外周血lncRNA NEAT1在惡性腫瘤診斷中的研究進展

何 靜 綜述,侯玉磊,陳 輝審校

(重慶醫科大學附屬第一醫院檢驗醫學科,重慶 400016)

根據世界衛生組織(WHO)2019年的估計,癌癥是全世界范圍導致人類死亡的主要原因[1]。癌癥的發病率高、致死率高,癌癥患者的總體預后差,但癌癥的早期診斷可改善總體預后,對延長人類壽命有至關重要的作用[2]。但由于對早期腫瘤缺乏高效特異的篩查方法,許多患者到疾病晚期時才就診,也因此延誤了診療時機[3]。目前,癌癥的診斷方法主要包括影像學檢查(CT、MRI、PET-CT、鉬靶、內窺鏡等)、組織病理活組織檢查(簡稱活檢)、實驗室標志物(如CEA、AFP、SCC)檢測等。隨著個性化醫療和基因分析等新技術的發展,液體活檢正在成為癌癥診斷的新方法。液體活檢是一種非侵入性檢測手段,通過對外周血或其他體液中的多種癌癥來源成分進行檢測分析,從而獲取腫瘤相關信息,主要包括檢測外周血中的循環腫瘤細胞(CTC)、循環腫瘤DNA(ctDNA)、循環腫瘤RNA及蛋白質等[4]。相比傳統影像學檢查,液體活檢無放射性輻射且更為經濟;相比組織病理活檢,液體活檢標本更易獲取、患者接受程度更高,且可重復取樣進行預后預測及療效監測;相比傳統實驗室標志物,液體活檢直接檢測循環中的遺傳物質,具有更高的靈敏度及特異度。起初,研究人員以檢測外周血中腫瘤蛋白類指標為主要研究對象,隨著分子生物學技術的發展,生物醫學研究人員開始關注更為特異的分子類指標,如循環DNA及循環RNA。其中長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)在癌癥進展中的作用已得到廣泛研究證實[5]。LncRNA NEAT1作為lncRNA中的明星分子,通過對其作用和機制的深入研究發現,核富集轉錄本1(Nuclear enriched abundant transcript 1,NEAT1)在惡性腫瘤中具有一定診斷價值,提示其可用作惡性腫瘤診斷的理想生物標志物。因此,本文對外周血中lncRNA NEAT1在常見惡性腫瘤中的診斷價值研究進展進行綜述。

1 LncRNA NEAT1的結構和功能

人類基因組中超過75%的基因被主動轉錄成RNA,但實際上只有極少數基因被翻譯為功能蛋白質,這表明基因轉錄組中大部分由非編碼RNA(ncRNA)構成[6]。早期研究認為,ncRNA不具備生物學功能,但隨著高通量技術的發展,人們對ncRNA的認識也逐漸深入。ncRNA可分為小ncRNA(small ncRNA,<200核苷酸)和長ncRNA(lncRNA,>200核苷酸)。近年來,越來越多的研究表明,lncRNA可參與調節癌癥發展相關的細胞過程,包括細胞生長、凋亡、侵襲和轉移。

NEAT1位于11號染色體(11q13.1),具有兩種不同的亞型,即NEAT1_1(3.7 kb)和NEAT1_2(22.7 kb),是一種功能保守的lncRNA[7]。NEAT1富集在細胞核中,可維持RNA的穩定性,支持RNA的亞型轉換。核副斑點是執行不同基本細胞功能的無膜核體,而NEAT1是組成核副斑點的結構支架,對其形成至關重要[8]。許多研究表明,NEAT1參與調節腫瘤細胞過程,包括細胞增殖、分化、遷移、侵襲和凋亡。NEAT1在大多數實體腫瘤中過表達,如乳腺癌、非小細胞肺癌、結直腸癌、前列腺癌、胃癌等。這些惡性腫瘤的不良預后、腫瘤晚期分期以及轉移等臨床病理特征與NEAT1水平升高顯著相關。然而在白血病和多發性骨髓瘤中,NEAT1表達水平下調,可能發揮抑癌基因作用。以上研究表明,NEAT1在惡性腫瘤的發生、發展中具有重要作用,并且與腫瘤臨床病理特征顯著相關,提示NEAT1在腫瘤診斷中具有一定價值。

