量，細胞進入一種“需氧糖酵解”的狀態，稱為“溫伯格效應”。H19也被發現參與了腫瘤代謝的調控。Zheng等[32]在研究過程中發現人參皂苷20（S）-Rg3可以有效抑制卵巢癌細胞的“溫伯格效應”。經進一步研究，發現H19是人參皂苷20（S）-Rg3的下游靶基因，而H19可以通過吸附miRNA-324-5p上調丙酮酸激酶M 2（pyruvate kinase M 2，PKM 2）的表達來促進“溫伯格效應”，其研究結果表明H19可以正向促進卵巢癌的“溫伯格效應”。Luan等[33]則發現，在黑色素瘤中H19可以促進腫瘤細胞的糖代謝及生長，其機制在于H19可以吸附miRNA-106a進而調控E2F轉錄因子3（E2F transcription factor3，E2F3）的表達。

1.6 H19與腫瘤血管生成

腫瘤的代謝異常旺盛，而營養需要血管運輸供給。在腫瘤內部有許多血管生成，抑制血管生成可以抑制腫瘤生長。目前，許多已上市的腫瘤靶向藥物如貝伐珠單抗和阿帕替尼等均以此為靶點。有研究發現，H19參與了腫瘤內部血管生成的調 控[34-35]。Conigliaro 等[34]研究發現，H19可以被CD90+的肝細胞通過外泌體的方式釋放，釋放的H19可以促進人臍靜脈內皮細胞（human umbilical vein endothelial cell，HUVEC）上調血管內皮細胞生長因子（vascular endothelial grow th factor，VEGF）、血管內皮細胞生長因子受體（vascular endothelial grow th factor receptor，VEGFR）和細胞間黏附分子（intercellular adhesionmolecule，ICAM）等血管生成相關基因的表達。Jia等[35]則發現H19可促進膠質瘤內血管生成，其機制是H19可與miRNA-29a結合，進而上調miRNA-29a下游靶基因血管抑制蛋白2（vasohibin 2，VASH2）的表達水平，而 VASH2具有促進血管生成的作用。上述學者的研究表明H19具有促進腫瘤內新血管生成的作用。

1.7 H19與腫瘤自噬調控

“自噬”是細胞的基本生理活動之一。在腫瘤中“自噬”扮演著雙重作用，H19同樣參與了這一生命過程的調控。在結直腸癌中，Wang等[36]研究發現H19通過激活自噬信號通路誘導了腫瘤細胞對化療藥物5-氟尿嘧啶（5-fluorouracil，5-FU）的耐藥，而H19調控自噬是通過吸附miRNA-194-5p，解除其對沉默信息調節因子1（sirtuin 1，SIRT1）的抑制作用來實現的，其研究結果表明H19對腫瘤自噬具有激活作用，而活化的自噬有助于腫瘤在藥物作用下存活。

2 H19在腫瘤中的主要作用機制

H19在腫瘤生長、增殖、轉移和耐藥等過程中具有重要作用，幾乎參與調控了腫瘤發生發展的所有環節。結合上述內容，H19的作用機制主要有以下5個方面：①作為miRNA-675的前體RNA，通過剪切生成miRNA-675來發揮作用。前面已經提到，miRNA-675在腫瘤中的作用靶點包括REPS2、RB、RUNX1、CALN1、泛素連接酶 E3家族的 c-Cbl和Cbl-b、CDK6、DMTF1、cadherin 13和TGFBI，H19可以通過生成miRNA-675抑制這些蛋白的表達從而影響腫瘤的發生發展。②與m iRNA結合，發揮“分子海綿”作用，解除m iRNA對下游靶基因的抑制作用。與H19相結合的m iRNA包括miRNA-200家族成員、let-7家族成員、miRNA-148a-3p、miRNA-324-5p、miRNA-106a、miRNA-29a、miRNA-194-5p、miRNA-326[37]、miRNA-194[38]和 miRNA-93-5p[39]等。③與功能蛋白質（如EIF4A3和EZH2）結合，調控下游基因的表達。④通過表觀遺傳途徑，與下游基因啟動子結合，影響啟動子的轉錄活性。H19通過表觀遺傳途徑調控的下游靶基因有miRNA-200、MDR1和促凋亡基因BIK。⑤通過調控相關信號通路影響腫瘤的發生發展，主要包括Wnt/β-catenin信號通路、血管生成信號通路和自噬信號通路。

3 H19的表達調控

H19在腫瘤發生發展中具有重要的調控作用，其自身也受到許多分子的調控。抑癌基因p53的產物腫瘤蛋白p53（tumor protein p53，TP53）是第一個被發現的H19抑制因子[40]。隨著研究的深入，越來越多的H19調控因子被發現。Berteaux等[41]發現H19可促進乳腺癌細胞的增殖，而細胞周期相關轉錄因子E2F1可以結合到H19的啟動子區域并對其進行正向調控。Zhang等[42]研究發現癌基因c-myc可以誘導H19的表達上調。Chen等[43]研究發現礦物粉塵誘導基因（m ineral dust-induced gene，mdig）可通過調節H19啟動子區域組蛋白H3K9的甲基化來抑制H19的表達。Zhou等[44]研究發現，miRNA-141可與H19序列互補結合，抑制H19在胃癌細胞中的表達。Li等[45]研究發現癌基因YAP1可通過上調H19的表達來促進膀胱癌細胞的增殖與遷移。Medrzycki等[46]研究發現組蛋白H1.3可以通過上調H19啟動子區域DNA甲基化來抑制卵巢癌中H19的表達。上述研究表明，H19作為腫瘤發生發展過程中的重要調控因子，受到諸多蛋白因子的調控。

4 小結與展望

H19在腫瘤中具有重要作用，作為最早發現的lncRNA分子，其研究也較為廣泛。然而，生命過程是復雜多變的，仍存在很多問題需要進一步探究。例如，作為當今腫瘤研究熱點的腫瘤免疫逃逸，H19是否參與其中？作為一段較長的RNA分子，H19是否還可以結合其他的m iRNA分子？它是否還有其他的調控腫瘤的機制？此外，H19調控如此多的下游基因及信號通路，它們之間的交互作用是怎么樣的？另外，為什么H19在腫瘤中扮演著癌基因與抑癌基因的雙重角色：為什么有時H19可促進腫瘤轉移，而有時又發現H19可抑制腫瘤轉移？H19自身是否還存在其他的調控因素？關于這些問題，相信在將來隨著研究的深入會逐一解答，并為腫瘤的診斷和治療提供新的思路和途徑。