長鏈非編碼RNA H19與結直腸癌關系的再認識

周福榮,李龑杼 綜述,劉勇敢 審校

廣東省中山市人民醫院肛腸科,廣東中山 528400

2022年國家癌癥中心發布最新癌癥統計數據顯示:2020年我國癌癥新發病例數和死亡病例數位于全球第1;2020年我國結直腸癌新發病例56萬,排在十大癌癥中的第2位,發病率和病死率持續上升[1]。結直腸癌的防治負擔日益加重,防控形勢異常嚴峻。隨著人口老齡化的加劇及結直腸癌發病的年輕化,其防治難度不言而喻,因此尋找高特異度、高靈敏度的生物標志物對結直腸癌進行早期診斷,利用有效的創新藥物實施精準靶向干預顯得極為重要。研究表明長鏈非編碼(lncRNA) H19(以下簡稱H19)在結直腸癌的發病機制中具有重要作用,H19參與結直腸癌細胞增殖、轉移,化療藥物抵抗等諸多過程[2]。然而,H19在結直腸癌中的作用機制仍未完全闡明。本綜述旨在歸納、分析H19在結直腸癌中的功能,并討論H19在結直腸癌中面臨的挑戰和可能的應用策略。

1 H19概述

H19的長度為2.3 kb,是較早發現的lncRNA之一,其基因位于染色體11p15.5,通常在胎兒組織中高表達,出生后表達量大幅度減少。研究發現H19參與人體多種疾病的病理過程,如炎癥反應、細胞再生、血管生成、纖維化等;此外,H19過表達被認為與人體多系統中癌癥的發生、發展有關,例如結直腸癌、肝癌、胃癌、肺癌、乳腺癌、前列腺癌、神經膠質瘤等[3]。H19在惡性腫瘤中異常表達發揮癌基因作用,其功能復雜、多樣,一直是研究的熱點。H19既可以通過調控其靶基因參與結直腸癌發生的復雜過程,又可以作為被調控的靶點與其他lncRNA、微小RNA(miRNA)聯合參與結直腸癌的演變。近期的研究發現H19可通過多種機制調節腸黏膜機械屏障,可加重小鼠潰瘍性結腸炎(UC)腸道損傷過程,而UC是結直腸癌發生的獨立危險因素[4-6]。因此,H19被認為是結直腸癌中高表達的直接致癌因子,同時也是腸道疾病向結直腸癌演變的誘因。

2 H19作為結直腸癌的生物標志物

2.1血清或血漿中的H19 有研究報道,與健康對照者相比,結直腸癌患者血清H19的表達增加11.38倍,H19和HOX轉錄本反義基因RNA(HOTAIR)檢測診斷結直腸癌的靈敏度和特異度分別為92.9%和100.0%,H19在埃及結直腸癌患者中表達水平上調,是一種高靈敏度和高特異度的非侵入性結直腸癌診斷生物標志物[7]。鄧玲慧等[8]報道,結直腸癌組患者血清H19表達水平顯著高于對照組,H19高表達組中位總生存時間33.6個月、無進展生存期22.9個月,顯著低于H19低表達組的55.8、43.3個月,說明H19與結直腸癌患者預后、化療的敏感性相關。NG等[9]在18例結直腸癌患者的血清外泌體中檢測到H19,發現晚期結直腸癌患者中H19表達水平顯著高于早期患者,表明血清外泌體中的H19可能是結直腸癌預后分期的生物標志物。

2.2組織中的H19 NACARKAHYA等[10]對51例結直腸癌患者的腫瘤和周圍正常組織標本進行檢測,發現腫瘤組織中H19的表達比周圍正常組織高2.11倍,H19表達量與肌酐之間存在相關性,進一步分析表明H19是結直腸癌的一種候選生物標志物,可以評估結直腸癌預后和抗腫瘤治療反應。王會新等[11]的循證研究為H19作為消化系統惡性腫瘤預后標志物提供了較充分的證據,其研究顯示H19低表達結直腸癌患者的總生存期(OS)長于H19高表達患者。結腸癌組織中H19表達增加與KRAS基因突變狀態和結直腸癌晚期有關,是無復發生存期縮短的重要危險因素[12]。這表明H19可能是結直腸癌患者預后的預測標志物。