2 LncRNA NEAT1在惡性腫瘤診斷中的研究進展

2.1乳腺癌 乳腺癌作為全球女性癌癥死亡的主要原因,其發病率已超過肺癌,成為最常診斷的腫瘤[1]。近年來,研究發現,在乳腺癌組織和細胞系中NEAT1表達水平上調,并且這種表達上調一方面與促進腫瘤細胞過程、減少細胞凋亡及促進上皮-間充質轉化(EMT)有關,另一方面又與降低患者總體生存率有關。高水平的NEAT1與乳腺癌患者更大的腫瘤直徑、伴隨淋巴結轉移及癌癥侵襲性增加密切相關[9]。有研究通過對乳腺癌進展調控機制的研究發現,NEAT1通過NEAT1/miR-107/CPT1A軸或NEAT1/miR-410-3p/CCND1軸來調節乳腺癌基因的表達模式,從而促進乳腺癌的進展[10-11]。

近兩年,研究者們開始探究循環NEAT1在乳腺癌患者中的表達水平及臨床意義。SWELLAM等[12]發現,與乳腺良性疾病及健康對照組相比,血清NEAT1相對表達量在乳腺癌患者中顯著升高。伴隨淋巴結轉移及腫瘤位于左側乳腺的乳腺癌患者,其血清NEAT1表達水平更高。SWELLAM等[12]通過繪制ROC曲線發現,用NEAT1來鑒別乳腺癌患者與健康對照時的曲線下面積(AUC)為0.92,最佳cut-off值為9.77時,NEAT1的靈敏度和特異度分別為91.00%和80.90%。上述研究表明,NEAT1特別是循環NEAT1具有作為乳腺癌診斷生物標志物的潛力。

2.2肺癌 肺癌仍然是全世界最普遍的惡性腫瘤之一,病死率高,我國每年報道超70萬死亡病例[1]。肺癌最普遍(超過80%)的形式是非小細胞肺癌(NSCLC)。有研究表明,NEAT1參與NSCLC的發生、發展。研究發現,NEAT1在NSCLC組織和細胞系中上調,NEAT1水平升高與NSCLC患者更多的淋巴結轉移、更高級的TNM分期、更差的生存率及NSCLC細胞過程進展密切相關[13]。ZHAO等[14]研究發現,NEAT1水平在肺癌組織及細胞系中顯著升高,表明NEAT1在肺癌進展中扮演了重要角色。ZHAO等[14]還對NEAT1具體調控機制進行探索,發現NEAT1與miR-153-3p相互作用,上調miR-153-3p抑制肺癌細胞進展,抑制miR-153-3p可恢復si-NEAT1在肺癌細胞系中的作用,即當沉默NEAT1時可通過靶向上調miR-153-3p顯著抑制肺癌細胞的增殖、侵襲、遷移,并誘導肺癌細胞凋亡,提示NEAT1參與NSCLC的進展。此外,大量研究表明NEAT1可通過調節不同的分子途徑來促進NSCLC發生。一項研究發現,SOX9可激活經典Wnt/β-連環蛋白信號通路,此信號通路在癌細胞增殖、遷移和血管生成中具有重要作用,而NEAT1可海綿化miR-101-3p靶向調節SOX9的表達,從而促進NSCLC的進展[13]。另一項研究發現,下調NEAT1抑制miR-204/NUAK1軸抑制肺癌細胞侵襲及遷移,促進肺癌細胞凋亡[15]。

循環lncRNA作為非侵入性腫瘤診斷標志物得到了研究人員的關注。YUAN等[16]設計了一項多階段研究,通過發現、訓練、驗證和擴展階段,收集檢測528個血漿樣本中的候選肺癌相關lncRNA,最終鑒定出一組由4個血漿lncRNA組合的肺癌診斷標志物。ROC曲線顯示,NEAT1用于鑒別NSCLC和健康對照的AUC值為0.73,而4個血漿lncRNA聯合診斷NSCLC的AUC值為0.86,優于臨床經典3個腺癌蛋白標志物組合(CEA+CA125+CYFR21-1)的AUC值(0.77),靈敏度也明顯高于3個蛋白標志物組合(86.30%vs.73.96%)。由此可見,NEAT1或聯合多個lncRNA在鑒別早期NSCLC時具有良好的診斷效能,其診斷價值顯著高于臨床常用腫瘤蛋白標志物。此項研究結果提示,血漿NEAT1等lncRNA具有診斷NSCLC的強大潛力,NEAT1具有作為肺癌早期輔助診斷標志物的臨床價值。

