長鏈非編碼RNA H19與腫瘤性疾病關(guān)系的研究進展

邱華，單人鋒，時軍

(南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院，南昌 330006)

長鏈非編碼RNA H19與腫瘤性疾病關(guān)系的研究進展

邱華，單人鋒，時軍

(南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院，南昌 330006)

H19是最早被證實為具有印記特性的基因之一。研究證實，H19的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物長鏈非編碼RNA H19在正常的胚胎發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用，也在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中扮演著促癌或抑癌的雙重角色。深入H19表達(dá)及調(diào)控的基礎(chǔ)及臨床實驗研究，有望不久的將來在腫瘤性疾病的診斷和治療中開拓一條全新的道路。現(xiàn)就長鏈非編碼RNA H19的抑癌、促癌、基因治療及化療抵抗過程中的作用作一綜述。

長鏈非編碼RNA；腫瘤性疾病；基因治療；化療抵抗

人類基因組計劃證實約90%DNA轉(zhuǎn)錄的RNA不具有編碼蛋白質(zhì)的功能。這種由基因轉(zhuǎn)錄而成，不具有編碼蛋白功能的RNA分子被稱之為非編碼RNA。根據(jù)其長度的不同可分為長鏈非編碼RNA和短鏈非編碼RNA。序列長度在200 bp以上，由RNA聚合酶Ⅱ合成，經(jīng)加帽、剪接及多聚腺苷酸化等修飾后，由多個外顯子拼接而成的，具有類似mRNA的分子結(jié)構(gòu)而沒有蛋白質(zhì)編碼功能的非編碼RNA通常被稱為長鏈非編碼RNA(LncRNA)，而長度在200 bp以下的則被稱為短鏈非編碼RNA，其中包括了microRNA、siRNA、tRNA等多種類型[1]。在過去的幾十年里，長鏈非編碼RNA一直被認(rèn)為是不具有生物學(xué)功能的分子碎片，是基因組轉(zhuǎn)錄的“噪音”。但近年來的研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA不僅在哺乳動物的進化過程中發(fā)揮重要作用，而且可通過X染色體沉默、染色質(zhì)修飾及基因組印記、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等多種層面調(diào)控基因的表達(dá)水平，參與腫瘤細(xì)胞的增殖、凋亡和侵襲轉(zhuǎn)移等多種生物學(xué)過程[2～4]。H19是目前研究較多、也是較為成熟的一個lncRNA分子，其異常表達(dá)可在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移及預(yù)后等病理過程中發(fā)揮重要作用。現(xiàn)就長鏈非編碼RNA H19的抑癌、促癌、基因治療及化療抵抗過程中的作用作一綜述。

1 長鏈非編碼RNA H19的表達(dá)特點

H19與IGF2在小鼠體內(nèi)位于第7號染色體，在人體則位于11p15.5，彼此相距90 kb，是第一對被證實為具有印記特性的基因。其中H19表現(xiàn)為父系印記和母系表達(dá)，而IGF2則表現(xiàn)為父系表達(dá)和母系印記。二者的印記特性均受H19啟動子上游4 kb的甲基化差異修飾區(qū)(DMR)或印記調(diào)控區(qū)域(ICR)的調(diào)控[5]。H19在物種進化上具有高度保守性，在胚胎發(fā)育時期的內(nèi)胚層、中胚層及其分化而來的組織內(nèi)高表達(dá)，出生后除心臟和骨骼肌外，其他組織內(nèi)基本不表達(dá)，除非在組織損傷修復(fù)和應(yīng)激狀態(tài)以及腫瘤發(fā)生時重新激活表達(dá)[6,7]。H19 RNA全長約2.3 kb，有35個小的開放閱讀框(0RF)，且具有類似mRNA的5′端帽子結(jié)構(gòu)和3′端多聚腺苷酸尾巴結(jié)構(gòu)，理論上可編碼一種包含256個氨基酸分子的蛋白質(zhì)。但事實上LncRNA僅僅在mRNA水平發(fā)揮作用，并不能編碼任何蛋白質(zhì)分子[8]。有研究認(rèn)為其可通過與甲基化CpG結(jié)合域蛋白1(MBD1)結(jié)合，通過修飾DMR區(qū)域被抑制的組蛋白標(biāo)記，參與印記基因網(wǎng)絡(luò)(IGN)中多個基因的表達(dá)，進而調(diào)節(jié)胚胎的生長發(fā)育[9]。H19第一個啟動子中的高度保守區(qū)域編碼的miRNA-675分子，可在妊娠后期通過調(diào)節(jié)Igf1r基因的表達(dá)控制胎盤的生長[10]。隨著對H19基因的深入研究，越來越多的證據(jù)表明H19的異常表達(dá)可作為一種致癌因子或抑癌因子，參與多種腫瘤性疾病的發(fā)生、發(fā)展、侵襲、轉(zhuǎn)移和化療抵抗等過程。

