Lnc-miRNA軸在宮頸癌中的研究進展

丁瑤瑤綜述 魏林珍 朱姣姣 陳 凡 張倩倩 秦天生審校

大約2%的人類基因組被轉錄為RNA編碼蛋白,被轉錄為非編碼RNA的基因組為大多數(ncRNAs)[1]。因為一直以來人們發現非編碼RNA(non-coding RNA,ncRNA)沒有編碼的能力,所以認為它對轉錄來說是無意義的[2]。然而隨著科研的不斷探究,越來越多的研究證明非編碼RNA是人體重要的基因水平調控因素,與人類各種疾病的演變過程密切相關。根據核苷酸長度,<200 bp的ncRNAs被劃分為小非編碼RNA(small non-coding RNAs,sncRNAs),包括microRNAs(miRNAs)、小干擾RNA(small interference RNAs,siRNA)和piwi-interaction RNAs(piRNAs),而ncRNAs >200 bp被劃分為長鏈非編碼RNA(lncRNAs)。RNA聚合酶Ⅱ轉錄導致了大多數lncRNA的生成[3]。盡管lncRNA不編碼蛋白質,但多種基因的表達高低受到了其在轉錄前和轉錄后水平的影響[4]。因此,在各種癌組織或者細胞中lncRNA和miRNA有所表達,癌癥的發生機制和發展與其表達水平密切相關,例如:乳腺癌、肝癌、結腸癌[5-7]。研究發現宮頸癌組織和細胞中lncRNA的水平增高,與宮頸癌的發生發展密切相關,但宮頸癌lnc-RNA軸具體作用機制還不清楚。本文就近年來宮頸癌中lnc-miRNA軸作用機制等方面的研究進展做出總結和綜述。

1 miRNA

微小核糖核酸(miRNA)的長度為19～25個核苷酸,屬于短的調節核糖核酸,在1993年首次被發現于秀麗新小桿線蟲中[8]。通過與靶信使核糖核酸的3'非翻譯區部分堿基配對來調節基因表達水平[9]。miRNA是由癌細胞分泌,這有增加癌組織或者細胞的生長和擴散的可能。miRNA也可以由許多其他細胞類型釋放,如血細胞、免疫效應細胞和其他參與腫瘤侵襲和炎癥反應的細胞[10]。研究發現lncRNA可以通過miRNA調節基因表達水平來發揮其生物學功能,在不同癌癥中影響其發生發展。

2 LncRNA

長鏈非編碼RNA (Long non-coding RNAs,lncRNAs)是長度超過200 nt的非蛋白編碼轉錄本。lncRNA在調控胚胎發生、干細胞生物學、細胞增殖分化、血管生成等多種生物學過程中涉及的基因表達中起到了至關重要的作用[11-12]。大量研究證實LncRNA與miRNA軸參與癌組織或者癌細胞增殖、分化和凋亡的調控,發揮促進癌癥發生或者抑制癌生長的作用,因此與各種癌癥的發生發展過程密切相關。研究發現在癌組織或者細胞中lncRNA不僅是miRNA的內源性海綿,也是miRNA競爭性內源RNA(ceRNA),兩者呈負相關關系。

