范月瑩，張洪，高潔芳，馮豆，宋玲

(武漢大學(xué)人民醫(yī)院藥學(xué)部，武漢 430060)

根據(jù)基因組微陣列、全基因組和轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù)等的研究，人們確定至少90%的基因組進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄[1]。然而，僅有不到2%全基因組序列具有編碼蛋白質(zhì)的功能，非編碼RNA的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于編碼RNA，非編碼RNA指不具有編碼蛋白能力，但在生物體生命活動(dòng)中發(fā)揮作用的RNA分子，按長度可將其分為長鏈非編碼RNA(long non-coding，lncRNA)和短鏈非編碼RNA兩大類[2]。一直以來，蛋白質(zhì)被認(rèn)為是調(diào)節(jié)細(xì)胞功能的主角，中心法則“DNA→RNA→蛋白質(zhì)”表明遺傳信息儲(chǔ)存在蛋白質(zhì)編碼基因中，而RNA僅被認(rèn)為是基因和蛋白質(zhì)之間的中介[3]。因此，在過去的幾十年人們的研究焦點(diǎn)在于蛋白質(zhì)編碼基因在疾病發(fā)生、發(fā)展過程中的作用。但是全基因組和轉(zhuǎn)錄組測序的證據(jù)表明，生物的各種生命活動(dòng)可能也受到短鏈或長鏈非編碼RNA的調(diào)控[4]。其中微RNA (microRNA，miRNA)屬于短鏈非編碼RNA，是目前研究最多的非編碼RNA[5]。近年來，人們逐漸將目光轉(zhuǎn)向lncRNA，發(fā)現(xiàn)lncRNA在生物體內(nèi)的功能是多種多樣的，而且在包括癌癥在內(nèi)的多種疾病中表現(xiàn)出異常調(diào)控及組織特異性[6]?，F(xiàn)就lncRNA的研究概況及其與腫瘤的關(guān)系予以綜述。

1 lncRNA概述

1.1lncRNA的發(fā)現(xiàn) lncRNA通常指長度超過200個(gè)核苷酸的非編碼RNA分子。在miRNA被發(fā)現(xiàn)前就有l(wèi)ncRNA的報(bào)道，但人們并未將其命名為lncRNA。最早被報(bào)道的lncRNA基因之一是印跡基因H19，它編碼一個(gè)2.3 kb的非編碼RNA分子，可參與表觀遺傳調(diào)控、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等，與多種惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展相關(guān)[7]。隨后很快發(fā)現(xiàn)X染色體失活特異轉(zhuǎn)錄本RNA基因，該基因可引發(fā)X染色體沉默[8]。然而，第一個(gè)miRNA“l(fā)in-4”的發(fā)現(xiàn)將非編碼RNA研究的焦點(diǎn)從lncRNA轉(zhuǎn)向了miRNA[6]。之后，人們對(duì)于miRNA的研究不斷增加，但關(guān)于lncRNA的功能研究甚少。2007年，Rinn等[9]報(bào)道，發(fā)現(xiàn)了一種功能性lncRNA——HOX轉(zhuǎn)錄反義RNA(HOX transcript antisense RNA，HOTAIR)，HOTAIR編碼基因長2.2 kb，位于染色體12q13.13；HOTAIR可以作用于多梳蛋白，對(duì)染色質(zhì)進(jìn)行修飾，抑制HOX基因轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而調(diào)節(jié)生物體生長發(fā)育。自此，lncRNA逐漸得到研究人員的關(guān)注，越來越多的具有重要生理病理功能的lncRNA被發(fā)現(xiàn)，使人們對(duì)lncRNA的認(rèn)識(shí)顯著提升[10]。隨著研究的深入，估計(jì)人類基因組中目前有7 000～23 000個(gè)lncRNA，這意味著非編碼RNA可能在癌癥生物學(xué)中發(fā)揮重要作用的組成部分[11]。人類全基因組分析提供了完整的人類lncRNA數(shù)據(jù)集，詳細(xì)描述了lncRNA在人類基因組中的表達(dá)、功能和分布，極大地促進(jìn)了對(duì)lncRNA的了解[12]。盡管如此，lncRNA的分類仍有待統(tǒng)一，因?yàn)樗鼈兛梢愿鶕?jù)多種不同的特征進(jìn)行分類，包括結(jié)構(gòu)、序列、功能、代謝以及與蛋白編碼基因或其他已知DNA元素的相互作用等[13]。例如，按照lncRNA同蛋白質(zhì)編碼基因的位置關(guān)系進(jìn)行分類，可將其分為順式反義型、重疊型、內(nèi)含子型和雙向型等[14]；而根據(jù)lncRNA的功能進(jìn)行分類，又可將其分為誘餌分子、信號(hào)分子、引導(dǎo)分子和骨架分子四類[15]。

