長鏈非編碼RNA HOXD-AS1在疾病中作用機制研究進展

楊劍云?周宇

【摘要】 長鏈非編碼RNA HOXD-AS1被發現廣泛表達于許多器官和組織，并在多種疾病的發生、發展中起重要作用，但其作用機制可能有所不同。為探求HOXD-AS1在不同疾病中的調控機制，以期了解HOXD-AS1在疾病中的作用及作用途徑，現就HOXD-AS1在不同疾病中發病機制做一綜述。

【關鍵詞】 長鏈非編碼RNA;HOXD-AS1;發病機制;疾病

Research progress on the mechanism of the role of lncRNA HOXD-AS1 in diseases Yang Jianyun， Zhou Yu. Department of Gastroenterology， Affiliated Hospital of Guangdong Medical University， Zhanjiang 524000， China

Corresponding author， Zhou Yu， E-mail： ahdg2005@ 126. com

【Abstract】 Long noncoding ribonucleic acid HOXD-AS1 is widely expressed in different tissues and organs，which plays a significant role in the incidence and development of different diseases. Nevertheless， the underlying mechanisms may considerably vary. In this article， the mechanisms underlying the role of HOXD-AS1 in different diseases were reviewed， aiming to investigate the regulatory mechanism， role and pathway of HOXD-AS1 in multiple diseases.

【Key words】 Long noncoding ribonucleic acid;HOXD-AS1;Mechanism;Diseases

長鏈非編碼RNA是一類長度大于200個堿基但無蛋白編碼功能的RNA，可通過參與遺傳、轉錄和轉錄后調控等多個層面調節疾病的發生、發展。HOXD-AS1是一種新型長鏈非編碼RNA，位于染色體2q31.1上，毗鄰HOXD1基因及HOXD3基因，有7個外顯子，擁有以CpG島及H3K27乙酰化為特征的轉錄起始區[1]。HOXD-AS1在進化的過程中高度保守，且在多種組織中均有表達，其中在腎臟、結腸和睪丸的表達水平最高，而在肝臟、心臟、胰腺和胃的表達水平較低[2]。HOXD-AS1在許多疾病，尤其是在腫瘤的發生、發展中發揮重要作用。 HOXD-AS1可通過影響轉錄因子的表型、信號通路中蛋白的活性、或與其他RNA結合情況等，從而影響靶蛋白或靶RNA的作用或豐度，參與多種疾病的發生、發展過程。

一、HOXD-AS1對信號通路的影響

HOXD-AS1可通過影響絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、非受體型蛋白酪氨酸激酶/信號轉導與轉錄激活因子（JAK/STAT）及磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）等信號通路參與多種疾病的發生、發展過程。

1. HOXD-AS1與MAPK信號通路

MAPK信號通路是被廣泛研究的經典信號通路，其包括細胞外調節激酶1/2（ERK1/2）、p38激酶和c-Jun N-末端激酶（JNK）等成員，參與多種疾病的發生、發展過程。在腫瘤中，MAPK信號通路可與多種不同的信號通路[PI3K、Wnt、轉化生長因子-β（TGF-β）等]交聯影響腫瘤的發生，且通路中的某些蛋白可成為一些藥物的作用靶點，因此MAPK信號通路與腫瘤發生、發展密切相關[3]。

有研究者發現，HOXD-AS1與MAPK信號通路有關。Yang等[4]在結腸癌細胞研究中發現，HOXD-AS1可通過與PRC2（多梳家族蛋白）結合形成RNA/蛋白復合物，該復合物顯著抑制編碼基因同源異型盒基因D3（HOXD3）的轉錄。毗鄰HOXD-AS1的HOXD3可通過促進整聯蛋白β3（Integrinβ3）的轉錄，促進ERK及Akt蛋白磷酸化。但在結腸癌組織及細胞中，HOXD-AS1的表達下調，由此形成的HOXD-AS1/PRC2復合物減少，抑制HOXD3轉錄作用降低，因而HOXD3表達增加，進而使MAPK/Akt通路活化，促進結腸癌細胞的增殖及轉移。在肝細胞癌中，HOXD-AS1表達增多，且高表達的HOXD-AS1與肝癌細胞的轉移顯著相關。Lu等[5]研究發現，過表達HOXD-AS1使MEK及ERK蛋白磷酸化表達顯著增多，同時肝細胞凋亡受到顯著抑制;而沉默HOXD-AS1可抑制MEK及ERK的磷酸化，而且肝細胞的增殖受到顯著抑制，但促進肝細胞的凋亡[6]。以上實驗表明，HOXD-AS1可通過MAPK通路影響肝癌細胞的增殖及凋亡。

