長鏈非編碼RNA與腫瘤關系的研究進展

遲洪輝，邱志剛 綜述 孫振青 審校

非編碼RNA由于不直接編碼蛋白曾經(jīng)一度被忽略，直到miR-34被發(fā)現(xiàn)參與P53通路調節(jié)，其在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中的重要作用才為廣大研究者所重視[1]。如果想完全了解惡性腫瘤進展的復雜機制及特點，如腫瘤的轉移和耐藥性，需要認真分析非編碼RNA家族。目前，臨床對長鏈非編碼RNA(LncRNAs)在腫瘤中的作用的相關報道仍然有限。筆者對lncRNAs和腫瘤的基礎概念，突出顯示lncRNAs與腫瘤聯(lián)系的最新研究進展作一綜述。

1 LncRNAs和腫瘤特點

LncRNAs是指不編碼蛋白且轉錄本超過200個核苷酸的RNA分子，于2002年小鼠全基因組cDNA文庫的大規(guī)模測序過程中被首次發(fā)現(xiàn)[2]。它們在基因表達調控中發(fā)揮著廣泛的作用，并迅速在醫(yī)學研究中廣泛流行。通常lncRNAs采用特異性方式表達在疾病組織或發(fā)育階段，使這些分子成為有意義的治療靶點[3]。例如，lncRNA可以在細胞中調節(jié)基因表達，影響蛋白質定位，并且對于形成細胞亞結構或蛋白質復合物很重要。LncRNAs與蛋白質的相互作用還可以調節(jié)蛋白質活性和定位。此外，lncRNAs通過將轉錄因子募集到其靶基因啟動子來調節(jié)基因轉錄，激活基因的表達。因此，lncRNAs與腫瘤的發(fā)生密切相關。

2011年，Hanahan和Weinberg[4]發(fā)現(xiàn)，腫瘤形成是一個多步驟過程，正常細胞逐漸進化到腫瘤階段，需要獲得特定的能力，才能使正常細胞成為腫瘤細胞。腫瘤細胞的十大基本特征是：(1)自給自足生長信號；(2)抗生長信號的不敏感；(3)抵抗細胞死亡；(4)潛力無限的復制能力；(5)持續(xù)的血管生成；(6)組織浸潤和轉移；(7)避免免疫摧毀；(8)促進腫瘤的炎性反應；(9)細胞能量異常；(10)基因組不穩(wěn)定和突變。

2 LncRNAs與腫瘤的關系

在過去的十多年，lncRNAs獲得了廣泛的關注，同樣在腫瘤研究領域取得了顯著進展，兩者的聯(lián)系也越來越緊密，將lncRNAs引入腫瘤生物學，進一步加強我們對腫瘤原因和后果的思考[5]。

2.1 自給自足生長信號 腫瘤細胞最突出的特征之一是其能夠在不受外界刺激的情況下持續(xù)增殖。正常細胞嚴格監(jiān)督生長促進或抑制因子的產生，以確保嚴格控制細胞數(shù)量，進而保證正常的組織結構和功能。相反，腫瘤細胞通過失調的信號使得其無限增長。文獻[6]研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA GAPLINC表達上調并且與胃癌組織和細胞中的MAPK1表達正相關。另外，lncRNA GAPLINC促進MAPK1的表達，并且lncRNA GAPLINC增強胃癌細胞增殖和細胞周期進程在體外和體內依賴于MAPK1。因此，lncRNA GAPLINC可視為胃癌細胞自身的一個生長信號來促進胃癌細胞的增殖，進而促進胃癌的發(fā)展。因此，LncRNA GAPLINC可能是胃癌診斷和靶向治療的有用生物標志物；但是，需要進一步研究lncRNA GAPLINC調控MAPK1的潛在機制。同樣的，在鱗狀細胞癌中，主轉錄因子TP63和SOX2通過直接共同占據(jù)其啟動子和超增強子元件轉錄激活lncRNA CCAT1。CCAT1反過來招募TP63和SOX2并形成蛋白質/ RNA復合物，共定位于EGFR超級增強子以激活其轉錄。這些復雜的調節(jié)導致lncRNA CCAT1和EGFR的高表達，通過激活下游MEK/ERK1/2和PI3K/AKT信號促進鱗狀細胞癌的進展，鱗狀細胞癌是由各器官的鱗狀上皮引起的侵襲性惡性腫瘤，例如食道，頭頸部，肺和皮膚。因此據(jù)此原理可以抑制lncRNA CCAT1的水平，從而使其成為藥物治療鱗癌的生物靶點[7]。

