姜艷芝，張連峰

（鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 消化內(nèi)科 河南 鄭州 450052）

長鏈非編碼RNA MEG-3抑癌作用的研究進(jìn)展Research progress on the anticancer effects of long non-coding RNA MEG-3

姜艷芝，張連峰

（鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院 消化內(nèi)科 河南 鄭州 450052）

長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA） 是一類長度超過200 nt的非編碼RNA分子，在基因組印記、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮重要的調(diào)控作用。人母系表達(dá)基因（Maternally Expressed Gene 3，MEG-3）是一種母系印記基因編碼的lncRNA，近年研究發(fā)現(xiàn)其在多種人類腫瘤中發(fā)揮抑癌作用，進(jìn)一步的研究證實(shí)其發(fā)揮抑癌作用與 DNA甲基化、p53基因表達(dá)、Rb途徑、cAMP途徑以及影響血管生成有關(guān)。本文總結(jié)了近年來國內(nèi)外關(guān)于MEG-3的研究報(bào)道，對其在腫瘤中的抑癌作用做一綜述，希望為lncRNA在腫瘤中的診斷及治療提供新的思路。

1 lncRNA概述

最新的全基因組調(diào)查及高通量轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)，人類基因組只包括大約20 000個(gè)蛋白編碼基因，僅占總基因組的1％～2％，剩余可以穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄的部分稱為非編碼RNA，包括管家非編碼RNA（如tRNA、rRNA及snoRNA等）和調(diào)節(jié)性非編碼RNA［1］。調(diào)節(jié)性非編碼RNA按其長度可分為短鏈非編碼RNA和lncRNA。近年來關(guān)于短鏈非編碼RNA的研究較多，如m iRNA、siRNA、piRNA廣泛參與到許多生命過程，包括胚胎發(fā)育，機(jī)體新陳代謝，細(xì)胞增殖、分化、凋亡等，并與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移密切相關(guān)［1-2］。而lncRNA的研究相對起步較晚。

lncRNA是一類轉(zhuǎn)錄長度超過200 nt的非編碼RNA分子，由于缺乏開放讀碼框而不能編碼蛋白質(zhì)。越來越多的研究表明，lncRNA廣泛參與到不同的細(xì)胞生理過程，通過多種機(jī)制參與 X染色體沉默、基因組印記、染色質(zhì)修飾、轉(zhuǎn)錄激活、轉(zhuǎn)錄干擾以及核內(nèi)運(yùn)輸?shù)龋?］。另外，lncRNA還在細(xì)胞發(fā)育和分化中扮演重要的角色，并參與調(diào)節(jié)腫瘤的增殖和侵襲以及重組誘導(dǎo)多能干細(xì)胞［4-5］。失調(diào)的lncRNA已被證明參與多種腫瘤的形成及發(fā)展，如乳腺癌［4］、肝細(xì)胞癌［6］、膀胱癌［7］、胰腺癌［8］、肺癌［9］、腦膜瘤［10］等。 其中 lncRNA HOTAIR已被確認(rèn)與乳腺癌、肝癌、胰腺癌患者的預(yù)后密切相關(guān)，并影響乳腺癌的轉(zhuǎn)移［4，6，8］。 近期的研究結(jié)果提示，lncRNA在腫瘤的形成中發(fā)揮原癌基因（如ANRIL）和抑癌基因（如MEG-3）的作用［11-12］。

2 MEG-3結(jié)構(gòu)與功能概述

MEG-3是小鼠母系印記基因Gtl2的人類同系物，首次識(shí)別于小鼠12號染色體末端［13］。有研究表明，Gtl2的表達(dá)和調(diào)控在胚胎發(fā)育和出生后的生長發(fā)育中發(fā)揮重要作用［14］。MEG-3定位于人類染色體14q32.3，長約1.6 kb，只在母源性基因上表達(dá)，基因組結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)MEG-3/Gtl2由10個(gè)外顯子組成［15］，可通過可變剪切形成多種mRNA亞型。