2 H19的促癌作用

雖然H19最初是因為其具有抑制腫瘤發(fā)生的功能而作為一種抑癌基因被提出來的[11]。但近年來的研究發(fā)現(xiàn)在某些腫瘤性疾病中H19異常表達(dá)，并認(rèn)為H19在促進腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、侵襲及轉(zhuǎn)移中扮演著重要角色。Zhang等[12]通過實時熒光定量PCR技術(shù)對80例胃癌患者H19表達(dá)水平檢測分析發(fā)現(xiàn)，胃癌組織內(nèi)H19表達(dá)水平明顯高于癌周正常組織，H19的表達(dá)水平與胃癌TNM分期、腫瘤的侵襲深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移程度具有明顯的相關(guān)性，且H19的高表達(dá)預(yù)示著不良的總體生存率。Li等[13]研究認(rèn)為，H19的異常表達(dá)在胃癌細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移過程中扮演著重要角色。H19共表達(dá)譜結(jié)果顯示，H19與其結(jié)合蛋白ISM1組成共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)；生物信息學(xué)分析和熒光素酶報告顯示CALN1是miR-675的靶基因，其表達(dá)量與miR-675呈負(fù)相關(guān)，最終認(rèn)為H19在胃癌中的作用可能通過上調(diào)ISM1，以及通過其表達(dá)產(chǎn)物miR-675，間接地下調(diào)CALN1的表達(dá)調(diào)控胃癌的發(fā)生、發(fā)展進程。此外，亦有研究認(rèn)為H19，可通過抑制抑癌基因P53的表達(dá)促進胃癌的發(fā)生發(fā)展[14]。

從靜止不動的上皮細(xì)胞向活動的間充質(zhì)細(xì)胞分化是腫瘤進展過程中不可或缺的一步。研究表明，miRNA的異常表達(dá)和上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化及腫瘤的進展有密切聯(lián)系[15]。Liang等[16]采用實時定量PCR檢測SW620細(xì)胞和耐甲氨喋呤HT-29細(xì)胞在TGF-β1誘發(fā)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化前后H19的表達(dá)水平時發(fā)現(xiàn)，TGF-β1處理后的H19表達(dá)水平明顯增高，提示H19可參與EMT過程。為進一步探究H19參與EMT的分子機制，其功能獲得/喪失分析和PCR實驗發(fā)現(xiàn)，H19可通過與RISC結(jié)合解除miR-138對Vimentin的抑制作用和干擾miR-200a對ZEB1、ZEB2的抑制作用，進而促進上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化的發(fā)生。Ma等[17]在對胰導(dǎo)管胰腺癌的侵襲性研究中發(fā)現(xiàn)，有轉(zhuǎn)移的胰導(dǎo)管胰腺癌中H19的表達(dá)水平明顯高于無轉(zhuǎn)移性的胰導(dǎo)管胰腺癌。在接下來的qRT-PCR、劃痕實驗和Transwell實驗中證實，H19可通過對抗let-7對HMGA2的抑制作用，下調(diào)E-cadherin的表達(dá)，調(diào)節(jié)PDAC細(xì)胞的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化，增強細(xì)胞的遷移和侵襲能力，促進腫瘤細(xì)胞的局部浸潤和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。H19在食管鱗狀細(xì)胞癌[18]、膀胱癌[19]和骨肉瘤[20]等惡性腫瘤中異常高表達(dá)的發(fā)現(xiàn)，也更加肯定了H19在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中的促癌地位。