2.2 抗生長信號的不敏感 腫瘤抑制基因的激活取決于外部或內部刺激，進而導致細胞周期停滯或可能誘導細胞衰老甚至凋亡。腫瘤細胞阻止抑癌基因的激活或表達的一個機制就是抑癌基因的完全喪失或導致該基因失活的突變的積累。而癌細胞已經(jīng)找到通過lncRNA的幫助下來抑制抑癌基因激活的機制。PSF是一種推測的腫瘤抑制蛋白，含有一個RNA結合域和一個DNA結合域。研究發(fā)現(xiàn)PSF能中和lncRNA GAPLINC對細胞侵襲的影響。然而，當干擾GAPLINC的表達時，PSF的mRNA和蛋白質水平?jīng)]有變化。這些結果表明，lncRNA GAPLINC可能通過調節(jié)其他因素來影響PSF的生物學功能[8]。當患者發(fā)現(xiàn)患有惡性腫瘤時候，大部分腫瘤已處于進展期，未來我們可以在術前新輔助的藥物治療中通過藥物調控lncRNA，提高腫瘤的抗生長信號的敏感性，從而抑制腫瘤的生長。

2.3 抵抗細胞死亡 導致細胞死亡的一種機制是凋亡。細胞凋亡可以通過各種外部和內部刺激誘導，并且已經(jīng)報道高度惡性的腫瘤能夠明顯減少細胞凋亡。對小鼠乳腺上皮細胞進行了RNA測序，其中一種lncRNA，稱為lncRNA-Smad7。lncRNA-Smad7在小鼠乳腺上皮細胞和小鼠乳腺癌細胞中廣泛表達。研究顯示lncRNA-Smad7在TGF-β信號傳導下游充當抗細胞凋亡因子。目前，lncRNA-Smad7已鑒定為小鼠乳腺癌細胞中新的抗凋亡因子，未來可以作為藥物靶點進行治療，但是還無法確定lncRNA-Smad7抗細胞凋亡的具體調控機制[9]。在對骨肉瘤研究中，通過運用流式細胞等技術確定了lncRNA SNHG5通過半光天冬酶途徑調節(jié)骨肉瘤細胞的凋亡，這表明SNHG5的表達可以影響細胞凋亡及其相關基因和蛋白質的表達[10]。目前研究表明，lncRNA SNHG5在骨肉瘤凋亡發(fā)生中起關鍵作用，表明lncRNA SNHG5可能是骨肉瘤的潛在治療靶標。綜上情況，lncRNA的表達水平與腫瘤細胞是否啟動凋亡機制確切相關，因此，我們認為將會是lncRNA作為腫瘤藥物生物靶點最重要的突破口，直接打破lncRNA抵抗細胞死亡的機制，精確地運用腫瘤藥物通過調控lncRNA引起腫瘤細胞死亡。

2.4 潛力無限的復制能力 與僅能通過有限數(shù)量的細胞分裂周期的正常細胞相比，腫瘤細胞顯示幾乎無限的復制。然而，在正常細胞中，這些端粒重復在每次細胞分裂后縮短，因此端粒DNA的長度決定了細胞分裂周期的數(shù)量。腫瘤細胞發(fā)現(xiàn)了兩種避免端粒丟失的方法：(1)將端粒重復添加到染色體的末端；(2)采用替代延長端粒。端粒酶由催化蛋白TERT和RNA TERC組成。TERC的結構完整性對于調節(jié)端粒酶活性的端粒酶全酶的組裝非常重要。普遍表達的Hu/ELAV RNA結合蛋白家族成員，已被描述為通過非編碼RNA從而調節(jié)許多細胞活動并影響更廣泛的過程，TERC基因在幾種人類腫瘤中被擴增，從而使其成為腫瘤細胞中端粒酶活性治療抑制藥的潛在靶點[11]。抑制腫瘤細胞無限復制的能力，是我們人類攻克腫瘤的重要方向，因此需要我們全力的探索，明確腫瘤細胞無限復制的機制，進而我們通過藥物影響其機制，阻斷腫瘤細胞的無限復制，來抑制腫瘤生長。

2.5 持續(xù)的血管生成 當腫瘤細胞生長和增殖時，腫瘤的體積會增加，這時腫瘤細胞就需要一種誘導血管生成的能力。由腫瘤細胞誘導形成的新血管不僅確保了營養(yǎng)物質和氧氣的供應，而且允許腫瘤處置其代謝廢物并進入血液。幾種lncRNAs被認為是血管發(fā)育的調節(jié)因子。LncRNA Braveheart通過激活核心心血管基因網(wǎng)絡來調節(jié)心血管發(fā)育, lncRNA Fendrr調節(jié)染色質修飾，從而影響心血管系統(tǒng)的發(fā)育信號, lncRNA-MIAT參與調節(jié)內皮細胞功能和病理性血管發(fā)生[12]。在腫瘤進展期間，“血管生成開關”也開啟，這導致持續(xù)生成新的血管，來幫助維持腫瘤生長。血管形成是腫瘤進展的一大重要因素，根治惡性腫瘤就必須首先明確腫瘤生成之前的血管形成機制，是一重要的生物治療靶點，如此就可以早期應用腫瘤藥物消滅腫瘤[13]。

