PI3K/Akt/mTOR信號通路相關lncRNA在非小細胞肺癌發展中的最新進展

王天雨，唐旭東

(廣東醫科大學a.生物化學與分子生物學研究所，b.抗腫瘤活性物質研發協同創新中心，廣東 湛江 524023)

肺癌是世界范圍內癌癥死亡的主要原因(占癌癥總死亡數的18.4%)，其中非小細胞肺癌(non-small cell lung cancer，NSCLC)占全部原發性肺癌的85%～90%[1]。長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)的異常表達是多種人類癌癥的關鍵惡性表型，如肝細胞癌[2]、肺癌[3]和乳腺癌[4]。有證據表明，lncRNA通過調節染色質的轉錄、剪接和翻譯，調控各種疾病的發生和發展，特別是腫瘤的發生發展過程[5]。許多證據表明，lncRNA參與了NSCLC的發展[6]，在調節NSCLC的細胞過程中發揮多種功能，如促進細胞的生長、增殖、凋亡、遷移、侵襲和誘導上皮-間充質轉化[7-9]。而NSCLC的發生發展涉及多條信號通路，其中磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/蛋白激酶 B(protein kinase B，PKB/Akt)/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號通路是目前NSCLC中最重要的調節通路之一，其通過誘導細胞凋亡，抑制細胞增殖、侵襲、遷移，調節腫瘤血管生成等影響NSCLC的發展[10-12]。現就PI3K/Akt/mTOR信號通路調控lncRNA影響NSCLC發展的相關機制予以綜述，以進一步了解NSCLC的發病機制和潛在治療靶點。

1 lncRNA與PI3K/Akt/mTOR信號通路的概述

1.1lncRNA lncRNA是一組長度超過200個核苷酸的非蛋白質編碼RNA[13]，最初被視為“轉錄噪聲”的lncRNA被發現可調節蛋白質的轉錄和翻譯，通過多種機制在多種生物過程中編碼基因。研究發現，表達失調的lncRNA能夠作為腫瘤的促癌和抑癌因子，從而調控腫瘤的發生發展過程[14]。如lncRNA胸腺生成素反義RNA1在NSCLC患者組織中過表達，通過調節微RNA(microRNA，miRNA/miR)-204-3p/ERBB2軸促進NSCLC細胞的增殖、遷移、侵襲，并抑制細胞凋亡[15]；敲低lncRNA X染色體失活特異性轉錄本通過觸發miR-335/超氧化物歧化酶2/活性氧類信號通路介導的細胞焦亡來抑制NSCLC細胞增殖，并促進細胞凋亡[16]。目前，lncRNA在NSCLC中發揮作用的具體機制仍有待探索，但隨著研究的深入，這些難題將逐步解決并在NSCLC的診療中得到應用。

1.2PI3K/Akt/mTOR信號通路 PI3K/Akt/mTOR信號通路在腫瘤細胞的生長和存活中發揮重要作用，使細胞能夠抵抗胞外刺激，包括胰島素、胰島素樣生長因子1和表皮生長因子等[17]。PI3K/Akt/mTOR信號通路的失調能影響NSCLC的發生發展。人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因(phosphatase and tensin homologue deleted on chromosome ten gene，PTEN)通過激發磷酸酶活性，將磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸(phosphatidylinositol-3，4，5-trisphosphate，PIP3)去磷酸化生成磷脂酰肌醇-4，5-二磷酸，阻斷PI3K/Akt/mTOR信號通路的激活。PTEN基因突變或表達丟失，促使PIP3在細胞內累積，導致Akt持續活化，進而激活PI3K/Akt/mTOR信號通路[18]。PI3K/Akt/mTOR信號通路能夠調節NSCLC細胞代謝、生長、增殖、凋亡，在癌癥的發展中具有核心作用。

