MALAT1、HOTAIR、NEAT1 調控結直腸癌的研究進展*

李瑞娜,徐 輝,李寧寧 綜述,高小玲△ 審校

1.甘肅省人民醫院麻醉科,甘肅蘭州 730000;2.海南省人民醫院檢驗科,海南海口 5701003.蘭州市婦幼保健院兒科,甘肅蘭州 730000

結直腸癌(CRC)是全球第三大最常見的惡性腫瘤,也是第二大癌癥死亡的原因[1]。2020年全球CRC新發病例約190萬,死亡病例約 93.5萬,遺傳因素及不良飲食習慣和生活方式是導致CRC發病的主要原因[2]。全球CRC死亡率不斷上升,尤其是發展中國家,2020年中國CRC發病人數占全球CRC發病人數的28.8%[2]。CRC發病率和死亡率持續上升的原因是缺乏早期診斷和有效治療,目前內鏡和手術切除、全身輔助化療、放療、靶向療法和免疫治療是CRC治療的幾種常見方法[3],然而,許多晚期患者對目前治療療效不佳,CRC患者的生存高度依賴于早期診斷和早期治療,盡管靶向療法最近取得了進展,但其臨床療效有限,無法治愈且負擔不起,因此,更多的替代療法和新的診斷方法對治療CRC患者至關重要。

1 長鏈非編碼RNA(lncRNA)作為競爭性內源性RNA的調控機制概述

lncRNA是一種長度大于200個堿基且沒有開放閱讀框的RNA分子,是RNA聚合酶Ⅱ的轉錄產物,但不具有蛋白編碼能力[4]。最開始lncRNA被認為是基因組轉錄的“垃圾”,不具有生物學功能[5]。隨著高通量測序的發展,有研究發現lncRNA參與基因調控的許多生物學過程,包括X染色體沉默、轉錄激活、染色質修飾及核內物質的運輸等過程[6],lncRNA被認為是多種癌基因和腫瘤抑制因子的增強子、支架或分子誘餌[7]。在CRC中lncRNA的上調或下調,影響了CRC細胞增殖、侵襲、遷移及耐藥,可作為CRC診斷及預后的生物標志物[8]。有研究發現,這些生物學作用大多數與lncRNA作為競爭性內源性RNA(ceRNA)網絡機制有關,可作為ceRNA的lncRNA、環狀RNA(cirRNA)、假基因,可以通過miRNAs反應元件(MREs)競爭性結合miRNA,抑制 miRNA與靶mRNA的3′UTR端結合,促使miRNA下游靶基因的表達,形成ceRNA調控網絡[9-10]。ceRNA調控網絡作為腫瘤的一種作用機制備受關注,參與了許多生物學過程,包括增殖、遷移、侵襲和凋亡以及化療耐藥[10],深入探討ceRNA調控網絡機制,對于癌癥進展的診斷、預后相關生物標志物的發現,以及藥物靶向治療都是至關重要的。

2 lncRNA通過ceRNA參與CRC的增殖、侵襲、遷移、凋亡以及耐藥

許多lncRNA作為ceRNA,含有多種類型和數量的miRNA特異性結合位點,與CRC的各種生物學功能都有關系,其中肺腺癌轉移相關轉錄因子1(MALAT1)、HOX反義基因間RNA(HOTAIR)、核富集轉錄本1(NEAT1)這3個lncRNA作為促癌基因,在CRC中促進增殖、侵襲、遷移、凋亡以及耐藥,本文對這3個lncRNA作為ceRNA的調控機制做了詳細地總結。

