LncRNA H19在腫瘤發病中的作用機制研究進展①

朱 敏 郗雪艷 杜伯雨 （湖北醫藥學院基礎醫學院，十堰442000）

1 概述

由美國國立人類基因組研究院啟動的多國聯合研究項目計劃——DNA元件百科全書（EN‐CODE）項目已證實，基因組中有80%的基因可被轉錄，然而最終可表達為蛋白質的基因只有不到2%［1］。那些不能夠編碼蛋白質的RNA分子被稱為非編碼RNA（noncoding RNA，NcRNA），常見的經典NcRNA有：rRNA、tRNA、snoRNA和snRNA等。

根據編碼序列的長短，NcRNA可分為短鏈非編碼RNA和長鏈非編碼RNA（long noncoding RNA，LncRNA）。LncRNA即為長度大于200個nt的NcRNA，占RNA總量的0.03%～0.20%［2］。早期的基因組學研究認為：除rRNA、tRNA之外的NcRNA是RNA聚合酶Ⅱ轉錄的副產物，不具有生物學功能，曾被認為是基因組轉錄的“垃圾”。與mRNA相比，LncRNA缺少開放閱讀框、核苷酸序列較短、外顯子較少、一級序列保守性差，可存在于細胞質和細胞核，通常在疾病、組織或細胞的特定發育階段表達［3-6］。LncRNA是基因組中含量最為豐富的NcRNA，其類型較多、作用方式復雜。目前人類基因中能確定的LncRNA約有53 000個，但能夠明確功能的LncRNA卻不多，大多數LncRNA在細胞發育中的作用和機制尚未明確。

LncRNA的功能復雜，可影響基因表達的各方面，其些功能可能與DNA、RNA或蛋白質的相互作用有關［7-8］。LncRNA主要從以下3方面參與基因的表達調控：①表觀遺傳調控：LncRNA通常通過與DNA、異染色質蛋白、組蛋白修飾酶及轉錄因子等結合的方式對目的基因的表觀遺傳特征進行修飾調控，如組蛋白和DNA的甲基化、乙酰化和泛素化等修飾；②轉錄調控：LncRNA可影響轉錄過程的不同方面和不同組件，如：啟動子區、RNA聚合酶Ⅱ（RNAPⅡ）、RNA聚合酶Ⅲ（RNAPⅢ）、組蛋白等，從而實現轉錄調節；③轉錄后翻譯調控：LncRNA可作為其他RNA如：snmRNA、miRNA等的來源，對mRNA進行前處理、剪接、運輸、降解和翻譯，實現轉錄后水平的調控。此外，LncRNA參與調控網絡的方式還包括與特定的miRNA形成競爭性內源RNA（competing endogenous RNA，ceRNA），促進或抑制其他基因表達。正是由于這幾方面的作用，Ln‐cRNA可以參與腫瘤調控的各個方面，如腫瘤的代謝、增殖、耐藥、轉移及腫瘤細胞凋亡等。

2 LncRNA H19與腫瘤

LncRNA H19（以下簡稱為H19）是最早被證實的與癌癥相關的LncRNA。H19位于染色體11p15.5編碼區域，是一個完全來自母體的等位基因，編碼一個長度約2.3 kb的RNA分子，在細胞質和細胞核均有表達，能夠影響細胞的增殖和分化，具有相當程度的保守性；在胚胎發育時期的內胚層、中胚層及其分化的組織內高度表達，在出生后的人類組織中，除心臟和骨骼肌外，在其他組織中表達程度低，幾乎不參與表達，但在組織損傷、應激或腫瘤發生時可被重新激活表達［9-11］。隨著近來研究的深入，多種證據均清晰表明，異常表達的H19可作為一種致癌或抑癌因子參與腫瘤的發生、發展、侵襲、轉移和耐藥等過程。

作為經典的LncRNA，H19發揮作用的方式主要有以下幾方面：①編碼生成miR-675發揮調控功能；②作為ceRNA，依靠競爭性結合miRNA增強或抑制其下游基因表達，從而起到調控作用；③與蛋白質結合形成RNA-蛋白復合體，作為橋梁介導蛋白質間的相互作用。

2.1 H19通過編碼miR-675發揮調控作用 微小RNA（microRNA，miRNA）是一類由內源性基因編碼的長度約為20～25個核苷酸的NcRNA。成熟的miR‐NA可被組裝進RNA誘導的沉默復合體，通過堿基互補配對的方式識別靶mRNA，并根據互補程度的不同誘導沉默復合體降解mRNA或者阻遏其翻譯，從而在轉錄后水平調控基因表達［12］。miR-675是由其宿主H19的第一個外顯子區編碼生成的miRNA［13］。

