长链非编码RNA在肝胆恶性肿瘤中的研究进展

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  摘要:长链非编码RNA(long noncoding RNA,LncRNA)是指长度超过200个核苷酸、具有调控基因表达作用的非编码RNA。在各种组织器官肿瘤的发生发展中被认为是重要的启动因素[1]。LncRNA通过多种调控方式影响肿瘤的生长,参与细胞凋亡调控、肿瘤侵润、肿瘤转移等过程,有希望成为新型肿瘤标志物和肿瘤治疗的靶点。本文就LncRNA在肝癌及胰腺癌中的研究进展做一综述。
  关键词:LncRNA;肝胆恶性肿瘤;研究
  一、LncRNA概述
  RNA是介于DNA和蛋白质之间的信息物质,人类基因组计划的完成和哺乳类转录组数据的不断积累,说明人类和其他高级真核生物的遗传物质只有极少一部分编码蛋白质,超过97%的转录产物是功能多样的RNA分子,及非编码RNA(noncoding RNA,ncRNA)[2]。随着高通量测序技术的发展,发现了大量序列比較长的ncRNA,即LncRNA。LncRNA是一类转录长度超过200个核苷酸的RNA,其本身并不编码蛋白,而是以RNA的形式在表观遗传学调控、转录调控、转录后调控等多种层面上调控基因的表达水平[3]。某些LncRNA的表达具有组织特异性和时空特异性。并且许多LncRNA都具有保守的二级机构,提示LncRNA具有重要的生物学功能[4]。
  根据LncRNA在基因组上相对于蛋白编码基因的位置,LncRNA分为5种类型:反义长链非编码RNA(antisense lncRNA);内含子非编码RNA(intronic transcript lncRNA);基因间的长链非编码RNA(large intergenic noncoding RNA);正义型LncRNA(sense LncRNA);双向型LncRNA(bidirectional LncRNA)[5]。LncRNA参与了X染色体沉默、基因组印记以及染色质修饰、转录激活、转录干扰、核内运输等多种重要的调控过程[6]。研究认为,LncRNA的功能主要为以下方面:(1)通过在蛋白编码基因上游启动子区发生转录,干扰下游基因的表达;(2)通过抑制RNA聚合酶II或者介导染色质重构及组蛋白修饰,影响下游基因的表达;(3)通过与蛋白编码基因的转录形成互补双链,进而干扰mRNA的剪切,从而产生不同的剪切形式;(4)通过与蛋白编码基因的转录本形成互补双链,进一步在Dicer酶作用下产生内源性的siRNA,调控基因的表达水平;(5)LncRNA转录本通过结合到特定蛋白质上,调节相应蛋白质的活性;(6)作为结构组分与蛋白质形成核酸蛋白复合体;(7)通过结合到特定蛋白质上改变该蛋白细胞质的定位;(8)作为小分子RNA,如microRNA,piRNA的前体分子转录等。LncRNA可以通过改变染色质的结构来调节基因的表达,也可以通过顺式或反式方法来沉默或激活一个基因或一个基因家族,甚至整条染色体[7]。LncRNA与靶基因组成复杂的调控网络,共同调节细胞增殖、分化与凋亡,参与众多生命活动。
  二、LncRNA与肝胆恶性肿瘤
  异常的LncRNA可能在肿瘤发生中起着抑癌基因或促癌基因的作用。LncRNA差异表达于正常组织与其相应不典型增生的组织及肿瘤中,且特异性LncRNA可作为肿瘤的预测因子[8]。Gibb[9]等从人类正常组织到人类癌组织描写出LncRNA转录谱,认为在癌症中普遍存在异常的LncRNA表达谱。
  2.1 LncRNA与胰腺癌
  胰腺癌是一类难治性肿瘤。关于胰腺癌LncRNA的研究刚起步。Tahira等[10]运用芯片技术队源于基因间和内含子LncRNA在胰腺癌及其转移癌组织中的表达进行研究38例胰腺组织(原发肿瘤15例,正常胰腺9例,继发胰腺肿瘤6例,慢性胰腺炎8例),发现在转移灶中,源于MAPK通路相关基因内含子的LncRNA显著升高,提示LncRNA参与了胰腺癌的恶性转化及转移;实时荧光定量PCR进一步验证了PPP3CB/MAP3K14和DAPK1 loci3个LncRNAs在转移灶中的表达差异,但是相应的蛋白编码基因在转移灶中的表达水平却无明显改变。相关性分析显示,LncRNA-MAP3K14与mRNA-MAP3K14显正相关,提示LncRNA-MAP3K14可能是来自于其pre-mRNA的副产品。而LncRNA PPP3CB、DAPK1 loci与其对应的编码基因之间无相关性,其生成可能是一个独立的转录事件。KIM[11]等研究发现,HOTAIR在胰腺癌组织中表达水平明显高于正常胰腺组织,并且和胰腺癌的恶性程度相关。在Panc1和L3.6pl细胞系中敲除HOTAIR后,细胞生长变慢,周期停滞,细胞凋亡增加。在L3.6pl细胞构建的小鼠移植瘤模型中,敲除HOTAIR可以抑制肿瘤生长。这些都提示在胰腺癌中HOTAIR其促癌基因的作用。基因分析显示,在乳腺癌和胰腺癌中HOTAIR的靶基因很少重叠,在胰腺癌中HOTAIR仅靶向抑制干扰素和细胞周期相关的基因。EZH2敲除和免疫共沉淀实验显示,HOTAIR可不依赖PCR2,抑制靶基因的表达。
