長鏈非編碼RNA在肝細胞癌發(fā)生發(fā)展及轉(zhuǎn)移和復發(fā)中的研究進展*

劉 蕊 綜述，劉 濤 審校

(天津市第一中心醫(yī)院 國家衛(wèi)生健康委員會危重病急救醫(yī)學重點實驗室 300192)

肝細胞癌(HCC)是全球范圍內(nèi)最常見的惡性腫瘤之一，其全球發(fā)病率居第6位、病死率居第4位[1-2]。乙型肝炎病毒感染是HCC的重要發(fā)病因素之一[3]。HCC發(fā)生隱匿，早期診斷困難，預后差[4]，且常發(fā)生肝內(nèi)和肝外轉(zhuǎn)移[5]，這是導致HCC患者預后不良和發(fā)生腫瘤相關(guān)死亡的主要原因[6]。雖然肝移植對符合標準的HCC患者是有效的治療手段[7]，但HCC移植后的高復發(fā)率也為臨床帶來了嚴重的挑戰(zhàn)[8-9]。因此，HCC的轉(zhuǎn)移和復發(fā)已成為HCC進展的典型表現(xiàn)，有效防治HCC進展、轉(zhuǎn)移和復發(fā)已經(jīng)成為急需解決的問題。

1 長鏈非編碼RNA(lncRNA)

隨著二代測序技術(shù)的快速發(fā)展，大多數(shù)基因組被轉(zhuǎn)錄成RNA。然而，只有1%～2%的基因組編碼蛋白質(zhì)[10]。根據(jù)RNA是否編碼蛋白，可將其分成兩類：(1)有編碼能力的RNA，即信使RNA(mRNA);(2)無編碼能力的RNA，即非編碼RNA(ncRNA)。有研究表明，ncRNA在生物發(fā)育及腫瘤發(fā)生的過程中發(fā)揮著重要作用[11]。其中，小于200個核苷酸的ncRNA被稱為小的或短的ncRNA，長度大于200個核苷酸的ncRNA被稱為lncRNA[12]。lncRNA可通過多種方式調(diào)控基因表達，包括外源性沉默、剪切調(diào)控、與微RNA(miRNA)或蛋白質(zhì)相互作用等，即lncRNA可在多個水平調(diào)控基因的表達[13]。lncRNA的作用模式主要包括以下幾方面[14]。(1)表觀遺傳學調(diào)控：某些特異的lncRNA會招募染色質(zhì)重構(gòu)和修飾復合體到特定位點，改變DNA/RNA甲基化狀態(tài)、染色體結(jié)構(gòu)和修飾狀態(tài)，進而控制相關(guān)基因的表達。(2)轉(zhuǎn)錄調(diào)控：在真核細胞中，轉(zhuǎn)錄因子對于基因轉(zhuǎn)錄非常重要，其可以結(jié)合到基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生的RNA上，控制RNA轉(zhuǎn)錄、定位和穩(wěn)定性。一些lncRNA會作為配基，與一些轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，形成復合體，控制基因轉(zhuǎn)錄活性[15]。(3)轉(zhuǎn)錄后調(diào)控：lncRNA會直接參與mRNA轉(zhuǎn)錄后調(diào)控過程中，包括可變剪切、RNA編輯、蛋白翻譯及轉(zhuǎn)運等過程中，這些過程對于基因功能多態(tài)性非常重要。此外，轉(zhuǎn)錄后調(diào)控還包括對miRNA的調(diào)控。在一些腫瘤細胞和特定組織中，一些lncRNA會攜帶有某些miRNA的“種子序列”，像海綿一樣結(jié)合miRNA，從而阻止miRNA同其靶mRNA結(jié)合[16]。

