长链非编码RNA与肿瘤之间关系的研究进展

张爱兴　综述，王玉明，段　勇　审　校

（昆明医科大学第一附属医院检验科，云南昆明650032）

·综述·

长链非编码RNA与肿瘤之间关系的研究进展

张爱兴综述，王玉明，段勇审校

（昆明医科大学第一附属医院检验科，云南昆明650032）

LncRNAs在基因组中普遍转录，其在转录水平、转录后水平和基因调控表观遗传机制中所表现出各种不可小觑的功能，使其成为了肿瘤发生发展过程中新的参与者。在许多肿瘤中，LncRNAs表达的上调或者下调体现其致癌和抑癌的作用，这也暗示其异常表达可能是肿瘤发生发展过程中的实质性因素。本文将概括总结并描述LncRNAs在人类肿瘤中所扮演的新兴角色，并讨论它们作为潜在生物标记物在诊断作用中的远景。

长链非编码RNA；癌症；致癌LncRNAs；抑癌LncRNAs

长链非编码RNA（Long non-coding RNAs，LncRNAs）是指广泛存在于哺乳动物细胞中的一类长度大于200nt的非编码序列，它们通常由RNA聚合酶Ⅱ转录形成，因其缺少有效开放阅读框，因此很少编码或者不能编码蛋白质［1，2］。LncRNAs可以通过各种不同的作用机制，如ftRNA-RNA碱基配对、RNA-蛋白质相互作用、RNA-DNA相互作用等，在基因表达调控的各个层面发挥其特有功能，并参与染色质修饰、转录调节、剪切加工、RNA稳定性调节等重要过程。其特点如下［3，4］：（1）LncRNAs具有mRNA样特殊结构，长度通常较长，经过剪接以后具有polyA尾巴与启动子结构，其在分化过程中具有动态表达及不同的剪接方式；（2）LncRNAs启动子同样可以和转录因子结合，如c-myc、Nanog、CREB、Oct3/4、Sox2、Sp1与p53等；（3）大多数LncRNAs在组织分化发育过程中，都具有比较明显的时间空间表达特异性；（4）大多数LncRNAs在肿瘤和其它疾病中都具有比较特殊的表达方式；（5）LncRNAs在序列上的保守性通常较低，只有大约12%的LncRNAs可在人类之外的其它生物中找到。

LncRNAs在漫长的进化中被赋予了复杂的结构、信息等多方面的功能，它通过与DNA、RNA及蛋白质的相互作用，在生命活动调控网络中扮演着极为重要的角色。但迄今为止，LncRNAs起源的确切过程还不是很清楚，目前有以下几类假说：（1） LncRNAs是由编码蛋白质的基因演变而来的，很有可能在早期进化的过程中，原来是编码蛋白质的基因，由于开放阅读框（open reading frame，ORF）突变而失去了原有的一些功能，使得残留片段变成了具有一定调控功能的LncRNAs。（2）LncRNAs有可能来自于染色体重排，本来在染色体上间隔较远的非转录片段相互之间共同靠近，进而产生出一个新的含有多个外显子的LncRNA。（3）由逆转录产生的非编码基因的重叠同样很有可能会产生一些具有特殊功能的LncRNAs［5，6］。

现在人们对于LncRNAs的认识仍处于初级阶段，近年来大量相关研究结果表明，LncRNAs参与了核内运输以及基因组印记、X染色体沉默、染色质修饰、转录干扰以及转录激活等多种重要的生物调控过程，并引起人们对于LncRNAs的广泛关注。在哺乳动物基因组序列中，大约有4%～9%的基因序列产生的转录本是LncRNAs，相应的蛋白质编码RNA的比例是1%，虽然近几年来关于LncRNAs的研究发展较快，但是绝大部分的LncRNAs的功能仍旧不是很清楚，随着研究的推进，各类LncRNAs被大量发现，LncRNAs的研究将会是RNA基因组研究中一个非常重要的方向，这将使人们逐渐认识到基因组中存在着人类对其知之甚少的“暗物质”。