在宮頸癌細胞中HOXD-AS1表達顯著上調。將沉默HOXD-AS1的宮頸癌細胞注射至裸鼠的體內實驗，發現腫瘤的增殖受到抑制，且Ras蛋白表達和ERK1/2的磷酸化也受到抑制，表明HOXD-AS1可通過Ras/ERK通路促進子宮頸癌細胞增殖[7]。在良性疾病子癇患者的胎盤組織中，HOXD-AS1的表達量在正常妊娠者、晚期子癇患者、早期子癇患者中逐漸升高，高表達的HOXD-AS1與子癇的不良預后顯著相關，并可抑制滋養層細胞的增殖。同時通過過表達及沉默HOXD-AS1的滋養層細胞實驗，發現HOXD-AS1可促進ERK或抑制p38、JNK的磷酸化[8]。因此HOXD-AS1也可通過活化MAPK信號通路影響胚泡轉移、胎盤發育及母嬰循環的建立。

2. HOXD-AS1與JAK-STAT信號通路

JAK2是JAK家族成員之一，是細胞因子和激素信號傳導的重要細胞內介質。JAK2可誘導下游信號通路的激活，包括STAT級聯，其中STAT3為其成員之一。在正常細胞中，STAT蛋白的激活短暫，然而在大量原發腫瘤和癌癥衍生細胞系中，由于酪氨酸激酶的持續激活及調控STAT蛋白去磷酸化的負調節因子減少，導致STAT蛋白（尤其是STAT3）的持續激活。激活的STAT蛋白快速移位至細胞核，與靶基因啟動子區域的識別序列結合，并調控其轉錄，在調控細胞增殖、分化和凋亡過程中的重要作用[9]。

Zheng等[10]研究發現，在胃癌細胞中HOXD-AS1的表達水平升高，且與胃癌的嚴重程度呈顯著正相關。通過體內、外過表達或抑制HOXD-AS1實驗，發現HOXD-AS1可促進胃癌細胞增殖且促進JAK2、STAT3磷酸化。在骨肉瘤組織和細胞中，HOXD-AS1的表達量也顯著上調，其通過促進STAT3及其下游蛋白Bcl2、基質金屬蛋白酶-2（MMP-2）等基因的表達，促進骨肉瘤細胞的增殖和侵襲[11]。Wang等[12]通過熒光酶試驗研究發現，在肝癌細胞中STAT3可特異地與HOXD-AS1啟動子結合，促進HOXD-AS1轉錄，進而增加肝癌細胞的侵襲力。因此認為，HOXD-AS1可通過JAK/STAT信號通路促進肝癌、胃癌和骨肉瘤等腫瘤的增殖，導致疾病的惡化。

3. HOXD-AS1與PI3K/AKT信號通路

PI3K是一組漿膜相關的脂質激酶，由3個亞基組成：p85調節亞基、p55調節亞基和p110催化亞基。PI3K/AKT/mTOR通路可調節多種類型腫瘤細胞增殖[13]。維甲酸可誘導胚胎和細胞培養中的神經元分化，因此廣泛用于神經母細胞瘤的治療。有研究顯示，維甲酸可誘導神經母細胞瘤細胞表達HOXD-AS1。應用PI3K抑制劑（LY294002）進一步研究發現，維甲酸可能通過PI3K/Akt通路誘導HOXD-AS1表達，促進細胞分化[2]。因此認為，PI3K/Akt通路可通過促進HOXD-AS1的表達調控神經母細胞瘤細胞的分化。