3 lncRNA與miRNA之間的關系

3.1 lncRNA 是miRNA的內源性海綿

lncRNA具有蛋白質非編碼能力,因此它們總是通過充當miRNA“海綿”來調控癌變[13-14]。PT1-AS1是一種新型的lncRNA,其通過充當miR-324-5p的海綿對子宮頸癌組織或者細胞生長與轉移起促進作用[15]。Jiang等[15]研究證實了在子宮頸癌組織和細胞中長鏈非編碼RNA TPT1-AS1表達水平升高,并且其高表達與腫瘤體積大小、淋巴轉移、分期和預后不良等臨床問題有密切的關系;通過將TPT1-AS1高表達和沉默的實驗證明,對宮頸癌細胞TPT1-AS1可促進其在體內外形成集落,有利于癌細胞的增殖、遷移、侵襲和EMT進展;miR-324-5p的得失實驗說明了子宮頸癌細胞集落形成、增殖、遷移、侵襲和EMT進展受到了miR-324-5p的抑制,也抑制了介導TPT1-AS1的生物學效應;進一步的研究證實SP1是miR-324-5p的直接靶點,介導了TPT1-AS1和miR-324-5p在宮頸癌中的作用,表明TPT1-AS1在宮頸癌細胞中發揮miR-324-5p內源性海綿的作用[15]。C5orf66-AS1作為一種競爭性內源性RNA (competitive endogenous RNA,ceRNA),通過吸附miR-637調控RING1對宮頸癌細胞增殖、凋亡和細胞周期的影響[16]。通過癌癥基因組圖譜(The cancer Genome Atlas,TCGA)篩選宮頸癌和癌旁組織中差異表達的lncRNA,并通過實時熒光定量PCR對lncRNA進行研究發現在子宮頸癌組織或者細胞中C5orf66-AS1表達水平升高,C5orf66-AS1的高表達對宮頸癌細胞增殖是有利的,但其降低表達水平促進了宮頸癌細胞凋亡;通過RNA免疫沉淀(RIP)和熒光素酶報告基因檢測,確定C5orf66-AS1為miR-637的海綿[16]。Guo等[17]研究發現XLOC_008466通過miR-216b在宮頸癌發生和進展中起到重要的作用,與正常對照組相比,XLOC_008466在宮頸癌組織和細胞中表達上調。體外功能實驗、CCK-8實驗和菌落形成實驗表明XLOC_008466基因敲除可抑制宮頸癌細胞的增殖,另外流式細胞術和transwell實驗表明,XLOC_008466基因敲除誘導G0/G1期阻滯,加重細胞凋亡,在體內抑制XLOC_008466可以抑制腫瘤的生長,生物信息學分析顯示XLOC_008466海綿miR-216b與3 '-UTR的互補結合位點揭示了XLOC_008466在宮頸癌發生中的促腫瘤作用[17]。

3.2 lncRNA與miRNA形成負調控

Ma等[18]通過與膽囊癌細胞HOTAIR上游區域假定的c-Myc靶反應元件(RE)相互作用證明HOTAIR是c-Myc的一個直接靶點;研究者對65對配對的膽囊癌組織進行了檢測,主要研究了HOTAIR、c-Myc和miRNA-130a的表達水平,試驗發現在癌組織中c-Myc與HOTAIR mRNA水平呈正比關系。Han等[19]研究發現在子宮頸癌組織或者細胞(HeLa和SiHa)中骨膜蛋白表達水平較高,并且宮頸癌組織中骨膜蛋白與轉移相關肺腺癌轉錄本1 (MALAT1)的表達水平呈正相關關系,與microRNA (miR)-202-3p的表達負相關,MALAT1通過負向調控miR-202-3p正向調控骨膜蛋白的表達。Liu等[20]發現miR-1305直接與ASB16-AS1和Wnt2結合,負調控其表達。Huo[21]通過生物信息學分析發現NOARD包含一個miR-590-3p的靶向位點,雙熒光素酶報告基因檢測顯示,miR-590-3p可以通過推測的miRNA反應元件直接與NOARD結合;另外,試驗證明了NOARD表達降低后反而增加了miR-590-3p在宮頸癌細胞中的表達,qRT-PCR證明在宮頸癌表達中miR-590-3p與NOARD呈負相關并下降明顯,因此依據上述的研究證明了lncRNA可能對miRNA形成負調控,調節對癌組織和細胞的影響[21]。

4 lncRNA在宮頸癌的相關研究

lncRNA-LINC00200可能是一種癌基因,主要影響癌細胞的增殖、遷移等行為;另外研究發現LINC00200主要靶向miR-143-3p/SERPINE1軸起作用,因此LINC00200可以作為胃癌診斷的候選分子標志物[22]。lncRNA DIO3OS、let-7d和NF-κB2組成的lncRNA/miRNA/mRNA網絡,調控甲狀腺癌細胞的細胞活力、DNA合成能力、侵襲和遷移[23]。LncRNA FOXD2-AS1敲除通過介導MLH1的甲基化抑制膽囊癌的進展[24]。通過介導GSTP1甲基化,長鏈非編碼RNA LINC01270的沉默抑制食管癌進展,并提高對5-氟尿嘧啶的化療敏感性[25]。不僅如此,研究試驗發現宮頸癌組織或者細胞的生長、增殖、轉移和侵襲與lncRNA的表達水平明顯相關。