2.1MALAT1 MALAT1,也稱作核富集常染色體轉錄物-2 (NEAT-2),位于11q13.1染色體上,長約8.1 kb[11]。MALAT1最早在小細胞肺癌中被發現,后來在多種癌癥中被發現具有生物學作用,包括胃癌[12]、肝癌[13]、乳腺癌[14]、胰腺癌[15]、CRC[16]等。研究表明MALAT1作為ceRNA在 CRC 中顯著上調,調控CRC細胞的增殖、侵襲和轉移(圖1)。SUN等[17]研究發現Yes相關蛋白1(YAPl)敲低下調結腸癌細胞中MALAT1致癌基因的表達,YAP1通過MALAT1調控結腸癌細胞增殖和轉移,YAP1與β-連環蛋白(β-catenin)/T細胞第四因子(TCF4)形成的復物,通過競爭性結合miR-126-5p,在轉錄后水平增強了血管生長因子(VEGFA)、鋅指結構轉錄因子(SLUG)和堿性螺旋環螺旋轉錄因子(TWIST)的表達,促進了CRC的增殖、侵襲、遷移。MALAT1還可通過組蛋白甲基化修飾,增強β-連環蛋白(β-catenin)信號傳導途徑的活性,促進CRC增殖、侵襲和轉移。WU等[18]研究發現,十字形結構域蛋白 2C(JMJD2C)在CRC腫瘤組織中過表達,JMJD2C作為MALAT1的上游調控靶標,可以直接結合到MALAT1啟動子區域,即三甲基化組蛋白H3賴氨酸9(H3K9me3)和三甲基化組蛋白H3賴氨酸36(H3K36me3)的位點上,降低組蛋白甲基化水平,促進CRC增殖、侵襲和轉移,因此,MALAT1可能是預防和治療CRC轉移的有用靶點。另外有研究報道,MALAT1可以與一種抑制癌基因表達的腫瘤抑制蛋白結合——聚嘧啶束結合蛋白(PTB)相關剪接因子Q(SFPQ), MALAT1表達的上調可導致SFPQ蛋白表達的增加,MALAT1可以與SFPQ競爭性結合,使PTBP2從SFPQ/聚嘧啶束結合蛋白復合體(PTBP2)中釋放,釋放后的PTBP2促進CRC細胞增殖、侵襲和遷移[19]。此外,MALAT1可以通過激活PI3K/Akt/mTOR信號通路,增強FUT4相關巖藻糖基化和磷酸化水平,促進CRC的增殖、侵襲、遷移[20]。FUT4是巖藻糖基化的關鍵酶,據先前的報道,FUT4與CRC患者對西妥昔單抗或貝伐單抗耐藥性相關。XU等[20]研究報道,MALAT1通過抑制miR-26a/26b來調節巖藻糖基轉移酶4(FUT4)的表達,使CRC細胞侵襲性增強。RAB14是RAS癌基因家族的一個小GTPase成員,包含170多個成員,分為5個亞家族——RAS、RAB、RHO、ARF和RAN。有研究發現MALAT1通過充當ceRNA抑制了miR-508-5p的表達,RAB14作為miR-508-5p的下游靶標,促進CRC發展,這為CRC治療提供了治療靶點[21]。有研究發現,表達上調的MALAT1促進CRC細胞的增殖與自噬激活有關,體外實驗證明了MALAT1與微管相關蛋白輕鏈3Ⅱ(LC3-Ⅱ)表達水平呈正相關,MALAT1通過激活自噬和抑制CRC細胞系中miR-101的表達促進細胞增殖[22]。此外,在CRC組織中MALAT1表達上調,抑制miR-619-5p的表達,與TNM分期、轉移、無病生存時間和總生存時間相關,被認為是Ⅱ期或Ⅲ期CRC患者診斷和預后因素的生物標志物[23]。上述的研究表明,MALAT1通過ceRNA機制在CRC的發生發展中發揮重要的作用,深入研究MALAT1的ceRNA機制,有助于理解CRC復發和轉移的可能分子機制,并為CRC患者提供更多的治療靶點。

注:圖的左邊是MALAT作為ceRNA,在CRC中促進癌細胞的增殖、侵襲和轉移相關的micRNA/mRNA,圖的中間是MALAT的上游調控靶標及相關的信號通路,圖的右邊是MALAT與放射敏感性和化療耐藥性相關其的micRNA和靶向的mRNA。

MALAT1異常升高還可導致CRC細胞產生放射抵抗性與化療耐藥現象,其具體機制仍待進一步研究。有研究發現MALAT1調控miR-101-3p、miR-324-3p的表達,與CRC放射抵抗性、化療藥物奧沙利鉑的耐藥相關[24-25](圖1)。其中GUO等[24]的研究發現,MALAT1/miR-101-3p軸調節CRC的放射抵抗性,這可能在不久的將來是放療抵抗的一個前瞻性的治療方法,然而,這項研究并未發現miR-101-3p作用的下游靶標,可以繼續深入研究,這將為CRC放療提供新的潛在增敏靶點。MALAT1在耐奧沙利鉑的CRC組織和細胞中顯著上調,通過與 miR-324-3p競爭性結合,使整合素-金屬蛋白酶17(ADAM17)的表達增加,MALAT1通過miR-324-3p/ADAM17軸,在CRC中發揮促奧沙利鉑耐藥的作用[25]?？傊?MALAT1介導的ceRNA網絡調控可能成為 CRC潛在的診斷及治療的靶點。