二、HOXD-AS1對轉錄因子的影響

研究顯示HOXD-AS1可通過調控轉錄因子的轉錄影響腫瘤細胞的增殖或侵襲力。Guo等[14]研究發現，在肺腺癌組織中HOXD-AS1表達下降，且HOXD-AS1表達較高的患者預后較好。HOXD-AS1在肺腺癌中可通過招募DNMT1（一種可使甲基轉移到DNA堿基的酶）使轉錄因子E2F1啟動子甲基化，從而抑制E2F1的表達，使肺腺癌細胞的增殖受阻。

三、HOXD-AS1對微小RNA（miR）的影響

大量研究發現，HOXD-AS1存在多個miR結合位點，在不同組織細胞中可通過與多種不同的miR競爭結合，調控下游靶蛋白的表達，由此調控細胞多種生物學過程。HOXD-AS1通過miRNA在上皮細胞-間充質轉化（EMT）中發揮了重要作用。在結腸癌中HOXD-AS1可與AEG-1和EZH2競爭性與miR-217結合 ，由此抑制黏附分子（如E-cadherin）的表達及促進細胞角蛋白細胞骨架轉化為波形蛋白，使腸黏膜上皮細胞形態上具有間充質細胞的特征[15]。在卵巢癌中同樣有著類似的發現，HOXD-AS1與miR-133a-3p存在結合位點，并可通過相互結合，激活Wnt/β-catenin通路，從而抑制E-cadherin及促進波形蛋白的表達，加速卵巢EMT進程。Dong等[16]發現，HOXD-AS1可與PI3K調節亞基3（PI3KR3）競爭性結合miR-186-5p，調節PI3K活性，進而調節體內EMT等大量酶聯反應，以此促進卵巢EMT。HOXD-AS1也可通過miRNA調控不同與腫瘤細胞轉移相關蛋白的表達。在肝癌細胞中，HOXD-AS1可與Rho蛋白GTP酶活化蛋白競爭性結合miR-19a，從而激活Rho蛋白，促進腫瘤細胞的侵襲轉移[5]。HOXD-AS1也可與轉錄因子SOX4競爭性結合miR-130a-3p，進而激活SOX4下游蛋白zeste基因增強子和MMP-2的表達，MMP蛋白家族能分解細胞外基質和基底膜，從而促進肝癌細胞的轉移[12]。有研究顯示，HOXD-AS1可與MMP-9競爭性結合miR-133b的結合位點，以此增強非小細胞肺癌細胞侵襲力，并在神經膠質瘤細胞中與E2F8競爭性結合miR-130a，導致與腫瘤轉移相關的蛋白MMP-9、MMP-10、TWIST1、NM23表達升高[17-18]。HOXD-AS1還可通過miR調節細胞的增殖。在非小細胞肺癌中，HOXD-AS1可與pRB競爭性結合 miR-147a，pRB則可通過調節細胞周期促進腫瘤細胞的增殖[19]。因此，HOXD-AS1可通過與miR結合參與多種腫瘤的調節機制。

四、HOXD-AS1對下游蛋白的影響

許多研究顯示，HOXD-AS1可通過調控蛋白的表達參與腫瘤的調節機制。Gu等[20]研究顯示，在骨肉瘤中HOXD-AS1表達顯著上調，并可招募組蛋白賴氨酸N-甲基轉移酶（EZH2）至p57的啟動子中，從而抑制p57的表達。P57是一種細胞周期素依賴的激酶抑制劑及抑癌基因，p57表達下調可促進骨肉瘤細胞的增殖。有研究發現，在已有淋巴結轉移或遠處轉移的前列腺癌組織中，HOXD-AS1表達量上調，且其可通過招募WDR5催化靶基因啟動子H3K4甲基化，使PLK1、AURKA、CDC25C和CCNB1等靶基因表達增多，這些靶蛋白均與細胞有絲分裂相關，促進細胞增殖[21]。Runt相關轉錄因子3（RUNX3）是RUNX家族的成員之一，可靶向結合DNA序列并調節基因的轉錄和表達。RUNX3具有抑癌基因的活性，在多種惡性腫瘤中呈低表達趨勢并參與調控惡性腫瘤細胞增殖及血管新生過程[22]。在黑色素瘤細胞中，HOXD-AS1可通過與EZH2相互作用，從而抑制其下游蛋白RUNX的表達，促進細胞的增殖[23]。在骨肉瘤中，HOXD-AS1可以通過抑制RUNX3 mRNA和蛋白的表達，促進骨肉瘤細胞的增殖[24]。綜上所述，HOXD-AS1可通過調控下游蛋白的表達從而參與惡性腫瘤病灶中的細胞增殖。

