LincRNA-p21在癌癥機(jī)制中的研究進(jìn)展

趙素月，朱克祥,2，李文軍，李汛,2

0 引言

非編碼RNA（noncoding RNA,ncRNA）是指不編碼蛋白質(zhì)的RNA，包括snRNA、lncRNA、microRNA、circRNA等。由于基因芯片和高通量測序技術(shù)的快速發(fā)展，大量具有生物學(xué)功能的lncRNA被人類發(fā)現(xiàn)并認(rèn)識[1]。lncRNA是指長度大于200 nt的非編碼RNA，作用包括：表觀遺傳調(diào)控、調(diào)節(jié)染色體結(jié)構(gòu)、控制轉(zhuǎn)錄、調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定性、翻譯和翻譯后的修飾等[2]。

1 lincRNA-p21簡介

lincRNA-p21最初在小鼠實驗中發(fā)現(xiàn)并報道，位于第17號染色體上，細(xì)胞周期調(diào)節(jié)基因cdkn1a（也稱p21）的上游約15 kb處[3]。在DNA損傷等應(yīng)激條件下，p53激活小鼠lincRNA-p21（mlincRNA-p21）的轉(zhuǎn)錄，mlincRNA-p21聚集在細(xì)胞核內(nèi)，并與核不均核糖核蛋白K（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein K,hnRNPK）結(jié)合，抑制特定靶基因的轉(zhuǎn)錄。lincRNA-p21也存在于人類基因中（hlincRNA-p21，全稱tp53cor1），位于第6號染色體，作為p53的靶基因，主要參與p53調(diào)控。然而，與mlincRNA-p21不同的是，hlincRNA-p21可被運輸至細(xì)胞質(zhì)，并在細(xì)胞質(zhì)中通過激活RISC復(fù)合體并抑制特定靶基因的翻譯。測序發(fā)現(xiàn)hlincRNA-p21只含有單一的外顯子，并由兩種異構(gòu)體組成。這兩種異構(gòu)體包含反向重復(fù)Alu元件（IRAlus）。lincRNA-p21中IRAlus相互折疊形成二級結(jié)構(gòu)，IRAlus僅存在于靈長類動物的lincRNA-p21序列中，參與lincRNA-p21在細(xì)胞核內(nèi)的定位[3]。

2 lincRNA-p21的作用機(jī)制

p53是癌癥中著名的抑癌基因，當(dāng)細(xì)胞暴露在DNA損傷、端粒侵蝕或缺氧等應(yīng)激信號中時，就會觸發(fā)細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯、凋亡和衰老。細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)的一個關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子是p53。研究表明lincRNA-p21是p53的直接靶點，在基因轉(zhuǎn)錄中起抑制作用，通過增強(qiáng)細(xì)胞核內(nèi)p53活性促進(jìn)細(xì)胞凋亡。MDM2、ING1b和p21都是作用于p53的靶標(biāo)，并與lincRNA-p21相關(guān)。

2.1 MDM2與lincRNA-p21

MDM2是一種E3泛素蛋白連接酶，通過泛素蛋白酶體途徑降解p53[4]。P300是一種乙酰基轉(zhuǎn)移酶，它使p53乙?；?，從而增強(qiáng)p53活性。P300和MDM2通過復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)調(diào)控p53。MDM2還阻斷P300與p53的相互作用，從而抑制p53乙?；档推浠钚訹5]。lincRNA-p21可與MDM2結(jié)合，減少p53-MDM2的相互作用，增加p53-P300的相互作用，增加p53的轉(zhuǎn)錄。lincRNA-p21通過p53、P300和MDM2相互作用的反饋機(jī)制調(diào)節(jié)p53的活性。

2.2 ING1b與lincRNA-p21

ING1b是一種腫瘤抑制因子，可影響基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞周期和細(xì)胞凋亡，其活性與p53密切相關(guān)。研究表明ING1b可減弱p53和MDM2之間相互作用，ING1b和MDM2競爭性的與p53結(jié)合調(diào)節(jié)p53的穩(wěn)定性和活性。DNA損傷后或ING1b過表達(dá)可顯著誘導(dǎo)lincRNA-p21轉(zhuǎn)錄。lincRNA-p21作用于ING1b的下游基因，ING1b通過與其啟動子結(jié)合上調(diào)lincRNA-p21水平。在缺少lincRNA-p21的情況下，ING1b引起細(xì)胞凋亡的能力也受到抑制。在DNA損傷應(yīng)激中，lincRNA-p21的表達(dá)在ING1b誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中起著至關(guān)重要的作用，并且這種效應(yīng)被p53顯著增強(qiáng)[6]。因此，lincRNA-p21是ING1b和p53信號通路的交點，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

