長鏈非編碼RNA在惡性腫瘤中的作用機制及潛在應用價值研究進展

董靜凝，何建新，黃勇，李志明，龍鳳,2

1甘肅中醫藥大學，蘭州730000；2甘肅省高校重大疾病分子醫學與中醫藥防治研究重點實驗室

人類基因組除了編碼蛋白質的組分，還包括數量遠大于編碼組分的非編碼組分，這些組分在疾病過程中也起著至關重要的作用。非編碼RNA包括干擾小RNA、微小RNA(miRNA)、piwi相關RNA和長鏈非編碼RNA(lncRNA)等[1]。lncRNA是一類長度大于200個核苷酸且不編碼蛋白質的RNA。lncRNA在表觀遺傳學、基因轉錄及轉錄后水平調控基因表達，并能夠與蛋白質、核酸互相作用，參與多種生理和病理過程的調控[2]。lncRNA具有功能多樣性，作為新的調節因子，lncRNA在惡性腫瘤的發生發展中發揮重要作用，在各類惡性腫瘤中異常表達。lncRNA H19在70%的乳腺癌患者中高表達[3]，但肝癌組織中H19的表達顯著低于癌旁正常組織和遠端正常組織[4]。lncRNA XIST在胃癌、膀胱癌、結直腸癌等組織中異常表達亦得到證實[5,6]。表達失調的lnRNA也被證明可以廣泛參與惡性腫瘤的發病，包括腫瘤細胞增殖、凋亡、遷移、侵襲和耐藥性等[7,8]。這些研究結果提示lncRNA可作為腫瘤診斷的新型標志物及治療靶點。因此，深入研究lncRNA在惡性腫瘤中的作用將為惡性腫瘤的診治提供新的思路。本文整理并總結了近年國內外發表的相關文獻，對lncRNA在惡性腫瘤中的作用機制及應用相關研究進行綜述。

1 lncRNA在惡性腫瘤發生發展中的機制

1.1 影響腫瘤細胞的增殖和凋亡 失控的增殖能力是腫瘤細胞共有的特征之一，是造成宿主營養耗竭、臟器功能衰竭直至死亡的主要原因。研究表明，lncRNA對惡性腫瘤細胞的增殖和凋亡發揮重要作用。lncRNA NEAT1可促使多種惡性腫瘤細胞增殖、抑制細胞凋亡。在結直腸癌細胞中，NEAT1可導致Akt信號通路被激活從而促進細胞增殖并抑制細胞凋亡[9]；敲除NEAT1后，可促使卵巢癌細胞和胰腺癌細胞發生G0/G1期阻滯，促進細胞凋亡[10,11]。通過研究臨床樣本實驗數據發現，lncRNA ROR在胰腺癌組織中高表達，敲低胰腺癌細胞中lncRNA ROR表達后，胰腺癌細胞的增殖被顯著抑制、凋亡增多。有些lncRNA則通過抑制細胞增殖、促進細胞凋亡來發揮抑癌作用。MEG3是第一個被發現有腫瘤抑制功能的lncRNA，在多種人體正常組織中高表達，尤其是在腦和垂體中。在25%的神經母細胞瘤、81%的肝細胞癌和82%的膠質瘤中，MEG3的表達量很低[12]，在髓系淋巴瘤、垂體腺瘤、腦膜瘤和膠質瘤等腫瘤中也證實其表達量明顯下降。MEG3可以通過特定靶點實現其抑癌作用。p53是MEG3的靶點，MEG3可以通過增強p53活性來發揮作用。但MEG3在p53缺乏時同樣可以抑制腫瘤細胞的增殖，提示可能還存在p53以外的通路[13]。lncRNA GAS5也具有抑癌基因的特點，它可以直接競爭性作用于糖皮質激素受體的DNA結合位點，通過抑制糖皮質激素受體介導的基因表達，抑制腫瘤細胞生長和代謝，增強細胞對凋亡因素的敏感性，從而誘導細胞凋亡[14]。由此可見，部分lncRNA可以通過激活細胞增殖相關信號通路、影響細胞周期等方式影響腫瘤細胞的增殖和凋亡，從而發揮其對惡性腫瘤的調控作用。