研究發(fā)現(xiàn)，MEG-3在人類多種正常組織高表達(dá)，如垂體和腦組織；在胎盤、腎上腺、胰腺、卵巢中也有表達(dá)［16］。近期研究表明，MEG-3在胃癌［17-18］、肝癌［19］、膀胱癌［7］、肺癌［9］、腦膜瘤［10］和非功能性垂體腺瘤［16］中表達(dá)下調(diào)，并與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展有關(guān)。MEG-3的啟動(dòng)子區(qū)域富含 CpG核苷酸，有資料表明，差異甲基化區(qū)域的高甲基化與腫瘤發(fā)生中的MEG-3沉默關(guān)系密切［10］。這些數(shù)據(jù)表明，MEG-3可能在一個(gè)特定的腫瘤發(fā)病機(jī)制中扮演重要的角色，但其發(fā)揮抑癌作用的具體機(jī)制仍在探索中。近年的研究發(fā)現(xiàn)，MEG-3發(fā)揮抑癌作用與 DNA甲基化、p53基因表達(dá)調(diào)控、Rb途徑、cAMP途徑以及血管生成相關(guān)，通過多種途徑共同調(diào)節(jié)，參與到抗腫瘤細(xì)胞的增殖及轉(zhuǎn)移過程中。

3 MEG-3作用機(jī)制研究

近年來，研究者在MEG-3的功能方面做了大量的研究。Zhao等［16］發(fā)現(xiàn)在無功能性垂體腺瘤中MEG-3表達(dá)缺失，進(jìn)一步的檢測發(fā)現(xiàn)在MEG-3第一外顯子上游區(qū)域啟動(dòng)子的甲基化水平較正常垂體明顯升高，而經(jīng)甲基化抑制劑處理后，MEG-3的表達(dá)可以恢復(fù)，研究者由此推測MEG-3的表達(dá)與甲基化水平相關(guān)。Lu等［9］發(fā)現(xiàn)MEG-3在非小細(xì)胞肺癌組織和細(xì)胞系中表達(dá)下調(diào)，上調(diào)MEG-3后p53基因活性增高，提示MEG-3可能通過 p53途徑抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的增殖，并促進(jìn)其凋亡。Braconi等［19］發(fā)現(xiàn)，MEG-3可作為miR-29的靶分子調(diào)控肝癌細(xì)胞的生長。胃癌相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，MEG-3下調(diào)與不良預(yù)后和促進(jìn)細(xì)胞增生有關(guān)，還發(fā)現(xiàn)m iR-148a可以通過甲基化調(diào)控MEG-3，進(jìn)而影響胃癌的進(jìn)展［17-18］。 另外，在膀胱癌［7］、無功能性垂體腺瘤［16］、急性白血病和多發(fā)性骨髓瘤［20］等方面均做了大量研究，研究結(jié)果顯示，MEG-3可通過多種途徑在眾多人類腫瘤中發(fā)揮抑癌作用。

3.1 M EG-3與甲基化狀態(tài) 甲基化是表觀遺傳學(xué)的一種重要調(diào)控形式，目前已經(jīng)證實(shí)，DNA甲基化與腫瘤發(fā)生密切相關(guān)。MEG-3在多種人類腫瘤中表達(dá)缺失，與MEG-3啟動(dòng)子區(qū)域的高甲基化以及基因間的差異甲基化區(qū)域（DMR）關(guān)系密切［6，9］。Zhao等［16］發(fā)現(xiàn)MEG-3在人類垂體無功能性腺瘤中表達(dá)缺失，然而其基因組未發(fā)現(xiàn)明顯異常。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)，MEG-3基因5'端富含CpG二核苷酸，其中大量DNA發(fā)生甲基化，提示甲基化在MEG-3表觀遺傳調(diào)控中可能發(fā)揮重要作用。進(jìn)一步的研究顯示，將腫瘤細(xì)胞暴露于去甲基化藥物后發(fā)現(xiàn)MEG-3恢復(fù)表達(dá)，提示MEG-3基因功能區(qū)域的DNA甲基化與其在垂體無功能性腺瘤中的表達(dá)缺失有關(guān)。Benetatos等［20］也證實(shí)，在急性髓系白血病（AML）患者和骨髓增生異常綜合征（MDS）患者中，MEG-3差異甲基化區(qū)域的CpG島甲基化與沒有發(fā)生甲基化的對照組相比，總體生存率明顯下降，但對AML患者的影響更為顯著。此外，繼發(fā)于 MDS的AML患者中約有50％發(fā)生MEG-3甲基化，而MDS患者僅有34.9％。這些發(fā)現(xiàn)表明，MEG-3異常甲基化可能與疾病的進(jìn)展有關(guān)［20］。