2.3 p21與lincRNA-p21

細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑p21位于lincRNA-p21上游。p21是p53轉(zhuǎn)錄調(diào)控的直接靶點，并控制細(xì)胞周期從G1期向S期的轉(zhuǎn)變。p53和p21結(jié)合MDM2和底物Slug，形成p53/p21/MDM2/Slug復(fù)合物，促進(jìn)降解。由于Slug增強(qiáng)了癌細(xì)胞的侵襲能力，其降解有助于p53/p21的抗侵襲作用[7]。lincRNA-p21將hnRNP-K招募到p21啟動子上，啟動p21轉(zhuǎn)錄。因此lincRNA-p21與hnRNP-K共同作為p21的轉(zhuǎn)錄激活因子。

2.4 lincRNA-p21與Warburg效應(yīng)

大量研究表明腫瘤細(xì)胞的新陳代謝與正常細(xì)胞的新陳代謝不同。即使在氧氣充足的情況下，腫瘤細(xì)胞優(yōu)先進(jìn)行糖酵解獲取能量，稱為Warburg效應(yīng)[8]。Warburg效應(yīng)不僅可以滿足腫瘤細(xì)胞需求，并為腫瘤生長提供優(yōu)勢。缺氧反應(yīng)的一個關(guān)鍵介質(zhì)是缺氧誘導(dǎo)因子-1（Hypoxia inducible factor-1,HIF-1）。HIF-1是一種α/β異源二聚體轉(zhuǎn)錄因子。在常氧條件下，HIF-1被脯氨酸羥化酶（PHD）羥化，羥基化的HIF-1被VHL蛋白識別，VHL蛋白起泛素E3連接酶的作用，降解HIF-1[9]。但在低氧條件下，PHD活性受到抑制。HIF-1通過與啟動子中的缺氧反應(yīng)元件（HRE）結(jié)合，上調(diào)糖酵解和下調(diào)氧化磷酸化，HIF-1通過以上途徑協(xié)調(diào)Warburg效應(yīng)。lincRNA-p21是HIF-1α的直接轉(zhuǎn)錄靶標(biāo)，缺氧條件下，lincRNA-p21和HIF-1α可競爭性地結(jié)合VHL減少HIF-1α降解，lincRNA-p21誘導(dǎo)HIF-1α的表達(dá)，從而形成一個正反饋回路加強(qiáng)Warburg效應(yīng)[10]。

2.5 lincRNA-p21其他方面作用機(jī)制

HuR是一種普遍存在的RNA結(jié)合蛋白，可影響細(xì)胞存活、增殖，并產(chǎn)生致癌作用[11]。在正常細(xì)胞中，lincRNA-p21通過與HuR/ELAV1的相互作用而保持較低水平狀態(tài)。HuR與Ago2蛋白和Let-7形成復(fù)合物協(xié)同作用來破壞lincRNA-p21的穩(wěn)定性，降低lincRNA-p21相關(guān)mRNA的翻譯[12]。在體細(xì)胞重編程中，lincRNA-p21與hnRNPK結(jié)合，通過多功能基因啟動子維持H3K9me3和CpG甲基化來阻止重新編程。在研究骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞方面，lincRNA-p21通過Wnt/β-catenin信號通路調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激，使衰老的骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞恢復(fù)活力[13]。lincRNA-p21還可通過調(diào)節(jié)Wnt/β-catenin信號通路減輕氧化應(yīng)激，有效地保護(hù)心肌免受阿霉素（Dox）的心臟毒性作用[14]。lincRNA-p21通過與靶標(biāo)的mRNA結(jié)合來抑制翻譯，其中一個靶標(biāo)是JunB，JunB具有促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)展和腫瘤進(jìn)展。因此，lincRNA-p21通過多種機(jī)制調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、細(xì)胞周期、凋亡、代謝、體細(xì)胞重編程等多種生物學(xué)行為，見圖1。

3 lincRNA-p21與疾病之間的關(guān)系

lincRNA-p21與人類疾病的發(fā)展密切相關(guān)，特別是在腫瘤的進(jìn)展與治療方面。lincRNA-p21在絕大多數(shù)腫瘤組織和細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)，包括結(jié)腸癌、胃癌、肝癌、前列腺癌等。

圖1 lincRNA-21機(jī)制示意圖Figure 1 Mechanism of lincRNA-21

3.1 lincRNA-p21與消化系統(tǒng)

