長鏈非編碼RNA在急性髓細胞白血病發生發展中的作用及其機制研究進展

黃涵英，孫京男，劉相良，李薇

(吉林大學第一醫院，長春130021)

長鏈非編碼RNA (long non-coding RNA, lncRNA)是指一類長度超過200個核苷酸且不編碼蛋白質的RNA分子的總稱。該RNA有以下不同分類方式[1]：根據lncRNA在基因組上的方向可將其分為正向型、反向型、雙向型；根據lncRNA在基因組上的位置可分為內含子型、基因間型、嵌合型；根據lncRNA的分子機制可將其分為信號分子、誘餌分子、引導分子、骨架分子及復合分子。與編碼蛋白質的信使RNA(即mRNA)相比，lncRNA更多是具有細胞特異性的低水平表達[2]，說明lncRNA可能主要發揮調控作用。進一步的研究[3]發現，lncRNA在細胞功能和基因調控中起著重要的作用，尤其與腫瘤的發生發展密切相關；在惡性血液疾病中，lncRNA不僅與淋巴瘤密切相關，還與白血病密切相關。急性髓細胞白血病(acute myeloid leukemia,AML)是一類具有多種遺傳變異的髓系造血干/祖細胞克隆性疾病，其發病機制仍不完全清楚。近年來,隨著二代基因測序技術的高速發展，越來越多的lncRNA被發現與AML的發生發展密切相關，而且已經證實一小部分lncRNA與惡性血液病有決定性的聯系。深入研究lncRNA在AML的發生發展中的調節作用，對于AML的靶向治療將具有重要意義。現將有關lncRNA在AML發生發展中的作用及作用機制研究進展情況綜述如下。

1 機體lncRNA的作用及其機制

lncRNA可以作為信號分子、誘餌分子、引導分子和骨架分子，參與機體的各種生物過程。首先，作為信號分子，lncRNA可以反應染色體的功能狀態。lncRNA通過結合靶向位點，導致染色體的活性發生變化，引起表型改變。例如，X染色體中單等位基因特異轉錄本(Xist)的失活[4，5]，是通過將多梳家族蛋白2復合物募集到Xist啟動子區域，lncRNA Xist轉錄物高度特異性地從X染色體去活化中心(Xic)轉錄，轉錄產物順著X染色體覆蓋基因表達區域，導致染色體基因表達的抑制。另外，反義lncRNA Tsix是Xist的抑制因子，而X染色體失活過程積累的lncRNA Jpx是Xist的激活子。這些參與其中的lncRNA不僅說明了染色體劑量補償效應，還反映X染色體失活的沉默狀態。第二，lncRNA作為誘餌分子，可以正向或負向調節靶基因的轉錄。在生物過程中，lncRNA與某些分子相似，競爭性結合靶向位點，導致靶基因的轉錄活性異常，影響機體的生理代謝。這種作用方式也被稱為競爭性內源RNA(即ce-RNA)。第三，作為引導分子，lncRNA可以與蛋白質或DNA結合，從而指導結合復合物順式或反式靶向調節靶基因的表達。這種引導作用通常利用lncRNA特異性的空間構象，不僅與染色質局部區域的變化相關，而且與染色質的遠端結構相關[6]。第四，lncRNA也可以作為多種底物結合復合物的骨架。除了傳統的蛋白質能夠為多種復合物的形成過程提供平臺以外，lncRNA也能為功能性復合物的形成提供中心平臺，這對許多生物信號的傳遞、分子間作用以及信號本身的特異性和動力學的精確調節具有重要意義。需要強調的是，許多lncRNA是一個復合性功能分子，其發揮作用可能同時存在多種分子機制。例如，Xist可以是信號分子，也可以是指導附近基因表達的引導分子。lncRNA HOTAIR更是多功能的復合分子。lncRNA可以是信號分子，也可以是調節遠處基因的引導分子，更是復合物結合的骨架平臺。

