lncRNA與miRNA相互作用對多發性骨髓瘤腫瘤生物學行為影響的研究進展

2021-12-01 03:17:11蔣芳王曉桃

醫學綜述 2021年19期

蔣芳，王曉桃

(桂林醫學院第二附屬醫院血液內科，廣西桂林 541004)

多發性骨髓瘤(multiple myeloma，MM)是血液系統第二大常見的惡性腫瘤[1]。MM臨床上主要表現為CRAB癥狀，即血鈣增高、腎功能損害、貧血、骨病[2]，盡管臨床癥狀相似，但復雜的基因事件使其具有極大的腫瘤異質性。目前對于MM致病的遺傳事件已有了一定的認識，超二倍體和非超二倍體的一些原發性改變導致MM發生，繼發性的基因改變導致疾病的進一步進展[3]。目前腫瘤的生物學行為和疾病過程仍不明確。骨髓微環境是MM細胞賴以生存的環境，具有多種細胞成分的骨髓微環境促進腫瘤細胞的生長、增殖，介導腫瘤細胞的發展、轉移、免疫逃逸，同時也影響患者對藥物的治療反應，是引起MM復發和進展的一大重要因素[4]。近年來隨著高通量技術的飛速發展，關于長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)和微RNA(microRNA，miRNA)的研究逐漸增多，提高了對MM基因復雜性和多態性的認識。有研究發現，異質性表達的miRNA和lncRNA在MM的診斷、治療和預后中發揮一定的作用[5]。RNA根據不同作用可分為抑癌基因或致癌基因[6]。現就lncRNA和miRNA的相互作用對MM生物學行為的影響進行綜述，以期從全基因組角度分析MM發生發展的潛在機制，解釋MM復雜的生物學行為。

1 lncRNA與miRNA概述

研究表明，基因組中只有約2%的RNA可以轉錄并翻譯成蛋白質，其余不能編碼蛋白質的RNA被稱為非編碼RNA，以往非編碼RNA被作為基因組成中無作用的“暗物質”，近年來逐漸被認為是高功能分子的來源，與新陳代謝和免疫力、腫瘤、心血管疾病、神經系統疾病、腎病及其他系統性疾病的發生發展密切相關[7]。lncRNA和miRNA是最受關注的一類非編碼RNA，介導不同細胞之間的生物學作用及功能。

1.1lncRNA的特點 lncRNA是一種長度>200 nt的非編碼RNA，大約70%的lncRNA在物種間的保守性較差，同時也具有極高的組織特異性、細胞特異性和時空特異性[8]，可見物種之間的特殊性可能是由龐大且功能尚未完全明確的lncRNA所致。盡管近年來對lncRNA有了進一步的認識，但由于其豐度相對較低，且有相對較長的序列和復雜的結構，其功能和分類標準仍不明確[9]。研究發現，由于lncRNA不能產生蛋白質，其功能作用依賴于鄰近可以作用的分子及靶點，所以其功能與其所在的位置密切相關[10]。相同細胞定位的lncRNA功能相似，可推斷其潛在的生物學作用。位于細胞質的lncRNA可與核糖體結合，但并不產生翻譯過程，而是通過降解、調控信使RNA(messenger RNA,mRNA)或介導脫帽和腺苷酸尾的脫靶而發揮作用[11]。人類大部分的lncRNA位于細胞核內，可與染色質調節因子、轉錄因子或其他染色質結合，通過順式或反式的調節方式影響轉錄激活、轉錄抑制和轉錄后調控過程，在轉錄前水平、轉錄水平、轉錄后水平影響基因表達[12]。

1.2miRNA的特點 miRNA由miRNA基因轉錄、加工形成。根據mRNA與編碼基因相對的位置，可以分為基因間miRNA和基因內miRNA。基因間miRNA是指miRNA處于注釋基因之間，有獨立的啟動子、終止子等，而基因內miRNA則包含在外顯子或內含子內。大部分的miRNA是基因內miRNA，存在與宿主基因共表達的現象，但并不與宿主基因共享啟動子[13]。

