長鏈非編碼RNA調控細胞自噬參與消化系統腫瘤發生發展的研究進展*

陳曉玲 吳巍蕓

廣東醫科大學附屬醫院消化內科,廣東省湛江市 524001

近年來已發現多種非編碼RNA(ncRNA),包括微小RNA(miRNA)、長鏈非編碼RNA(lncRNA)、環狀RNA(circRNA)和piwi相互作用RNA(piRNA)等[1]。lncRNA廣泛表達于人體的器官及組織中,并通過影響染色質重構、表觀遺傳學修飾、轉錄、RNA成熟等方式調控基因表達,從而參與腫瘤、心腦血管疾病、神經退行性疾病等多種疾病的病理過程[2]。自噬是一個多階段的保守降解過程,其在維持細胞內穩態方面擔當重要角色[3]。自噬異常與腫瘤的發生發展密切相關,具有“雙刃劍”的特性[3]。一方面,自噬使腫瘤細胞更能夠耐受缺氧、饑餓等應激環境,通過縮小細胞體積減低耗能、抑制細胞分裂和運動等方式使其進入休眠,當條件改善時,這些細胞能夠恢復生長,延長存活時間;另一方面,自噬通過清除受損的蛋白質和細胞器,促進細胞內循環,維持能量穩態,減輕應激導致的基因組損傷,減少腫瘤的發生。另外,在腫瘤耐藥性方面,自噬可促進腫瘤發生免疫逃逸或通過與先天或獲得性免疫因子相互作用以加強抗腫瘤效果[3]。lncRNA通過調節自噬相關基因(ATG)、自噬相關通路關鍵因子等參與自噬調控網絡,進而影響腫瘤發生、癌細胞增殖、凋亡、轉移、化療耐藥等過程[4-5]。本文就lncRNA調控細胞自噬參與消化系統腫瘤發生發展的研究進展展開綜述。

1 lncRNA概述

lncRNA是一類長度超過200個核苷酸,不具有編碼蛋白質潛力的RNA[1]。研究表明,在多種腫瘤中存在lncRNA的異常表達,并與腫瘤的進展有關[4-5]。lncRNA主要通過以下機制在腫瘤中發揮作用:(1)作為競爭性內源RNA(ceRNA),通過堿基互補競爭性與miRNA結合,導致miRNA功能喪失或減弱,減少miRNA對靶基因的抑制作用;(2)通過染色質重塑、組蛋白修飾等方式改變轉錄后蛋白的翻譯;(3)通過直接與轉錄因子結合,阻止它們與基因的啟動子區域結合,抑制基因轉錄;(4)通過與RNA結合蛋白結合,可順式或反式調節基因的轉錄和翻譯[1]。由此可見,lncRNA可通過表觀遺傳、轉錄和轉錄后水平調控基因表達來參與腫瘤發生發展。

2 自噬與腫瘤

自噬,也稱為“自我吞噬”,根據包裹物質及運送方式的不同可分為三種形式:巨自噬、微自噬和伴侶介導的自噬;其中,巨自噬是最常見的一種自噬類型[3]。在缺氧、DNA損傷等條件下,雷帕霉素靶蛋白(MTOR)失活,單磷酸腺苷活化的蛋白激酶(AMPK)激酶被磷酸化,Unc-51類自噬激活激酶(ULK)復合體被激活,自噬啟動;囊泡成核階段主要由Ⅲ型磷脂酰肌醇激酶(Vps34)、酵母ATG6同源基因(Beclin-1)等自噬相關因子組成的磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)復合體誘導,Vps34產生的磷脂酰肌醇-3-磷酸(PI3P)可誘導自噬前體的形成;微管相關蛋白輕鏈3(LC3)-磷脂酰乙醇胺(PE)和ATG12-ATG5復合物兩個泛素樣結合系統參與自噬體的形成,后者與溶酶體融合后被降解[6]。另外,在自噬體的形成過程中,泛素結合蛋白(p62)通過其泛素相關結構域識別泛素化蛋白,并與LC3結合后在自噬體中降解,因此,p62水平降低通常是自噬激活的標志之一[3]。

