長鏈非編碼RNA MALAT1在甲狀腺癌中的作用及機制的研究進展

陸丹丹,呂京澴

甲狀腺乳頭狀癌(papillary thyroid carcinoma, PTC)作為內分泌系統最常見的惡性腫瘤,近年來發病率逐年升高,嚴重影響公眾的生命健康。盡管細針穿刺細胞學檢查(fine needle aspiration, FNA)與分子檢測等手段提高了甲狀腺癌,特別是微小乳頭狀癌的檢出率,但其仍有一定的局限性[1]。因此,需要探索一種新的生物學標志物以指導臨床。雖然長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)不編碼蛋白質,但可以通過調控表觀遺傳、轉錄、轉錄后、翻譯水平等方式參與癌細胞的增殖、凋亡及侵襲。轉移相關肺腺癌轉錄本1(metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1, MALAT1)作為首批被證實參與癌癥發生發展的lncRNA之一,近年來得到廣泛研究,已被確定為甲狀腺癌相關的lncRNA。本文主要對MALAT1可能的作用機制及其在甲狀腺癌中的表達、生物學行為和潛在臨床價值作一綜述,以便更全面地認識MALAT1與甲狀腺癌的關系。

1 MALAT1概述

1.1 MALAT1結構2003年Ji等[2]在早期非小細胞肺癌預后預測基因的研究中發現了MALAT1。MALAT1的編碼基因定位于染色體11q13.1,由RNA聚合酶Ⅱ轉錄,大小約8 kb。與其他lncRNA不同,MALAT1的3′末端類似于短poly(A)尾,可以形成特殊的三螺旋結構而不被核酸外切酶降解,從而令其自身高度保守,這對MALAT1的后續積累和致癌活性至關重要[3]。

1.2 MALAT1作用機制MALAT1在細胞核中的定位靠近許多調節蛋白,使其可以發揮特定的調控作用,如轉錄調控和選擇性剪接等。MALAT1的主要作用是充當分子支架來調控轉錄和轉錄后的基因表達[4]。據報道,在血清誘導下,MALAT1與聚梳抑制復合體1(polycomb repressive complex 1, PRC1)的重要成員Pc2特異結合,通過促進E2F1的SUMO化來驅動相關細胞周期基因的易位及轉錄激活[5];另一方面,MALAT1可能在轉錄后結合下游蛋白發揮選擇性剪接作用。MALAT1與絲氨酸/精氨酸豐富的(serine/arginine-rich, SR)蛋白質剪接因子相互作用,可影響SR蛋白的磷酸化狀態,繼而導致SR蛋白與其靶前mRNA的交替剪接[6]。例如受MALAT1調節的SRSF1基因,其前mRNA的選擇性剪接參與胃癌的發生、發展[7]。

另外,MALAT1也可充當競爭內源性RNA(competing endogenous RNA, ceRNA)發揮調節作用。ceRNA與其他mRNA競爭miRNA上的結合位點,最終抑制了miRNA的功能,增加了miRNA靶mRNA的表達水平,又稱為“海綿作用”。據文獻報道,MALAT1是功能極其強大的ceRNA,可以結合多種miRNA,參與肝細胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)等多種腫瘤的增殖與侵襲、肝臟纖維化、急性腎損傷等不同的生理病理過程[8-9]。此外,通過靶向miRNA和其他下游基因,MATAT1參與許多經典的信號通路,包括MAPK/ERK、NK-κB、Wnt/β-catenin等[9]。總之,MALAT1的具體功能根據癌癥類型、腫瘤微環境以及遺傳背景而有所不同。

2 MALAT1在甲狀腺癌中的作用

2.1 MALAT1與甲狀腺癌的增殖和發展Huang等[10]首先通過實時熒光定量PCR檢出MALAT1在甲狀腺癌組織和細胞中表達異常升高,進一步研究發現MALAT1通過上調IQGAP-1促進甲狀腺癌細胞的增殖與侵襲,其中IQGAP-1是一種調節細胞黏附和細胞運動的蛋白質。miRNA與lncRNA存在調節關系,這種作用在甲狀腺癌中至關重要。Peng等[11]證實miR-146b-5p在甲狀腺癌組織中的表達異常升高,并且通過靶向DNMT3A調節MALAT1的表達,影響甲狀腺癌的發生與進展。此外,在PTC中,MALAT1更重要的特點是發揮ceRNA的功能。Gou等[12]研究發現MALAT1充當miR-200a-3p的ceRNA,上調miR-200a-3p靶向致癌基因FOXA1的表達。有文獻報道miR-204具有腫瘤抑制作用,并且靶向調節胰島素樣生長因子2 mRNA結合蛋白2(insulin-like growth factor 2 mRNA binding protein 2, IGF2BP2)。IGF2BP2又通過識別甲狀腺癌細胞中MYC的N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine, m6A)修飾來上調MYC的表達[13]。MYC可以通過多種機制誘導腫瘤的發生,例如改變腫瘤微環境以促進免疫逃逸。MALAT1作為ceRNA與miR-204競爭性結合上調MYC表達,促進腫瘤細胞免疫抑制,加速甲狀腺癌細胞的增殖。

此外,腫瘤的發生與細胞的異常增殖密切相關,細胞周期的失控可能導致細胞復制增強。如上所述,上調的MALAT1對Pc2的調節可以促進細胞周期基因的易位及異常激活,進而促進腫瘤細胞的增殖。有研究發現,MALAT1控制人體細胞的細胞周期過程,參與G1/S和有絲分裂進展,并且可以調節一種參與G2/M進程的致癌轉錄因子B-MYB的表達促進癌細胞增殖[14]。Samimi等[15]的研究也表明敲低MALAT1會顯著下調Cyclin D1基因表達,使ATC細胞停滯于G1期,阻礙細胞周期進程,誘導細胞凋亡,最終抑制其增殖。這也可能是MALAT1促進甲狀腺癌發展的原因之一。