1.2lncRNA的特點(diǎn) lncRNA參與許多生物學(xué)作用，如參與調(diào)控細(xì)胞發(fā)育和分化、調(diào)控細(xì)胞凋亡和細(xì)胞周期，也參與基因印跡、剪接、表觀遺傳調(diào)控、轉(zhuǎn)錄和翻譯調(diào)控等[16]。lncRNA大多由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄，隨后發(fā)生多聚腺苷酸化和RNA前剪接等共轉(zhuǎn)錄修飾[15]。lncRNA具有標(biāo)準(zhǔn)剪接位點(diǎn)信號(hào)，但與信使RNA相比，外顯子相對(duì)較少，因此，lncRNA通常比信使RNA短，中位數(shù)為592 nt，而信使RNA為2 453 nt；雖然lncRNA通常不如信使RNA穩(wěn)定，但一項(xiàng)以小鼠細(xì)胞為模型的研究表明，大部分lncRNA具有較高的穩(wěn)定性[17]。多數(shù)lncRNA位于核內(nèi)，這與lncRNA在基因表達(dá)表觀遺傳調(diào)控中的主要功能一致[18]。但也有大量lncRNA在細(xì)胞質(zhì)中富集，發(fā)揮包括翻譯調(diào)控在內(nèi)的重要功能。有趣的是，一些lncRNA被切割成不同的片段，分別在細(xì)胞核和細(xì)胞質(zhì)中發(fā)揮作用，如能夠產(chǎn)生lncRNA肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1 (metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1)的位點(diǎn)被核糖核酸酶P裂解，產(chǎn)生具有類多聚腺苷尾3′端的MALAT1轉(zhuǎn)錄本和一個(gè)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中的小的轉(zhuǎn)運(yùn)RNA樣RNA[19]。

2 lncRNA在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用

lncRNA的異常表達(dá)與惡性腫瘤細(xì)胞的生長、增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移等生物學(xué)行為密切相關(guān)。如lncRNA漿細(xì)胞瘤可變易位基因1是胃癌預(yù)后不良的指標(biāo)，通過調(diào)節(jié)p15和p16的表達(dá)抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞增殖[20]；lncRNA肌動(dòng)蛋白纖維相關(guān)蛋白1-反義RNA1通過刺激應(yīng)激纖維的形成，促進(jìn)鼻咽癌細(xì)胞的侵襲和遷移[21]；下調(diào)lncRNA尿路上皮癌相關(guān)基因1 (urothelial carcinoma associated 1，UCA1)的表達(dá)能誘導(dǎo)癌細(xì)胞的放射敏感性，并降低其增殖能力等[22]。

2.1通過表觀遺傳的改變影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展 遺傳學(xué)是指基因序列發(fā)生改變，從而引起基因表達(dá)水平發(fā)生變化(如基因雜合丟失、基因突變和微衛(wèi)星不穩(wěn)定)；而表觀遺傳學(xué)和遺傳學(xué)相對(duì)應(yīng)，并未發(fā)生基因序列的改變，而是在非基因序列改變的基礎(chǔ)上導(dǎo)致的基因表達(dá)水平變化(如組蛋白變體、染色質(zhì)構(gòu)象改變、DNA甲基化修飾、DNA組蛋白修飾)[23]。但lncRNA鏈較長，且有二級(jí)結(jié)構(gòu)等較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，不同lncRNA間功能差異較大，機(jī)制復(fù)雜，尚未被完全闡明。HOTAIR即是一種參與表觀遺傳調(diào)控的lncRNA，它是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)通過全基因組表觀遺傳重編碼參與癌癥進(jìn)展的致癌lncRNA，通過與多梳抑制性復(fù)合物2 (polycomb repressive complex-2，PRC2)亞基相互作用，參與基因沉默；PRC2是兩類多梳蛋白之一，具有組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶活性，主要使組蛋白H3亞基第27位賴氨酸三甲基化，是轉(zhuǎn)錄沉默染色質(zhì)的標(biāo)記，而HOTAIR在抑癌基因啟動(dòng)子區(qū)域招募PRC2亞基，通過將PRC2引入特定位點(diǎn)來調(diào)節(jié)組蛋白H3賴氨酸27的甲基化水平，從而抑制染色質(zhì)復(fù)合物的形成，并導(dǎo)致腫瘤抑制基因的表觀遺傳沉默，促進(jìn)多種腫瘤細(xì)胞的發(fā)生和進(jìn)展[24]。高表達(dá)的母系表達(dá)基因3可通過將組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶zeste基因增強(qiáng)子同源物2和組蛋白脫甲基酶Jumonji家族富含AT結(jié)合結(jié)構(gòu)域2，引入上皮鈣黏素編碼基因和miR-200家族基因的調(diào)節(jié)區(qū)域，來調(diào)節(jié)組蛋白H3的甲基化水平，參與到由轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)介導(dǎo)的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial mesenchymal transition，EMT)過程中，在表觀遺傳學(xué)水平上調(diào)節(jié)EMT，而EMT參與多種癌癥的發(fā)生、發(fā)展，因此母系表達(dá)基因3的高表達(dá)與肺癌、肝癌、胃癌、結(jié)直腸癌、膀胱癌等惡性程度密切相關(guān)[25]。