2.3糞便中的H19 糞便檢查作為一種無創的腸癌篩查方式,患者依從性高,可居家留取標本,提高了結腸癌的篩查率。GHARIB等[13]的研究顯示,糞便中lncRNA穩定存在并可重復檢測,糞便中H19及其他lncRNA組成的長鏈非編碼RNA譜可識別和區分結直腸癌患者與健康個體或息肉患者,在鑒別診斷結直腸癌方面,與lncRNA單項檢測相比,癌癥相關lncRNA的聯合檢測具有更高的靈敏度和特異度,糞便lncRNA組鑒定可能是早期發現結直腸癌的潛在生物標志物。

2.4lncRNA-miRNA-mRNA調控網 競爭性內源性RNA(ceRNA)調控網絡一直是各類癌癥研究的熱門話題。lncRNA已被證明通過充當ceRNA來影響腫瘤發生和進展。YANG等[14]成功構建了包含H19作為ceRNA的預測調控模型,該模型可以作為結直腸癌的獨立預后模型,該模型與風險評分及臨床特征結合可更好地預測結直腸癌患者的生存率;GUO等[15]建立包括H19、SNHG7、hsa-miR-29b-3p等ceRNA調控網絡,發現lncRNA-miRNA-mRNA調控網絡模型結合腫瘤免疫細胞浸潤可作為預測結直腸癌患者預后的標志物。這表明通過使用生物信息分析構建包含lncRNA的內源性RNA網絡可預測結直腸癌患者的存活率。

2.5N6腺苷(m6A)與H19調控網 m6A的甲基化作為最常見的RNA修飾類型,可影響lncRNA的產生和作用,研究顯示m6A相關lncRNA和調節因子之間的相互作用對癌癥lncRNA修飾及精準腫瘤學具有重要的臨床效應,是當前研究的熱點。然而,m6A相關lncRNA對結直腸癌的預后價值仍不清楚,ZHANG等[16]在622例結直腸癌患者中篩選了24個m6A相關的lncRNA,確定5個lncRNA(H19、SLCO4A1-AS1、MELTF-AS1、SH3PXD2A-AS1、PCAT6)與結直腸癌患者無進展生存期相關,表明m6A相關H19是預測結直腸癌患者無進展生存期的有前景的生物標志物。

2.6H19基因變異 一項探討H19基因單核苷酸多態性(SNP)與結直腸癌風險關系研究顯示,SNP rs2839698多態性與結直腸癌風險降低有關,此外,rs2839698多態性還與結直腸癌患者的淋巴結轉移和腫瘤大小有關,H19基因rs2839698多態性可能是預測中國漢族人群結直腸癌易感性的重要生物標志物和診斷標志物[17]。QIN等[18]通過DNA測序鑒定出H19基因啟動子中的16個SNP,發現攜帶SNP rs4930101、rs2735970和rs11042170或攜帶一種以上的組合風險基因型顯著增加了結直腸癌的患病風險,表明H19啟動子的SNP,尤其是這些選定組合SNP和已知風險因素的聯合檢測顯示出更高的預測效能,是晚期結直腸癌預后的最佳預測模型。

3 H19與結直腸癌的發生發展

3.1H19與結直腸癌細胞增殖 H19已被發現在包括結腸直腸癌在內的各種癌癥中過度表達,HUO等[19]研究顯示,H19在結直腸癌組織和細胞中的表達水平高于癌旁正常組織和正常NCM460細胞,H19可通過調控結直腸癌細胞周期來調控結直腸癌細胞增殖。YANG 等[20]研究發現,miR-200a與H19競爭性結合并抑制其靶基因β-catenin表達,從而減少結直腸癌細胞增殖,說明H19可通過與miR-200a競爭性結合來調節β-catenin的表達和活性。H19有助于促進結直腸腫瘤細胞的生長,加快腫瘤細胞轉移;沉默H19會誘導結直腸癌細胞凋亡[21]。這為結直腸癌靶向治療提供了潛在策略,進一步闡明H19調節結直腸癌進展的機制。