Zhang等[26]試驗研究證明,長鏈非編碼RNA CRNDE在宮頸癌組織和幾種宮頸癌細胞系中表達增加,通過功能缺失和功能獲得的方法發現CRNDE敲減顯著降低了癌細胞的增殖,而CRNDE的高水平表達明顯增加了癌細胞的生長。CRNDE的下降抑制了宮頸癌細胞在體內的致瘤性,而CRNDE的升高則明顯促進了宮頸癌的進展。在機制上,證實了CRNDE與p53上調凋亡調節因子(PUMA)結合,并且PUMA是CRNDE增強宮頸癌細胞生長所必需的。研究表明,CRNDE聯合PUMA可作為宮頸癌臨床診斷和預后的因素,并可能成為制定有效治療策略以防止宮頸癌進展的潛在靶點。另外,Han等[19]發現骨膜蛋白在宮頸癌組織和細胞系(HeLa和SiHa)中過表達。在HeLa或SiHa細胞中,下調骨膜蛋白顯著降低細胞活力、細胞遷移和侵襲,并減少上皮-間充質轉化(EMT)。下調骨膜蛋白可抑制Akt/雷帕霉素(rapamycin,mTOR)信號通路的哺乳動物靶點,這是骨膜蛋白調控宮頸癌細胞上述生物活性的關鍵。此外,骨膜蛋白的表達與宮頸癌組織中轉移相關肺腺癌轉錄本1 (MALAT1)的表達正相關,與microRNA (miR)-202-3p的表達負相關。我們證實MALAT1通過負向調控miR-202-3p正向調控骨膜蛋白的表達。此外,在宮頸癌細胞中,MALAT1/miR-202-3p/骨膜蛋白軸與細胞活力、細胞遷移和侵襲以及EMT的調節密切相關。以上的研究充分表明部分lncRNA對宮頸癌有促進作用,可能成為宮頸癌潛在的靶點。

5 Inc-miRNA軸對宮頸癌的影響

5.1 HAND2-AS1與miR-21-5p/miR-330-5p

轉錄反義臨近心臟和神經嵴衍生物表達2 (HAND2)的lncRNA在4q33-34號染色體中。在病理為子宮內膜樣的子宮內膜癌中HAND2-AS1表達明顯下降,HAND2-AS1的高表達降低了癌細胞的生長、遷移和侵襲[27]。與之不同的是許多lncRNA在許多癌癥中促進了癌細胞的生長和遷移,增加了癌癥發展的速度。最近的研究表明lncRNA存在于包括宮頸癌在內的許多惡性腫瘤中[28-29]。盡管轉錄反義臨近心臟和神經嵴衍生物表達2 (HAND2)的lncRNA,HAND2-AS1在子宮內膜樣子宮內膜癌中低表達,過表達抑制了子宮內膜樣子宮內膜癌細胞的遷移和侵襲,但是HAND2-AS1在宮頸癌中的作用機制尚不清楚。

Chen等[30]試驗發現HAND2-AS1和LDOC1在宮頸癌細胞中表達下降而miR-330-5p表達升高。HAND2-AS1和miR-330-5p結合導致LDOC1表達上調,過表達HAND2-AS1、LDOC1或下調miR-330-5p可抑制增殖相關蛋白Ki-67、PCNA、遷移相關蛋白N-cad、侵襲相關蛋白MMP-2、MMP-9的表達及淋巴結轉移,在體內HAND2-AS1能夠與miR-330-5p結合減少腫瘤形成和降低淋巴轉移,說明了HAND2-AS1能夠競爭性結合miR-330-5p有利于LDOC1的表達,以此來阻礙癌細胞侵襲和轉移的能力[30]。結論一致的是Gao等[31]證實HAND2-AS1與TIMP3在宮頸癌組織中表達下調,與宮頸癌患者預后差有顯著關聯。HAND2-AS1與miR-21-5p能夠競爭性結合并上調TIMP3的表達。過表達HAND2-AS1或下調miR-21-5p抑制細胞增殖、遷移和侵襲,同時促進細胞凋亡,與VEGFA信號通路中蛋白表達增加有關,因此說明HAND2-AS1可能通過調控miR-21-5p/TIMP3/VEGFA軸阻礙子宮頸癌的發生和癌細胞的生長,HAND2-AS1有潛力成為宮頸癌臨床中診療的靶點。