2 lncRNA在AML發生發展中的作用及其機制

與AML發生發展相關的lncRNA主要有H19、HOTAIRM1、PVT1、MEG3、 Gas5、IRAIN、HOTAIR等，在AML發生發展過程中它們分別通過不同的作用機制發揮了不同的作用。

2.1 H19維持造血干細胞的靜息狀態 印記基因H19是第一個被發現的lncRNA，其位于染色體11p15.5，全長2 300 bp，富含于胚胎胎肝，胎兒出生后表達下降。H19介導成人造血干細胞維持靜息狀態。在胚胎的發生過程中，H19由母系等位基因轉錄，調節生長發育。H19在長期造血干細胞中保持活性，在短期造血干細胞和多能干細胞中表達逐漸減少[7]，敲除親本等位基因中的H19基因后造血干細胞保持靜息的能力下降(即造血干細胞活化和增殖增強)，但再生能力受損。這種維持染色體靜息狀態的作用機制是在轉錄水平和轉錄后水平激活IGF2-IGF1R通路，即通過上調母系IGF2表達和增加IGF1R翻譯來增強信號傳導。由此推測，隨著H19增加或減少，將影響造血干細胞的活性，影響造血功能，從而引發AML。

2.2 HOTAIRM1促進早幼粒細胞的髓系分化 lncRNA HOTAIRM1是髓細胞系特異性長鏈非編碼轉錄物，由染色體7p15的HOXA1和HOXA2基因之間的基因座轉錄，調控髓樣分化基因(如CD11b和CD18)，而敲除HOTAIRM1使全反式維甲酸誘導的髓系分化受到阻礙。有學者[8]指出，在基因表達水平，HOTAIRM1調節由整合素控制的細胞周期進程，進而調控髓細胞成熟。一項研究[9]發現，在粒細胞分化過程中，轉錄因子PU.1可通過與HOTAIRM1的調節區域結合而直接激活HOTAIRM1的表達，而PU.1表達減少可導致HOTAIRM1表達減少?？梢?，PU.1基因功能的缺陷可能會促進AML的發生。HOTAIRM1來源于HOXA簇，進而調控HOXA簇中的相鄰基因，表明該lncRNA通過調節HOXA基因座相鄰基因的表觀遺傳狀態來調節髓細胞[10]。另一項研究[11]發現，在AML初診斷時，HOTAIRM1的表達水平可以提供更多相關的預后信息。

2.3 PVT1抑制早幼粒細胞的髓系分化 lncRNA PVT1 位于染色體8q24上，與致癌基因c-myc共享位置。PVT1可促進急性早幼粒細胞白血病中白血病細胞的增殖[12]，也就是說，PVT1抑制粒細胞分化，導致疾病發生。PVT1的致癌活性與髓細胞組織增生(myelocytomatosis，MYC)密切相關，MYC的過度表達可誘導癌細胞過度增殖。在大約10%的AML患者中可以觀察到，PVT1的表達需要高表達水平的MYC蛋白，而后者處于染色體8q24.21擴增的人類癌細胞中；而相對地，PVT1通過直接作用使MYC免受降解[13]。另外，PVT1也作為間接調控MYC的microRNA前體，來源于PVT1基因座外顯子1b位點的Hsa-miR-1204已被證實能夠提高MYC的表達水平[14]。PVT1和MYC的共擴增作用結果提示了lncRNA的拷貝數與AML發生發展有一定關系。

2.4 MEG3抑制白血病細胞的發生發展 lncRNA MEG3 是一類新發現的腫瘤抑制因子，在多種腫瘤形成發展中有重要調控作用。MRG3位于染色體14q32.3上，其長度約為1 600 bp，可表達于正常組織，例如腦、垂體、胎盤、腎上腺、胰腺和卵巢等。但在AML細胞中，MEG3表達普遍下調，且其啟動子的高甲基化是AML預后不良的標志?？梢?，MEG3的失活可能是由于其啟動子的甲基化所致。姚紅霞等[15]發現，AML細胞中MEG3的啟動子高甲基化可能是因為TET2活性減低所致。最新研究[16]表明，MEG3抑制AML的發生，而TET2失調的WT1-MEG3軸明顯促進AML的發生。另外，microRNA-22也可以調控MEG3在AML中的表達[17]。MEG3的這些作用機制為AML的診斷提供了新思路，也為AML潛在的治療措施提供了依據。

