LncRNA与miRNA的交互作用及调控机制对肿瘤发生与发展过程的影响

芮　强(综述)，何震宇(审校)

(1.南京医科大学第二临床学院，南京 210000； 2.南京医科大学第二附属医院普外科，南京210000)



LncRNA与miRNA的交互作用及调控机制对肿瘤发生与发展过程的影响

芮强1△(综述)，何震宇2※(审校)

(1.南京医科大学第二临床学院，南京 210000； 2.南京医科大学第二附属医院普外科，南京210000)

摘要：长链非编码RNA(LncRNA)被作为人类基因组中重要的调控分子之一，通过多种方式发挥其生物学调控功能。研究表明，LncRNA也可作为一种竞争性的内源性RNA与非编码微RNA (miRNA)交互作用，共同参与靶向基因的调控，对肿瘤发生与发展过程产生重要影响。同时，miRNA通过大量蛋白质编码基因靶向调控LncRNA的表达，miRNA和LncRNA在调节细胞过程均有重要作用。该文在分别介绍miRNA与LncRNA功能的基础上，总结miRNA与LncRNA交互作用及调控机制对肿瘤发生与发展过程的影响。

关键词：短链非编码微RNA；长链非编码RNA；交互作用；调控机制

如果说短链非编码微RNA(micro noncoding RNA，miRNA)是现在的研究热点，那么长链非编码RNA(long noncoding RNA，LncRNA)可能是未来生物医学研究领域的焦点。尽管对LncRNA研究有一些进展，但目前对LncRNA研究的方法还不是很成熟，所以LncRNA的功能研究方面有许多操作空间[1-2]。在临床应用方面，LncRNA能否成为一个良好的生物标志物还需要大量的研究去发现与验证[3]。为了探讨miRNA与LncRNA的交互作用及调控机制对肿瘤发生与发展过程的影响，通过查阅相关文献，现将其综述如下。

1LncRNA

一般认为LncRNA是不编码蛋白质，长于200个核苷酸的转录产物，位于细胞核内或胞质内[4]。通常分为5类[5]：即正义(sense)、反义(antisense)、双向(bidirectional)、基因内(intronic)及基因间(intergenic)LncRNA。LncRNA的主要功能是调节基因转录。

1.1在基因特异性转录中的作用真核生物RNA转录是受到严密调节的过程，ncRNA 可靶向此过程的不同环节[6]，如转录激活因子、阻遏蛋白，包括RNA聚合酶Ⅱ，甚至DNA双链在内的转录反应成分来调节基因转录和表达。这些ncRNA可能形成一个包括转录因子的调控网络，在复杂的真核生物中精细调控基因表达。ncRNA通过几种不同机制调节转录因子的功能，包括自身作为共调节因子、修饰转录因子活性、调节共调节因子的结合和活性[7]。例如，ncRNA Evf是同源框转录因子Dlx2的辅激活因子，在前脑发育和神经发生中起重要作用。

以酵母基因SER3 为例[8]，在它的上游存在LncRNA 基因SRG1，SRG1 的3′端序列与靶基因启动子重叠，当SRG1被活跃转录并过表达时就会抑制靶基因SER3 的转录。因为在转录延伸过程经过启动子序列时，转录延伸因子会由于转录LncRNA占据启动子与转录起始因子结合的空间，造成启动子下游靶基因序列转录的抑制。

局域性ncRNA也可募集转录因子调节邻近蛋白编码基因的表达[9]。RNA结合蛋白TLS，在损伤信号反应中，抑制基因靶标周期蛋白D1结合并抑制环磷腺苷效应元件结合蛋白 (cAMP-response element binding protein，CREB)结合蛋白和p300组蛋白乙酰化转移酶活性。在此过程中，由连接于5′调节区的低表达的LncRNA直接将TLS募集至周期蛋白 D1启动子。

1.2调节基本转录机制ncRNA也靶向所有RNA聚合酶Ⅱ基因转录必需的通用转录因子，包括组装在启动子或参与转录延伸的起始复合物的成分[10]。一个从二氢叶酸还原酶基因次级启动子上游转录的ncRNA，可与二氢叶酸还原酶的主要启动子形成稳定的RNA-DNA三链复合物防止转录辅因子转录因子ⅡD的结合。鉴于存在于真核生物染色体的成千的此类三链复合物，这种调节基因表达的新机制可能实际上代表了一种控制启动子使用的普遍方法。

1.3LncRNA在转录后调节中的作用互补LncRNA与mRNA 形成RNA双链体可掩盖mRNA内部与反式作用因子结合必须的主要元件，可能影响转录后基因表达的任何步骤，包括pre-mRNA的加工、剪接、转运、翻译、降解[11]。