2 PI3K/Akt/mTOR信號通路相關lncRNA在NSCLC發展中的作用機制

2.1調節細胞增殖和凋亡 鞘氨醇激酶1(sphingosine kinase 1，SPHK1)通常在腫瘤組織中過表達促進腫瘤的發展，進一步的機制研究發現，lncRNA肝癌高表達轉錄本(highly up-regulated in 1iver cancer，HULC)可能作為SPHK1的陽性上游調節因子，從而激活NSCLC細胞的PI3K/Akt信號通路[19]。過表達HULC能促進腫瘤細胞的增殖、抑制腫瘤細胞的凋亡，而經SPHK1抑制劑或PI3K/Akt抑制劑處理后這種作用則會降低，這些研究結果表明lncRNA HULC通過上調SPHK1的表達，進一步激活其下游的PI3K/Akt信號通路，促進NSCLC細胞增殖，抑制細胞凋亡[19]。Feng等[20]研究發現，lncRNA DEAD/DEAH盒解旋酶11反義RNA 1(DEAD/DEAH box helicase 11 antisense RNA 1，DDX11-AS1)在NSCLC組織和細胞系中表達增加，敲減DDX11-AS1能夠抑制NSCLC細胞增殖，促進NSCLC細胞凋亡，表明DDX11-AS1在NSCLC的發展過程中可能是一個促癌基因；抑制DDX11-AS1導致磷酸化Akt水平降低，而加入LY294002能恢復DDX11-AS1過表達對磷酸化Akt的促進作用，表明DDX11-AS1能夠激活PI3K/Akt通路，通過調節PI3K/Akt信號通路促進NSCLC的發生。lncRNA心臟和神經嵴衍生物表達2-反義RNA 1(heart and neural crest derivatives exp-ressed 2-antisense RNA 1，HAND2-AS1)在NSCLC中表達下調，血清HAND2-AS1水平的降低可能有助于NSCLC的診斷和預后。Gao等[21]的研究表明，過表達HAND2-AS1能顯著促進NSCLC細胞系NCI-H23和NCI-H522細胞中PI3K和Akt的磷酸化，而使用PI3K激活劑SC79(10 μmol/L)處理能夠減弱HAND2-AS1過表達對NSCLC細胞增殖和凋亡的影響，表明過表達HAND2-AS1能顯著促進PI3K/Akt通路的激活，從而通過靶向PI3K/Akt通路抑制NSCLC細胞增殖，促進細胞凋亡。

可見，lncRNA和PI3K/Akt/mTOR信號通路在NSCLC中均扮演了重要角色，lncRNA的表達導致PI3K/Akt/mTOR信號通路中某些蛋白的表達發生變化，從而調控PI3K/Akt信號通路的激活和失活，PI3K/Akt/mTOR信號通路對lncRNA的調控可以通過調節細胞周期、調控細胞凋亡相關蛋白等通路抑制NSCLC細胞增殖、促進細胞凋亡，因此lncRNA能夠靶向PI3K/Akt/mTOR信號通路影響NSCLC細胞的發生發展。

2.2調節細胞遷移、侵襲和轉移 文獻報道，lncRNA BC200在NSCLC組織中的表達水平高于周圍正常組織[22]。在NSCLC細胞中敲減BC200基因，PI3K/Akt信號通路相關蛋白PI3K、Akt和信號轉導及轉錄激活因子3的表達顯著下調，從而抑制該信號通路的活化，而敲減BC200基因可顯著抑制NSCLC細胞的增殖和侵襲，這些變化表明lncRNA BC200可以通過PI3K/Akt信號通路促進NSCLC的侵襲和轉移[22]。Ji等[23]研究發現，DUXAP8(double homeobox A pseudogene 8)為假基因來源的lncRNA，在NSCLC組織和細胞系中的表達顯著增強，加入抗miR-498的細胞能恢復短發夾DUXAP8對細胞增殖的抑制作用，減弱對細胞遷移和侵襲的作用；三重基序蛋白44(tripartite motif-containing 44，TRIM44)是NSCLC的癌基因，miR-498與DUXAP8、TRIM44的3′非翻譯區均具有各自的結合位點。機制研究表明，TRIM44可以調節Akt/mTOR通路的進程，干擾DUXAP8通過調節NSCLC細胞的miR-498/TRIM44軸抑制Akt/mTOR通路，從而抑制NSCLC細胞的增殖、遷移和侵襲[23]。在NSCLC組織中，lncRNA DNA損傷激活的非編碼RNA(non-coding RNA-activated by DNA damage，NORAD)的表達顯著增加，而miR-520a-3p為NORAD的潛在靶點，兩者在NSCLC組織中的表達呈負相關[24]。NORAD通過海綿miR-520激活PI3K/Akt/mTOR信號通路，抑制miR-520或PI3K/Akt/mTOR過表達可逆轉NORAD過表達對NSCLC細胞增殖的影響，表明NORAD可能通過miR-520-PI3K/Akt/mTOR通路促進NSCLC的進展[25]。