3.1.1 lincRNA-p21與肝癌 肝纖維化的最終結(jié)局是導(dǎo)致肝硬化、肝癌，而肝星狀細(xì)胞（HSC）是肝纖維化的關(guān)鍵細(xì)胞[15]。已證實，lincRNA-p21在肝纖維化和肝癌組織中表達(dá)均下調(diào)，低表達(dá)與疾病的預(yù)后密切相關(guān)[16]。lincRNA-p21通過上調(diào)p21抑制HSC的細(xì)胞周期和增殖，還通過miR-181b/PTEN和Wnt/β-catenin途徑抑制HSC的活化，從而抑制肝纖維化[17]。在肝癌的相關(guān)研究中顯示：（1）lincRNA-p21可誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡，并通過Notch/EMT和miR-9/E-cadherin信號通路抑制肝癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移；（2）lincRNA-p21可通過靶向HIF-1α降低VEGF水平，從而抑制癌細(xì)胞增殖和侵襲能力[18]；（3）lincRNA-p21促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，而內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激是索拉非尼治療肝癌的主要機(jī)制，因此lincRNA-p21有助于索拉非尼誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，加強(qiáng)藥物療效。綜上所述，lincRNA-p21可作為肝細(xì)胞損傷的潛在標(biāo)志物，以及肝癌預(yù)后因子和治療靶點。

3.1.2 lincRNA-p21與結(jié)直腸癌 腫瘤干細(xì)胞在癌癥的進(jìn)展與治療中起關(guān)鍵作用。在研究結(jié)直腸癌干細(xì)胞時發(fā)現(xiàn)，lincRNA-p21表達(dá)下調(diào)，敲除lincRNA-p21顯著增加結(jié)直腸癌干細(xì)胞的致癌性。銀杏葉提取物761（EGB761）是一種抗氧化劑，可降低結(jié)直腸癌細(xì)胞的侵襲性。EGB761通過上調(diào)lincRNA-p21并與EZH2結(jié)合抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的轉(zhuǎn)移，lincRNA-p21還通過E-cadherin參與EGB761的抗癌作用[19]。Wnt/β-catenin信號通路是腫瘤進(jìn)展過程中的重要信號通路。lincRNA-p21主要通過抑制β-catenin信號通路和上調(diào)noxa促凋亡基因增強(qiáng)結(jié)直腸癌對放療的敏感度。

3.1.3 lincRNA-p21與胃癌、食管癌 胃癌組織中l(wèi)incRNA-p21表達(dá)下調(diào)，敲除lincRNA-p21促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的浸潤與遷移。YAP1/Hippo和p53是保護(hù)DNA完整性的關(guān)鍵因素。YAP1是Hippo信號通路的主要效應(yīng)物，可調(diào)節(jié)腫瘤發(fā)生、細(xì)胞周期調(diào)控，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細(xì)胞骨架重塑等多種生理過程，lincRNA-p21可通過YAP1的上調(diào)來促進(jìn)胃癌的發(fā)展[20]。lincRNA-p21過表達(dá)通過調(diào)節(jié)β-catenin信號通路抑制胃癌細(xì)胞增殖并增加胃癌細(xì)胞對放射治療的敏感度[21]。這些數(shù)據(jù)表明lincRNA-p21在胃癌的發(fā)展中起著抑癌基因的作用。lincRNA-p21在食管癌中表達(dá)也顯著降低，并起著抑癌作用[22]。lincRNA-p21可誘導(dǎo)p21的表達(dá)抑制食管癌細(xì)胞周期進(jìn)程和增殖。

3.2 lincRNA-p21與呼吸系統(tǒng)

急性呼吸窘迫綜合征（ARDS）是各種原因引起頑固性低氧血癥為特征的臨床綜合征。ARDS常導(dǎo)致持續(xù)性的肺泡和間質(zhì)纖維化。lincRNA-p21通過抑制Thy-1的表達(dá)而導(dǎo)致ARDS肺纖維化。lincRNA-p21在肺癌組織中表達(dá)下調(diào)。研究lincRNA-p21與128例非小細(xì)胞肺癌患者術(shù)后的預(yù)后關(guān)系發(fā)現(xiàn)，高表達(dá)lincRNA-p21的患者具有更長的生存期和較好的預(yù)后，并且lincRNA-p21是肺腺癌患者預(yù)后的獨立標(biāo)志物[23]。

3.3 lincRNA-p21與泌尿系統(tǒng)