5.2 CTBP1-AS2與miR-3163

CTBP1分歧轉錄本(CTBP1-AS2)是一種新發現的lncRNA,關于CTBP1-AS2在癌癥中的作用的唯一報道是CTBP1-AS2預測甲狀腺乳頭狀癌的不良預后[32]。Yang等[33]試驗證明在子宮頸癌組織或細胞中CTBP1-AS2表達水平升高,在體外降低CTBP1-AS2的表達能夠抑制細胞遷移和生長侵襲、細胞凋亡增加。在體內CTBP1-AS2升高有利于異種移植瘤細胞的生長,在宮頸癌組織或者細胞中被發現細胞質CTBP1-AS2是miR-3163海綿,MiR-3163抑制CTBP1-AS2的促腫瘤作用[33]。此外,Yang等[33]還發現鋅指蛋白217 (ZNF217)被鑒定為miR-3163的直接靶點,CTBP1-AS2作為miR-3163海綿提高ZNF217的表達,ZNF217上調消除了CTBP1-AS2敲低的腫瘤抑制作用。

5.3 lncRNA-NEAT 1與miR-133a/miR-124

NEAT1-1和NEAT1-2屬于NEAT1的兩種亞型[34]。NEAT1可以在許多生物過程中發揮重要作用[35-36]。此外,NEAT1預測乳腺癌患者的生存期較低[37]。在卵巢癌中,NEAT1通過調節miR-34a-5p和B-淋巴瘤-2來調控細胞增殖和凋亡[38]。NEAT1導致癌癥的重要基因,在多種癌癥中有所表達。

Yuan等[39]研究發現lncRNA富核轉錄本1 (lncRNA-nea T1)對宮頸癌的主要影響是促進細胞的侵襲生長和遷移,減慢了細胞凋亡,對幾種宮頸癌細胞的NEAT1水平進行的定量檢測證實了在體外NEAT1表達明顯升高,NEAT1下調后宮頸癌的發展受到抑制,主要原因是抑制了癌細胞集落形成、增殖和遷移的能力,誘導了癌細胞的凋亡;在宮頸癌細胞中NEAT1與miR-133a呈負相關,宮頸癌中的miR-133a表達下調。另外,SOX4能夠作為miR-133a的下游靶點,沉默SOX4可以抑制宮頸癌的進展,通過體內實驗證明NEAT1/miR-133a/SOX4軸在宮頸癌中的作用,說明NEAT1在宮頸癌發病機制中作為內源性RNA與miR-133a相互競爭,并調節SOX4,NEAT1/miR-133a/SOX4軸參與了宮頸癌的發生發展[39]。Shen等[40]試驗發現在宮頸癌組織或細胞中lncRNA-NEAT1表達水平較高,lncRNA-NEAT1高水平有利于HeLa和SiHa細胞的生長、增殖和侵襲,影響了EMT標志物的表達、激活了NF-κB通路,沉默lncRNA-NEAT1對HeLa和SiHa細胞的影響相反。LncRNA-NEAT1可負調控其靶基因miR-124,其逆轉lncRNA-NEAT1對HeLa細胞遷移、侵襲、EMT和NF-κB通路的影響說明LncRNA-NEAT1通過調控miR-124/NF-κB通路促進宮頸癌細胞的遷移和侵襲[40]。

綜上,宮頸癌是女性常見的惡性腫瘤之一,晚期宮頸癌的診治仍然是臨床和科研的一大難題。近年來隨著人們對宮頸癌分子機制水平的研究和深入擴展,越來越多的IncRNAs和miRNAs被發現參與了宮頸癌的發生發展過程、促進了宮頸癌組織和細胞的侵襲和遷移,也增加了宮頸癌的化療耐藥。就目前研究而言,nc-miRNA軸的作用靶點和相關調控機制可能為宮頸癌的診斷和預后提供有效的生物標志物,并可能成為宮頸癌治療和預后的潛在靶點。但是,IncRNAs和miRNAs種類繁多、數量龐大,人類對其功能和調控機制的認知只是冰山一角,其對宮頸癌影響的具體機制仍未確定,有待進一步深入的研究。本文重點就IncRNAs和miRNAs軸對宮頸癌的影響進行綜述,為下一步的研究提供有利的理論基礎。