通常情況下miRNA的3′非翻譯區與靶基因種子序列堿基配對結合，可以促進mRNA降解或抑制蛋白質翻譯的作用從而發揮抑制mRNA轉錄的功能，在轉錄后水平調節基因表達。因為種子序列較短，所以一個miRNA可以靶向數百個mRNA產生抑制作用[14]。但有研究指出，miRNA也可增加特殊靶基因的表達，如上調miR-24-1在細胞系內的表達發現其鄰近基因果糖-1,6-二磷酸酶1的蛋白質水平也隨之增加，這種轉錄激活的機制可能與活性增強子有關[15]。因此，miRNA常被定義為一種轉錄調節因子，在不改變基因組序列的條件下調控靶基因表達。

2 lncRNA、miRNA與MM的關系

MM是一種惡性漿細胞腫瘤，而lncRNA和miRNA已被證實與包括MM在內的腫瘤的發生發展有關，可以調節細胞的增殖、代謝、凋亡和器官發育等病理生理過程。

2.1lncRNA與MM的關系 lncRNA的表達失調在MM中具有重要的臨床意義，有望成為判斷預后的潛在標志物。有研究顯示，MM患者中lncRNA牛磺酸上調基因1的表達顯著高于健康對照組，且與β2微球蛋白、骨病程度呈正相關，說明lncRNA牛磺酸上調基因1可能與MM的進展及臨床分期有關[16]。更深層次的研究證實，lncRNA對MM的影響是通過激活一些經典的信號通路來實現的，如MM中的lncRNA RP11-301G19.1可以激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B通路，抑制增殖和細胞周期進程并促進MM細胞凋亡[17]。lncRNA在MM中既可以發揮促癌作用也可以發揮抑癌作用。lncRNA母系表達基因3在MM中低表達，通過去甲基化等調節多種靶基因的表達，抑制腫瘤的發展和生長[18]。另外，lncRNA母系表達基因3下調還可以抑制間充質干細胞向成骨分化，導致骨髓瘤骨病的發生[19]。上述證據表明，lncRNA的表達失調可通過多種機制參與MM的發生且與MM的生物學行為有關。

2.2miRNA與MM的關系 miRNA對MM的作用主要通過骨髓瘤細胞與骨髓微環境的相互調控完成。miRNA可以影響骨髓微環境中的免疫及代謝狀態，而微環境改變也影響骨髓瘤細胞的營養環境。例如轉染miR-144-3p的細胞可顯著抑制MM細胞系的生長、增殖并且誘導細胞周期改變和促進細胞凋亡，其機制可能是通過靶向抑制肌細胞增強因子2基因的轉錄和翻譯，干擾骨髓微環境中血管內皮生長因子的表達[20]。miRNA的表達也受骨髓微環境調控，Raimondi等[21]證實，腫瘤細胞無限增殖造成骨髓微環境中相對的低氧條件可直接降低miR-199a的表達，給予miR-199a的模擬物可增加基質對于腫瘤細胞的黏附，減少腫瘤細胞的遷移。骨髓微環境中其他miRNA(如miR-21、miR-140-3p、miR-126、miR-16)也被證明可以與微環境中骨髓基質細胞、免疫細胞等相互作用，促進腫瘤細胞的擴散[22]。

3 lncRNA與miRNA在MM中的相互作用方式

lncRNA既是miRNA的來源，也是miRNA的調節物質。lncRNA H19是發現最早、研究最深入的miRNA的一種前體物質，在其第一個內含子中就嵌入了miR-675，通過剪切后可以產生成熟的miRNA[23]。而lncRNA與miRNA相互調節的機制是兩者可以共同作用于靶基因mRNA的3′非翻譯區，與mRNA競爭性結合，故lncRNA可間接影響miRNA負向靶基因的作用[24]。目前研究最深入的作用方式是lncRNA的分子海綿效應：lncRNA與miRNA中具有互補效應的轉錄本可以通過堿基配對的方式結合，用“吸附miRNA”的方式減少細胞中有效作用于mRNA的miRNA數量，發揮相互調節的作用。競爭性內源RNA的概念也印證了上述分子海綿效應[25-26]。核心內容是含有特定RNA反應元件的非編碼RNA與miRNA結合，從而減少對mRNA產生作用的miRNA有效數量，即產生對靶基因的抑制作用[27]，包括環狀RNA、假基因、lncRNA在內的多種非編碼RNA均可與miRNA共享種子序列，參與基因調控過程[28]。