lncRNA 核仁小RNA宿主基因 (small nucleolar RNA host gene，SNHG)12在NSCLC組織和相關細胞系中高表達，Xie和Liu[26]表明，SNHG12可以通過負調控miR-101-3p的表達參與NSCLC的發生發展；此外，通過miR-101-3p抑制劑處理后發現，沉默miR-101-3p逆轉了干擾小SNHG12對NSCLC A549和H1299細胞的增殖、遷移、侵襲和上皮-間充質轉化的抑制作用。Mi等[27]報道，CUL4B在NSCLC組織中增加，并在體外和體內均能顯著促進NSCLC細胞的生長，且過表達CUL4B可以消除miR-101-3p對NSCLC細胞增殖、遷移和侵襲的抑制作用。Xie和Liu[26]還證明，A549和H1299細胞中沉默CUL4B會導致PI3K和Akt的磷酸化水平降低，而miR-101-3p抑制劑可以逆轉這種反應，進一步證實了SNHG12通過調節miR-101-3p抑制CUL4B介導的PI3K/Akt信號通路在NSCLC細胞的發育和進展中的作用。肺腺癌是一種最常見的NSCLC。TP73反義RNA 1(TP73 antisense RNA 1，TP73-AS1)是一種位于染色體1p36上的lncRNA，在肺腺癌組織和細胞系中高表達，對肺腺癌的預后有重要意義。TP73-AS1沉默導致A549和HCC827細胞在G0/G1期發生阻滯，誘導細胞凋亡，并抑制肺腺癌細胞的遷移和侵襲，而上調TP73-AS1的表達可刺激肺腺癌細胞激活PI3K/Akt信號通路，在肺腺癌中發揮致癌作用[28]。

與正常組織相比，NSCLC組織中lncRNA突觸融合蛋白結合蛋白5反義RNA 1(syntaxin-binding protein 5-antisense RNA 1，STXBP5-AS1)表達水平較低，STXBP5-AS1的表達與腫瘤轉移有顯著相關性，可以延緩NSCLC細胞的增殖、遷移和侵襲，可能通過抑制PI3K/Akt信號通路導致STXBP5的表達減少，從而抑制NSCLC細胞的增殖、遷移和侵襲[29]。轉錄因子T-同源盒基因5反義RNA 1(T-box transcription factor 5 antisense RNA 1，TBX5-AS1)是一種新型的腫瘤相關lncRNA，Qu等[30]發現，TBX5-AS1過表達能抑制細胞的存活、集落形成、遷移和侵襲，同時促進細胞凋亡；且過表達TBX5-AS1還可使PI3K/Akt信號通路失活，通過抑制PI3K/Akt通路的激活實現對NSCLC細胞侵襲性表型的抑制。lncRNA母系表達基因3(maternally expressed gene 3，MEG3)在NSCLC細胞系中表達下調，miR-21-5p是NSCLC的癌基因，過表達MEG3能夠顯著抑制miR-21-5p的表達。PTEN是miR-21-5p的直接靶點，研究發現miR-21-5p可以抑制PTEN的表達，而MEG3作為腫瘤抑制因子，可增強PTEN的表達并抑制NSCLC細胞中的PI3K/AKT信號轉導通路[31]。由于MEG3可以作為miR-21-5p海綿抑制H1299細胞的遷移和侵襲，可以部分通過PI3K/Akt信號通路增強PTEN的表達，進一步表明MEG3部分通過調控miR-21-5p/PTEN軸和PI3K/Akt信號通路，抑制NSCLC細胞的遷移和侵襲[31]。一項研究發現，lncRNA WT1-AS在NSCLC組織中下調，WT1-AS在NSCLC中作為一種抑癌基因發揮作用；對其調控機制進一步研究表明，WT1-AS通過誘導miR-494-3p上調靶基因PTEN的表達，從而使NSCLC的PI3K/Akt信號通路失活，可見WT1-AS能夠通過下調miR-494-3p抑制NSCLC細胞的遷移、侵襲，并促進細胞凋亡[32]。

PI3K/Akt通路是肺癌發生發展的重要驅動因素，而肺癌細胞的侵襲、遷移和轉移是造成肺癌患者死亡的主要因素之一。這些研究均表明，不同的lncRNA可以分別作為癌基因或抑癌基因，通過PI3K/Akt/mTOR信號通路對NSCLC細胞系發揮不同的作用，通過調節該信號通路相關蛋白的磷酸化影響通路活性，從而調控NSCLC細胞的侵襲、遷移和轉移，在NSCLC的發展中發揮重要作用。

