長鏈非編碼RNA在神經膠質瘤中的相關作用機制及代表分子

鄭悅 羅良生

膠質瘤是最常見的中樞神經系統惡性腫瘤[1],根據細胞來源，可細分為星形細胞瘤、少突膠質細胞瘤、室管膜瘤和混合瘤(如少星形細胞瘤)。世界衛生組織(WHO)在每個亞型中將膠質瘤分為四個級別。Ⅰ級和Ⅱ級被認為是低級別膠質瘤，Ⅲ級和Ⅳ級被認為是高級別膠質瘤,其中多形性膠質母細胞瘤是惡性程度最高的腫瘤類型，初診后中位生存期僅為12～14個月[2]。有研究表明，LncRNA在膠質瘤中異常表達，與膠質瘤細胞的形成、增殖、侵襲和凋亡過程密切相關。長鏈非編碼RNA(LncRNA)包含各種大小超過200個核苷酸的RNA轉錄本，這些轉錄本缺乏顯著的蛋白質編碼能力，通常具有5'm7G帽和3'polyA尾部，類似于信使RNA(messenger RNA，mRNA)的結構。但相較于mRNA，LncRNA更具有組織特異性和動態性，表明這些分子具有獨特的生物學作用。LncRNA根據其相對于鄰近蛋白質編碼基因的基因組位置可分為以下五類：(1)正義，從蛋白質編碼基因的正義鏈轉錄而來；(2)反義，轉錄自mRNA的相反鏈；(3)內含子，轉錄自蛋白質編碼基因的內含子；(4)基因間，從基因間區域轉錄；(5)雙向轉錄，從正義和反義方向的轉錄起始位點附近轉錄。由于LncRNA的功能機制取決于其亞細胞定位，因此LncRNA也可以分為核或細胞質類別[3]。表現出不同核定位模式的LncRNA通常通過轉錄干擾和染色質重塑來改變基因轉錄，而輸出到細胞質的LncRNA通過介導RNA加工，影響mRNA穩定性或直接調節蛋白質功能而發揮調節作用。

一、LncRNA在神經膠質瘤的功能機制

1.LncRNA調節基因組活性：許多LncRNA參與了基因表達的表觀遺傳調控。在神經膠質瘤中，NEAT1通過與PRC2亞單位EZH2的物理相互作用，介導Wnt/β-catenin途徑啟動子區H3K27的甲基化，從而導致Wnt/β-catenin途徑的激活[4]。Zhao等[5]發現，NET1可通過FZD3/GSK3β/P-tau通路調控微管穩定，并通過招募組蛋白乙酰轉移酶與FZD3啟動子結合從而影響FZD3轉錄活性。Ke等研究發現，LncRNA HOTAIR在膠質瘤中高表達，通過募集染色質修飾復合物PPC2，并定位到HOXD基因簇，最終間接沉默HOXD。

2.LncRNA調控信號轉導通路 ：在膠質瘤中，LncRNA 可通過調控信號轉導通路，從而影響膠質瘤細胞的形成、增殖、侵襲和凋亡過程。HOTAIR通過與PRC2復合物相互作用調控PI3K/AKT和MEK 1/2通路促進膠質母細胞瘤進展[6]。此外，SNHG16在膠質瘤中高表達，研究發現它通過PI3K/Akt通路和miR-373的海綿作用增加細胞遷移、侵襲和增殖，導致表皮生長因子受體(epidermal growth factor receptor,EGFR)的釋放，增強膠質瘤的致瘤性[7]。CRNDE基因在膠質瘤中表達升高，可通mTOR信號通路的下游作用位點P70S6K的磷酸化，使mTOR信號通路持續激活，促進膠質瘤細胞的生長并抑制細胞凋亡，發揮致癌基因的作用。此外，MALAT1過表達可顯著降低U87和U251細胞中磷酸化ERK1/2和MMP2/9的表達，并且Han等研究進一步發現，抑制ERK信號(U0126)可以模擬MALAT1過表達誘導的磷酸化ERK1/2和MMP2的水平，表明MALAT1的腫瘤抑制功能是通過減弱ERK/MAPK介導的細胞生長和MMP2/9介導的侵襲力介導的。

3.LncRNA作為微小RNA(miRNA)的分子海綿：部分LncRNA具有與miRNA相結合的位點，可與miRNA靶基因競爭結合miRNA，進而調控miRNA及miRNA的靶基因的表達，而這些LncRNA就稱為miRNA海綿，這種調控方式被稱為海綿吸附效應[8]。例如，研究發現EGFR-AS1可以通過mir-133b/RACK1軸影響膠質瘤的遷移和侵襲[9]。Chai等[10]發現，LncRNA LINC01579也可以通過與miR-139-5p競爭性結合EIF4G2轉錄本，進而對細胞周期進行調控。同樣，LncRNA FOXD2-AS1通過海綿化miR-31上調周期蛋白依賴的激酶1來促進膠質瘤的進展[11]。此外，CRNDE基因的過表達能夠促進細胞增殖，遷移和侵襲,抑制神經膠質瘤細胞凋亡，同時由于其競爭性結合作用使得miR-384在人神經膠質瘤組織和神經膠質瘤細胞系中被下調。研究發現，CRNDE通過降低miR-384表達來促進細胞惡性行為，而通過CRNDE敲低或miR-384過表達進行的治療最終可導致PIWIL4減少，從而抑制神經膠質瘤生長。