1　LncRNAs与人类癌症的关系

LncRNAs可以通过多种途径来调节DNA甲基化、染色质重构、组蛋白修饰等，在肿瘤的发生和发展过程中发挥着极为重要的作用，它们在许多肿瘤中异常表达，这表明LncRNAs可能作为肿瘤发生发展的重要参与者和支持者。然而，由于缺乏足够多的证据支持此观点，LncRNAs的异常表达在肿瘤发生发展中所起的作用仍将有待揭晓。近年来，越来越多的研究显示LncRNAs可以调节各种生物功能，如果影响到其中的一些相关功能，如基因组印记和转录调控等，则将会对肿瘤的发生发展起到重要推动作用。LncRNAs在肿瘤发生发展中的作用大体可以分为四种：（1）LncRNAs过表达引起肿瘤的发生、发展。（2）LncRNAs过表达加强了肿瘤的侵袭以及转移能力。（3）LncRNAs能够作为一个抑癌基因在抑制肿瘤发生发展的过程中起重要作用。（4）LncRNAs表达下调引起肿瘤的发生、发展。

2　致癌LncRNAs

2.1SRA这是一种发现于细胞核和细胞质中的类固醇受体激活剂，它由类固醇受体与蛋白质络合。SRA基因可编码一种蛋白质，作为激活剂和辅阻遏物［7］。大量研究发现SRA的表达水平在乳房肿瘤中是上调的，由此，可以推断升高的SRA水平受类固醇受体影响，导致乳腺肿瘤发生。SRA在正常组织中表达较低，在各种乳腺，子宫和卵巢肿瘤中，它的表达量较高，这个证据支持SRA可作为类固醇依赖型肿瘤的潜在生物标志物。

2.2HOTAIR-HOX这是一种反义基因，其长度为2.2 kb，存在于HOXC基因座。HOTAIR是第一个被发现参与肿瘤发生的LncRNA，在原发及转移性乳腺癌中表达均上调，但转移时可增加2000倍。在原发性乳腺癌中，HOTAIR的高表达水平也与肿瘤转移和低存活率有关［8］。HOTAIR导致PRC2抑制增强，它有两个已知的染色质修饰复合物，其5′区绑定在PRC2上与H3K27甲基化有关，3′区绑定在LSD1，它介导H3K4的酶脱甲基。这个结果表明HOTAIR可能具有某些相应功能，导致目标基因进行组蛋白修饰。虽然确切机制仍不清楚，但很明显，HOTAIR改变染色质促进肿瘤侵袭。

2.3ANRIL-INK4（基因座上的反义ncRNA）许多编码蛋白质的转录本有反义ncRNA，它的干扰可以改变转录本的表达，其中一些基因就是抑癌基因，它可以通过反义ncRNA进行表观遗传沉默。ANRIL通过激活两个多梳家族的阻遏物复合体（PRC1和PRC2）［9，10］，导致染色质重组，进而沉默抑癌基因p15INK4b、p14ARF、p16INK4a的INK4b-ARF-INK4a基因座。在前列腺癌中，ANRIL的过表达表明INK4b-ARF-INK4a和p15/CDKN2B通过异染色质革新进行基因沉默。

2.4MALAT 1（肺腺癌转移相关转录体1）MALAT1基因座位于11q13.1，经确认其染色体易位中断点与癌症有关。MALAT 1不仅是肺癌组织的生物标记，也是肺癌的治疗靶点。其可以正向调控与癌症迁移相关的基因表达，因此，通过抑制MALAT 1的表达可以阻止肺癌细胞的迁移和肿瘤组织的增大。在伴或不伴随转移的非小细胞型肺癌患者的筛查中，这种LncRNA最早被发现与高转移潜能和预后差病人有关。MALAT1广泛表达于正常的人类组织，在各种各样的人类肿瘤中发现其上调，如乳腺癌、前列腺癌、结肠癌、肝癌和子宫癌［11］等。最近的一项研究-从小鼠挑选MALAT1，其结果并没有发现任何细胞表型，未来的研究需要将小鼠暴露于不同的压力环境中，如诱导癌症，这将可能揭示它的功能。众所周知，MALAT1以及HOTAIR在人类细胞中起到至关重要的作用，但极有可能的是，在正常生理条件下的活体动物中，它们并没有起到显著的作用［12，13］。

