LncRNA中miRNA海綿活性與腫瘤的研究進展

皮益苑，周 爽，簡 鳴，雷小勇

(南華大學藥物藥理研究所，湖南 衡陽 421001)

在醫學上，癌是指起源于上皮組織的惡性腫瘤，是惡性腫瘤中最常見的一類，一般人們所說的“癌癥”習慣上泛指所有惡性腫瘤。癌癥是死亡率最高的疾病，雖然做了大量的實驗來尋找有效的治療策略，但是各種癌癥都存在高發病率和死亡率的風險，因此，非常需要并急切地尋找早期的診斷生物標志物和新的治療方法來提高存活率和治愈率。非編碼序列、非編碼基因以及非編碼RNA(Non-coding RNA)的研究已成為生命科學領域研究的熱點，長鏈非編碼RNA(Long non-coding RNA, LncRNA)參與調節機體多種生物學過程，其中核糖核酸(RibonucleicAcid，RNA)分子海綿的作用愈受關注，這一話題重新喚起了人們對RNA世界的重視。目前多項研究表明不同的LncRNA作為通過與特定的微小核糖核酸(MicroRNA，miRNA)結合發揮海綿活性，并因此抑制miRNA功能，從而影響相關通路的進行，對特定腫瘤的發生發展產生影響。

1 LncRNA與miRNA概述

通常把LncRNA定義為是一類長度大于200個核苷酸的非編碼RNA，且不具備蛋白編碼潛能，這個長度很容易被切斷以致于排斥miRNA，LncRNA由RNA聚合酶Ⅱ轉錄而成，它是一種多聚腺苷酸鏈，位于細胞核、細胞質部分[1]。miRNA是病毒、原生動物、植物和動物的基因組中，編碼長度為18～24個核苷酸的非編碼RNA分子，人類基因組中的miRNA超過3000種，在調控基因表達中起重要作用，它們與特定的信使核糖核酸(Messenger RNA，mRNA)配對，導致mRNA翻譯受到抑制或降解[2]。

2 miRNA海綿活性

miRNA海綿(miRNA-sponges)一詞以前是在試圖開發用作miRNA抑制劑的化學修飾反義寡核苷酸時發明的，他們的想法是，由強啟動子控制的轉基因RNAs (被指定為海綿)可以抑制miRNA靶標，從而抑制miRNA與其靶標之間的相互作用[3]。miRNA海綿是一種在其3′非翻譯區與天然miRNA互補或不完全互補的多個重復序列的mRNA，它像海綿一樣吸附miRNAs，確保它們與靶標分離并抑制其功能，由于miRNA與特定的“種子”序列結合，海綿可以用一個共同的“種子”序列阻斷整個miRNA家族[4]。它是一種miRNA靶基因的競爭性抑制劑，由強啟動子表達的轉錄物，含有多個串聯結合位點，當編碼這些海綿的載體瞬時轉染到培養的細胞中時，miRNA海綿去除靶標至少與化學修飾的反義寡核苷酸一樣強，它們用一種互補的七聚體特異性抑制miRNA，因此可以用海綿作用來阻斷整個miRNA種子家族。它具有重復miRNA反義序列的轉錄物，可以從內源性靶標中分離miRNA，可用于驗證靶標預測和測定miRNA功能喪失表型[3]。

LncRNA是不編碼蛋白翻譯的線性RNA，能夠通過競爭胞內miRNA，作為海綿一樣緩沖并抑制其靶基因的表達，能作為“miRNA-sponges”發揮功能，一些數據表明miRNA海綿是許多真核生物中miRNA活性的廣泛調節因子[5]。已有研究表明，LncRNA通過競爭性結合常見的miRNA而起到內源競爭RNA(competing endogenous RNAs，ceRNA)的作用，通過下調miRNA的表達和活性，進而在轉錄后調控miRNA靶標的表達，LncRNA具有特定細胞類型，組織類型，發育階段和疾病特異性表達模式和定位，在某些條件下可能是有效的天然miRNA海綿[6]。

3 LncRNA中miRNA海綿活性與腫瘤

最近的研究表明，LncRNA可以通過ceRNA活性發揮miRNA海綿作用，了解這種新的RNA干擾將導致對基因調控網絡的新的認識，并對人類疾病的發展和治療提供新的思路。LncRNA和miRNA之間的相互作用是LncRNA發揮其抗腫瘤或促腫瘤功能的重要機制,以下具體敘述LncRNA中miRNA海綿活性對腫瘤的影響，例如：骨肉癌、胃癌、肺癌、肝癌和乳腺癌，如表1所示。