miRNA可在MM的發病過程中發揮促進或抑制作用，對于其下游的靶基因也同樣有促進或削弱作用，其機制是與上游的lncRNA相互作用。而lncRNA與miRNA之間實現堿基配對所必需的物理接觸是通過外泌體等微囊泡的載體來實現，外泌體是直徑為40～150 nm的小囊泡體，內有不同類型的RNA，包括mRNA和非編碼RNA。非編碼RNA主要是miRNA和lncRNA[29]。外泌體作為一種細胞間的通信介質發揮作用，也是細胞間信號串擾的主要參與者[30]。骨髓微環境背景下，從lncRNA-miRNA-靶基因信號軸全基因組角度理解MM的惡性生物學行為的思路，有利于進一步了解MM的發病機制及發生發展過程。

互為競爭性內源RNA的功能失衡可在轉錄后水平影響基因和蛋白的表達，它們之間互相組成了龐大的調控網絡，既參與細胞的發育、增殖、分化和凋亡，也參與腫瘤的發生、轉移和耐藥，共同調控包括MM在內的腫瘤生物學行為[31]。

4 lncRNA與miRNA相互作用對MM腫瘤生物學行為的影響

腫瘤細胞具有獨特的惡性生物學行為，表現為無限增殖、誘導血管生成、抑制凋亡、主動逃避免疫細胞的攻擊和清除等。在腫瘤細胞無限克隆的過程中產生的異質性又使腫瘤細胞應對微環境變化的能力有所差異，在相對缺氧的生長環境和治療過程中不同的腫瘤細胞群對藥物的反應性也不同。在腫瘤進展過程中，基因的不穩定性和可變性賦予了腫瘤細胞遺傳改變甚至驅動腫瘤進展的潛力。

4.1促進MM細胞增殖、轉移及侵襲 MM細胞與所有的腫瘤細胞一樣具有無限增殖且向遠處侵襲和轉移的能力，是腫瘤擴散和進展的最基本的生物學行為[32]。腫瘤細胞與微環境中的基質細胞、細胞外基質及其產生的各種黏附分子通過受體-配體的形式相互作用，通過旁分泌或自分泌的形式釋放白細胞介素-6等細胞因子，可以激活GTPase RhoA、Janus激酶-信號轉導及轉錄激活因子等通路，促進骨髓微環境的重塑和腫瘤瘤細胞的定向遷移，影響淋巴歸巢，促進瘤細胞的生長、增殖、侵襲[33]。

lncRNA與miRNA在意義未明的單克隆免疫球蛋白血癥、無癥狀或冒煙型骨髓瘤和MM的不同階段均有差異性表達[34]，被認為是促進腫瘤細胞生長、侵襲或向遠處轉移的重要因素。Shen等[35]報道，在MM患者及MM細胞系高表達的lncRNA前列腺癌相關轉錄產物1可海綿樣吸附miR-129降低前列腺癌相關轉錄產物1的表達，抑制其對核因子κB通路的激活，抵消miR-129對腫瘤細胞生長的抑制作用，促進MM細胞增殖和周期進程；其次還可以通過調節細胞自噬來介導細胞生物學行為。在MM中，自噬可以通過降解過量和錯誤折疊蛋白的積累來維持能量，減輕內質網應激，確保細胞存活，被認為是一種保護機制[36]。自噬相關基因14是自噬過程中的一個蛋白編碼基因，在骨髓瘤細胞系LP-1及KMS11中，Linc00515和自噬相關基因14的表達明顯升高，Linc00515通過直接抑制miR-140-5p來增強耐美法侖的骨髓瘤細胞的自噬，自噬可抑制腫瘤細胞凋亡，促進腫瘤細胞存活和增殖[37]。另外一部分受lncRNA與miRNA共同調節的是骨髓微環境中的生化代謝過程。Liu等[38]研究證明，lncRNA肺癌轉移相關轉錄本1對miR-1271-5p的海綿樣作用可降低抑癌基因miR-1271-5p、性別決定區Y框蛋白1的表達，促進糖酵解的發生，使腫瘤細胞在缺氧微環境中獲得更多的能量，促進腫瘤細胞的生存、增殖。腫瘤細胞的活力表現在增殖、侵襲、轉移等骨髓瘤發展過程的不同階段，lncRNA與miRNA是細胞病理及發生機制中的重要因素，但具體的信號轉導及通路的調控機制尚不十分明確，仍有待進一步研究。