研究證實在膀胱癌和前列腺癌細(xì)胞中l(wèi)incRNA-p21表達(dá)下調(diào)，lincRNA-p21表達(dá)下調(diào)與腫瘤的高分期和預(yù)后不良相關(guān)[24]。研究表明：（1）lincRNA-p21通過谷氨酰胺酶抑制谷氨酰胺分解代謝來抑制膀胱癌細(xì)胞生長；（2）lincRNA-p21在體外和體內(nèi)均可抑制前列腺癌的生長。lincRNA-p21促進(jìn)p53與其下游促凋亡基因的啟動子結(jié)合，從而增加其表達(dá)并促進(jìn)細(xì)胞凋亡；（3）lincRNA-p21通過下調(diào)PKM2抑制了前列腺癌細(xì)胞的增殖和致癌力[25]。血清前列腺特異性抗原（PSA）是前列腺癌的特異性標(biāo)志物。使用lincRNA-p21與PSA聯(lián)合檢測前列腺癌患者敏感度和特異性分別為52%和94%。因此lincRNA-p21可作為前列腺癌的診斷、預(yù)后的標(biāo)志物。

3.4 lincRNA-p21與循環(huán)系統(tǒng)

胸主動脈瘤（TAA）患者主動脈組織和血液lincRNA-p21的表達(dá)明顯升高。lincRNA-p21通過激活TGF-β1信號通路來調(diào)節(jié)血管平滑肌細(xì)胞增殖和凋亡[26]。IgE激活lincRNAp21/p21途徑誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞衰老，促進(jìn)腹主動脈瘤的形成[27]。Wu等[28]研究lincRNA-p21與動脈粥樣硬化機(jī)制時發(fā)現(xiàn)，在冠心病患者和小鼠的動脈粥樣硬化斑塊中，lincRNA-p21的表達(dá)下調(diào)。lincRNA-p21在體外抑制血管平滑肌細(xì)胞和小鼠單核巨噬細(xì)胞增殖。

3.5 lincRNA-p21與其他系統(tǒng)疾病

lincRNA-p21在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌、神經(jīng)膠質(zhì)瘤、彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤和類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎中表達(dá)下調(diào)，而在帕金森病患者中表達(dá)上調(diào)。在頭頸部鱗狀細(xì)胞癌中觀察到了lincRNA-p21與STAT3結(jié)合抑制腫瘤進(jìn)展[29]。促腎上腺皮質(zhì)釋放因子通過激活lincRNA-p21抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞增殖和侵襲。miR-146b-5p通過HuR/lincRNA-p21/β-catenin信號通路促進(jìn)神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞凋亡、細(xì)胞周期停滯以及增強(qiáng)放射治療的敏感度[12,30]。彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤患者表達(dá)高水平lincRNA-p21具有良好的預(yù)后。此外，lincRNA-p21能通過細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白D1、CDK4和p21的表達(dá)來抑制彌漫性大B細(xì)胞淋巴瘤細(xì)胞的生長周期。在治療類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎中，甲氨蝶呤（MTX）可以通過升高lincRNA-p21的表達(dá)來降低NF-KB的表達(dá)抑制炎性反應(yīng)。研究認(rèn)為lincRNA-p21通過激活α-Synuclein表達(dá)抑制帕金森氏病的細(xì)胞活力并促進(jìn)細(xì)胞凋亡,lincRNA-p21可能成為帕金森病治療的新靶點[31]，見表1。

表1 lincRNA-p21與疾病的關(guān)系Table 1 Relation between lincRNA-p21 and diseases

4 結(jié)論

lincRNA-p21通過MDM2、ING1b和p21等多個靶標(biāo)調(diào)節(jié)p53參與調(diào)控細(xì)胞周期、增殖、凋亡等多種生物學(xué)行為。低氧條件下，lincRNA-p21通過HIF-1α協(xié)調(diào)Warburg效應(yīng)參與細(xì)胞代謝促進(jìn)癌癥的發(fā)生，但是在常氧條件下不具備此種功能。因此下一步可繼續(xù)探索lincRNA-p21在常氧和低氧條件下在腫瘤中的生物功能及機(jī)制。lincRNA-p21與各種疾病關(guān)系密切，尤其在腫瘤中，起到抑癌基因的作用，并與癌癥的預(yù)后和治療密切相關(guān)。lincRNA-p21可作為癌癥的診斷、預(yù)后的生物標(biāo)志物和治療的靶標(biāo)。雖然lincRNA-p21被證明在生理過程和疾病中是關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，但是lincRNA-p21的很多生物學(xué)功能仍未知?？傊琹incRNA-p21在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的作用是巨大的，需要更深入研究。