表1 LncRNA中miRNA海綿在腫瘤中的作用

3.1 骨肉瘤

骨肉瘤(Osteosarcoma，OS)是最常見的骨惡性腫瘤之一，約占所有原發性骨惡性腫瘤的20%至35%，幾乎完全發生于兒童和青少年，最常見的癥狀包括受累骨骼的疼痛和腫脹，骨肉瘤具有強侵襲性和快速轉移性，癌細胞可以擴散到遠處，包括肝臟、骨骼、大腦和其它器官，其特征在于腫瘤細胞直接形成未成熟骨或類骨質組織。盡管在手術、化療或兩者結合等現有治療方式方面取得了進展，但骨肉瘤患者的生存率仍然很低，而且對這種疾病的分子機制了解甚少[7]。

已有數據表明，LncRNA可以通過海綿miRNA完全抑制骨肉瘤中的miRNA功能。例如，LncRNA MALAT1在骨肉瘤組織和細胞中高表達并通過抑制miR-376a促進細胞生長和腫瘤進展[8]。LncRNA MEG3通過與miR-127結合而充當內源性海綿，ZEB1是miR-127的靶基因，當ZEB1過表達時，miR-127也過表達從而促進細胞生長和轉移，并且miR-127激活了JNK和Wnt信號通路，總之，他們的研究結果表明，LncRNA MEG3通過海綿miR-127促進骨肉瘤細胞的體外生長和轉移[9]。MIR-224-3p在骨肉瘤中表達下調，與腫瘤大小和生存率低有關，DOCK7是骨肉瘤細胞miR-224-3p的重要靶點，并且上調DOCK7的表達而促進骨肉瘤的生長，LncRNA SNHG 4通過海綿miR-224-3p促進腫瘤生長，預測人骨肉瘤的生存和復發[10]。敲低LncRNA SNHG15和miR-141過表達顯著抑制細胞增殖、侵襲、遷移和自噬，而LncRNA SNHG15過表達和抑制miR-141對骨肉瘤細胞表現出相反的作用，SNHG15可直接與miR-141相互作用并調節其表達，SNHG15在OS細胞中起著致癌作用，總之，LncRNA SNHG15通過海綿miR-141促進骨肉瘤細胞的增殖、侵襲和自噬[11]。LncRNA在骨肉癌中具有致癌作用，LncRNA HULC在骨肉瘤細胞中抑制細胞活力，遷移，侵襲和促進細胞凋亡，HULC作為miR-122的內源性海綿起作用，并且 HNF4G是miR-122的靶標，此外，miR-122的過表達通過下調HNF4G使PI3K /AKT，JAK/STAT和Notch途徑失活，表明LncRNA HULC的敲低通過海綿狀miR-122抑制骨肉瘤細胞的增殖，遷移和侵襲[12]。

3.2 胃癌

胃癌(gastric cancer，GC)作為消化系統常見惡性腫瘤，是世界范圍內癌癥相關死亡的主要原因之一，有研究報道在超過95萬例胃癌患者中，每年有720000人死亡，并且在中國是第二大常見的癌癥，盡管有早期診斷和有效的治療方法，但GC常常被發現時就已經是晚期，具有廣泛侵襲、遠處轉移和低存活率的特征[13]。

已有研究表明LncRNA SNHG12在GC中高表達，其表達水平與腫瘤大小，腫瘤-淋巴結轉移，遠處轉移，淋巴結轉移密切相關。SNHG12通過直接靶向GC中的miR-320而充當腫瘤啟動子，LncRNA SNHG12通過充當miR-320的分子海綿來調控胃癌進展， SNHG12并成為GC診斷和預后的潛在生物標志物，此外，SNHG12被證實充當miR-320的海綿以調控CRKL的表達，并進一步影響下游AKT和ERK途徑[14]。LncRNA CASC11和CDK1在胃癌組織和細胞中過表達，而miR-340-5p在GC中低表達，CASC11的高表達與腫瘤大小，腫瘤性質和TNM分期呈正相關，可抑制細胞凋亡，加速細胞周期，并且CASC11通過miR-340-5p海綿起到ceRNA作用來調控細胞周期信號而影響GC細胞的生長和凋亡[15]。劉杰等人結果表明，LncRNA SNHG20在胃癌細胞中的高表達，通過與EZH 2結合，顯著抑制E-cadherin和p21的表達，并調節GSK-3β/β-catenin信號通路[16]。胃癌相關的LncRNA HOXA11-AS是一種致癌的LncRNA，具有HOXA11-AS高表達的患者存活期較短且預后較差，miR-1297在細胞質中充當ceRNA，促進胃癌的增殖和侵襲[17]。

