长链非编码RNA MEG-3抑癌作用的研究进展Research progress on the anticancer effects of long non-coding RNA MEG-3

姜艳芝，张连峰

（郑州大学第一附属医院 消化内科 河南 郑州 450052）

长链非编码RNA MEG-3抑癌作用的研究进展Research progress on the anticancer effects of long non-coding RNA MEG-3

姜艳芝，张连峰

（郑州大学第一附属医院 消化内科 河南 郑州 450052）

长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA） 是一类长度超过200 nt的非编码RNA分子，在基因组印记、转录和转录后水平发挥重要的调控作用。人母系表达基因（Maternally Expressed Gene 3，MEG-3）是一种母系印记基因编码的lncRNA，近年研究发现其在多种人类肿瘤中发挥抑癌作用，进一步的研究证实其发挥抑癌作用与 DNA甲基化、p53基因表达、Rb途径、cAMP途径以及影响血管生成有关。本文总结了近年来国内外关于MEG-3的研究报道，对其在肿瘤中的抑癌作用做一综述，希望为lncRNA在肿瘤中的诊断及治疗提供新的思路。

1 lncRNA概述

最新的全基因组调查及高通量转录组分析发现，人类基因组只包括大约20 000个蛋白编码基因，仅占总基因组的1％～2％，剩余可以稳定转录的部分称为非编码RNA，包括管家非编码RNA（如tRNA、rRNA及snoRNA等）和调节性非编码RNA［1］。调节性非编码RNA按其长度可分为短链非编码RNA和lncRNA。近年来关于短链非编码RNA的研究较多，如m iRNA、siRNA、piRNA广泛参与到许多生命过程，包括胚胎发育，机体新陈代谢，细胞增殖、分化、凋亡等，并与肿瘤的发生、发展和转移密切相关［1-2］。而lncRNA的研究相对起步较晚。

lncRNA是一类转录长度超过200 nt的非编码RNA分子，由于缺乏开放读码框而不能编码蛋白质。越来越多的研究表明，lncRNA广泛参与到不同的细胞生理过程，通过多种机制参与 X染色体沉默、基因组印记、染色质修饰、转录激活、转录干扰以及核内运输等［3］。另外，lncRNA还在细胞发育和分化中扮演重要的角色，并参与调节肿瘤的增殖和侵袭以及重组诱导多能干细胞［4-5］。失调的lncRNA已被证明参与多种肿瘤的形成及发展，如乳腺癌［4］、肝细胞癌［6］、膀胱癌［7］、胰腺癌［8］、肺癌［9］、脑膜瘤［10］等。 其中 lncRNA HOTAIR已被确认与乳腺癌、肝癌、胰腺癌患者的预后密切相关，并影响乳腺癌的转移［4，6，8］。 近期的研究结果提示，lncRNA在肿瘤的形成中发挥原癌基因（如ANRIL）和抑癌基因（如MEG-3）的作用［11-12］。

2 MEG-3结构与功能概述

MEG-3是小鼠母系印记基因Gtl2的人类同系物，首次识别于小鼠12号染色体末端［13］。有研究表明，Gtl2的表达和调控在胚胎发育和出生后的生长发育中发挥重要作用［14］。MEG-3定位于人类染色体14q32.3，长约1.6 kb，只在母源性基因上表达，基因组结构分析发现MEG-3/Gtl2由10个外显子组成［15］，可通过可变剪切形成多种mRNA亚型。

研究发现，MEG-3在人类多种正常组织高表达，如垂体和脑组织；在胎盘、肾上腺、胰腺、卵巢中也有表达［16］。近期研究表明，MEG-3在胃癌［17-18］、肝癌［19］、膀胱癌［7］、肺癌［9］、脑膜瘤［10］和非功能性垂体腺瘤［16］中表达下调，并与肿瘤的发生和发展有关。MEG-3的启动子区域富含 CpG核苷酸，有资料表明，差异甲基化区域的高甲基化与肿瘤发生中的MEG-3沉默关系密切［10］。这些数据表明，MEG-3可能在一个特定的肿瘤发病机制中扮演重要的角色，但其发挥抑癌作用的具体机制仍在探索中。近年的研究发现，MEG-3发挥抑癌作用与 DNA甲基化、p53基因表达调控、Rb途径、cAMP途径以及血管生成相关，通过多种途径共同调节，参与到抗肿瘤细胞的增殖及转移过程中。