2.5H19 H19基因是一个大小为2.3kb的非编码RNA分子，其母系等位基因表达和父系印迹，它在哺乳动物中呈现进化上的保守性，并在细胞的增长、发展中以及基因组印迹中扮演着一个极为关键的角色［14］。该基因座包含H19和类胰岛素生长因子2（IGF2），H19来自母系的等位基因，IGF2来自父系的等位基因。在许多肿瘤中观察到，印迹的丧失导致H19错误表达，导致包括肝细胞癌和膀胱癌的发生［15］，这种LncRNA与致癌和抑癌基因的特性有联系，在不同的细胞类型中，c-myc诱发H19的表达，H19对肿瘤发生有增强作用。此外，cmyc使IGF2印迹基因的表达下调。虽然确切的机制尚不明确，但所得数据支持“H19下调导致其具有致癌或抑癌的特性”这一结论。

3　抑癌LncRNAs

3.1MEG3（母系表达基因3）MEG3是母系印记基因的转录本，在正常脑垂体细胞中表达，而在垂体腺瘤和大部分脑膜瘤细胞株中表达丧失［16］。正常情况下，MEG3经由泛素蛋白酶体途径激活p53。由于其快速退化，导致p53蛋白水平降低，p53泛素化主要由MDM2（泛素连接酶）调节，MEG3下调MDM2的表达，这显示出MDM2下调是MEG3激活p53的机制之一［17］。MEG3显著增加p53蛋白水平并刺激依赖p53蛋白转录［18］，它增强p53绑定到目标激活子，在缺乏p53时，GDF15能够抑制细胞增殖。这表明，MEG3是一个p53依赖蛋白的肿瘤抑制基因［19］。

Qin R等［20］运用qRT-PCR技术研究了MEG3在18对宫颈癌和癌旁组织中的表达情况，结果表明：MEG3在非肿瘤组织中高度表达，但在癌组织中的表达明显减少，而且其异位表达会抑制人类宫颈癌细胞HeLa和C33A在体外增殖，敲除MEG3可以促进分化良好的宫颈癌细胞HDD94的增殖，同时，MEG3的过度表达也会造成G2/M细胞周期停滞并诱导细胞凋亡。

3.2GAS5（growth arrest-specific transcript 5，生长停滞特异性转录本5）GAS5是一个以LncRNA形式存在的多种剪切异构体，它包含12个外显子。GAS5广泛表达于胚胎和成年组织中，在增长的白血病细胞中几乎检测不到该基因的表达，在宫颈癌细胞中GAS5的过度表达影响着细胞的生存和代谢，其可发挥诱导转录的功能，阻止糖皮质激素受体结合到靶基因上。GAS5是哺乳动物细胞生长和凋亡的关键调控因子，其通过模拟糖皮质激素应答元件来结合糖皮质激素受体（Glucocorticoid receptor）的DNA结合结构域，阻止糖皮质激素受体与糖皮质激素应答元件的相互作用，从而抑制下游基因的表达，促进细胞凋亡的发生。在前列腺癌和乳腺癌细胞中，GAS5可以直接或间接诱导细胞凋亡，有研究表明GAS5在乳腺癌的表达显著低于正常乳腺上皮组织［13］。

3.3CCND1/Cyclin D1 CCND1/Cyclin D1是一个异质LncRNA，转录于细胞周期蛋白D1基因的启动子区域，是一个经常突变的细胞周期调节器，在多种肿瘤中过度表达，它补充RNA结合蛋白TLS，这是一个关键的DNA损伤信号转录调控传感器，在绑定TLS经历变构修正以及反应元件结合蛋白（CBP）和p300的调整以后，导致了细胞周期蛋白D1基因表达抑制。

3.4LincRNA-p21-p53信号通路LincRNA-p21抑制基因表达，它通过干扰p53的功能来调节细胞凋亡，并与RNA结合蛋白hnRNA K相互作用介导基因抑制，从而导致基因的启动子在p53被抑制［21］。LincRNA-p21作为翻译调节器参与了转录后进程，在降低RNA结合蛋白HuR的水平时，LincRNA-p21在人类宫颈癌HeLa细胞中累积，使它和转录因子JunB、编码β-连环索基因CTNNB1的mRNA的关系增强，并选择性地使它们的翻译水平降低。而随着HuR的升高，LincRNA-p21表达下调，进一步抑制了JunB和与细胞分裂有关的β-连环索的翻译。由此可见，HuR通过影响LincRNA-p21的水平来控制mRNA靶点的翻译，LincRNA具有转录后抑制的功能［22］。表1例举了几种在多种肿瘤中表达下调的LncRNAs。