2 lncRNA的調(diào)控方式和分子機制

2.1 表觀遺傳學調(diào)控

現(xiàn)有研究表明，lncRNA通過與染色質(zhì)修飾酶相互作用對染色質(zhì)進行各種化學修飾，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達。因此，lncRNA是潛在的HCC治療靶點，需要對其作用進行分析，以開發(fā)新的治療方法。組蛋白甲基化、乙?；虳NA甲基化作為重要的表觀遺傳修飾方式，參與調(diào)節(jié)許多HCC相關(guān)基因的表達[17-18]。YE等[19]研究顯示，lncRNA小核仁RNA宿主基因9(SNHG9)通過招募DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)1、DNMT3a和DNMT3b來增加谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶P1(GSTP1)啟動子甲基化，促進HCC發(fā)展。與此相反，lncRNA linc-GALH(與HCC中一種致癌蛋白Gankyrin相關(guān)的lincRNA)通過增強泛素化來加速DNMT1的降解，降低HCC的甲基化狀態(tài)來促進Gankyrin的表達，進而在體外促進HCC細胞的遷移和侵襲，在體內(nèi)增強HCC細胞的肺轉(zhuǎn)移能力[20]。

上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)是一個高度保守的分子重編程過程，其導致極化的不動上皮細胞轉(zhuǎn)變?yōu)檫\動的間充質(zhì)細胞[21]，這一過程通過賦予細胞更活躍的侵襲潛能而與腫瘤轉(zhuǎn)移和復發(fā)事件相關(guān)[22-23]。lncRNA可以直接或間接與表觀遺傳調(diào)控因子Zeste基因增強子同源物2(EZH2)相互作用，以介導EMT相關(guān)基因或miRNA的表達，從而影響HCC的轉(zhuǎn)移。WEI等[24]研究顯示,lncRNA SOX21-反義RNA1(SOX21 antisense RNA1,SOX21-AS1)可以與EZH2相互作用，在表觀遺傳學水平沉默p21的表達，從而促進HCC進展。有研究表明，lncRNA H19通過與蛋白復合物hnRNP U/PCAF/RNA Pol Ⅱ結(jié)合并通過增加組蛋白乙酰化激活miRNA-200家族來抑制HCC轉(zhuǎn)移和EMT標記物的表達[25]。

肝腫瘤起始細胞(TIC)或稱肝癌干細胞(CSC)是HCC中一小部分具有長期致瘤能力的腫瘤細胞，具有干細胞特性，與HCC的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移和復發(fā)有密切關(guān)系[26-27]。lncRNA通過表觀遺傳學調(diào)控在維持肝臟CSC自我更新中發(fā)揮關(guān)鍵作用。lncRNA可以通過影響DNA 的甲基化狀態(tài)調(diào)控癌基因表達并影響CSC的功能。如lncRNA生長停滯特異性蛋白6(DLX6)-AS1是肝臟CSC中的致癌基因[28]，通過下調(diào)DLX6-AS1有助于減少CADM1啟動子的甲基化和信號轉(zhuǎn)導與轉(zhuǎn)錄激活因子3(STAT3)信號通路的失活，從而對肝臟CSC的發(fā)生和發(fā)展發(fā)揮抑制作用[29]。lncRNA心臟神經(jīng)脊衍生物表達轉(zhuǎn)錄因子2(HAND2)-AS1是肝臟CSC維持自我更新所必需的，HAND2-AS1將INO80染色質(zhì)重塑復合物招募到骨形態(tài)發(fā)生蛋白1A型受體(BMPR1A)的啟動子上，從而誘導其表達并導致BMP信號通路的激活，促進肝臟CSC自我更新[30]。SHAO等[31]研究顯示,過表達的lnc同源盒基因(HOX)A10將核小體重塑因子(NURF)染色質(zhì)重塑復合物招募到HOXA10啟動子上以啟動HOXA10的表達，并最終促進肝臟CSC的自我更新和的進展。

總之，lncRNA通過DNA甲基化和組蛋白甲基化進行表觀遺傳學調(diào)控。此外，lncRNA通過向基因啟動子募集各種重構(gòu)復合物，以順式或反式形式調(diào)節(jié)鄰近或遠處基因的轉(zhuǎn)錄，從而激活或抑制HCC發(fā)展和轉(zhuǎn)移相關(guān)基因的表達[31-32]。