2.2 MALAT1與甲狀腺癌的侵襲和轉移癌癥的轉移是影響生存與預后的決定性因素,上皮-間充質轉化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)是腫瘤轉移的重要過程,各種lncRNA被證明在EMT中起作用。有研究表明,MALAT1的上調參與TGF-β誘導的甲狀腺癌EMT,并且可能通過調節EMT相關標志物CDH1、CDH2、FN1、vimentin的表達增加甲狀腺癌細胞的轉移和侵襲能力[16-17]。另有研究發現,甲狀腺癌干細胞樣外泌體將MALAT1轉移到非癌的幼稚細胞中,增加了這些細胞的增殖和侵襲能力,其中EMT標志物SLUG也顯著上調[18]。此外,血管生成也是促進癌癥轉移的關鍵因素。早有研究發現,MALAT1有調節內皮細胞功能和血管生長的功能。在甲狀腺癌中,MALAT1可以上調成纖維細胞生長因子2(fibroblast growth factor 2, FGF2)的表達。FGF2作為一種信號誘導分子,在腫瘤誘導的血管生成中起重要作用。因此,MALAT1介導的FGF2蛋白表達可誘導脈管系統的形成,促進甲狀腺癌的轉移[19]。

3 MALAT1在甲狀腺癌中的臨床價值

3.1 MALAT1作為篩查標志物遺傳因素和表觀遺傳變異是甲狀腺癌發病機制的重要環節,其中包括單核苷酸多態性(single nucleotide polymorphism, SNP)。SNP是lncRNA基因最常見的遺傳變異,lncRNA中的SNP可以通過改變mRNA的剪接構象和lncRNA的表達水平,進而介導癌癥的發生與發展。SNP一直是篩查不同類型癌癥潛在的生物標志物之一。全基因組關聯研究發現了10多種與甲狀腺癌遺傳性相關的SNP。Ni等[20]采用Meta分析顯示,MALAT1中的rs619586與亞洲人癌癥風險顯著相關,其中包括結直腸癌(colorectal cancer, CRC)、HCC和PTC等。從MALAT1多態性在中國PTC患者的研究中發現,與rs619586 AG/GG攜帶者相比,rs619586 AA攜帶者發生PTC的風險顯著提升。此外還表明SNP rs619586促進甲狀腺細胞的增殖并抑制凋亡,可以直接誘導細胞的EMT過程[21]。Cao等[22]也報道,rs619586的A等位基因與G等位基因相比,其與MALAT1的高表達有明顯相關性。然而,可能因為種族差異,SNP rs619586與歐洲人群PTC的發生無明顯關系[21]。

3.2 MALAT1作為診斷標志物超聲引導下的FNA活檢是甲狀腺病變的主要診斷方法,然而其仍存在許多局限性。Possieri等[23]建立了基于FNA標本中lncRNA表達的高級數學模型,通過液滴數字PCR分析FNA樣本和包括MALAT1在內的3種癌癥相關lncRNA,以此作為甲狀腺術前診斷的新方法。該算法診斷甲狀腺癌的準確率達94.12%(靈敏度100%,特異性91.67%),且較常規分子檢測成本更低、應用范圍更廣。與侵入性活檢相比,準確性高的體液檢測對患者更為有益。目前,關于MALAT1作為各種癌癥在體液中的診斷標志物已有諸多報道。Zhang等[24]發現子宮頸癌患者陰道灌洗樣本的分離外泌體中MALAT1水平較對照組差異有顯著性。除此之外,膀胱癌的血清樣本中也可檢測出高表達的MALAT1,若輔以循環MEG3、SNHG16的檢測,其診斷價值甚至高于尿液細胞學檢查[25]。然而,目前MALAT1在甲狀腺癌患者血液中變化的情況尚無相關報道。

3.3 MALAT1作為預后標志物鑒于MALAT1廣泛參與多種癌癥的增殖與轉移,由此推測其與這些惡性腫瘤的不良預后相關。Liu等[26]研究發現,PTC組織中MALAT1的表達水平與腫瘤大小、淋巴結轉移情況和WHO分期密切相關。如上所述,多項研究證明MALAT1通過各種途徑參與EMT,促進甲狀腺癌的侵襲與轉移。這些結果均提示MALAT1是甲狀腺癌預后的重要影響因素。

4 小結與展望

越來越多的研究表明,MALAT1在甲狀腺癌中通過調節基因轉錄、影響mRNA切割或作為ceRNA等方式參與腫瘤的增殖、侵襲和轉移的調節,可能成為篩查、早期診斷、預后預測的重要標志物,阻斷和抑制其表達也可能成為甲狀腺癌的治療方向。

然而,目前將MALAT1進一步應用于臨床還面臨諸多挑戰:首先,MALAT1在甲狀腺癌中的作用機制與調控網絡有待完善,如MALAT1是否存在更多上游調控基因,其作為ceRNA是否還有其他miRNA的靶基因或通過其他方式調控下游基因;其次,MALAT1不僅參與癌癥的調控,還參與其他正常的生物過程,如神經的發育與功能、骨骼肌生成等。因此,MALAT1作為治療靶點時,其沉默也可能影響正常的生理功能。僅在癌細胞中選擇性靶向MALAT1而避免正常的生理功能受影響,這或許將成為未來臨床轉化的努力方向。