4.2誘導MM耐藥耐藥性可導致多種疾病治療失敗。骨髓微環境是腫瘤細胞的“庇護所”，無論免疫逃逸引起的原發性耐藥還是藥物治療后腫瘤細胞被動獲得性耐藥的產生都可在骨髓微環境中產生。蛋白酶體抑制劑和免疫調節劑在MM治療中占有重要地位，可顯著延長MM患者的生存期，但耐藥性仍不可避免。

lncRNA與miRNA不僅在MM的生長、侵襲和轉移過程中發揮重要作用，對MM耐藥也有重要影響。Fu等[39]發現，在復發難治性MM患者中lncRNA心肌梗死相關轉錄本的表達水平明顯高于新診斷的MM，硼替佐米可以通過激活信號轉導及轉錄激活因子1上調心肌梗死相關轉錄本在MM中的表達，若沉默lncRNA心肌梗死相關轉錄本可抑制MM細胞的生長，并通過負調控miR-29b使MM細胞對硼替佐米增敏，lncRNA心肌梗死相關轉錄本過表達可增加MM細胞對硼替佐米的抗藥性。lncRNA與miRNA另一種影響耐藥的機制則是抑制瘤細胞凋亡。髓細胞白血病因子1是一種重要的凋亡抑制劑，可通過泛素化蛋白酶體降解，其本身的異常表達是多種化療藥物耐藥的原因[40]。lncRNA H19在MM細胞中作為miR-29b-3p的海綿樣物質，可以調控下游靶基因髓細胞白血病因子1的翻譯，從而抑制細胞凋亡產生耐藥[41]。深入研究MM耐藥的分子學機制，有望克服MM耐藥的局面，提高患者對藥物的反應程度，延長患者的生存期。

4.3促進MM免疫逃逸免疫是機體的一種保護機制，包括T細胞、B細胞、自然殺傷細胞、巨噬細胞等在內的免疫細胞可以識別出腫瘤細胞所攜帶的表面抗原并進行攻擊，但并不是所有過程均順利。腫瘤細胞均存在不同程度的免疫逃逸，涉及腫瘤細胞本身及其賴以生存的腫瘤微環境，免疫細胞、細胞因子以及免疫檢查點分子等均輔助腫瘤細胞逃避人體正常免疫細胞的攻擊[42]。

MM患者存在不同程度的免疫逃逸，細胞是免疫過程中最基礎的成分，有效抗原呈遞的功能喪失、效應細胞功能障礙、免疫抑制性細胞的過表達和功能異常構成免疫逃逸的基礎[43]。微環境中浸潤在腫瘤細胞周圍的巨噬細胞被稱為腫瘤相關巨噬細胞，根據不同的分子表型分為M1和M2型，它們具有極強的可塑性，會受到微環境中不同的刺激而發生改變，不同的表型發揮不同的免疫功能。M1型巨噬細胞具有明顯促炎和抗腫瘤活性，而M2型巨噬細胞是參與腫瘤免疫逃逸、促進腫瘤發展的重要機制[44]。lncRNA與miRNA可改變腫瘤相關巨噬細胞表型的功能并逐漸受到重視。Gao等[45]發現在MM中，lncRNA核富集轉錄本1和B7-H3的表達增加，而miR-214的表達減少。lncRNA核富集轉錄本1的沉默實驗使得細胞中miR-214表達增加，B7-H3表達降低，而miR-214的抑制劑可以部分逆轉這種結果，提示lncRNA核富集轉錄本1可作為miR-214的分子海綿，靶向作用于B7-H3；共培養實驗證明lncRNA核富集轉錄本1可促進M2型巨噬細胞極化及骨髓微環境中促瘤生長的M2型巨噬細胞的表達。

目前關于競爭性內源RNA促進免疫逃逸的研究較少，但仍提示lncRNA與miRNA相互作用具有促進MM進展的潛力。隨著免疫學和分子生物學的發展，在基因水平上逆轉微環境中的免疫抑制狀態，可能為MM患者的治療提供新策略。

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