2.2HOX反義基因間RNA(HOTAIR) HOTAIR 是位于12 q13.13染色體的HOXC基因簇,由2 158個核苷酸和6個外顯子組成的聚腺苷酸化RNA[26]。lncRNA HOX轉錄反義RNA(HOTAIR)通過募集染色質修飾因子來抑制同型盒基因D簇(HOXD)的表達[26]。有研究發現,在CRC中與相應的正常結腸上皮細胞(FHC)相比,HOTAIR在CRC細胞系和CRC組織中的表達顯著增加,與CRC轉移及不良預后相關[27]。臨床CRC標本中HOTAIR水平的升高與TNM分期、pT分期、遠處轉移和較差的總生存期相關[27],促進了CRC細胞的進展。據報道,HOTAIR和不同miRNA之間的串擾,激活下游Wnt/β-catenin、PI3K/AKT、JAK/STAT等信號通路,可以控制癌癥進展(圖2)。HOTAIR通過直接海綿miR-206,下調miR-206的表達,miR-206激活下游CC趨化因子配體2(CCL2)的功能,在CRC中發揮促癌基因的作用,誘導CRC增殖和侵襲,HOTAIR/miR-206/CCL2軸將是CRC新的治療靶點,有趣的是,該項研究在動物實驗中發現,CCL2激活了下游Wnt/β-catenin信號通路,促進了CRC肝轉移[28]。XIAO等[29]研究發現在CRC細胞系中,HOTAIR敲低和miR-203a-3p過表達均可抑制細胞增殖,β-catenin和GRG5是miR-203a-3p的抑制靶點,miR-203a-3p通過抑制β-catenin和GRG5的表達,從而抑制Wnt/β-catenin信號通路,HOTAIR通過miR-203a-3p介導的Wnt/β-catenin信號通路,促進CRC細胞增殖。PAN等[30]的研究證明了HOTAIR作為ceRNA與miR-326的“海綿”,靶向下游的巖藻糖基轉移酶6(FUT6),FUT6調節下游CRC細胞表面的α 1,3聚焦的CD44糖蛋白的表達,激活了磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)蛋白激酶B(AKT)信號通路,調節CRC進展,這項研究的結果為CRC提供了新的治療靶點和預后指標。ST6GAL1是一種修飾間質表皮轉化因子(c-Met)的潛在酶,LIU等[31]研究證明,在CRC進展期ST6-β半乳糖胺α-2,6唾液酸轉移酶1(ST6GAL1)上調,HOTAIR和miR-214可以有效調節ST6GAL1的表達水平,形成調節性 HOTAIR/miR-214/ST6GAL1軸,激活下游的JAK-STAT信號通路,促進CRC進展,為CRC的早期診斷和治療靶點提供了有價值的信息(圖2)[31]。

圖2 HOTAIR在CRC中作為ceRNA,調控的micRNA/mRNA信號通路

此外,有研究證明HOTAIR在CRC中與放射敏感性和化療耐藥性相關。研究發現,放療后CRC患者的血漿和細胞中的HOTAIR表達明顯上調,通過誘導細胞凋亡,抑制細胞自噬,增強了CRC細胞的放射敏感性,HOTAIR敲低可通過調控CRC中miR-93/ATG12軸,增強放射敏感性[27]。晚期CRC治療失敗的一個主要原因是對氟嘧啶(FU)的化療產生耐藥性,HOTAIR通過促進胸苷酸合成酶的表達,抑制5-FU誘導的CRC細胞毒性,XIAO等[29]證明HOTAIR/miR-203a-3p/Wnt/β-catenin軸,促進CRC細胞的增殖和CRC細胞的耐藥性。5-FU是轉移性CRC化療方案的主要手段之一,LI等[32]研究發現,HOTAIR通過抑制miR-218的表達和激活NF-κB/TS信號通路,促進CRC細胞對5-FU的化學抗性,VOPP1被證明是miR-218的功能靶點,HOTAIR直接招募EZH2,并通過結合其啟動子抑制miR-218的表達,這為CRC中VOPP1的異常激活提供了機制基礎。因此,抑制HOTAIR可能是增強5-FU化療敏感性的未來方向(圖2)[33]。