五、小 結

綜上所述，在良性或是惡性疾病中，HOXD-AS1可能通過MAPK、JAK/STAT等信號通路或干擾轉錄因子、miR與下游靶蛋白結合，影響不同細胞的生物學行為，尤其是細胞增殖與細胞的遷移。同時，HOXD-AS1在結腸癌、肝癌、子癇等疾病中均被發現其表達量與疾病的預后或嚴重程度呈顯著相關性。由此可見，HOXD-AS1可能成為判斷多種疾病嚴重程度、預后的重要指標，同時也可為多種疾病的治療提供可能的靶點。

參 考 文 獻

[1] Wang Y， Zhang W， Wang Y， Wang S. HOXD-AS1 promotes cell proliferation， migration and invasion through miR-608/FZD4 axis in ovarian cancer. Am J Cancer Res，2018，8（1）：170-182.

[2] Yarmishyn AA， Batagov AO， Tan JZ， Sundaram GM， Sampath P， Kuznetsov VA， Kurochkin IV. HOXD-AS1 is a novel lncRNA encoded in HOXD cluster and a marker of neuroblastoma progression revealed via integrative analysis of noncoding transcriptome. BMC Genomics，2014，15（Suppl 9）：S7.

[3] Najafi M， Ahmadi A， Mortezaee K. Extracellular-signal-regulated kinase/mitogen-activated protein kinase signaling as a target for cancer therapy： an updated review. Cell Biol Int，2019，43（11）：1206-1222.

[4] Yang MH， Zhao L， Wang L， Ou-Yang W， Hu SS， Li WL， Ai ML， Wang YQ， Han Y， Li TT， Ding YQ， Wang S. Nuclear lncRNA HOXD-AS1 suppresses colorectal carcinoma growth and metastasis via inhibiting HOXD3-induced integrin β3 transcriptional activating and MAPK/AKT signalling. Mol Cancer，2019，18（1）：31.

[5] Lu S， Zhou J， Sun Y， Li N， Miao M， Jiao B， Chen H. The noncoding RNA HOXD-AS1 is a critical regulator of the metastasis and apoptosis phenotype in human hepatocellular carcinoma. Mol Cancer，2017，16（1）：125.

[6] Sun J， Guo Y， Bie B， Zhu M， Tian H， Tian J， Li J， Yang Y， Ji F， Kong G， Li Z. Silencing of long noncoding RNA HOXD-AS1 inhibits proliferation， cell cycle progression， migration and invasion of hepatocellular carcinoma cells through MEK/ERK pathway. J Cell Biochem，2020，121（1）：443-457.

[7] Hu YC， Wang AM， Lu JK， Cen R， Liu LL. Long noncoding RNA HOXD-AS1 regulates proliferation of cervical cancer cells by activating Ras/ERK signaling pathway. Eur Rev Med Pharmacol Sci， 2017， 21（22）：5049-5055.

[8] Jiang J， Zhao ZM. LncRNA HOXD-AS1 promotes preeclampsia progression via MAPK pathway. Eur Rev Med Pharmacol Sci，2018，22（24）：8561-8568.

[9] Yakata Y， Nakayama T， Yoshizaki A， Kusaba T， Inoue K， Sekine I. Expression of p-STAT3 in human gastric carcinoma： significant correlation in tumour invasion and prognosis. Int J Oncol，2007，30（2）：437-442.

[10] Zheng L， Chen J， Zhou Z， He Z. Knockdown of long non-coding RNA HOXD-AS1 inhibits gastric cancer cell growth via inactivating the JAK2/STAT3 pathway. Tumour Biol，2017，39（5） ：1010428317705335.