2.2通過與RNA之間的相互作用影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展 lncRNA的相互作用包括與其他RNA亞型的串?dāng)_，從而形成一個(gè)可以參與癌癥機(jī)制的相互作用網(wǎng)絡(luò)。Salmena等[26]首次提出了競爭性內(nèi)源性RNA假說，該假說提出非編碼RNA通過轉(zhuǎn)錄組中的miRNA響應(yīng)元件實(shí)現(xiàn)與信使RNA的交叉作用。有文獻(xiàn)報(bào)道，lncRNA CA3-反義RNA1通過與miR-93/人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因 (phosphatase and tensin homology deleted on chromosome ten，PTEN)的相互作用，抑制結(jié)直腸癌的增殖和侵襲，并促進(jìn)其凋亡[27]。PTEN基因編碼磷脂酰肌醇-3，4，5-三磷酸3-磷酸酶，該產(chǎn)物阻礙細(xì)胞生長過快，因此，PTEN基因作為抑癌基因在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要作用，它的突變是許多癌癥的表現(xiàn)之一。有研究表明，miR-93調(diào)控PTEN的表達(dá)，而lncRNA CA3-反義RNA1能夠直接與miR-93結(jié)合，減輕miR-93過表達(dá)的結(jié)直腸癌細(xì)胞的增殖和侵襲[28]。

2.3通過信號(hào)通路影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路異?；罨c惡性腫瘤的發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后有著密切聯(lián)系。多種信號(hào)通路并非獨(dú)立作用，而是處于復(fù)雜的多維調(diào)控中，在腫瘤細(xì)胞的增殖、分化、遷移及凋亡等方面發(fā)揮重要功能[29]。lncRNA可調(diào)控信號(hào)通路的作用，參與癌細(xì)胞的多種生命活動(dòng)[30]。有研究表明，lncRNA OTUD6B反義RNA1(OTUD6B antisense RNA 1，OTUD6B-AS1)通過影響Wnt/β聯(lián)蛋白(β-catenin)信號(hào)通路抑制腎透明細(xì)胞癌細(xì)胞的增殖，并促進(jìn)其凋亡[31]。Wnt信號(hào)通路參與細(xì)胞的增殖和再生，在胚胎發(fā)育和EMT過程中發(fā)揮重要作用，是一種高度保守的信號(hào)通路，由一系列癌基因和抑癌基因蛋白質(zhì)組成[32]。其中最經(jīng)典的途徑是Wnt/β-catenin信號(hào)途徑。β-catenin可與上皮鈣黏素結(jié)合形成上皮鈣黏素/β-catenin復(fù)合物，維持細(xì)胞間黏附結(jié)構(gòu)和細(xì)胞穩(wěn)定性；Wnt信號(hào)通路能抑制糖原合酶激酶3β的磷酸化和β-catenin在細(xì)胞質(zhì)中的降解，并上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子(如snail和twist)的表達(dá)，從而抑制上皮鈣黏素轉(zhuǎn)錄，提高細(xì)胞內(nèi)游離β-catenin水平，激活核內(nèi)EMT相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子，誘導(dǎo)EMT發(fā)生[33]。通常情況下，Wnt信號(hào)通路在細(xì)胞中是受抑制的，但在多種癌癥中被激活。研究人員研究了OTUD6B-AS1過表達(dá)對(duì)腎透明細(xì)胞癌細(xì)胞中Wnt/β-catenin途徑激活的影響，結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，OTUD6B-AS1過表達(dá)組磷酸化和非磷酸化蛋白激酶B及糖原合酶激酶3β的水平均下降，β-catenin的總水平也下降，但上皮鈣黏素的表達(dá)上調(diào)[31]。所以O(shè)TUD6B-AS1可以調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin信號(hào)通路的活性，并影響幾種EMT相關(guān)蛋白在腎透明細(xì)胞癌細(xì)胞中的表達(dá)，最終抑制腎透明細(xì)胞癌細(xì)胞的增殖，并促進(jìn)癌細(xì)胞的凋亡。