2.3結直腸癌 結直腸癌是全球發病率第三、癌癥死亡原因排名第二的腫瘤,并且有年輕化、晚期化、向左側結腸或直腸發展的趨勢[17]。研究發現,NEAT1水平上調與結直腸癌患者TNM分期不良、生存率低和腫瘤復發顯著相關。通過對56例結直腸癌患者組織及癌旁正常組織的研究,PENG等[18]發現NEAT1在結直腸癌組織中表達水平顯著升高,NEAT1表達水平與結直腸癌的體積呈正相關,Kaplan-Meier分析提示NEAT1水平升高導致生存不良。此外,NEAT1可通過與miRNA相互作用,如NEAT1通過調節miR-205-5p/VEGFA軸[19],或通過miR-138上調SLC138A1[20]促進結直腸癌細胞增殖、遷移和侵襲,提示NEAT1在結直腸癌發生、發展中起著重要作用。

在另一項研究中,研究者采用RT-qPCR對結直腸癌患者血清樣本進行檢測,結果發現與健康對照比較,NEAT1水平在結直腸癌患者血清中明顯升高,能有效區分結直腸癌與健康對照;ROC曲線顯示,NEAT1鑒別結直腸癌與健康對照的AUC值為0.95,提示NEAT1具有良好的診斷效能,可能是結直腸癌潛在的生物標志物[18]。但該研究沒有進一步比較NEAT1與傳統蛋白標志物的診斷價值,對NEAT1促進結直腸癌發展的潛在機制進行了探索。研究發現,在結直腸癌細胞中敲除NEAT1不僅會導致細胞生長阻滯和凋亡,還會導致Bcl-2水平降低和Bax水平升高,且NEAT1的致癌活性可能與Akt信號通路的調控有關[18]。上述研究結果表明,血清NEAT1用于結直腸癌診斷時具有良好的診斷價值,相比結直腸鏡檢查,血清NEAT1檢測具有無創、臨床開展方便等優點,提示NEAT1具有作為結直腸癌早期診斷標志物的潛力。

2.4前列腺癌 前列腺癌是男性常見腫瘤,也是癌癥相關死亡常見原因之一[1]。研究發現,在前列腺癌組織和細胞系中,NEAT1表達水平明顯升高。在前列腺癌患者中,較高豐度的NEAT1與較差的TNM分期和格里森評分相關,其總生存期較短,敲除NEAT1可抑制前列腺癌細胞生長和侵襲。ZHAO等[21]研究發現,NEAT1在前列腺癌組織和細胞系中過表達,Ⅲ期+Ⅳ期前列腺癌患者NEAT1水平高于Ⅰ+Ⅱ期,高水平NEAT1與前列腺癌患者不良生存呈正相關。在機制上,NEAT1與miR-766-5P在前列腺癌組織中的表達量呈負相關,且NEAT1可通過海綿化miR-766-5P靶向調節E2F3,促進前列腺癌進展。在另一項研究中,NITUSCA等[22]通過對病理組織及血漿中lncRNA的篩選驗證發現,NEAT1在前列腺癌患者組織和血漿中均表達上調;通過繪制ROC曲線發現,在鑒別前列腺癌和健康對照時,NEAT1的AUC值為0.73,表明其對前列腺癌具有一定診斷價值。結合上述研究結果,提示NEAT1在前列腺癌診斷中蘊含巨大潛力。但目前相關研究還較少,期待未來出現更多關于前列腺癌中循環NEAT1診斷價值的研究。