2.3影響細胞耐藥 目前外科手術仍是NSCLC的首選和最主要的治療方式，也是唯一能治愈肺癌的方法。雖然藥物分子的靶向治療為NSCLC患者帶來了新希望，但大部分患者不可避免地出現獲得性耐藥性復發，導致治療失敗，因此探索NSCLC的耐藥分子機制將有助于更好地提高靶向藥物治療的療效，在臨床治療上具有重要意義。

2.3.1吉非替尼耐藥影響 LINC00665(long intergenic non-coding RNA 00665)是一種新型基因間lncRNA，在肺腺癌組織中過表達。Liu等[33]報道在吉非替尼存在的情況下，敲減LINC00665能顯著減少PC9吉非替尼耐藥(PC9 gefitinib-resistance，PC9GR)細胞的集落形成，增加PC9GR細胞凋亡，LINC00665通過在體外和體內激活表皮生長因子受體介導的PI3K/Akt信號通路誘導對吉非替尼獲得性耐藥。LINC00665與PC9GR中zeste基因增強子同源物2(enhancer of zeste homolog 2，EZH2)發生特異性相互作用，而EZH2是多梳抑制復合物2的重要組成部分，通過調節PI3K/Akt信號通路在NSCLC中發揮作用。由于抑制EZH2后磷酸化Akt的表達顯著減少，且敲減LINC00665導致EZH2和非活性PI3K/Akt信號通路減少，表明LINC00665能夠通過募集EZH2和激活PI3K/Akt信號通路誘導NSCLC對吉非替尼獲得性耐藥[33]。lncRNA LOC554202位于人類第9號染色體，其在PC9GR、HCC827GR細胞中的表達水平顯著高于對吉非替尼敏感的PC9和HCC827細胞。Ras p21蛋白活化子1(Ras p21 protein activator 1，RASA1)和抑癌基因缺氧誘導因子1抑制因子(factor inhibiting hypoxia-inducible factor-1，FIH-1)是miR-31的直接靶點，而miR-31由lncRNA LOC554202轉錄而來，且lncRNA LOC554202可以正向調控NSCLC細胞中miR-31的表達，miR-31負向調控RASA1和FIH-1的表達。轉染miR-31的PC9細胞中磷酸化Akt的表達水平顯著升高，而敲減miR-31，使PC9GR細胞對吉非替尼敏感性增高，表明在NSCLC中miR-31的上調可能通過直接靶向RASA1和FIH-1調節PI3K/Akt信號通路導致吉非替尼獲得性耐藥[34]。

2.3.2紫杉醇耐藥影響 lncRNA核富集轉錄體1(nuclear enriched abundant transcript 1，NEAT1)是一種新型lncRNA，Li等[35]研究發現，將A549細胞暴露于高濃度紫杉醇建立A549/紫杉醇耐藥細胞系，NEAT1在NSCLC和A549/紫杉醇耐藥細胞系中的表達水平高于BEAS-2B細胞系，表明NEAT1能促進NSCLC細胞對紫杉醇耐藥；此外，NEAT1與Akt/mTOR信號通路激活有關，在紫杉醇耐藥的NSCLC細胞系中，NEAT1表達上調可能通過激活Akt/mTOR信號通路起分子介導作用，從而在紫杉醇耐藥中發揮重要作用。Zang等[36]研究發現，在NEAT1敲除的A549/紫杉醇細胞中，低劑量或高劑量的紫草素均能顯著抑制細胞生長并誘導細胞凋亡，磷酸化Akt表達減少，表明NEAT1和Akt信號的下調與紫草素抗紫杉醇耐藥的NSCLC有關，紫草素可以通過下調NEAT1和Akt信號水平誘導細胞凋亡，抑制紫杉醇耐藥的NSCLC生長。

2.3.3順鉑耐藥影響 研究表明，lncRNA SNHG7在NSCLC組織中高表達，且在對順鉑耐藥患者中的表達水平高于對順鉑敏感的患者，能促進NSCLC的發生發展；其中，腫瘤的耐藥性與耐藥基因多藥耐藥基因1、乳腺癌耐藥蛋白和PI3K/Akt/mTOR信號通路有關，SNHG7通過PI3K/Akt信號通路上調多藥耐藥基因1和乳腺癌耐藥蛋白的表達，從而誘導NSCLC對順鉑產生耐藥性[37]。