另有研究表明，核仁小分子RNA宿主基因6(small-nucleolar-RNA host gene 6，SNHG6)編碼的lncRNA可能通過結(jié)合上游移碼突變體(up-frameshift mutant 1，UPF1)激活TGF-β/Smad信號(hào)通路，進(jìn)而調(diào)控結(jié)直腸癌的增殖、遷移及侵襲；TGF-β信號(hào)通路作用廣泛，可調(diào)控干細(xì)胞活性及器官形成等，并與癌癥的發(fā)生、發(fā)展有密切聯(lián)系，TGF-β下游的跨膜受體是多個(gè)Smad蛋白，是TGF-β超家族信號(hào)傳遞的重要調(diào)控分子，UPF1是人無義介導(dǎo)的信使RNA降解底物的一部分，可以介導(dǎo)RNA降解過程，并使編碼的TGF-β抑制劑Smad7不穩(wěn)定，刺激TGF-β信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)[34]。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)SNHG6基因被剔除時(shí)，在結(jié)直腸癌組織中，UPF1蛋白和Smad7下游TGF-β途徑蛋白(如p-Smad2和p-Smad3)的表達(dá)均降低，而總Smad2和Smad3的表達(dá)水平則無顯著改變[35]?？梢姡琒NHG6通過對(duì)UPF1的作用調(diào)節(jié)TGF-β/Smad通路，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、遷移和侵襲。

2.4通過與非通路蛋白的其他蛋白分子作用影響腫瘤的發(fā)生、發(fā)展 lncRNA除了可以與通路蛋白作用外，還可與其他多種蛋白分子作用。有研究表明，位于染色體17p13.1的p53調(diào)節(jié)相關(guān)lncRNA(p53 regulation-associated lncRNA，PRAL)基因編碼的lncRNA PRAL能夠在肝癌中上調(diào)p53的表達(dá)，并可通過PRAL、熱激蛋白90(heat shock protein 90，HSP90)和p53之間的聯(lián)系減少p53的泛素化[36]。p53自20世紀(jì)90年代末發(fā)現(xiàn)以來，在分子水平上得到了深入的研究[37]。它是一種能夠誘導(dǎo)細(xì)胞生長停滯或細(xì)胞凋亡重要的轉(zhuǎn)錄因子，與癌癥的發(fā)生、發(fā)展有著緊密聯(lián)系，作為抑癌因子，p53在各種癌癥中表達(dá)通常下調(diào)[38]。鼠雙微體基因2能夠通過E3泛素酶活性調(diào)控p53，使其泛素化，影響p53的功能[39]。有研究使用生物物理學(xué)手段發(fā)現(xiàn)，人類p53 DNA結(jié)合域與酵母HSP90的多個(gè)域相互作用[40]。據(jù)報(bào)道，p53利用HSP90依賴性運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)沿胞質(zhì)動(dòng)力蛋白驅(qū)動(dòng)的微管束向細(xì)胞核移位[41]。因此，lncRNA PRAL可直接與HSP90結(jié)合，增強(qiáng)HSP90與p53之間的相互作用，阻斷鼠雙微體基因2對(duì)p53的泛素化，進(jìn)而促進(jìn)肝癌細(xì)胞的凋亡。