3 MEG-3作用机制研究

近年来，研究者在MEG-3的功能方面做了大量的研究。Zhao等［16］发现在无功能性垂体腺瘤中MEG-3表达缺失，进一步的检测发现在MEG-3第一外显子上游区域启动子的甲基化水平较正常垂体明显升高，而经甲基化抑制剂处理后，MEG-3的表达可以恢复，研究者由此推测MEG-3的表达与甲基化水平相关。Lu等［9］发现MEG-3在非小细胞肺癌组织和细胞系中表达下调，上调MEG-3后p53基因活性增高，提示MEG-3可能通过 p53途径抑制非小细胞肺癌细胞的增殖，并促进其凋亡。Braconi等［19］发现，MEG-3可作为miR-29的靶分子调控肝癌细胞的生长。胃癌相关研究发现，MEG-3下调与不良预后和促进细胞增生有关，还发现m iR-148a可以通过甲基化调控MEG-3，进而影响胃癌的进展［17-18］。 另外，在膀胱癌［7］、无功能性垂体腺瘤［16］、急性白血病和多发性骨髓瘤［20］等方面均做了大量研究，研究结果显示，MEG-3可通过多种途径在众多人类肿瘤中发挥抑癌作用。

3.1 M EG-3与甲基化状态 甲基化是表观遗传学的一种重要调控形式，目前已经证实，DNA甲基化与肿瘤发生密切相关。MEG-3在多种人类肿瘤中表达缺失，与MEG-3启动子区域的高甲基化以及基因间的差异甲基化区域（DMR）关系密切［6，9］。Zhao等［16］发现MEG-3在人类垂体无功能性腺瘤中表达缺失，然而其基因组未发现明显异常。经检测发现，MEG-3基因5'端富含CpG二核苷酸，其中大量DNA发生甲基化，提示甲基化在MEG-3表观遗传调控中可能发挥重要作用。进一步的研究显示，将肿瘤细胞暴露于去甲基化药物后发现MEG-3恢复表达，提示MEG-3基因功能区域的DNA甲基化与其在垂体无功能性腺瘤中的表达缺失有关。Benetatos等［20］也证实，在急性髓系白血病（AML）患者和骨髓增生异常综合征（MDS）患者中，MEG-3差异甲基化区域的CpG岛甲基化与没有发生甲基化的对照组相比，总体生存率明显下降，但对AML患者的影响更为显著。此外，继发于 MDS的AML患者中约有50％发生MEG-3甲基化，而MDS患者仅有34.9％。这些发现表明，MEG-3异常甲基化可能与疾病的进展有关［20］。

3.2 M EG-3与p53途径 抑癌基因p53在肿瘤抑制中起着核心作用，并且能够介导许多其他抑癌因子的功能。p53蛋白是一个不稳定的小分子蛋白，主要在核内发挥作用，可诱导细胞周期停滞、复制性衰老及凋亡［21］。小鼠双微基因2（MDM2）是细胞内调节p53蛋白浓度及活性的重要基因，MDM2和E3泛素连接酶的调节作用可促进p53降解［21］。Zhou等［21］利用结肠癌细胞系和骨肉瘤细胞系的研究发现转染MEG-3及其亚型结构后p53蛋白的表达水平显著增加，同时可以刺激 p53应答的启动子转录。进一步的研究发现，MEG-3可以通过促进p53与生长转化因子（Growth differentiation factor，GDF）基因启动子的结合刺激GDF15的表达。然而MEG-3对P21CIP1的表达无明显影响，提示 MEG-3能调节 p53特定的转录活性。p53的降解主要由 MDM2介导，通过细胞转染上调MEG-3的表达后MDM2的水平下降，提示MDM2至少部分介导了MEG-3对p53的调节作用。研究还发现，MEG-3在 p53缺失时仍可以抑制细胞增生，说明MEG-3作为一个抑癌因子，其发挥作用除了可通过p53依赖途径外，还存在其他的调节途径。