與癌旁組織和正常組織相比，H19及miR-675在胃癌組織中高表達，H19的結合蛋白ISM1的表達與H19呈正相關，miR-675的靶基因CALN1的表達與miR-675呈負相關，進一步的研究證實，H19可通過對ISM1的直接調控和通過miR-675對CALN1表達的間接調控，共同促進胃癌細胞的增殖、侵襲和轉移［14］。此外，LIU等［15］的研究結果也顯示，H19依賴于miR-675以促進胃癌AGS細胞的增殖和侵襲，在AGS細胞中過表達H19或miR-675可顯著降低RUNX1表達，提示RUNX1可能是H19/miR-675調節通路的下游分子，同時RUNX1可通過抑制H19/miR-675誘導的AKT/mTOR通路的激活，從而抑制胃癌細胞的增殖和侵襲。YAN等［16］的研究結果表明，H19/miR-675可抑制Fas相關死亡域蛋白（FADD）表達從而抑制包括caspase 8和caspase 3在內的Caspase級聯通路，促進胃癌細胞增殖并抑制胃癌細胞凋亡，H19/miR-675/FADD/caspase 8/caspase 3通路可能成為胃癌治療的新靶點。在結腸癌細胞及結腸癌組織的原發病灶中，H19及miR-675也呈高表達，且體外研究證實miR-675可通過結合于編碼RB蛋白的mRNA的3′UTR降低腫瘤抑制因子—RB蛋白水平，從而促進結腸癌細胞的增殖和克隆形成能力，RB蛋白和H19/miR-675的表達在結腸癌組織和細胞中呈負相關，H19/miR-675可通過下調RB蛋白表達調控結腸癌的發展［17］。

以上研究均表明H19可通過miR-675實現其促進腫瘤細胞增殖及侵襲的作用。但也有研究結果提示H19/miR-675可能具有抑癌作用，在神經膠質瘤中，miR-675在腫瘤組織中呈低表達，并與其下游靶基因CDK6（Cyclin dependent kinase 6）的表達水平呈負相關，CDK6為細胞周期中的關鍵調節因子，可促進腫瘤細胞的增殖和遷移，體外研究結果提示，來源于H19的miR-675表達水平的降低可促進腫瘤細胞的增殖及遷移，且miR-675可直接在腫瘤細胞中抑制CDK6的功能，提示H19/miR-675可能在神經膠質瘤中作為腫瘤抑制因子發揮作用［18］。此外，與不具有轉移能力的前列腺癌細胞P69相比，具有轉移能力的前列腺癌細胞M12中H19與H19來源的miR-675表達水平降低，并且二者與TGFβ1（transforming growth factorβ1）的表達水平呈負相關，進一步研究發現，miR-675可直接與TGFβ1的3′UTR區結合并抑制其翻譯表達，從而抑制腫瘤轉移，提示H19/miR-675可能作為腫瘤抑制因子參與調控前列腺癌的轉移［19］。在肝癌的研究中發現，H19/miR-675可通過AKT/GSK3β/Cdc25信號通路抑制肝細胞癌的侵襲和轉移，過表達H19可逆轉腫瘤細胞的上皮細胞-間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）并抑制肝癌細胞的侵襲轉移［20］。

2.2 H19作為ceRNA發揮調控功能 SALMENA等［21］于2011年提出了ceRNA的理論推測，一定程度上揭示了“ceRNA-miRNA-mRNA”的基因調控模式，即ceRNA可通過與miRNA結合，解除miRNA對其靶基因mRNA的抑制作用，從而促進靶基因的表達。越來越多的研究證實，H19可作為ceRNA競爭結合miRNA，起到分子海綿的作用，在各種腫瘤的生物學過程中發揮調控功能［22-24］。

Let-7家族在細胞的生長、分化、凋亡及腫瘤發生中具有重要意義。H19分子上有Let家族的典型和非典型結合位點，已有研究證實，H19存在2個可與Let-7結合的位點，H19通過分子海綿作用競爭性結合Let-7以解除Let-7對其靶點Dicer和Hmga 2的抑制作用，恢復兩種蛋白的正常表達［25］。在對乳腺癌的研究中發現，H19在乳腺癌腫瘤干細胞中的表達水平較高，且體外研究結果提示H19的過表達能夠顯著促進乳腺癌細胞的成球、遷移及克隆形成能力；干擾H19的表達水平則可降低乳腺癌細胞的克隆形成和增殖能力，同時顯著抑制腫瘤細胞的成瘤能力，這些研究提示H19可能作為競爭性內源性RNA，充當miRNA Let-7的分子海綿，從而提高Let-7靶向的核心多能性因子LIN28的表達水平，由此H19、Let-7和轉錄因子LIN28之間形成了雙負反饋環，在乳腺癌腫瘤干細胞干性的維持中具有關鍵作用［26］。