2.2 轉(zhuǎn)錄調(diào)控

lncRNA作為配基，能夠與轉(zhuǎn)錄因子(TF)結(jié)合，形成復合體，控制基因轉(zhuǎn)錄活性[15]。lncRNA的一部分模序發(fā)揮與蛋白結(jié)合的作用，這部分通常具有發(fā)夾狀結(jié)構(gòu)；另一部分模序與基因組DNA通過序列特異性的方式結(jié)合，以引導 TF 作用于基因組DNA的特定位點[33]。lncRNA-TF復合物形成后，可影響TF的功能，如與基因的啟動子結(jié)合并招募TF到基因組DNA的特定位點，發(fā)揮轉(zhuǎn)錄激活或轉(zhuǎn)錄抑制作用[34]。lncRNA可以通過轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控維持肝臟CSC的自我更新。(1)轉(zhuǎn)錄激活：lncRNA Sox4在HCC和肝臟CSC中過度表達，lncRNA Sox4通過向Sox4啟動子募集Stat3來驅(qū)動Sox4轉(zhuǎn)錄，從而促進肝臟CSC自我更新[35]。此外，lncMAPK6和MAPK6在肝臟CSC中高表達，lncMAPK6與MAPK6啟動子相互作用并招募RNA聚合酶Ⅱ啟動轉(zhuǎn)錄，促進肝臟CSC自我更新[36]。(2)轉(zhuǎn)錄抑制：lncAPC招募EZH2與APC啟動子相互作用，抑制APC的轉(zhuǎn)錄，激活Wnt/β-catenin信號通路并促進肝臟CSC自我更新[37]。HNRNPAB是促進HCC轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵基因，研究表明，HNRNPAB通過直接結(jié)合lncRNA-ELF209的啟動子區(qū)域來抑制其在HCC細胞中的轉(zhuǎn)錄，進而抑制HNRNPAB調(diào)控的細胞遷移、侵襲和EMT[38]。綜上所述，lncRNA在轉(zhuǎn)錄水平上作為多功能分子調(diào)控HCC的發(fā)生發(fā)展和轉(zhuǎn)移復發(fā)。

2.3 轉(zhuǎn)錄后調(diào)控

2.3.1lncRNA對mRNA的調(diào)控

lncRNA直接參與mRNA的轉(zhuǎn)錄后調(diào)控過程，包括可變剪切、RNA編輯、蛋白質(zhì)翻譯及轉(zhuǎn)運等，這些過程對于基因功能多態(tài)性非常重要。門靜脈癌栓(PVTT)是HCC患者的主要并發(fā)癥，被認為是一種特殊類型的HCC轉(zhuǎn)移[39]。在HCC的細胞間黏附分子-1(ICAM-1)+CSC中發(fā)現(xiàn)了一種新的高表達lncRNA(ICR)，在PVTT組織中上調(diào)。進一步分析發(fā)現(xiàn)，ICR通過與ICAM-1形成一個RNA雙鏈體來增強其mRNA的穩(wěn)定性，從而調(diào)節(jié)ICAM-1+HCC細胞的干細胞特性，而且ICR表達與HCC患者的臨床PVTT發(fā)生率、侵襲性腫瘤行為和不良臨床結(jié)果相關(guān)[40]。lncRNA MIR22HG是miRNA-22-3p的宿主基因，在HCC中明顯低表達，MIR22HG通過剪切成miRNA-22-3p，發(fā)揮抑制HCC細胞增殖、侵襲及遷移的能力。而miRNA-22-3p通過與人類抗原R(HuR)結(jié)合來抑制HCC轉(zhuǎn)移，以增加MIR22HG的穩(wěn)定性，改變HuR的亞細胞位置，并降低HuR與癌基因mRNA的結(jié)合能力，進而抑制HCC細胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移[41]?？傊?，lncRNA可通過調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定性，在影響HCC轉(zhuǎn)移和進展中發(fā)揮調(diào)控作用。