  2.2 LncRNA与肝癌
  关于肝癌LncRNA的研究较多,目前已研究发现多种LncRNA与肝癌密切相关,如HEIH、HULC、HOTAIR、MALAT、MEG3等。
  Yang等[12]运用LncRNA芯片等研究手段对乙型肝炎病毒相关肝癌和配对癌旁正常组织进行比较分析,发现HEIH在乙型肝炎病毒相关的肝癌中过量表达,其表达水平与肿瘤复发显著相关,可以作为一个独立判断肝癌的预后指标。推测HEIH可能是一种致癌的LncRNA,可以加速乙型肝炎病毒相关的肝细胞癌变演进过程。HEIH能促进细胞增殖,RIP-chip实验发现HEIH通过结合EZH2招募PRC2,进而抑制下游靶基因的表达,实现调控细胞周期的功能。实验表明LncRNA-HEIH是一种促癌的LncRNA,并提示LncRNAs可能是肝癌发展中重要的调控中心。   研究显示[13]HULC是首个被发现在肝癌细胞质中过量表达的LncRNA,与局灶性结节增生及肝硬化组织相比,该基因在肝癌细胞中表达显著增加。Panzitt等采用siRNA干扰技术下调肝癌细胞株中HULC的表达,导致多个基因表达异常,其中5个基因认为与肝细胞癌变有关。进一步研究[14]HULC不仅在肝癌组织中表达显著增加,在患者的血液中也检测到该基因的转录本,认为HULC高表达在肝细胞癌变中具有重要作用,同时认为血液中HULC作为一个潜在的诊断标志物值得进一步研究。另外发现,PKA通路参与了HULC的表达调控,HULC通过下调miRNA-372,抑制PRKACB的翻译,影响CREB的磷酸化,影响染色质重构。提示HULC可能直接调节相关基因或者通过表观遗传学机制抑制相应靶基因表达,参与细胞癌变的过程。MEG3在肝癌细胞及肝癌组织中表达显著减少,过表达MEG3可明显抑制肝癌细胞的生长并引起细胞凋亡。而Matouk[15]等研究顯示HULC可作为结直肠肿瘤肝转移的标志物。
  有研究应用LncRNA芯片技术检测肝癌及正常肝组织中LncRNA表达谱的差异,共检测出19477条LncRNA,其中有2倍以上变化(上调或下调)并且差异有统计学差异,肝癌与正常的肝组织比较,LncRNA的表达谱差异有统计学意义,提示这些变化的LncRNA参与了肝癌的分子调节过程[16]。
  在肝细胞特异性miR-29a/b1基因敲除的小鼠肝组织中,MEG3表达显著降低,推测miR-29可增加MEG3启动子甲基化,下调MEG3表达,从而参与肝细胞的癌变[17]。Lai等研究发现,HOTAIR和MALAT1在肝癌组织中高表达,并可以预测肝癌肝移植术后的复发。采用siRNA干扰技术下调肝癌细胞HOTAIR的表达后,细胞的运动能力和侵袭能力明显降低,且易被肿瘤坏死因子-?诱发凋亡,对顺铂和阿霉素的化疗敏感性增加。研究显示[18]HOTAIR缺失可使肝癌细胞增殖减少,并使癌细胞侵润转移所需的基质金属蛋白-9和血管内皮生长因子分泌减少,提示HUTAIR可能与肝癌侵袭转移有关,且HOTAIR的高表达可作为肝移植的肝癌患者预测肿瘤复发的生物标志物和临床治疗的潜在靶分子。
  MALAT-1是高表达于很多实体瘤组织的LncRNA,并和多种肿瘤的复发和转移相关,其中包括肝细胞肝癌。Lai[19]等在9种HCC细胞株及112例HCC患者的瘤组织中用qPCR检测了MALAT-1的表达,发现MALAT-1在HCC细胞株及HCC组织中均高表达。细胞功能研究也发现敲低MALAT-1可以抑制细胞的增殖、侵袭、迁移能力并促进细胞凋亡。
  H19在HCC中被认为是一个抑癌RNA.研究发现H19在HCC中的表达显著低于癌旁组织,并且H19低表达者预防较差。细胞实验证明过表达H19可以抑制HCC的转移,并且抑制上皮-间质转化关键分子的表达。机制研究发现H19能和蛋白复合体hnRNA U/PCAF/RNAPOL II关联,通过促进组蛋白乙酰化激活miR-200家族[20]。
  三、总结
  LncRNA参与了肿瘤的发生发展,可能成为恶性肿瘤诊断、预后判断的新的分子标记以及改善肿瘤治疗效果的分子靶标。在某些肿瘤发生的早期,LncRNA可通过介导转录水平的基因沉默途径调控癌相关蛋白的表达[21]。MALAT-1和HOTAIR可用于预测肝癌肝移植术后的肿瘤复发。siRNA下调MALA-1的表达水平后,能抑制肿瘤转移相关蛋白的表达,抑制肝癌细胞转录和侵袭,并诱导细胞凋亡。这些特性使MALAT-1成为肝移植患者肝癌复发预防和治疗的潜在靶点。
  总之,LncRNA不仅有可能作为标志物用于肿瘤的诊断,还有可能作用肿瘤治疗的靶点。
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