3.3 肺癌

肺癌是全世界男性和女性致癌死亡的主要原因，非小細胞肺癌(Non-small-cell carcinoma，NSCLC)是肺癌的主要亞型，約占肺癌患者總數的80%，也是最常見的肺癌形式，包括三種組織病理學亞型：腺癌，鱗狀細胞癌和大細胞癌。肺腺癌(lung adenocarcinoma，ADC)也是最常見的亞型，占肺癌病例的近40%，肺癌5年生存率低至15%，非小細胞肺癌患者長期生存率低，說明對肺癌發病機制的認識不全面[18]。

研究發現LncRNA PVT1在缺氧的非小細胞肺癌(NSCLC)細胞中是高表達的，并且進一步證明了LncRNA PVT1作為miR-199a-5p的ceRNA而促進NSCLC中HIF-1α的表達[19]。LncRNA XIST可能在肺癌中作為致癌基因發揮作用，XIST作為miR-449a的miRNA海綿，是Bcl-2的負調節因子，XIST的敲低可促進NSCLC細胞凋亡并抑制細胞增殖、遷移和侵襲，體內研究表明XIST下調抑制腫瘤生長[20]。LncRNA XIST可直接與miR-137結合而充當ceRNA，通過Notch-1途徑抑制非小細胞肺癌細胞的增殖及TGF-b1誘導的EMT相關蛋白的表達[21]。

3.4 肝癌

肝細胞癌(hepatocellular cancer，HCC)是一種常見的危及生命的惡性腫瘤，是世界上與癌癥相關死亡的第三大原因,它是一種死亡率高、預后差的異質性腫瘤，2015年，美國估計約有35660例新肝癌病例和24500例死亡病例，腫瘤轉移和復發是HCC預后不良的主要原因，盡管近年來肝細胞癌的治療取得了相當大的進展，包括肝切除和肝移植，但長期預后仍不能令人滿意[22]。

LncRNA-ASLNC02525在肝癌組織和細胞系中高表達，而在癌旁組織和正常肝細胞中沒有表達，這是從肝癌和癌旁組織中篩選出的差異表達最高的LncRNAs之一。研究表明，LncRNA-ASLNC02525破壞了hsa-miRNA-489-3p對Twist 1的負調節，一旦ASLNC02525被沉默，高表達的hsa-miRNA-489-3p就恢復了對Twist 1的調控，抑制其增殖和侵襲[23]。miR-144被證實可作為LncRNA TUG1的分子海綿，TUG 1與miR-144相互作用，通過激活肝癌的JAK 2/STAT 3通路，促進肝癌的增殖、遷移和腫瘤發生[24]。

3.5 乳腺癌

乳腺癌是最常見的惡性腫瘤，也是導致女性癌癥相關死亡的第二大原因,中國乳腺癌發病率呈上升趨勢，每年有超過170萬女性被診斷患有乳腺癌，其中約35%死于乳腺癌[25]。乳腺癌的病因與家族遺傳因素，雌激素水平，基因突變和生活方式有關,轉移是治療失敗和乳腺癌最終死亡的主要原因。在大多數情況下，手術仍然是主要的治療方法，輔助治療取決于腫瘤的分期和亞型,乳腺癌轉移的確切機制尚不清楚。

LncRNA GAS5作為miR-222的分子海綿，增強了乳腺癌細胞對他莫昔芬的敏感性，有助于抑制磷酸酶和PTEN(miR-222的一個內源靶標)，此外，研究者發現通過激活AKT/ mTOR信號通路并降低GAS5表達來實現對PTEN的抑制[26]。LncRNA LINC01116在乳腺癌組織中的表達明顯增加，它與患者的總生存率、腫瘤大小和腫瘤轉移(Tumor Node Metastasis，TNM)分期有關，LncRNA LINC01116與miR-145直接結合，從而上調miR-145的靶基因雌激素受體1(ESR 1)的表達[27]。研究發現LncRNA DSCAM-AS1能促進細胞增殖，抑制細胞凋亡，阻滯細胞于G0/G1期，從而促進乳腺癌細胞對他莫昔芬的耐藥性。DSCAM-AS1可通過miR-137調控乳腺癌細胞中EPS 8的表達，促進腫瘤細胞對他莫昔芬的耐藥性，促進細胞的增殖和轉移，抑制細胞凋亡[28]。LncRNA GAS5在SKBR-3/Tr細胞和來自曲妥珠單抗治療的患者的乳腺癌組織中表達降低，GAS5作為miR-21的分子海綿起作用，增加PTEN的表達[29]。

4 展 望

通過前文的描述，不同的LncRNA可以與特異的miRNA相互作用，兩種類型的RNA 結合在一起調節基因表達的各個環節，從而維持個體內環境的平衡。miRNA海綿作用作為一個理想的ceRNA具有獨特的特點，它的研究及構建不僅僅為研究LncRNA和miRNA的功能提供重要依據，也為腫瘤的治療提供了強有力的工具，同時為其它疾病的治療帶來了新的曙光。