3.3 M EG-3与Rb途径 视网膜母细胞瘤Rb基因是一个经典的肿瘤抑制基因，位于染色体13q14.2，主要参与细胞周期调控、细胞分化、衰老和凋亡［22］。 这个基因的产物核磷酸化蛋白pRb可以控制细胞G期进入S期，导致细胞 G1期停滞［22］。pRb的功能随磷酸化水平的变化呈周期性改变，pRb是否具有功能取决于其磷酸化的水平，低磷酸化是其活化状态［22］。已有研究证明MEG-3可以抑制肿瘤细胞的增生。Zhang等［23］发现，在抑癌基因p53缺失时，Rb16在MEG-3介导的抑制肿瘤细胞增生中发挥着重要的作用。MEG-3可通过直接靶向作用于Rb以及通过调控Rb的正性调控因子p16-INK4影响Rb的磷酸化水平，进而发挥其抑制肿瘤细胞增生的作用。由此看来，MEG-3除通过p53依赖和非p53依赖途径外，也可能通过Rb相关的其它途径发挥抑癌作用。

3.4 M EG-3与cAM P 环磷酸腺苷（cyclic AMP，cAMP）是一个普遍存在的第二信使，通过cAMP依赖的蛋白激酶激活能力增加各种靶蛋白的磷酸化水平，进而调节细胞的生长、分化和凋亡［24］。 研究结果显示，经cAMP处理的人类成纤维细胞HS-27的MEG-3 mRNA水平与未处理组相比大幅增高，这个结论表明MEG-3抑制细胞增生的功能可能与cAMP有关［25］。基因缺失和突变分析结果表明，在MEG-3启动子区域的近端-69～-49之间存在一个 cAMP反应元件（CREB）结合位点，在MEG-3的启动子活化过程中发挥着重要的作用［25］。另外，Northern blot分析证明在人类成纤维细胞系中提高cAMP的表达水平可以刺激MEG-3的表达。进一步的研究发现，凝胶转移、芯片分析以及共转染试验证明，CREB可以直接结合于CRE位点并刺激MEG-3启动子的活性［25］。由此说明，MEG-3是cAMP的一个下游靶基因。另一方面，启动子高甲基化可以阻止cAMP反应元件结合蛋白家族与其结合，最终抑制 MEG-3的转录［25］。综合分析发现，MEG-3可能通过cAMP依赖的途径参与调节细胞增殖以及其他cAMP相关的功能调节。

3.5 M EG-3与血管生成 肿瘤新生血管形成是肿瘤进展的重要因素之一，近期的研究发现lncRNA通过缺氧诱导因子（HIF）、VEGF/VEGFR、Ang/tie和Notch信号参与血管生成［26］。Gordon等［26］研究证实，MEG-3可促进脑血管的形成。研究者通过对比MEG-3敲除型小鼠和MEG-3野生型小鼠的基因表达谱，发现在MEG-3敲除型小鼠中，血管内皮生长因子（VEGF）信号通路中的Vegfa、Vegfr1、Iqgap1和Was1上调明显，同时Notch信号通路Hes1和Dll4的表达也明显增高。既往研究已经证实，VEGF信号通路可调控血管内皮细胞的增殖、存活和迁移，Notch信号通路能够增加新生血管的稳定性，调控细胞的分化和迁移。敲除MEG-3后解除了MEG-3对VEGF和Notch的抑制作用后脑血管生成增加，说明MEG-3对肿瘤血管生成的潜在抑制作用是其抑制肿瘤发生和发展的机制之一。

4 结语

总之，在过去的几年中，研究者在MEG-3的功能方面做了大量的研究。 在非小细胞肺癌［9］、肝癌［19］、胃癌［17-18］、膀胱癌［7］、无功能性垂体腺瘤［16］以及急性白血病和多发性骨髓瘤［20］等多个人类肿瘤中均发现MEG-3的表达异常。对于MEG-3的深入研究进一步揭示了lncRNA在生物学方面的作用及机制，关于lncRNA和miRNA调控关系的研究也为探索非编码RNA的调控网络提供了新的方向。综合目前的研究，对于MEG-3在多种疾病中的功能已经做出了较为广泛的研究，然而其作用的具体机制以及与其他转录因子、非编码RNA等的转录调控关系的研究还不够深入。另外，已经发现MEG-3对肿瘤的生物学特性有明确的影响，那么其在肿瘤的治疗中又有怎样的价值，值得我们深思及进行更深一层的研究。

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郑州大学第一附属医院消化内科 张连峰教授 审校

张连峰，E-mail：zhanglf3366@163.com。

2014-06-21）