[11] Qu Y， Zheng S， Kang M， Dong R， Zhou H， Zhao D， Zhao J. Knockdown of long non-coding RNA HOXD-AS1 inhibits the progression of osteosarcoma. Biomed Pharmacother，2018，98：899-906.

[12] Wang H， Huo X， Yang XR， He J， Cheng L， Wang N， Deng X， Jin H， Wang N， Wang C， Zhao F， Fang J， Yao M， Fan J， Qin W. STAT3-mediated upregulation of lncRNA HOXD-AS1 as a ceRNA facilitates liver cancer metastasis by regulating SOX4. Mol Cancer，2017，16（1）：136.

[13] Yang J， Nie J， Ma X， Wei Y， Peng Y， Wei X. Targeting PI3K in cancer： mechanisms and advances in clinical trials. Mol Cancer，2019，18（1）：26.

[14] Guo X， Chen Z， Zhao L， Cheng D， Song W， Zhang X. Long non-coding RNA-HAGLR suppressed tumor growth of lung adenocarcinoma through epigenetically silencing E2F1. Exp Cell Res，2019，382（1）：111461.

[15] Li X， Zhao X， Yang B， Li Y， Liu T， Pang L， Fan Z， Ma W， Liu Z， Li Z. Long non-coding RNA HOXD-AS1 promotes tumor progression and predicts poor prognosis in colorectal cancer. Int J Oncol，2018，53（1）：21-32.

[16] Dong S， Wang R， Wang H， Ding Q， Zhou X， Wang J， Zhang K， Long Y， Lu S， Hong T， Ren H， Wong K， Sheng X， Wang Y， Zeng Y. HOXD-AS1 promotes the epithelial to mesenchymal transition of ovarian cancer cells by regulating miR-186-5p and PIK3R3. J Exp Clin Cancer Res，2019，38（1）：110.

[17] Xia H， Jing H， Li Y， Lv X. Long noncoding RNA HOXD-AS1 promotes non-small cell lung cancer migration and invasion through regulating miR-133b/MMP9 axis. Biomed Pharmacother，2018，106：156-162.

[18] Chen Y， Zhao F， Cui D， Jiang R， Chen J， Huang Q， Shi J. HOXD-AS1/miR-130a sponge regulates glioma development by targeting E2F8. Int J Cancer，2018，142（11）：2313-2322.

[19] Wang Q， Jiang S， Song A， Hou S， Wu Q， Qi L， Gao X. HOXD-AS1 functions as an oncogenic ceRNA to promote NSCLC cell progression by sequestering miR-147a. Onco Targets Ther，2017，10：4753-4763.

[20] Gu W， Zhang E， Song L， Tu L， Wang Z， Tian F， Aikenmu K， Chu G， Zhao J. Long noncoding RNA HOXD-AS1 aggravates osteosarcoma carcinogenesis through epigenetically inhibiting p57 via EZH2. Biomed Pharmacother，2018，106：890-895.

[21] Gu P， Chen X， Xie R， Han J， Xie W， Wang B， Dong W， Chen C， Yang M， Jiang J， Chen Z， Huang J， Lin T. lncRNA HOXD-AS1 regulates proliferation and chemo-resistance of castration-resistant prostate cancer via recruiting WDR5. Mol Ther，2017，25（8）：1959-1973.

[22] 李智勇，范彬彬，陳郁鮮，路云翔，王德玉. 沉默Runt相關轉錄因子3對骨肉瘤細胞惡性程度的影響. 新醫學，2017，48（5）：313-316.

[23] Zhang H， Bai M， Zeng A， Si L， Yu N， Wang X. LncRNA HOXD-AS1 promotes melanoma cell proliferation and invasion by suppressing RUNX3 expression. Am J Cancer Res，2017，7（12）：2526-2535.

[24] 王寧， 樸成哲， 孟曉娜. 長鏈非編碼RNA HOXD-AS1通過RUNX3促進骨肉瘤細胞增殖. 解剖科學進展，2018，24（3）：281-284，288.

（收稿日期：2020-09-10）

（本文編輯：楊江瑜）