4　LncRNAs的诊断优势

迄今为止，大多数肿瘤生物标志物都是蛋白质的编码基因或者是它们的转录本以及蛋白质本身。基因组的非编码区域正在逐渐成为生物标志物研究的热点。目前，由于高通量测序技术的不断完善，在更高的分辨率下能够识别转录组的异常表达，也能够解读基因水平较小的表达水平变化。至于LncRNAs，其主要功能是调节其它基因的表达，它对于维持表达的重要性是显而易见的。

肿瘤是一个极为复杂的疾病，其致病原因包括诸多因素，其分子生物标志物是一类很有价值的诊断及预后判断工具，并使得临床医生可以有效地进行疾病管理。与蛋白质编码RNA相比，使用LncRNAs作为标记物则更具优势，因为它们的表达水平是肿瘤状态的一个更好的指标。正是由于新技术和分子生物学领域的迅速发展，许多LncRNAs已经成为新的癌症生物标记物。

以前RNA仅被当做基因和蛋白质之间的一个信使，然而，“转录噪音”实际上是一个极具潜力但又尚未完全开发的研究方向，近年来，关于内源性小分子RNA研究已取得了不错的成果，较好地推进了肿瘤研究的发展。现在LncRNAs正在逐渐成为解释疾病尤其是肿瘤发生发展机制的新型生物标志物，并作为诊断、病理分型、预后判断和治疗靶点的新的候选分子，同时它也展示了其拥有良好的应用前景。目前所鉴定的LncRNAs与生物信息学所推测的数目相比仅仅是冰山一角，大量LncRNAs的作用机制、进化机制等尚不明朗。随着LncRNAs及其功能的发现，分子生物学新领域开始走向新兴及发展，LncRNAs在人类疾病中的表达更揭示了细胞过程的复杂性，研究LncRNAs的机制涉及致癌和抑癌两条路径，我们相信最终将有可能研究出新的癌症诊断标记物和治疗靶点。

［1］Spizzo R，Almeida MI，Colombatti A，et al.Long non-coding RNAs and cancer：a new frontier of translational research［J］.Oncogene，2012，31（43）：4577-4587．

表1　与癌症相关的LncRNAs

［2］李庆，王玉明，段勇.长链非编码RNA与肿瘤关系的研究现状［J］.实验与检验医学，2014，32（4）：365-369.

［3］Fabian MR，Sonenberg N，Filipowicz W.Regulation of mRNA translation and stability by microRNAs［J］.Annu Rev Biochem，2010，79（11）：351-379.

［4］Derrien T，Johnson R，Bussotti G，et al.The GENCODE v7 catalog of human long noncoding RNAs：analysis of their gene structure，evolution，and expression［J］.Genome Res，2012，22（9）：1775-1789.

［5］Maruyama R，Suzuki H.Long noncoding RNA involvement in cancer［J］.BMB Rep，2012，45（11）：604-611.

［6］史华俊，刘忠，郭俊明.非编码长链RNA与基因表达调控［J］.中国生物化学与分子生物学报，2012，28（9）：781-787.

Shi HJ，Liu Z，Guo JM.Long noncoding RNAs in the regulation of gene expression［J］．Chin J Biochem Mol Biol，2012，28（9）：781-787.

［7］Chooniedass-Kothari S，Vincett D，Yan Ye，t al.The protein encoded by the functional steroid receptor RNA activator is a new modulator of ER alpha transcriptional activity［J］.FEBS Lett，2010，584：1174-1180.

［8］Gupta RA，Shah N，Wang KC，et al.Long non-coding RNA HOTAIR reprograms chromatin state to promote cancer metastasis［J］. Nature 2010，464，1071-1076.

［9］Kotake Y，Nakagawa T，Kitagawa K，et al.Long non-coding RNA ANRIL is required for the PRC2 recruitment to and silencing of p15（INK4B）tumor suppressor gene［J］.Oncogene，2011，30：1956-1962.

［10］Yap KL，Li S，Munoz-Cabello AM，et al.Molecular interplay of the noncoding RNA ANRIL and methylated histone H3 lysine 27 by polycomb CBX7 in transcriptional silencing of INK4a［J］.Mol Cell 2010，38：662-674.

［11］Guffanti A，Iacono M，Pelucchi P，et al.A transcriptional sketch of a primary human breast cancer by 454 deep sequencing［J］.BMC Genomics，2009，10，doi：10.1186/1471-2164-10-163.