1.2 影響腫瘤細胞的遷移和侵襲 遷移和侵襲是腫瘤細胞最基本的生物學行為之一，是導致惡性腫瘤患者預后不良和死亡的重要因素。lncRNA可以通過促進腫瘤細胞的遷移和侵襲發揮促癌作用。在腎透明細胞癌中，敲除lncRNA NEAT1表達后抑制了細胞的侵襲及遷移，并下調上皮-間質轉化(EMT)相關標志物的表達水平[15]。遷移和侵襲的過程伴隨著基因表達的多重性改變，其中包括上皮標志的缺失和間葉標志的獲得。EMT在腫瘤細胞侵襲和轉移中起著重要的作用。lncRNA ROR可能是EMT的重要調控因子，通過作為miRNA的內源性競爭RNA來調控miRNA的表達，從而促進乳腺癌侵襲和轉移。lncRNA ROR可通過抑制miR-205的表達使其對E盒結合鋅指蛋白(ZEB)1、2的抑制作用降低[16]，從而促進乳腺癌細胞的遷移和侵襲。最新研究表明，一些lncRNA在人類多種腫瘤中表達缺失，通過上調lncRNA表達可明顯抑制多種惡性腫瘤細胞的遷移與侵襲而達到抑癌作用。過表達lncRNA CASC2可明顯上調E-cadherin蛋白表達、下調Vimentin蛋白表達以抑制EMT，從而降低肝癌細胞的遷移和侵襲能力[17]。此外，還有研究表明，lncRNA BANCR低表達促進了非小細胞肺癌的遷移和侵襲[18]。

1.3 影響腫瘤細胞耐藥性 耐藥是當前惡性腫瘤化療失敗的主要原因之一。腫瘤耐藥機制十分復雜，與藥物誘導的基因突變、藥物誘導的靶基因擴增以及進入體內的藥物濃度等因素有關。lncRNA介導的腫瘤耐藥是新發現的一種耐藥機制。lncRNA NEAT1與多種抗腫瘤藥物的化療敏感性密切相關。在耐阿霉素的胃癌細胞中，NEAT1的表達明顯上調，沉默NEAT1能夠降低腫瘤細胞對阿霉素的耐藥性；敲除NEAT1會促進阿霉素誘導的胃癌細胞凋亡[19]。腫瘤干細胞的異質性也被認為是腫瘤耐藥性產生的原因之一。lncRNA MALAT-1在胰腺癌吉西他濱耐藥細胞株中高表達，下調MALAT-1表達會阻斷EMT過程，同時使CD44、CD24及ALDH等腫瘤干細胞表面標志物減少，表明在經過吉西他濱藥物治療后，MALAT-1通過EMT過程增加腫瘤干細胞表面標志物表達，從而誘導腫瘤耐藥[20]。臨床研究發現，耐藥腫瘤細胞表現出DNA甲基化異常。lncRNA HOTAIR在多種惡性腫瘤中參與調控DNA甲基化。有學者在乳腺癌組織中發現位于HOXC12和HOTAIR之間的CpG島中DNA甲基化水平與HOTAIR的表達呈正相關，而HOTAIR的表達及其甲基化水平也可以作為臨床預測卵巢癌卡鉑耐藥的標志物[21]。

1.4 影響血管生成 血管生成為腫瘤的生長提供保障，對腫瘤的增殖、遷移和侵襲均具有重要作用。而VEGF是促進血管生成的重要因子。lncRNA MEG3低表達會導致VEGF表達增加，進而促進血管生成、促使腫瘤發展。Wang等[22]比較了MEG3敲除小鼠和野生型小鼠之間大腦基因的表達情況，發現MEG3敲除小鼠VEGFA及其Ⅰ型受體(VEGFR-1)的表達量顯著增加。DANCR是另一種新發現的、能促進腫瘤血管生成的促癌lncRNA。在卵巢癌中高表達的lncRNA DANCR可通過調節miR-145/VEGF軸的表達，促進腫瘤血管的生成；敲低DANCR后抑制了腫瘤血管形成從而有效抑制了卵巢癌細胞增殖[23]。由此可見，lncRNA可以通過相關通路調控腫瘤血管的形成，對腫瘤的發展產生一定影響。

2 lncRNA在惡性腫瘤診療中的潛在應用價值

2.1 lncRNA在惡性腫瘤診斷中的應用 近年研究發現，lncRNA的表達具有明顯的組織和疾病特異性，這就使得lncRNA具有成為腫瘤早期診斷生物標志物的潛在價值[24]。lncRNA MALAT1最初被發現可以作為肺腺癌早期轉移標志物。隨著研究的深入，人們發現lncRNA MALAT1的失調與多種惡性腫瘤相關，在惡性腫瘤增殖、轉移以及靶向治療等方面均起到重要的作用[25]。同樣的，在人膀胱癌的發生發展中扮演重要角色的lncRNA UCA1，也被證明可以作為一種新型的膀胱癌生物標志物[26]。而在前列腺癌研究中發現，PCA3和PCGEM1是兩個至關重要的lncRNA[27,28]。lncRNA PCA3在正常細胞以及其他類型的惡性腫瘤組織細胞中均不表達，已被開發應用為前列腺癌診斷的標志物；而lncRNA PCGEM1是前列腺組織特異性基因，與前列腺癌發生關系密切，也可以作為前列腺癌的診斷標志物。還有一些lncRNA在多種惡性腫瘤中均有特異表達，如lncRNA HOTAIR在肺癌、乳腺癌、肝癌及結腸癌等腫瘤組織中均高表達，具有開發為多種惡性腫瘤診斷標志物的巨大潛力。