4.LncRNA作為細胞間的溝通者：在過去的3年中，關于外泌體在神經膠質瘤發展中的作用的研究取得了進展[12]。膠質瘤來源的外泌體作為細胞之間的溝通者，刺激血管生成，遷移，膠質瘤細胞增殖，調節腫瘤侵襲性。其中，釋放LncRNA到受體細胞中可以通過調節靶信號通路來調節細胞表型[13]。例如，SNHG16被包裝成外泌體，通過激活TLR7/MyD88/NFκB/c-Myc信號通路誘導膠質瘤進展[14]。同時，Chai等[15]發現，ROR1-AS1被包裝到源于腫瘤細胞的外泌體中，并對神經膠質瘤發展的促進作用。

5.LncRNAs編碼功能性微肽：最近，一些LncRNA已顯示可編碼基于小ORF的功能性微肽。例如，從LncRNA轉換而來的微肽通過與肌漿網Ca2+-ATPase(SERCA)，溶酶體v-ATPase或置換SERCA抑制劑來調節骨骼肌的再生或收縮力。Cao等[16]發現，一個編碼跨膜小肽的關鍵的樞紐dle1，包含兩個smorf(ORF1和ORF8)，編碼形成五聚體通道的小肽，從而對膠質瘤的發生發展進行調控。

二、具有代表性的LncRNAs

1.MALAT1：MALAT1也稱為NEAT2，是一個LncRNA，需要進一步處理和轉錄后修飾。它在哺乳動物和核保留的調節性RNA中高度保守。研究表明，相對于正常腦組織，神經膠質瘤組織中MALAT1的表達減少，而敲除MALAT1可促進人膠質瘤細胞系和異種膠質瘤模型中細胞的增殖和侵襲。相反地，在體外和體內MALAT1的過表達均表現出可以抵消細胞增殖和侵襲的顯著抑制，這表明MALAT1在神經膠質瘤中起抑制的作用。MALAT1可通過調控信號轉導通路抑制腫瘤的侵襲和擴散。研究表明，MALAT1通過減弱ERK/MAPK介導的生長和MMP2介導的侵襲性從而在神經膠質瘤中發揮腫瘤抑制作用。其中ERK/MAPK途徑是負責細胞增殖和侵襲的最重要的信號轉導途徑之一，而MMP2和MMP-9在腫瘤進展過程中參與細胞侵襲[17]。MALAT1的過表達顯著降低U87和U251細胞中磷酸化ERK1/2和MMP2/9的表達。MALAT1還可以充當miRNA的“分子海綿”，從而導致其在膠質母細胞瘤中的下游作用得到調節。通過這種作用機理，幾種miRNA，如miR-124，miR-384，miR-101，miR-155和miR-140等與MALAT1競爭性結合[18-20]。Xiong等[21]研究顯示，MALAT1陽性調節SOX2的表達，通過使miR-129海綿化而充當競爭性內源RNA。MALAT1/miR-129/SOX2形成的復合物在體外和體內增強神經膠質瘤干細胞的活力和增殖能力，并促進神經膠質瘤的發生。此外，LncRNA MALAT1在具有多重耐藥性的膠質母細胞瘤細胞系中上調，并通過上調EMT相關蛋白(如ZEB1)來降低膠質母細胞瘤細胞對替莫唑胺的敏感性。

2.TUG1：TUG1是一個長約7.1k堿基的 LncRNA，最初在牛磺酸處理下于視網膜細胞的基因組篩選中被檢測到。TUG1膠質瘤發病中的作用，逐漸于最近一些研究中發掘。WHO等級和總生存率呈負相關。TUG1的過表達通過激活凋亡基因caspase-3和caspase-9介導的內在途徑并抑制抗凋亡基因Bcl2介導的抗凋亡途徑從而促進神經膠質瘤細胞凋亡，提示TUG1在人類神經膠質瘤中具有抑癌作用。最近的研究表明，LncRNA TUG1通過表觀遺傳抑制多個神經元分化相關基因來維持膠質瘤干細胞(glioma stem cells，GSC)的干性。此外，TUG1還可以作為蛋白質支架與PRC2組分(EZH2和SUZ12)和轉錄因子YY1發生相互作用，從而促進組蛋白H3K27特異性甲基化。