3.2H19與結直腸癌侵襲及轉移 轉移是癌癥相關死亡的主要原因,研究表明H19與腫瘤轉移具有相關性,H19可通過促進侵襲和遷移這一轉移前步驟來加快結直腸癌患者腫瘤轉移,但H19促進結直腸癌轉移的機制并未闡明。RAS/絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)是重要的細胞內信號轉導通路,RAS/MAPK信號通路的激活是人類癌癥中最常見的致癌原因。YANG等[22]發現H19的過表達能夠促進結直腸癌細胞的遷移和侵襲,其機制可能是通過激活細胞內RAS/MAPK信號通路實現;CHEN等[23]發現H19的過表達與結直腸癌患者的無復發生存率和總生存率降低有關,H19增加結腸癌細胞的活力和遷移。ZHANG等[24]的研究中,H19還可通過直接與異質核核糖核蛋白A2B1(hnRNPA2B1)結合來促進結直腸癌細胞的遷移和侵襲。此外,H19還可作為sTLR4/MD-2復合物的靶基因,sTLR4/MD-2復合物通過下調H19的表達,在體外和體內抑制結直腸癌細胞遷移和侵襲[25]。

3.3H19與結直腸癌細胞上皮-間質轉化(EMT) 上皮細胞轉化為間充質細胞過程的特點是分子重編程,導致細胞骨架重組、細胞連接破壞以及細胞遷移、侵入鄰近組織的能力增加,研究表明EMT和表觀遺傳機制是癌細胞轉移機制的重要組成。H19被描述為結直腸癌中EMT過程的一種新型調節劑,其如何調節侵襲-轉移級聯反應和相關過程并未闡明。CHOWDHURY等[26]的研究顯示,H19可通過充當ceRNA來參與EMT的多個基因的表達,促進結直腸癌細胞體內和體外的生長過程。HU等[27]的研究中,表觀遺傳調控因子組蛋白去乙酰化酶(HDAC)缺失或敲低可上調H19,從而誘導結直腸癌細胞的EMT和轉移,表明HDAC2是結直腸癌轉移抑制因子。H19可組成調節軸通過作用于Wnt信號通路促進結直腸癌細胞EMT[28]。

3.4H19與結直腸癌化療耐藥 5-氟尿嘧啶、奧沙利鉑、長春新堿、羥基喜樹堿、氨甲蝶呤、伊立替康、紫杉醇和(或)新一代靶向藥物西妥昔單抗、帕尼單抗或貝伐單抗的應用顯著提高了結直腸癌患者的生存率;然而,大多數結直腸癌患者最終會產生化療耐藥,導致預后不良[29]。研究表明,H19在結直腸癌化療耐藥的形成中起關鍵作用[30]。REN等[31]認為腫瘤微環境中癌癥相關成纖維細胞(CAF)和癌細胞之間的串擾促進了腫瘤的發展并導致了結直腸癌化療耐藥性,其研究中建立AOM/DSS誘導的結腸炎相關癌(CAC)小鼠模型,發現結直腸腫瘤基質的CAF及H19過表達有助于結直腸癌發展和化學抗性增強。WU等[32]研究表明,H19敲低使HT-29-R細胞中的氨甲蝶呤抗性敏感,而其過表達改善了親代細胞中的氨甲蝶呤抗性,表明H19介導了氨甲蝶呤抗性,Wnt/β-catenin 信號在 HT-29-R細胞中被激活,H19敲低抑制了親本細胞中的這種信號,說明H19通過激活 Wnt/β-catenin 信號傳導介導氨甲蝶呤耐藥,這有助于將H19發展為氨甲蝶呤耐藥結直腸癌患者有潛力的治療靶點。

二甲雙胍最近被批準作為抗結直腸癌的藥物,然而對二甲雙胍治療的耐藥性是一個挑戰性的問題,ABD-RABOU等[33]引入二甲雙胍納米封裝來使耐藥癌細胞敏感,發現包裹在卵磷脂和殼聚糖納米顆粒中的二甲雙胍通過下調lncRNA(包括H19)表達來增加細胞毒性,從而抑制結直腸癌的增殖能力。SUN等[34]研究中,H19是結直腸癌耐藥過程的lncRNA,可預測奧沙利鉑或伊利替康治療的敏感性。