2.3核富集轉錄本1(NEAT1) NEAT1位于11號染色體上,長約3.1 Kb,是一種廣泛表達于多種哺乳動物細胞的lncRNA[33]。越來越多的研究表明, NEAT1在許多人類惡性腫瘤中表達上調,包括乳腺癌[34]、肺癌[35]、食管癌[36]、胃癌[37]和CRC[38]。其中NEAT1在CRC中過表達,并發揮致癌作用,在多種生物學和病理學過程中發揮關鍵作用,了解其表達如何被調控以及其調控的靶基因是非常重要的,研究發現NEAT1有多個與miRNA結合的靶位點,如miR-216b、miR-193a-3p、miR-205-5p等,在CRC中作為促癌基因,促進細胞增殖、遷移和侵襲、抑制細胞周期的停滯和凋亡[39-41]。ZHU等[39]的研究發現NEAT1作為CRC的致癌基因,通過直接海綿miR-216b,激活YY1的表達,從而促進CRC細胞的凋亡和侵襲能力。Kirsten大鼠肉瘤病毒癌基因同源物(KARS),是一種小GTP酶,它屬于RAS超蛋白家族,ZHU等[40]的研究揭示了敲除NEAT1可通過調節miR-193a-3p/KRAS,抑制CRC細胞的增殖、侵襲。另外一項研究結果顯示,NEAT1通過抑制miR-196a-5p,進而上調膠質細胞源性神經營養因子(GDNF)的表達,促進CRC細胞的增殖和遷移的潛能[41]。NEAT1還可調節血管內皮生長因子(VEGFA)的表達,LIU等[42]得出結論,抑制NEAT1的表達或miR-205-5p過表達,可以抑制VEGFA的表達。NEAT1還可激活Wnt/β-catenin通路,ZHANG等[43]的研究證明了NEAT1直接與DEAD-box RNA解旋酶5(DDX5)結合,激活Wnt信號傳導,NEAT1和DDX5聯合使用可能是CRC的重要預后指標。另外有研究證明了NEAT1與CRC患者的生存期相關,高表達者總生存期較低,NEAT1靶向miR-195-5p并抑制miR-195-5p的表達,中心體蛋白55(CEP55)是miR-195-5p的下游調控靶標,NEAT1通過吸附miR-195-5p,調控CEP55的表達,抑制CRC細胞增殖、遷移、侵襲、促進細胞凋亡[44]。從以上的研究中可以看出NEAT1在促進CRC細胞的增殖和遷移潛能中發揮了關鍵作用,可以為CRC的診斷和治療進展提供新的見解(圖3)。

注:NEAT1作為ceRNA相關的miRNA及mRNA,促進CRC的增殖、侵襲和轉移,以及化學抵抗性;↑表示促進。

NEAT1還與結腸癌中的5-FU耐藥性相關,WANG等[45]的研究證明了NEAT1敲除可促進5-FU敏感性,增強細胞凋亡、抑制CRC細胞侵襲,CPSF4是miR-150-5p的下游靶點,CPSF4的表達受NEAT1和miR-150-5p的調控NEAT1/miR-150-5p/CPSF4軸為CRC的治療提供了另一新的靶點。另外有研究發現,NEAT1影響CRC的耐藥性是通過調節CRC細胞的細胞干性,下調的NEAT1降低了干性因子的表達,主要是通過影響染色質重塑,導致乙醛脫氫酶1(ALDH1)和c-Myc蛋白啟動子區域的乙?；皆黾?從而增強了CRC細胞的干性,促進CRC對5-FU耐藥性(圖3)[38]。

3 總結和展望

lncRNA在基因轉錄、表觀遺傳和轉錄后水平調控靶基因的表達能力,miRNAs作為致癌基因或腫瘤抑制因子調節細胞增殖和分化的功能,lncRNA和miRNAs之間的串擾控制癌癥進展,lncRNA的ceRNA調控網絡機制及其參與CRC的發病機制等方面越來越受到研究者的關注。

MALAT1作為一種新發現的lncRNA,其異常表達會抑制miRNA表達,從而促進下游癌基因的表達,它作為致癌 lncRNA 在各種人類惡性腫瘤中上調,并與不良預后相關。多項研究顯示HOTAIR在CRC中異常高表達,通過激活Wnt /β-catenin、NF-κB信號通路,促進CRC的進展以及對5-FU的耐藥性,這些研究證實了lncRNA在CRC中作為生物標志物的作用,它們在癌癥的診斷和預后中均具有重要意義,可被視為CRC的治療新靶標。綜上所述,lncRNA作為重要的轉錄調控物,可多方面影響CRC的發生與發展,可以用作CRC患者的預測和治療的靶標。

總之,lncRNA的失調與CRC的進展與預后密切相關,但是,這個領域充滿了未解決的問題,未來的研究工作應關注lncRNA在促進CRC進程中的功能和分子模式在臨床中的應用,而不只是在實驗中證明lncRNA的作用機制,這對于開發lncRNA作為新的生物標志物和獲得具有高特異度和靈敏度的治療方法是極為必要的,這將會成為CRC患者治療的一大突破點。