3.NEAT1：NEAT1是從位于人類第11號染色體上的多個內分泌腫瘤基因轉錄而成的一個LncRNA。NEAT1，miR-98-5p和BZW1之間的相互作用在膠質細胞瘤中起重要作用。NEAT1作為分子海綿調控miR-98-5p及其直接靶標BZW1。NEAT1/miR-98-5p/BZW1軸調節膠質細胞瘤細胞的增殖，因此可以探索爭對該軸的靶向治療[22]。LncRNA NEAT1還可競爭抑制miR-185-5p刺激DNMT1/mTOR信號傳導而促進神經膠質瘤的進程[23]。Bi等[24]確定了膠質瘤中NEAT1的下游目標let-7g-5p，并且被其負向調節，而let-7g-5p的恢復可抑制增殖，遷移和侵襲來阻止腫瘤進展。MAP3K1作為let-7g-5p的直接靶標，受到NEAT1的正調控，并參與影響NEAT1對GSC行為的調節。結果表明NEAT1通過NEAT1/let-7g-5p/MAP3K1軸促進了GSC的進展，進一步驗證了NEAT1的過表達增加了腫瘤的替莫唑胺抗性。

4.H19：H19是一種LncRNA，其編碼基因位于人染色體11的印跡區域，與IGF2基因相毗鄰[25]。H19發揮多種生物學功能，在缺氧微環境通過HIF-1α誘導H19的內源性表達，HIF-1可直接與H19啟動子結合，觸發腫瘤細胞的致癌效應。HIF-1α的穩定性被抑癌基因Pten減弱，表明HIF-1α與H19呈正相關[26]。H19可以作為競爭性內源RNA海綿化miR-138，miR-138通過靶向HIF-1α并依次影響VEGF的表達來調節神經膠質瘤細胞的增殖和遷移[27]。最后在神經膠質瘤微血管中，H19的過表達通過作為miR-29a海綿增加血管生成因子VASH2的表達來誘導神經膠質瘤相關的內皮細胞增殖，遷移和血管形成[28]。

5.HOTAIR：HOTAIR是位于12號染色體上Homeobox C(HOXC)基因簇內的人類基因型LncRNA，與HOXC基因共表達，該LncRNA在幾種類型的腫瘤中高度表達[29]。HOTAIR可以調節特定轉錄因子(例如MXI1，E2F1，ATF5和ASCL1)的活性，并調節細胞周期相關基因的表達以及相關的信號通路，例如Wnt/β-連環蛋白軸。Angelopoulou等[30]研究結果表明，HOTAIR的表達與β-catenin通路在基底膜細胞系和組織中的激活過表達有關。HOTAIR可作為膠質母細胞瘤的治療靶點，其致癌作用與激活β-catenin通路有關。此外，它可以與特定的miRNA相互作用，包括miR-326，miR-141，miR-148b-3p，miR-15b和miR-126-5p，起著海綿狀miRNA的作用，以調節癌癥中的基因表達。例如，NEAT1、miR-132和SOX2之間的相互作用在膠質母細胞瘤中起重要作用。NEAT1還可以通過海綿miR-132間接調節SOX2的表達，研究發現NEAT1/miR-132/SOX2軸促進膠質母細胞瘤細胞的侵襲性，可以以此探索治療這種類型的腫瘤。重要的是，已證明HOTAIR可增強血管生成并影響血液腫瘤屏障(BTB)的通透性，從而調節化學治療劑的功效。例如，HOTAIR通過與miR-148b-3p結合而降低了BTB的通透性。類似地，內皮細胞中LncRNA XIST的異常高表達通過增加緊密連接相關蛋白(ZO-1，ZO-2和occludin)而降低了BTB的通透性。同樣，LncRNA TUG1在內皮細胞中也被上調，并通過靶向miR-144來調節BTB的通透性。

LncRNA和神經膠質瘤的最新研究引起了癌癥領域的極大興趣。報道表明，LncRNA在神經膠質瘤中發揮著重要的生物學功能，包括腫瘤的開始，進展和其他表型。在這里，我們討論了神經膠質瘤中LncRNA表達的失調及其潛在機制，以及其中具有代表性的分子，這可能潛在地導致發現新的診斷和預后生物標志物。但是，有些方面需要進一步探討。首先有許多研究發現LncRNA和miRNA 之間的相互作用，然而這兩者如何影響膠質瘤發生發展仍存在著許多問題。例如miRNA和LncRNA在細胞內如何平衡， miRNA 和 LncRNA它們之間的結合是否還存在除競爭性結合之外的情況，其次盡管關于報道LncRNA參與神經膠質瘤的進展很多，但LncRNA發揮作用的階段仍然未知。這些LncRNA的進一步了解可能為神經膠質瘤提供新的治療策略。