［12］Nakagawa S，Ip JY，Shioi G，et al.Malat1 is not an essential component of nuclear speckles in mice［J］.RNA，2012，18：1487-1499.

［13］Eibmann M，Gutschner T，Hammerle M，et al.Loss of the abundant nuclear non-coding RNA MALAT1 is compatible with lifeand development［J］.RNA Biol，2012，9：1076-1087.

［14］Gabory A，Jammes H，Dandolo L.The H19 locus：role of an imprinted non-coding RNA in growth and development［J］.Bioessays，2010，32：473-480.

［15］van Bakel H，Nislow C，Blencowe BJ，et al.Most“dark matter”transcripts are associated with known genes［J］.PLoS Biol，2010，8，doi：10.1371/journal.pbio.1000371.

［16］Zhang X，Gejman R，Mahta A，et al.Maternally expressed gene 3，an imprinted noncoding RNA gene，is associated with meningioma pathogenesis and progression［J］.Cancer Res，2010，70：2350-2358.

［17］Zhou Y，Zhang X，Klibanski A.MEG3 noncoding RNA：A tumor suppressor［J］.J.Mol Endocrinol，2012，48：R45-R53.

［18］Benetatos L，Vartholomatos G，HatzimichaelE.MEG3imprinted gene contribution in Tumorigenesis［J］.Int J Cancer，2011，129，773-779.

［19］陈青，邬黎青.p53基因和乳腺癌的相关性研究进展［J］.实验与检验医学，2011，29（1）：57-59.

［20］Qin R，Chen Z，Ding Y，et al.Long non-coding RNA MEG3 inhibits the proliferation of cervical carcinoma cells through the induction of cell cycle arrest and apoptosis［J］.Neoplasma，2013，60（5）：486-492．

［21］HuarteM，GuttmanM，FeldserD，etal.Alargeintergenic noncoding RNA induced by p53 mediates global gene repression in the p53 response［J］.Cell，2010，142：409-419.

［22］Yoon JH，Abdelmohsen K，Srikantan S，et al.LincRNA-p21 suppresses target mRNA Translation［J］.Mol Cell，2012，47（4）：648-655.

［23］He，H，Nagy R，Liyanarachchi S，et al.A susceptibility locus for papillary thyroid carcinoma on chromosome 8q24［J］.Cancer Res，2009，69：625-631.

［24］Chung S，Nakagawa H，Uemura M，et al.Association of a novel long non-coding RNA in 8q24 with prostate cancer susceptibility［J］.Cancer Sci，2011，102：245-252.

［25］Pasic I，Shlien A，Durbin AD，et al.Recurrent focal copy-number changes and loss of heterozygosity implicate two noncoding RNAs and one tumor suppressor gene at chromosome 3q13.31 in osteosarcoma［J］.Cancer Res，2010，70：160-171.

［26］Khaitan D，Dinger ME，Mazar J，et al.The melanoma-upregulated long noncoding RNA SPRY4-IT1 modulates apoptosis and invasion［J］.Cancer Res，2011，71，3852-3862.

［27］Wu W，Bhagat TD，Yang X，et al.Hypomethylation of noncoding DNA regions and Overexpression of the long noncoding RNA，AFAP1-AS1，in Barrett′s esophagus and esophageal adenocarcinoma［J］.Gastroenterology，2013，144（5）：956-966.

［28］Oliva J，Bardag-Gorce F，French BA，et al.The regulation of noncoding RNA expression in the liver of mice fed DDC［J］.Exp Mol Pathol，2009，87（1）：12-19.

［29］Sun W，Wu Y，Yu X，et al.Decreased expression of long noncoding RNA AC096655.1-002 in gastric cancer and its clinical significance［J］.Tumour Biol，2013.

［30］You L，Chang D，Du HZ，et al.Genome-wide screen identifies PVT1 as a regulator of Gemcitabine sensitivity in human pancreatic cancer cells［J］.Biochem Biophys Res Commun，2011，407（1）：1-6.

R752，Q522，R730.2

A

1674-1129（2015）05-0600-05

10.3969/j.issn.1674-1129.2015.05.023

2015-05-29；

2015-07-12）

云南省卫生科技计划项目（编号：2014NS149）

张爱兴，男，1991年1月出生，临床检验诊断学，研究方向为临床化学与分子生物学。

王玉明，男，1966年7月出生，博士，教授，研究方向为临床化学与分子生物学。