3 lncRNA與癌癥治療

3.1lncRNA作為臨床治療靶點(diǎn) 從臨床角度來看，由于lncRNA與癌癥的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，使它成為一種新的有前途的治療靶點(diǎn)。人們正在積極探索通過反義寡核苷酸(antisense oligonucleotide，ASO)靶向lncRNA從而調(diào)節(jié)基因表達(dá)的方法。ASO是人工合成的核酸片段，可以通過堿基互補(bǔ)原則與信使RNA某一區(qū)段互補(bǔ)，并阻礙基因的表達(dá)。近來人們發(fā)現(xiàn)，ASO同樣可以作用于lncRNA，PRC2是許多l(xiāng)ncRNA發(fā)揮作用所必需的蛋白復(fù)合物，ASO可以替代PRC2結(jié)合lncRNA，影響lncRNA與染色質(zhì)之間的相互作用，調(diào)控基因表達(dá)[42]。因此，可以將lncRNA作為臨床治療靶點(diǎn)，采用ASO阻礙lncRNA的作用達(dá)到治療疾病的效果[43]。有研究發(fā)現(xiàn)，通過ASO作用于MALAT1能夠減少小鼠乳腺癌或肺癌的轉(zhuǎn)移，提示lncRNA作為臨床治療靶點(diǎn)的可能性[44]。此外，阻斷l(xiāng)ncRNA蛋白相互作用或干擾lncRNA-蛋白復(fù)合物形成的小分子抑制劑種類也在增加，靶向lncRNA治療癌癥成為臨床治療癌癥的一個(gè)新方向[45]。

3.2lncRNA作為治療癌癥的監(jiān)測因子 lncRNA與癌癥的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，可以作為臨床治療癌癥效果的監(jiān)測因子。如lncRNA結(jié)腸癌相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1可以作為監(jiān)測因子來預(yù)測溴結(jié)構(gòu)域和超末端結(jié)構(gòu)(bromodomain and extraterminal， BET)抑制劑治療結(jié)腸癌的效果[46]。根據(jù)起始分子改變可將結(jié)腸癌分為3大類，即染色體不穩(wěn)定型、微衛(wèi)星不穩(wěn)定型和CpG島甲基化表型[47]。CpG島甲基化表型結(jié)腸癌是其中較獨(dú)特的一種，患者預(yù)后較其他類型更差。研究發(fā)現(xiàn)，CpG島甲基化表型腸癌非常依賴于BET和增強(qiáng)子及其他表觀遺傳機(jī)制的共同作用進(jìn)行原癌基因cMYC的轉(zhuǎn)錄[48]。研究人員還發(fā)現(xiàn)，lncRNA結(jié)腸癌相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1是BET增強(qiáng)子轉(zhuǎn)錄而來的lncRNA，可用于反映增強(qiáng)子活性，從而成為BET活性生物標(biāo)志物，進(jìn)一步預(yù)測BET抑制劑對(duì)結(jié)腸癌治療的效果[46]。而且lncRNA結(jié)腸癌相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1可通過定量聚合酶鏈反應(yīng)或原位雜交術(shù)檢測，在臨床應(yīng)用方面切實(shí)可行，是福爾馬林固定石蠟包埋組織中理想的生物標(biāo)志物。

3.3lncRNA與癌癥耐藥性 lncRNA在癌癥的耐藥性中也發(fā)揮著重要作用。化療是治療晚期膀胱癌的一種手段，但是約50%的晚期膀胱癌患者會(huì)逐漸產(chǎn)生耐受，研究lncRNA UCA1在膀胱癌化療期間順鉑耐藥中的作用，發(fā)現(xiàn)UCA1水平在順鉑耐藥膀胱癌細(xì)胞中升高，UCA1過表達(dá)顯著增加了順鉑治療期間的細(xì)胞存活率，而UCA1敲低降低了順鉑治療期間的細(xì)胞存活率[49]。機(jī)制方面，可能是UCA1通過提高Wnt6的表達(dá)，激活Wnt/β-catenin信號(hào)通路，增加膀胱癌細(xì)胞對(duì)順鉑的耐藥性。該項(xiàng)研究指明，lncRNA參與癌癥的耐藥，并為臨床克服膀胱癌的耐藥性提供了新靶點(diǎn)。

4 小 結(jié)

隨著新一代測序技術(shù)的發(fā)展，lncRNA的特征、功能及與疾病(尤其癌癥)發(fā)生、發(fā)展的關(guān)系正在被人們深入地了解。lncRNA雖然不參與蛋白質(zhì)的編碼，但它在機(jī)體內(nèi)發(fā)揮的功能十分廣泛，包括在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后等不同水平調(diào)控基因表達(dá)，在基因組修飾、轉(zhuǎn)錄激活、轉(zhuǎn)錄干擾、染色體沉淀等方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。lncRNA的異常表達(dá)與惡性腫瘤細(xì)胞的生長、增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移等密切相關(guān)，正在成為癌癥治療的新靶點(diǎn)，并可以作為癌癥預(yù)測及預(yù)后的生物標(biāo)志物指導(dǎo)臨床應(yīng)用。lncRNA在癌癥治療等方面有巨大的潛力，值得人們更多的關(guān)注。