2.5胃癌 胃癌(gastric carcinoma)是全球第五大常見診斷癌癥和第四大癌癥死亡原因[1]。盡管近年來胃癌病死率有所下降,但每年仍有超過100萬新診斷病例和70萬死亡病例。研究發現,相較癌旁組織和正常胃癌細胞系,NEAT1水平在胃癌組織和細胞中顯著升高。NEAT1相對表達量較高的胃癌患者與較差的總生存期相關,沉默NEAT1可抑制胃癌細胞增殖、侵襲、轉移和體外細胞的周期進程,但可促進胃癌細胞凋亡。機制分析表明,NEAT1通過海綿化miR-365a-3p調控ABCC4基因表達來促進胃癌細胞增殖、凋亡和轉移[23],或作為ceRNA海綿化miR-1224-5p調控RSF1表達影響胃癌的進展[24]。值得注意的是,RAO等[25]發現,NEAT1在幽門螺桿菌(Hp)感染的胃癌組織中表達上調,而Hp感染是誘發胃癌的高危因素,過表達的NEAT1促進Hp感染胃癌細胞的增殖、遷移和侵襲能力。在另一項研究中,NEAT1在胃癌患者組織及血清中表達水平顯著升高,且NEAT1水平與淋巴結轉移、臨床分期、腫瘤直徑、Hp感染有關。此研究還發現,NEAT1用于胃癌診斷的AUC值為0.88,靈敏度、特異度分別為83.67%、67.78%,提示血清NEAT1對于胃癌早期篩查有較高的診斷效能[26]。目前有不少研究都關注到NEAT1在胃癌患者組織和細胞系中表達失調,表明NEAT1在胃癌的進展中起著至關重要的作用。此外,近兩年研究發現,血清NEAT1作為胃癌輔助診斷標志物有巨大潛力[26]。

2.6其他惡性腫瘤 越來越多的文獻報道,NEAT1參與多種惡性腫瘤的發生、發展。在大多數實體腫瘤中,NEAT1主要促進癌癥進展。盡管這些癌癥在定義、部位、致病機制等方面不完全相同,但它們具有一個相似點,即NEAT1表型,可歸納為:(1)在腫瘤組織或細胞系中表達上調,NEAT1水平升高與更高級的TNM分期、較大的腫瘤、轉移的發生及不良的生存相關;(2)沉默NEAT1可導致癌細胞生長、增殖、遷移、侵襲的減少,促進腫瘤細胞的凋亡;(3)在分子機制上,NEAT1大多數時間充當miRNA的ceRNA,調控相應miRNA水平,從而靶向調節致癌蛋白的表達水平。因其在惡性腫瘤中的作用機制逐漸被探索,針對NEAT1的診斷價值研究也越來越多。

在子宮內膜癌組織中,NEAT1表達明顯高于癌旁組織,其水平變化與腫瘤大小及分期密切相關。ROC曲線發現NEAT1用于子宮內膜癌診斷的AUC值、靈敏度、特異度分別為0.86、62.20%、100.00%,提示NEAT1具有良好的診斷效能[27]。然而徐笑宇等[28]檢測31例宮頸病變(宮頸上皮內癌變及宮頸癌)患者外周血清發現,NEAT1在宮頸病變患者中表達水平顯著低于健康對照組,宮頸癌患者術后3 d血清NEAT1水平較其術前水平升高。盡管此研究結果表明NEAT1水平在腫瘤患者中表達下調,但經ROC曲線分析,其診斷宮頸病變的AUC值為0.66,靈敏度、特異度為63.60%、74.20%,提示血清NEAT1對于宮頸病變具有一定的診斷價值,其可用作宮頸病變早期篩查的輔助指標。

3 小結與展望

雖然目前對外周血NEAT1的診斷價值研究仍處于非常早期的階段,但越來越多的證據已經清楚地表明外周血NEAT1是一種有吸引力的癌癥生物標志物,對腫瘤診斷具有重要意義。相比組織活檢,外周血NEAT1作為相對無創的檢測手段更易被患者接受,成本低、易取樣,且可重復取樣的優點可支持腫瘤治療的監測;相比傳統血清蛋白類腫瘤標志物,NEAT1具有更高的靈敏度和特異度,當NEAT1聯合其他lncRNA或聯合傳統血清蛋白類腫瘤標志物時,可提高腫瘤的診斷效能。但是目前針對NEAT1在惡性腫瘤中的研究還不夠深入,其作為腫瘤輔助診斷標志物的價值還需要在多中心、大規模的樣本中進一步驗證,調控腫瘤進展的分子機制也需要更多研究支持。相信隨著研究的深入,NEAT1有望成為腫瘤診斷、治療、預后等的新靶點。