自噬是一個復雜的調節過程,涉及多種信號通路:(1)AMP激酶途徑:主要通過抑制MTOR的活性和直接磷酸化ULK1來激活自噬[6]。(2)PI3K/蛋白激酶B(AKT)/MTOR信號通路:在細胞營養豐富情況下,PI3K與生長因子受體結合后AKT被激活,繼而激活MTOR后抑制自噬;另外,PI3K活性可被磷酸酯酶與張力蛋白同源物(PTEN)拮抗,從而抑制AKT活性,抑制MTOR的激活,從而誘發自噬[6]。(3)抗凋亡蛋白(BCL-2)與Beclin-1結合后,Beclin-1與Vps34結合減少,Vps34產生的PI3P減少,影響自噬體囊泡成核,進而抑制自噬[7]。

自噬異常與腫瘤的發生、轉移和耐藥性有關,主要涉及上皮—間充質轉化、腫瘤干細胞、腫瘤微環境等因素[8]。而自噬在腫瘤中具有雙重作用,在腫瘤進展的早期,自噬通過減少癌基因激活抑制腫瘤細胞轉移;而在腫瘤進展的后期,自噬促使腫瘤細胞在缺氧等條件下存活,進而促進腫瘤進展[3]。在不同的細胞環境壓力或腫瘤微環境條件下,lncRNA可抑制或激活自噬,進而促進或抑制腫瘤的增殖、凋亡、轉移和化療耐藥等。

3 lncRNA調控自噬參與消化系腫瘤的發生發展

3.1 胃癌 據統計,2020年胃癌(GC)在全球有100多萬新發病例和76.9萬死亡病例,在腫瘤發病率和死亡率中分別位居第五和第四[9]。Wang等[4]報道,在GC細胞中,lncRNA MALAT1與ELAV樣RNA結合蛋白1(ELAVL1)結合,導致ELAVL1與PTEN的3’-非翻譯區(3’-UTR)結合減少,增加 PTEN mRNA的不穩定性,PTEN表達下調,AKT和MTO R磷酸化增加,激活AKT/MTOR通路,從而抑制GC細胞自噬,p62表達上調,激活核因子κB(NF-κB)通路,白細胞介素-6表達增加,促使成纖維細胞(NF)向腫瘤相關成纖維細胞(CAF)的轉化,CAF表達α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)增加, 并獲得高度收縮的表型,其通過分泌炎性介質調節腫瘤微環境各成分,CAF與GC細胞在腫瘤微環境中相互作用,進而促進GC細胞的增殖。胃癌化療主要應用于手術前、手術后以及圍手術期患者,以降低復發和轉移的風險和改善預后;然而,化療耐藥性的增加是影響療效的主要因素[10]。lncRNA EIF3J-DT可通過激活自噬來增加GC細胞對化療藥物的耐藥性。Luo等[5]等研究發現, lncRNA EIF3J-DT在對5-氟尿嘧啶耐藥的GC細胞中高表達;EIF3J-DT通過直接與ATG14 mRNA結合,增加其穩定性,使ATG14表達上調,從而促進GC細胞自噬,使GC細胞耐藥性增加。

3.2 膽囊癌 由于膽囊癌發病時癥狀和體征的模糊性和非特異性,大多數患者確診時已為晚期,預后較差,以化療為基礎的輔助治療是延長患者生存期的治療手段之一[9]。磷酸甘油酸激酶1(PGK1)可磷酸化Beclin-1以啟動自噬[11]。lncRNA GBCDRlnc1在對阿霉素(Dox)耐藥的膽囊癌中表達上調,與患者更低的總生存率和更晚的TNM分期呈正相關;在對Dox耐藥的膽囊癌細胞中,過表達GBCDRlnc1后通過直接與PGK1結合,抑制PGK1泛素化,PGK1表達上調,PGK1磷酸化Beclin-1增多,ATG5-ATG12結合物表達上調,從而促進自噬,使膽囊癌細胞耐藥性增加[12],lncRNA GBCDRlnc1可能是改善膽囊癌化療耐藥的一個潛在的靶點。