與此類似，在其他腫瘤組織中H19也可通過競爭性結合miRNA從而起到促進腫瘤細胞增殖和侵襲的作用。在膀胱癌中，H19可能作為ceRNA作用于miR-29b-3p，解除對DNA甲基轉移酶3B的抑制，導致EMT和膀胱癌的轉移［27］。WANG等［28］對膽囊癌細胞的研究中發現，H19可通過調節miR-194-5p的表達水平實現對AKT2表達的調控，促進膽囊癌細胞的增殖及腫瘤體積的增大；而另外一項研究證實，H19還是miR-342-3p的上游分子，H19通過直接與miR-342-3p結合下調miR-342-3p水平，同時上調FOXM1（forkhead box protein M1），通過H19/miR-342-3p/FOXM1軸的ceRNA調控網絡調控膽囊癌細胞的增殖［29］。在卵巢癌中，人皂苷20（S）-Rg3可下調H19的表達，從而抑制卵巢癌細胞的Warburg效應，其機制可能為：H19表達降低，其作為ceRNA競爭性結合miR-324-5p的效應減弱，miR-324-5p的作用增強，抑制卵巢癌細胞的Warburg效應也隨之增強，最終通過此效應抑制了卵巢癌細胞的增殖［30］。在神經膠質瘤中，H19作為內源性分子海綿，通過隔離miR-130a-3p，解除miR-130a-3p對SOX4的抑制，促進了神經膠質瘤細胞的遷移、侵襲和成球能力及EMT過程［31］。在鼻咽癌中，H19可通過與miR-630競爭性結合，解除miR-630對組蛋白甲基化轉移酶2（EZH2）的抑制，通過miR-630/EZH2通路抑制E-cadherin表達，增強了鼻咽癌細胞的侵襲能力［32］。在骨肉瘤細胞中，H19可競爭性結合miR-200，上調E盒結合鋅指蛋白1（ZEB1）和E盒結合鋅指蛋白2（ZEB2）的表達水平從而促進腫瘤細胞的侵襲和轉移［33］；另一項研究結果提示，H19可與miR-141和miR-22結合，抑制其共同靶基因β-catenin表達，激活Wnt信號通路，并因此促進成骨細胞分化，加強骨的生成［34］。在結腸癌中，H19亦可作為ceRNA影響miR-138、miR-200a和miR-194-5p的功能，從而解除它們對相應靶基因Vimentin、ZEB1/ZEB2、SIRT1的抑制，促進EMT過程和耐藥［23，35-36］。

H19作為ceRNA，與之競爭性結合的miRNA還在被不斷地揭示和補充，越來越多的證據表明H19可作為ceRNA在腫瘤的發生發展過程中發揮重要調控功能。

2.3 H19通過與蛋白質結合形成復合體發揮調控作用 H19可與蛋白質結合形成復合體，作為橋梁介導蛋白質-蛋白質之間的相互作用。在膀胱癌中，H19與EZH2結合形成復合體，此復合物結合于靶基因的啟動子，進而激活Wnt信號通路并間接抑制E-cadherin的轉錄，從而促進膀胱癌轉移［37］。在結腸癌中，H19可與外顯子連接復合體的核心因子真核翻譯起始因子4A3（eukaryotic translation initiation factor 4A3，eIF4A3）結合形成復合體，此復合體通過H19/eIF4A3/cyclin D1/E1/CDK4通路調控細胞周期，參與結腸癌的發生發展［38］。有研究者認為，H19可通過與甲基化CpG結合域蛋白1（methyl-CpG-binding domain protein 1，MBD1）結 合 形 成H19-MBD1復合物，并通過對差異甲基化區1（DMR1）抑制的組蛋白進行修飾的方式，參與印記基因網絡中多個基因的表達［39］。在結腸癌中，H19可能與mac‐roH2A結合參與CDK4和Cyclin D1的表達，進而影響RB1蛋白的磷酸化和結腸癌細胞的增殖［40］。

3 問題與展望

隨著近年來對LncRNA研究的不斷深入，LncRNA與腫瘤的關系也不斷地被揭示。作為LncRNA中的一員，H19與腫瘤的關系和其作用機制也逐漸被人們所認識，越來越多的證據表明，H19在腫瘤的發生發展過程中發揮重要作用。

自腫瘤干細胞學說被提出以來，雖然存在爭議，但腫瘤干性特征在腫瘤發生發展中的作用也越來越多地引起研究人員的興趣。依照該學說，腫瘤干細胞是腫瘤組織中具有干細胞特性的細胞功能亞群，其在癌癥的發生和發展過程中發揮重要作用，越來越多的研究提示，LncRNA可能是腫瘤干細胞亞群的關鍵調控因子。目前已經有研究人員嘗試了關于H19對幾種腫瘤干細胞作用的研究，但成果仍然不多［41-44］。深入研究H19對不同腫瘤干細胞的作用機制有望成為日后研究的重點，同時也可為深入揭示H19與腫瘤之間的關系提供證據，更有可能為腫瘤的臨床診療提供新靶點和分子標志物。