3.5H19與結直腸癌細胞自噬 自噬是生物醫學研究的主要焦點,化學治療后誘導的細胞自噬被證明是抗癌藥物耐藥機制之一,而H19是自噬導致的化學抗性相關的lncRNA[35],H19在結直腸癌自噬和化療耐藥中的作用和機制尚未闡明。WANG等[36]發現H19與結直腸癌中的5-氟尿嘧啶抗性相關,H19促進結直腸細胞5-氟尿嘧啶抗性,通過SIRT1觸發自噬以誘導癌癥化療耐藥,H19可能作為預測對5-氟尿嘧啶化學治療反應的標志物。另一項研究中也表明,H19和人尿路上皮癌相關基因1(UCA1)表達的變化是預測直腸癌中基于5-氟尿嘧啶新輔助化療(NAC)的反應敏感性的生物標志物[37]。在乳腺癌的研究中,二甲雙胍和H19可以調節自噬和鐵死亡,自噬誘導劑和H19可以逆轉脂質活性氧的產生和二甲雙胍誘導的自噬抑制,二甲雙胍可能通過H19抑制自噬來誘導鐵死亡[38];由于腫瘤異質性及H19功能的復雜性,其在結直腸癌中調節自噬和鐵死亡的機制有待進一步研究。

3.6H19與癌癥干細胞(CSC) CSC具有自我更新、血管生成、免疫逃避的能力,研究顯示H19可調節CSC相關轉錄因子在結直腸癌中的表達,增強致癌潛能,使其對常見的抗癌藥物具有高度抵抗力[39]。H19被證明可以作為一種ceRNA隔離miR-138和miR-200a,從而導致鋅指同源框蛋白1(ZEB1)和鋅指同源框蛋白2(ZEB2)表達抑制[40]。REN等[31]發現H19與結直腸癌標本中結直腸癌CSC的干性有關,H19促進CSC的干性并增加了腫瘤起始細胞的頻率,CAF通過轉移外泌體H19促進結直腸癌的干性,H19通過海綿miR-141激活β-catenin途徑增強結直腸癌細胞的干性。

4 總結與展望

研究已表明,H19高表達與結直腸癌OS較短、腫瘤分化差、臨床分期較晚、淋巴結轉移較早和遠處轉移較早密切相關[41]。血液及糞便中的H19作為循環標志物用于結直腸癌的診斷具有無創、易采集的優點,可提高結直腸癌的篩查率;另外,H19基因的多態性是結直腸癌易感性、療效預測、藥物治療敏感性預測的重要指標;H19作為ceRNA亦顯示出強大的預測能力。由于結直腸癌的高度異質性,H19在結直腸癌中的功能似乎比在其他類型腫瘤中的功能復雜得多,涉及與遺傳因素、環境因素、生活方式及相關基因改變和腸道炎癥狀況之間復雜的相互作用。H19與miRNA或其他靶基因調節途徑是多重的:一方面,H19能夠充當“海綿”來隔離miRNA或其他靶基因并阻礙它們的作用;另一方面,H19本身是miRNA或其他靶基因的前體,可直接調節靶標,從而影響結直腸腫瘤的微環境、EMT、結直腸癌干細胞等過程。結直腸癌中H19高表達與化療耐藥相關,沉默H19可使耐藥細胞對各種藥物和離子輻射敏感,表明H19抑制劑與當前藥物的聯合治療可能是結直腸癌放化療耐藥的逆轉方法;但是H19抑制劑的開發,還需考慮其他非編碼RNA發揮協同功能的可能,同時,需要進一步確定H19在表觀遺傳修飾中調節結直腸癌放化療耐藥信號通路的作用。

盡管H19可作為結直腸癌生物標志物,但是當前仍然沒有H19相關檢測試劑盒進入臨床試驗、申請注冊上市,由于研究方法、對象、標本、地域、種族的限制性差異,H19的具體功能可能還需多中心、更大樣本量的臨床研究。另外,循環(血液、糞便)H19作為監測結直腸癌進展的生物標志物的上調機制是否與組織中H19相同,未來有待進一步研究,為結直腸癌的無創篩查、早期診斷、預防監測提供更有效的方法。H19作為結直腸癌治療靶點的臨床試驗還很缺乏,有必要進行更多的臨床研究,加快H19抑制劑的臨床轉化和結直腸癌患者用藥的精準化進程。