3 H19的抑癌作用

由于腫瘤組織的來源不同、細(xì)胞外微環(huán)境的差異、調(diào)控H19的上游因子不同和H19激活下游的通路不同，H19既能表現(xiàn)為致癌基因又可表現(xiàn)為抑癌基因[21]。在使用基因芯片雜交技術(shù)分析lncRNA基因表達(dá)譜時發(fā)現(xiàn)，肝細(xì)胞癌組織中H19的表達(dá)明顯低于癌旁正常肝組織[22]。正位異種移植肝細(xì)胞癌成瘤實驗中，低H19表達(dá)可產(chǎn)生更多的肝內(nèi)轉(zhuǎn)移病灶，并認(rèn)為其具有更強的侵襲性和轉(zhuǎn)移能力。在沉默H19的表達(dá)后，上皮標(biāo)志物CDH1、KRT-8、KRT-19和CLDN1表達(dá)下降，間葉細(xì)胞標(biāo)志物N-黏附素、Snail1、Vementin和Twist1表達(dá)升高，認(rèn)為H19可逆轉(zhuǎn)EMT，抑制肝細(xì)胞癌細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移。隨后在肝癌細(xì)胞系、SMMC7721以及HCCLM3中進行實驗，發(fā)現(xiàn)H19與hnRNP U/PCAF/RNA POlII復(fù)合物結(jié)合，誘發(fā)組蛋白乙的乙酰化，進而促進miR-200家族對腫瘤細(xì)胞上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)換和細(xì)胞移行的抑制[23,24]。抑制或沉默肝細(xì)胞癌MHCC-97H細(xì)胞系中l(wèi)ncRNA H19和miR-675的表達(dá)，細(xì)胞的侵襲轉(zhuǎn)移能力增強，同時AKT表達(dá)上調(diào)，而GSK-3β表達(dá)受抑制。而GSK-3β表達(dá)下調(diào)可延長細(xì)胞分裂周期蛋白(Cdc25A)的半衰期，促進細(xì)胞增殖及轉(zhuǎn)移。繼而認(rèn)為lncRNA H19和miR-675可通過AKT/GSK-3β/Cdc25A信號通路抑制肝細(xì)胞癌的侵襲和轉(zhuǎn)移[25]。Yoshimizu等[26]在對小鼠體內(nèi)成瘤模型的研究中發(fā)現(xiàn)，H19的高表達(dá)可延緩畸胎瘤生長速度，減少結(jié)腸息肉的生成和推遲肝癌出現(xiàn)的時機。以上實驗研究均提示，H19可作為一種抑癌基因參與腫瘤的發(fā)生及發(fā)展過程。