3.2 M EG-3與p53途徑 抑癌基因p53在腫瘤抑制中起著核心作用，并且能夠介導(dǎo)許多其他抑癌因子的功能。p53蛋白是一個(gè)不穩(wěn)定的小分子蛋白，主要在核內(nèi)發(fā)揮作用，可誘導(dǎo)細(xì)胞周期停滯、復(fù)制性衰老及凋亡［21］。小鼠雙微基因2（MDM2）是細(xì)胞內(nèi)調(diào)節(jié)p53蛋白濃度及活性的重要基因，MDM2和E3泛素連接酶的調(diào)節(jié)作用可促進(jìn)p53降解［21］。Zhou等［21］利用結(jié)腸癌細(xì)胞系和骨肉瘤細(xì)胞系的研究發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)染MEG-3及其亞型結(jié)構(gòu)后p53蛋白的表達(dá)水平顯著增加，同時(shí)可以刺激 p53應(yīng)答的啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，MEG-3可以通過促進(jìn)p53與生長轉(zhuǎn)化因子（Growth differentiation factor，GDF）基因啟動(dòng)子的結(jié)合刺激GDF15的表達(dá)。然而MEG-3對P21CIP1的表達(dá)無明顯影響，提示 MEG-3能調(diào)節(jié) p53特定的轉(zhuǎn)錄活性。p53的降解主要由 MDM2介導(dǎo)，通過細(xì)胞轉(zhuǎn)染上調(diào)MEG-3的表達(dá)后MDM2的水平下降，提示MDM2至少部分介導(dǎo)了MEG-3對p53的調(diào)節(jié)作用。研究還發(fā)現(xiàn)，MEG-3在 p53缺失時(shí)仍可以抑制細(xì)胞增生，說明MEG-3作為一個(gè)抑癌因子，其發(fā)揮作用除了可通過p53依賴途徑外，還存在其他的調(diào)節(jié)途徑。

3.3 M EG-3與Rb途徑 視網(wǎng)膜母細(xì)胞瘤Rb基因是一個(gè)經(jīng)典的腫瘤抑制基因，位于染色體13q14.2，主要參與細(xì)胞周期調(diào)控、細(xì)胞分化、衰老和凋亡［22］。 這個(gè)基因的產(chǎn)物核磷酸化蛋白pRb可以控制細(xì)胞G期進(jìn)入S期，導(dǎo)致細(xì)胞 G1期停滯［22］。pRb的功能隨磷酸化水平的變化呈周期性改變，pRb是否具有功能取決于其磷酸化的水平，低磷酸化是其活化狀態(tài)［22］。已有研究證明MEG-3可以抑制腫瘤細(xì)胞的增生。Zhang等［23］發(fā)現(xiàn)，在抑癌基因p53缺失時(shí)，Rb16在MEG-3介導(dǎo)的抑制腫瘤細(xì)胞增生中發(fā)揮著重要的作用。MEG-3可通過直接靶向作用于Rb以及通過調(diào)控Rb的正性調(diào)控因子p16-INK4影響Rb的磷酸化水平，進(jìn)而發(fā)揮其抑制腫瘤細(xì)胞增生的作用。由此看來，MEG-3除通過p53依賴和非p53依賴途徑外，也可能通過Rb相關(guān)的其它途徑發(fā)揮抑癌作用。