2.2 lncRNA在惡性腫瘤治療中的應用 目前傳統的中醫辨證論治、扶正祛邪的思想開始被人們普遍接受，并且廣泛運用于惡性腫瘤的預防、治療中。近年來大量研究報道，中藥復方、中藥單體及中藥有效活性成分對多種腫瘤細胞具有殺傷作用。有研究表明，中藥可以通過lncRNA介導對腫瘤具有一定的抑制作用。槐耳作為一種傳統中藥，其抗腫瘤作用已在肝癌、乳腺癌等多種惡性腫瘤中得到證實。槐耳提取物能抑制lncRNA H19和miR-165-5p的表達，而H19和miR-165-5p表達降低使乳腺癌細胞對槐耳提取物敏感，即槐耳提取物通過lncRNAH19/miR-165-5p軸抑制乳腺癌的進展[29]。Yu等[30]研究發現了一種新的lncRNA PAX8-AX1-N，而黃芩素可以通過激活PAX8-AX1-N在乳腺癌細胞中的表達，降低細胞活力，抑制細胞周期進程，并在體外誘導乳腺癌細胞凋亡。中藥抗腫瘤研究發現，白藜蘆醇苷可通過抑制lncRNA HULC的表達而抑制肝癌細胞的增殖、侵襲和遷移能力[31]。中藥提取物丹皮酚也可能通過調控lncRNA表達抑制甲狀腺未分化癌FRO細胞的增殖，改變其細胞形態[32]。研究者們還發現黃芪多糖、紫杉醇、丹參、茯苓等都具有抗腫瘤的作用，它們抗腫瘤的機制是否也與調控lncRNA有關，仍有待于進一步研究。

此外，lncRNA可以與蛋白相互作用，參與惡性腫瘤的發生、發展和轉移，它們的相互作用為惡性腫瘤治療提供了許多潛在靶點。目前，針對阻斷lncRNA與蛋白相互作用的治療手段主要基于兩個原則：一是調控lncRNA的表達水平，即對腫瘤細胞中明顯高表達的lncRNA進行沉默，抑制其結合蛋白而發揮作用；二是改變lncRNA的序列或二級結構，以阻斷其與蛋白分子之間的相互作用[33]。目前沉默lncRNA最常用的手段是用siRNA或反義寡核苷酸進行干擾。有研究證實，反義寡核苷酸干擾方式對惡性腫瘤中高表達的lncRNA干擾效果明顯。在乳腺癌MMTV-PyMT轉基因小鼠模型中，lncRNA MALAT1促進腫瘤的增殖和轉移，使用反義寡核苷酸沉默MALAT1后，抑制其與蛋白結合，抑制了乳腺癌細胞的增殖和遷移[34]。前列腺癌中特異高表達的lncRNA PCGEM1可以直接結合c-myc蛋白，活化前列腺癌細胞增殖相關基因，沉默PCGEM1后則可以阻斷其與c-myc蛋白結合而抑制前列腺癌細胞增殖[35]。雖然調控lncRNA表達技術在小鼠模型中發揮了一定的作用，但與臨床實踐還有一些距離，因此要將阻斷lncRNA與蛋白的相互作用運用到臨床，還需要不斷的深入研究。

綜上所述，lncRNA作為人類基因組中一類非常重要的轉錄產物，可以通過影響腫瘤細胞的增殖、凋亡、遷移、侵襲、耐藥性、血管生成以及miRNA和蛋白的表達等對惡性腫瘤的發生發展起到重要調節作用。lncRNA因其組織和疾病特異性被發現可以作為腫瘤的診斷標志物，這為惡性腫瘤的預防、診斷以及預后評估提供了一定依據。多項研究均顯示，lncRNA具有很大的臨床研究價值和開發應用前景。然而，目前已證實的lncRNA只是生物信息學預測的lncRNA數量中的一小部分，具有組織特異性的lncRNA則少之又少，多數lncRNA在多種惡性腫瘤中異常表達，能夠作為惡性腫瘤診斷標志物的較少。而且，對于lncRNA的功能性研究目前僅局限于細胞和動物實驗，上述研究成果是否能夠真正應用于臨床，lncRNA表達調控用于治療腫瘤是否具有安全性，這些問題都尚未解決。隨著基因陣列技術的發展和高通量測序技術等研究方法的改進，未來會發現更多類別的lncRNA。進一步對lncRNA的作用機制和關鍵靶點進行研究，將為惡性腫瘤的診斷和治療帶來新的發現。