4 H19與腫瘤的基因治療

在腫瘤性疾病中，針對于某些異常表達(dá)的基因進行臨床干預(yù)是目前研究的熱點。DTA-H19(也被稱作為BC-819)是一種攜帶白喉毒素A(DTA)基因的雙鏈DNA質(zhì)粒，在腫瘤細(xì)胞異常表達(dá)的H19基因調(diào)控下可表達(dá)白喉毒素A，通過抑制蛋白質(zhì)合成選擇性地對腫瘤細(xì)胞產(chǎn)生殺傷作用[27]。Scaiewicz等[28]在對小鼠原位和異位胰腺癌模型的研究中發(fā)現(xiàn)，DTA-H19質(zhì)粒載體轉(zhuǎn)染后腫瘤生長的速度明顯減緩，原位和異位胰腺癌模型小鼠體內(nèi)的腫瘤體積較對照組分別減小了50%和75%。實驗研究還發(fā)現(xiàn)，DTA-H19質(zhì)粒可抑制小鼠原位胰腺癌的局部浸潤和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移。在Hanna等[29]的臨床試驗研究認(rèn)為，超聲內(nèi)鏡或CT引導(dǎo)下瘤內(nèi)注射BC-819，不僅可通過縮小腫瘤的體積，為晚期胰腺癌患者爭取手術(shù)機會，還可明顯延長患者生存期，是一種安全有效的治療手段。Mizrahi等[30]對1例晚期卵巢上皮性癌患者采用DTA-H19腹腔灌注沖洗治療時發(fā)現(xiàn)，雖然由于質(zhì)粒穿透作用的局限性，不能有效縮小腫瘤直徑，但卻可明顯消除癌性腹水，改善患者一般狀況，提高患者生活質(zhì)量。有研究證實，局部的DTA-H19治療配合系統(tǒng)性的化學(xué)治療可獲得較好的療效[31]。

5 H19與化療抵抗

目前針對于腫瘤性疾病的治療仍以手術(shù)治療為主，放化療為輔。但有時因為缺乏特異性的診斷標(biāo)志物和典型的臨床癥狀，很大一部分患者在確診時已處于疾病晚期，失去了手術(shù)治療的機會；此時化放療是最佳輔助性治療手段。耐藥性是腫瘤化療獲得良好療效的最大障礙，是導(dǎo)致化療失敗的最常見原因[32]。P-糖蛋白作為ATP轉(zhuǎn)運蛋白家族的一員，其主要作用是將細(xì)胞內(nèi)的化療藥物外排，有效地降低胞內(nèi)藥物濃度，維持細(xì)胞的生存和藥物耐受，在化療抵抗過程中發(fā)揮重要作用[33]。多方面的證據(jù)顯示，p-糖蛋白在多種腫瘤中高表達(dá)并參與化療抵抗過程[34]。Tsang等[35]在肝細(xì)胞癌耐藥性研究中發(fā)現(xiàn)，在耐阿霉素的肝細(xì)胞癌R-HepG2細(xì)胞系中，H19表達(dá)水平是非耐藥HepG2細(xì)胞系的8倍。敲除或沉默H19基因后，HepG2、R-HepG2和Hep3B等肝癌細(xì)胞的阿霉素致敏效果顯著，阿霉素的半抑制濃度(IC50)明顯降低。因而認(rèn)為，H19可參與肝癌細(xì)胞藥物敏感性的調(diào)節(jié)。其中的具體調(diào)節(jié)分子機制尚不完全清楚,可能與H19調(diào)節(jié)MDR1基因啟動子的甲基化有關(guān)。

綜上所述，H19無論是在正常胚胎生理過程還是在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展過程中均扮演著重要的角色。由于腫瘤組織的來源不同、細(xì)胞外微環(huán)境的差異及具體的作用機制不同，H19在各種腫瘤性疾病中發(fā)揮的作用亦不同。雖然H19的異常表達(dá)與腫瘤性疾病的發(fā)生發(fā)展、復(fù)發(fā)轉(zhuǎn)移和化療抵抗等過程具有明顯的相關(guān)性，但其具體的作用機制尚不明確。隨著細(xì)胞分子生物學(xué)的發(fā)展和基因技術(shù)的日漸成熟，以及大樣本臨床試驗研究的深入開展，H19在腫瘤性疾病中的作用及機制必將得到進一步的揭露，H19的基因靶向治療也將從理論研究和動物實驗階段走向臨床運用階段。在腫瘤中H19基因的異常表達(dá)不但可作為腫瘤標(biāo)志物，用于腫瘤早期篩查和復(fù)發(fā)的監(jiān)測，而且可作為靶向治療藥物的作用靶點，為腫瘤的靶向治療提供一條新思路。

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時軍(E-mail: sj88694129@sina.com)

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