2.5 Gas5促進白血病細胞的增殖 lncRNA Gas5位于染色體1q25，長約630 bp，是“誘餌分子”機制的典型例子，與白血病細胞系增殖有關。因為Gas5具有類似于糖皮質激素受體(GR)的DNA結合結構域的發夾結構，故Gas5可以作為“糖皮質激素反應元件(GRE)”與DNA的GRE競爭結合，通過調節GR的轉錄活性來影響機體饑餓期間的細胞活力和代謝活性。因競爭性內源性RNA的作用機制，Gas5可保護白血病細胞免受化療藥物的凋亡[18]。這一發現提示，針對具有Gas5高表達的AML患者，可應用與其競爭性結合的靶向藥物，抑制白血病細胞的增殖。

2.6 IRAIN抑制白血病細胞的發生 lncRNA IRAIN 位于IGF1R基因區內，5′端起始點位于IGF1R內含子1中，跨越IGF1R啟動子區域，全長5 366 bp，與IGF1R編碼方向相反，為IGF1R的反義lncRNA。研究[6]發現，IRAIN在低危組AML患者中表達上調，在高危組AML患者中表達下調；與此同時，IGFR1在高危組白血病患者中具有高表達趨勢。在AML細胞中，IGF1R表達增高及蘇素化水平升高，與AML細胞增殖有關；抑制IGF1R賴氨酸1100及1025蘇素化，可抑制AML細胞的存活[19]。IRAIN可作為抑癌基因，通過調節IGF1R空間結構，形成啟動子及增強子內環，表觀水平上調控IGF1R表達及功能。

2.7 HOTAIR促進白血病細胞的增殖 作為骨架分子，lncRNA HOTAIR位于染色體12的HOXC 基因簇內，其5′末端的300個核苷酸序列與多梳抑制復合物2 (PRC2)相互作用，使組蛋白H3賴氨酸27甲基化，導致HOXC 基因抑制；同時，由其3′末端的700個核苷酸結構域與LSD1/CoREST/REST復合物結合，使組蛋白H3賴氨酸4去甲基化，導致HOXC 基因表達。HOTAIR是PRC2和LSD1/CoREST/REST之間的連接支架和橋梁。在AML細胞凋亡中，HOTAIR的敲除可抑制AML細胞的生長和克隆的形成，并誘導AML細胞的凋亡[20]。近年來多項研究[21,22]也表明，HOTAIR的表達高低與AML的臨床表現及預后分層有明確相關性。然而，也有人[23]證實HOTAIR的表達水平在AML患者和健康個體之間沒有顯著差異。這表明目前HOTAIR還不是AML診斷及分層的可靠標志物，需要在進一步研究中證實，或許與HOTAIR的骨架作用機制有關聯。

2.8 其他lncRNA 對AML的作用 除了上述lncRNA，人們還發現了其他與AML相關的lncRNA,如NEAT1的低表達可能促進早幼粒細胞的髓系分化[24]，UCA1的沉默明顯抑制了AML細胞的增殖[25]，RUNXOR在AML患者中表達上調并可能促進AML的發生發展[26]， CCDC26通過調節KIT的表達調節白血病細胞的生長[27]。

總之，多種lncRNA 在AML的發生發展過程中發揮了重要的調節作用，但其作用機制尚未完全明確，lncRNA與其他分子的相互作用仍是謎底。對lncRNA在AML的發生發展過程作用機制的進一步研究，將為AML的診斷、危險分層及預后提供更多信息，也會為AML的靶向治療奠定基礎。