2.6 組織浸潤和轉移 通常腫瘤細胞的侵襲-轉移級聯(lián)反應包括多種生物學變化，才能使腫瘤細胞侵入健康組織，然后滲入血液和淋巴管。 文獻[14]研究顯示，在包括肺癌、子宮內膜間質肉瘤、宮頸癌和肝細胞癌的幾種人類腫瘤中，一種lncRNA，即MALAT1皆明顯上調。研究者通過RNAi的方法沉默MALAT1的表達，發(fā)現(xiàn)沉默后明顯抑制了肺癌細胞的轉移。與轉移相關的基因HM-MR的pre-mRNA和成熟的mRNA的表達量與對照組相比均降低，而CTHRC1、CCT4和ROD1的pre-mRNA的表達水平未發(fā)生變化，但成熟的mRNA的表達量降低，結果提示MALAT1既可調控基因轉錄，又可對轉錄后進行調控來促進肺癌細胞的轉移。腫瘤細胞必須從血管滲入其靶組織，形成微轉移，最終形成繼發(fā)性腫瘤。因此，MALAT1可作為早期肺腺癌患者生存的獨立預后參數(shù)[15]。同樣在肺癌中，長非編碼RNA Sox2重疊轉錄物(Sox2OT)的表達水平也上調，發(fā)現(xiàn)Sox2OT直接結合microRNA 132在非小細胞肺癌細胞中，重要的是，miR-132抑制部分逆轉了Sox2OT敲低介導的對細胞增殖，遷移，侵襲和上皮-間質轉化過程的抑制作用。我們還發(fā)現(xiàn)Sox2OT可以調節(jié)鋅指E-box結合同源框2表達，其在腫瘤細胞增殖和侵襲中起關鍵作用。因此，Sox2OT是一種非編碼致癌基因，未來在對非小細胞肺癌的治療研究者，我們可能通過抑制Sox2OT的表達，從基因層面消除這種疾病[16]。

2.7 避免免疫摧毀 一些lncRNAs可能參與宿主病原體相互作用，從而改變所產生的免疫反應。免疫系統(tǒng)是腫瘤形成和進展的重要屏障，但是高度免疫原性的腫瘤細胞可以通過使免疫系統(tǒng)失效而避免被免疫系統(tǒng)破壞。例如，IRF4是一種轉錄因子，與PU.1相互作用，上調幾種免疫應答因子的基因表達。IRF4在B和T細胞的成熟和樹突細胞的活性中起關鍵作用，lncRNA PAN影響IRF4激活白細胞介素-4(IL-4)啟動子的能力，并被認為抑制IL-4，IL-18和IFNγ的轉錄，表明lncRNA PAN可以抑制免疫應答基因的表達[17]。在腫瘤的發(fā)展過程中，人體免疫系統(tǒng)一直處于應對的狀態(tài)，可是腫瘤卻可以逃避免疫系統(tǒng)的摧毀，因為我們可以通過破壞腫瘤自身抵抗免疫系統(tǒng)摧毀的系統(tǒng)，作為腫瘤藥物治療腫瘤的一大突破點，通過腫瘤藥物和自身免疫系統(tǒng)對抗腫瘤。

2.8 促進腫瘤的炎性反應 研究表明在某些情況下，炎性反應明顯能夠促進初發(fā)腫瘤成為完全腫瘤的發(fā)展。炎性細胞可釋放化學物質，特別是活性氧物質，這些化學物質對附近的癌細胞具有積極的致突變作用，加速了它們向高度惡性狀態(tài)的轉化。王文濤等[18]發(fā)現(xiàn)，lncRNAs H19和HULC受到短期和長期氧化應激刺激，能調節(jié)炎性反應過程中關鍵基因的表達;當氧化應激條件下的人肝膽管癌細胞中H19和HULC分別被降低時，它們的靶基因IL-6和CXCR4均被下調，而IL-6和CXCR4的強制表達在促進膽管癌細胞中的細胞遷移和侵襲中與H19和HULC發(fā)揮類似的作用，表明炎性反應和氧化應激之間存在正反饋回路，用lncRNA激活這種反饋環(huán)可能促進膽管癌的發(fā)生。腫瘤相關巨噬細胞是腫瘤微環(huán)境中最豐富的炎性浸潤物，并且有助于淋巴結轉移。然而，腫瘤相關巨噬細胞誘導的淋巴結轉移的確切機制仍然很大程度上未知。最新研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA LINC01296被稱為淋巴結轉移相關轉錄物1(LNMAT1)，其表達與膀胱癌的瘤內和腫瘤周圍區(qū)域的巨噬細胞浸潤強度正相關，表明LNMAT1誘導的腫瘤相關巨噬細胞浸潤與膀胱癌淋巴管生成之間存在潛在聯(lián)系。這些發(fā)現(xiàn)為LNMAT1調節(jié)的淋巴轉移腫瘤微環(huán)境提供了可能的機制，并提示LNMAT1可能代表淋巴結轉移性膀胱癌臨床干預的潛在治療靶點[19]。