2.3.2lncRNA對miRNA的調(diào)控

miRNA是一類細胞內(nèi)源性的小分子非編碼RNA家族，其經(jīng)典作用模式是通過與靶RNA(可能是mRNA或ncRNA)發(fā)生不完全互補配對結(jié)合，來抑制靶RNA的翻譯或促使其降解[42]。基于miRNA對基因調(diào)控的廣泛性，競爭性源內(nèi)源RNA(ceRNA)作為一種常見的分子機制出現(xiàn)。ceRNA是RNA分子之間的一種相互調(diào)控模式。當不同的兩條或幾條RNA 分子序列上具有相同的miRNA結(jié)合位點時，這些RNA分子能夠通過競爭性結(jié)合細胞內(nèi)有限的miRNA來影響各自的表達水平，這種調(diào)控模式稱為ceRNA，也被叫做miRNA海綿(sponges)作用[43-45]。lncRNA結(jié)直腸腫瘤差異表達基因(CRNDE)在HCC中的表達水平增加，上調(diào)的CRNDE作為miRNA-384的海綿，負性調(diào)節(jié)NF-κB和磷酸化蛋白激酶B(p-AKT)信號通路，進而促進HCC細胞的增殖、遷移和侵襲[46]。CHEN等[47]研究顯示，lncRNA肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1(MALAT1)通過競爭性結(jié)合miRNA-143-3p，抑制腫瘤抑制基因ZEB1的表達并促進HCC的轉(zhuǎn)移和侵襲。此外，lncRNA MALAT1也能通過競爭性結(jié)合miRNA-204，釋放沉默調(diào)節(jié)因子1(SIRT1)促進HCC的遷移和侵襲[48]。lncRNA MALAT1的高表達也預示著肝移植后HCC復發(fā)的風險較高，且患者的預后較差[49]。hepatocellular carcinoma-associated lncRNA(lncRNA HCAL)通過競爭性結(jié)合miRNA-15a、miRNA-196a或miRNA-196b并增加溶酶體相關(guān)跨膜蛋白4B(LAPTM4B)的表達來促進肝癌的發(fā)展和轉(zhuǎn)移[50]。lncRNA HOXD-AS1競爭性結(jié)合miRNA-130a-3p，可防止SOX4被miRNA介導降解，從而激活EZH2和基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP2)的表達，并可促進HCC轉(zhuǎn)移[51]。LU等[52]研究發(fā)現(xiàn)，HOXD-AS1也能通過與miRNA-19a的競爭性相互作用上調(diào)Rho GTPase激活蛋白11A(ARHGAP11A)，同樣促進HCC轉(zhuǎn)移。

lncRNA也可通過ceRNA機制對HCC發(fā)展和轉(zhuǎn)移發(fā)揮抑制作用。YAN等[53]研究顯示，lncRNA HAND2-AS1抑制腫瘤的發(fā)生，其高表達明顯損害肝癌生存、增殖和遷移能力。HAND2-AS1通過競爭性結(jié)合并激活miRNA-3118，釋放SOCS5，阻礙JAK-STAT通路的信號轉(zhuǎn)導，進而抑制HCC細胞增殖和遷移[54]?？傊鲜鲅芯勘砻?，lncRNA以ceRNA的機制調(diào)控HCC的進展和轉(zhuǎn)移。

3 總結(jié)與展望

本文基于lncRNA在表觀遺傳修飾、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控的不同水平，闡述了lncRNA在HCC的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移和復發(fā)中的調(diào)控機制。細胞核中的lncRNA主要通過與轉(zhuǎn)錄因子相互作用調(diào)節(jié)基因表達，細胞質(zhì)中的lncRNA通常作為轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)因子，或者作為ceRNA，或者直接調(diào)節(jié)mRNA的穩(wěn)定性。在這些調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，其中一個重要的lncRNA失去平衡，通過連鎖反應(yīng)最終可能會影響多個lncRNA和不同途徑的幾個靶基因之間的關(guān)系。因此，隨著與HCC相關(guān)的新lncRNA的發(fā)現(xiàn)，這一調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)變得越來越復雜。此外，HCC缺乏特異度和靈敏度均較高的檢測系統(tǒng)和合適的治療靶點，目前仍然是一個重大的臨床挑戰(zhàn)，且HCC目前的治療方式，特別是晚期HCC轉(zhuǎn)移，其治療極其有限。因此，HCC的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移和復發(fā)的分子機制仍有待更徹底的揭示。目前已被研究和未來將被鑒定和驗證的lncRNA可能作為HCC新的診斷標志物、預后標志物和治療靶點。