獲得性耐藥由多種因素介導產生，目前研究表明，lncRNA與PI3K/Akt信號通路的相互作用可以調控NSCLC的耐藥機制[37]。綜上所述，lncRNA在NSCLC耐藥細胞系和敏感細胞系的表達差異顯著，lncRNA的表達能夠對細胞的耐藥產生影響，且可以通過調控PI3K/Akt/mTOR信號通路誘導細胞產生耐藥性。因此，研究探索PI3K/Akt/mTOR信號通路的抑制劑將為NSCLC耐藥患者提供更多的臨床治療策略。

3 PI3K/Akt/mTOR信號通路相關lncRNA在NSCLC診斷中的應用

通過大量的生物信息學分析表明，表達失調的lncRNA廣泛參與了惡性腫瘤的發病機制，且與信使RNA相比，lncRNA的表達在細胞、組織中更具特異性。目前，已有研究證明一些lncRNA具有作為肺癌診斷和治療的新型生物標志物和靶標的潛力[38]。

一項研究表明，SFTA1P(surfactant associated 1 pseudogene)是一種源于假基因的lncRNA，可以調控PI3K/Akt信號通路；SFTA1P與NSCLC的發病風險呈負相關，作為一種保護性因子，可成為NSCLC早期診斷的生物標志物，其調控機制可能與其負向調節PI3K/Akt信號通路，調控細胞周期，抑制細胞增殖相關，從而在NSCLC的發生發展過程中發揮抑制作用[39]。肌聯蛋白反義RNA 1(titin antisense RNA 1，TTN-AS1)是一種發揮促癌功能的lncRNA，在肺腺癌中表達上調。PTEN是腫瘤抑制基因，可以抑制PIP3介導Akt的磷酸化。Luo和Liu[40]報道，TTN-AS1在肺腺癌細胞中通過調控PTEN的表達激活PI3K/Akt通路。沉默TTN-AS1基因能促進PTEN蛋白的表達，而對其信使RNA水平沒有影響，表明TTN-AS1通過翻譯或翻譯后機制調控PTEN的表達。另有研究表明，一些蛋白質(如MAGI2)可能與未磷酸化的PTEN結合，從而提高PTEN的穩定性[41]。由于抑制TTN-AS1的表達，PTEN總水平升高，磷酸化PTEN水平降低，MAGI2和PTEN之間的相互作用增強，TTN-AS1通過促進PTEN的磷酸化抑制PTEN-MAGI2相互作用來限制PTEN在肺腺癌中的表達，而未磷酸化的PTEN更有可能與MAGI2結合，因此TTN-AS1通過降低PTEN的穩定性激活PI3K/Akt通路，在肺腺癌中發揮癌前基因的作用，為肺腺癌的治療提供新途徑[40]。NSCLC的發展過程中包含許多復雜的調控機制(表1)，而lncRNA在NSCLC的其他作用及其與PI3K/Akt/mTOR信號通路的更多聯系在NSCLC中還有待探索和研究。

表1 PI3K/Akt/mTOR信號通路相關lncRNA促進NSCLC發展的研究

續表1

4 小 結

NSCLC的發展過程涉及多條信號通路，其中PI3K/Akt/mTOR信號通路是影響NSCLC發展的關鍵通路，lncRNA通過影響PI3K/Akt/mTOR信號通路中一些蛋白的表達調控NSCLC細胞的生長、增殖、凋亡、遷移、侵襲、轉移和耐藥，從而影響NSCLC的發展。但目前部分lncRNA在NSCLC中調控PI3K/Akt/mTOR信號通路的確切分子機制尚不完全清楚，如TP73-AS1在肺腺癌中調控PI3K/Akt通路的詳細機制需要進一步探究，以為患者的治療和預后提供合理性支持。且在研究機制過程中關注的細胞系比較單一，不能充分顯示對NSCLC的影響，如在探究NEAT1通過激活Akt/mTOR信號通路介導NSCLC紫杉醇耐藥中，只關注NSCLC的A549細胞系，使得實驗結論不夠充分，因此NEAT1在誘導NSCLC紫杉醇耐藥中的具體作用還有待進一步研究。目前，PI3K/Akt/mTOR信號通路相關lncRNA在NSCLC的臨床應用尚不成熟，深入探究PI3K/Akt/mTOR與lncRNA之間的關系，對發現NSCLC的新治療靶點、開發療效更高的治療方案具有重要意義。