3.4 M EG-3與cAM P 環(huán)磷酸腺苷（cyclic AMP，cAMP）是一個(gè)普遍存在的第二信使，通過cAMP依賴的蛋白激酶激活能力增加各種靶蛋白的磷酸化水平，進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞的生長、分化和凋亡［24］。 研究結(jié)果顯示，經(jīng)cAMP處理的人類成纖維細(xì)胞HS-27的MEG-3 mRNA水平與未處理組相比大幅增高，這個(gè)結(jié)論表明MEG-3抑制細(xì)胞增生的功能可能與cAMP有關(guān)［25］?；蛉笔Ш屯蛔兎治鼋Y(jié)果表明，在MEG-3啟動(dòng)子區(qū)域的近端-69～-49之間存在一個(gè) cAMP反應(yīng)元件（CREB）結(jié)合位點(diǎn)，在MEG-3的啟動(dòng)子活化過程中發(fā)揮著重要的作用［25］。另外，Northern blot分析證明在人類成纖維細(xì)胞系中提高cAMP的表達(dá)水平可以刺激MEG-3的表達(dá)。進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，凝膠轉(zhuǎn)移、芯片分析以及共轉(zhuǎn)染試驗(yàn)證明，CREB可以直接結(jié)合于CRE位點(diǎn)并刺激MEG-3啟動(dòng)子的活性［25］。由此說明，MEG-3是cAMP的一個(gè)下游靶基因。另一方面，啟動(dòng)子高甲基化可以阻止cAMP反應(yīng)元件結(jié)合蛋白家族與其結(jié)合，最終抑制 MEG-3的轉(zhuǎn)錄［25］。綜合分析發(fā)現(xiàn)，MEG-3可能通過cAMP依賴的途徑參與調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖以及其他cAMP相關(guān)的功能調(diào)節(jié)。

3.5 M EG-3與血管生成 腫瘤新生血管形成是腫瘤進(jìn)展的重要因素之一，近期的研究發(fā)現(xiàn)lncRNA通過缺氧誘導(dǎo)因子（HIF）、VEGF/VEGFR、Ang/tie和Notch信號參與血管生成［26］。Gordon等［26］研究證實(shí)，MEG-3可促進(jìn)腦血管的形成。研究者通過對比MEG-3敲除型小鼠和MEG-3野生型小鼠的基因表達(dá)譜，發(fā)現(xiàn)在MEG-3敲除型小鼠中，血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）信號通路中的Vegfa、Vegfr1、Iqgap1和Was1上調(diào)明顯，同時(shí)Notch信號通路Hes1和Dll4的表達(dá)也明顯增高。既往研究已經(jīng)證實(shí)，VEGF信號通路可調(diào)控血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖、存活和遷移，Notch信號通路能夠增加新生血管的穩(wěn)定性，調(diào)控細(xì)胞的分化和遷移。敲除MEG-3后解除了MEG-3對VEGF和Notch的抑制作用后腦血管生成增加，說明MEG-3對腫瘤血管生成的潛在抑制作用是其抑制腫瘤發(fā)生和發(fā)展的機(jī)制之一。

4 結(jié)語

總之，在過去的幾年中，研究者在MEG-3的功能方面做了大量的研究。 在非小細(xì)胞肺癌［9］、肝癌［19］、胃癌［17-18］、膀胱癌［7］、無功能性垂體腺瘤［16］以及急性白血病和多發(fā)性骨髓瘤［20］等多個(gè)人類腫瘤中均發(fā)現(xiàn)MEG-3的表達(dá)異常。對于MEG-3的深入研究進(jìn)一步揭示了lncRNA在生物學(xué)方面的作用及機(jī)制，關(guān)于lncRNA和miRNA調(diào)控關(guān)系的研究也為探索非編碼RNA的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)提供了新的方向。綜合目前的研究，對于MEG-3在多種疾病中的功能已經(jīng)做出了較為廣泛的研究，然而其作用的具體機(jī)制以及與其他轉(zhuǎn)錄因子、非編碼RNA等的轉(zhuǎn)錄調(diào)控關(guān)系的研究還不夠深入。另外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)MEG-3對腫瘤的生物學(xué)特性有明確的影響，那么其在腫瘤的治療中又有怎樣的價(jià)值，值得我們深思及進(jìn)行更深一層的研究。

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鄭州大學(xué)第一附屬醫(yī)院消化內(nèi)科 張連峰教授 審校

張連峰，E-mail：zhanglf3366@163.com。

2014-06-21）