3.3 肝癌 肝細胞自噬受損與酒精性肝病、病毒性肝炎等原發性肝細胞癌(HCC)的高危因素的發病有關[13],表明自噬缺陷可能是HCC發生的機制之一。在HCC細胞中,lncRNA PTEN1P作為ceRNA,通過競爭性結合miR-17和miR-20a,上調miR-17和miR-20a靶基因AKT信號負調控因子(PHLPP)和ULK1的表達,進而抑制PI3K/AKT通路,促進HCC細胞自噬和凋亡,減弱HCC細胞的增殖、遷移和侵襲能力[14]。另外,lncRNA可通過促進HCC細胞自噬來降低化療藥物的敏感性。Xiong等[15]研究發現,過表達lncRNA HULC通過抑制miR-68863p、miR-6825-5p和miR-6845-5p的表達,導致后三者與泛素特異肽酶22(USP22)mRNA的3’-UTR結合減少,USP22蛋白表達上調,通過抑制煙酰胺腺苷二核苷酸依賴性脫乙酰酶(Sirt1)蛋白泛素化,使其降解減少,表達上調,促進ATG5和ATG7的脫乙酰化,兩者表達上調,進而促進HCC細胞自噬,降低細胞對化療藥物的敏感性。可見,lncRNA可通過與miRNA相互作用來調控自噬相關蛋白的表達,進而參與HCC發生發展,為探索HCC診斷及治療新靶點開闊了新的思路。

3.4 胰腺癌 胰腺癌(PC)是死亡率較高的惡性腫瘤之一,發病率呈上升趨勢,由于PC發病隱匿、易早期轉移,大多數患者確診時已為晚期,預后極差[9]。lncRNA PVT1在胰腺導管腺癌(PDA)組織的細胞中高表達,與更晚的臨床分期和更短的生存期呈正相關;過表達PVT1可通過競爭性抑制miR-20a-5p的表達,促使miR-20a-5p的靶基因ULK1表達上調,進而促進 PDA細胞自噬和增殖,抑制細胞凋亡,加入自噬抑制劑或自噬誘導劑后,可逆轉過表達PVT1對PDA細胞的自噬、增殖和凋亡的作用[16]。放療抵抗是影響PC放療療效的主要因素[17]。有研究報道,自噬與輻射敏感性有關,其通過保護腫瘤細胞免受電離輻射誘導的細胞損傷來增強腫瘤細胞輻射抗性[17]。lncRNA HOTAIR在PC組織中表達上調,通過直接與ATG7 mRNA結合,增強其穩定性,ATG7表達上調,LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值上調,促進PC細胞自噬,使得PC細胞的放射敏感性下降[18]。相反,LINC01207可通過促進PC細胞自噬來抑制其增殖,促進凋亡。Liu等[19]發現,沉默LINC01207后與miR-143-5p競爭性結合減少,下調 miR-143-5p靶基因AGR2的表達,LC3B和Beclin-1蛋白表達升高,而BCL-2蛋白表達降低,進而促進PC細胞的自噬和凋亡,抑制細胞增殖。

3.5 大腸癌 據統計,2020年大腸癌(CRC)在全球發病率位居第三,是常見的消化系統腫瘤之一[19]。Liu等[20]報道,敲低lncRNA GAS5后,與miR-222-3p競爭性結合減少,miR-222-3p表達升高,其靶基因PTEN表達下調,使得AKT磷酸化水平增高,激活AKT/MTOR通路,LC3B和Beclin-1蛋白表達下降,進而抑制CRC細胞自噬,促進細胞遷移和侵襲。另一方面,也有文章報道,lncRNA可通過抑制自噬,進而抑制CRC的發生發展。敲除lncRNA UCA1后激活AKT/MTOR信號通路,LC3Ⅱ和ATG5蛋白表達下調,抑制CRC細胞自噬, CRC細胞增殖減少,凋亡增加[21]。lncRNA通過調控自噬,在腫瘤中發揮不同的作用,可能與自噬在腫瘤中的作用復雜多樣有關。

綜上所述,lncRNA通過調控自噬在腫瘤的惡性進程中發揮不同的作用,可能由于處于疾病不同的發展階段,涉及不同的因子和信號通路所致。深入研究具體分子機制有助于更全面地認識腫瘤的發生發展機制,為診療靶點和手段的開發提供更廣闊的思路。