2.9 細胞能量異常 Otto Warburg首先觀察到腫瘤細胞能量代謝的異常特征：即使存在氧氣，腫瘤細胞也可以通過將其能量代謝主要限制在糖酵解中來重新編程它們的葡萄糖代謝，從而重新編程它們的能量產生，從而導致被稱為“有氧糖酵解”的狀態(tài)。最新研究證明，一種lincRNA，lncRNA NRCP在卵巢腫瘤中高度上調，與對照腫瘤細胞相比，NRCP的敲低導致細胞凋亡顯著增加，細胞增殖減少和糖酵解減少。它能通過NRCP作為STAT1和RNA pol II之間的中間分子參與了癌細胞的糖酵解調節(jié)的能量代謝，增強了它們之間的相互作用，從而導致STAT1轉錄編程增加，進而影響癌細胞的凋亡和增殖[20]。能量代謝是人體中重要的新陳代謝活動，對腫瘤細胞造成的能量異常，在未來我們作為生物靶點進行藥物研發(fā)時，我們要更加精確的了解腫瘤細胞能量異常的機制，從而達到精準治療的要求[21]。

2.10 基因組不穩(wěn)定和突變 腫瘤細胞基因組的分子遺傳分析進展為功能突變和腫瘤進展期間持續(xù)的基因組不穩(wěn)定提供了最有說服力的證據(jù)[22]。在獲得腫瘤發(fā)生所需的突變基因的過程中，腫瘤細胞通常會增加突變率。染色體8q24的基因組區(qū)域經(jīng)常被擴增改變，容易突變，最近研究顯示，lncRNAs包括CCAT1, CCAT2,CARLO-5,PVT1,PCAT1和PRNCR1轉錄自此基因組區(qū)域。這些lncRNAs中的一些(例如CCAT1和CCAT2)會調節(jié)MYC表達。我們從結腸直腸癌中的lncRNA CCAT2和前列腺癌中的lncRNA PCAT-1中了解到的，從8q24位點轉錄的lncRNAs可能影響雙鏈DNA斷裂修復和染色體不穩(wěn)定性，從而在促進腫瘤發(fā)病機制中發(fā)揮更廣泛的生物學效應[23]。基因組學是目前基因研究的綜合目標，而腫瘤細胞基因組的不穩(wěn)定和突變與lncRNAs的關系正是我們生物治療全新熱點，是藥物治療腫瘤的最可能的突破點。

3 問題與展望

目前，腫瘤治療受到許多困難的嚴重阻礙。早期診斷對腫瘤的治療和預后至關重要。因此，腫瘤早期診斷標志物是臨床研究的熱點[24]。與蛋白質編碼基因相比，lncRNAs的研究尚處于起步階段。然而，隨著高通量測序技術的迅速發(fā)展，大規(guī)模lncRNA cDNA文庫的建立和基因芯片技術的成熟應用，大量的lncRNAs被發(fā)現(xiàn)，其作用機制的研究也取得了一定的進展[25]。一方面，lncRNAs與多種生物學過程有關，包括細胞周期、增殖、代謝、重編程和多能性[26]。另一方面，lncRNAs的失調涉及多種人類疾病的發(fā)展和進展，特別是在腫瘤中[27]。由于上述兩點，研究人員可能會將lncRNAs作為診斷性生物標志物或腫瘤的治療靶點。然而，在我們能夠利用這些新的治療選擇之前，需要進行更多的功能和結構研究才能充分理解lncRNAs的生物學。現(xiàn)在，我們只是走在了解lncRNAs作用的第一步。

隨著著研究不斷發(fā)展，我們將發(fā)現(xiàn)新的lncRNAs，并更多地了解它們與腫瘤特點聯(lián)系的重要性，這將幫助我們設計出更好的治療藥物。總之，lncRNAs在生物醫(yī)學中的潛在作用可能是巨大的，需要經(jīng)過長時間的深入研究才能被完全解讀和應用。