1.4LncRNA在剪接中的作用mRNA剪接可诱导其翻译和编码蛋白质的功能多样性。最早发现的受LncRNA 直接调控可变剪切的靶mRNA是Zeb2。Zeb2 mRNA具有长的5′UTR[12]， 进行有效翻译需要保留含内核糖体进入位点的5′UTR内含子。然而内含子的保留依赖于与内含子5′剪接位点互补的反义转录本的表达。因此，在间质发育中，反义转录本的异位表达可抑制剪接并诱导翻译。在一些肿瘤中发现的LncRNA MALAT1参与募集pre-mRNA剪接因子至细胞核内的基因转录位点，调节pre-mRNA剪接。

1.5LncRNA在翻译中的作用在翻译过程中，ncRNA也可施加额外的调节压力，尤其在神经元，在对突触激活起反应时树突或轴突的mRNA翻译引起突触可塑性和神经元网络的重塑[13]。RNA聚合酶Ⅲ转录BC1和BC200 ncRNAs，分别在小鼠和人的中枢神经系统表达。BC1在突触激活反应和突触发生中诱导表达，并特异地靶向神经元树突[14]。BC1在树突中与翻译抑制有关，调控纹状体中多巴胺D2受体介导的传递效能。

1.6LncRNA在干扰小RNA(small interfering RNA，siRNA)指导的基因调节中的作用LncRNA形成延长的分子内发卡可被加工为siRNA[15]。在种系发生中，从这些转录本中产生的内部siRNA(endo-siRNA)似乎在抑制移动性转座子元件在基因组传播中特别有用。

1.7LncRNA在表观遗传调节中的作用在果蝇，LncRNA通过募集、指导Ash1蛋白的染色质修饰功能至Hox调节元件诱导同源异型基因Ubx的表达[16]；在哺乳动物中也发现了相似的模式，从Hox基因的胚胎表达谱贯穿人类发育存在有力的表观遗传机制，人类的Hox基因与贯穿人类发育空间和时间轴连续表达的上百种ncRNA相关联，定义差别组蛋白甲基化和RNA聚合酶易接近性的染色质结构域。

2miRNA

miRNA是一类单链的非编码RNA分子，在转录后水平调控基因的表达[17]。miRNA参与许多重要的生物学过程，如发育、分化、增殖等，同时，越来越多的研究报道miRNA与多种人类复杂疾病密切相关，如癌症、糖尿病、心血管疾病等。Jia和Rock[18]在文献中提到：某些疾病的发生并不是整个生物学通路异常所导致的，而更可能是通路的某个局部区域(子通路)发生了功能失调。研究小组首次在系统水平识别出了480个人类miRNA所调控的子通路，筛选出了miRNA协同调控的功能相关的子通路簇，并深入研究了癌症等123种疾病相关的miRNA对子通路的调控特点。结果提示从协同的角度研究人类miRNA对子通路调控的影响不仅是系统解释miRNA调控机制的一个重要突破点，而且对于研究miRNA在疾病发生、发展过程中发挥作用的机制具有重要意义。该研究是研究人员首次从全局性的角度建立miRNA对子通路的调控关系，并对miRNA(尤其是疾病miRNA)的调控特点进行了深入分析。该成果不但有助于解析miRNA的调控机制，而且对于准确定位疾病基因具有重要的参考和帮助。

3IncRNA与miRNA的交互作用及对肿瘤发生与发展的影响

3.1miRNA调控LncRNA的表达除了蛋白质编码基因，人类基因组制造了大量的非编码RNA，包括miRNA和LncRNAs[19]。 miRNA和LncRNAs在调节细胞过程中均有至关重要作用，如细胞的生长和凋亡，以及癌症的进展和转移。虽然众所周知miRNA可以靶向大量的蛋白质编码基因，很少有人知道的miRNA是否也可以靶向LncRNAs[20]。

在Zhang等[21]的研究中，密西西比医学中心的华人研究人员着手确定miR-21是否能调节LncRNA表达。通过使用含有83个人类疾病相关的LncRNAs的LncRNA反转录-聚合酶链反应Array方法，表明miR-21能抑制LncRNA生长特异性转录本5(growth arrest-specific transcript 5，GAS5)。miR-21和GAS5的负相关关系也见于乳腺肿瘤标本。有趣的是，GAS5也能抑制miR-21的表达。然而过表达GAS5抑制miR-21表达，GAS5-siRNA增加miR-21的表达。更重要的是，有一个假定的miR-21的结合位点位于GAS5外显子4； miR-21结合位点缺失能抑制其活性。在体外细胞培养和异种移植小鼠模型的实验表明[22]，GAS5具有抑制肿瘤功能。他们的研究还表明，生物素标记GAS5-RNA探针是能捕获RNA诱导的沉默复合物(RISC)的关键蛋白(AGO2)，他们随后确定miR-21包含在GAS5-RISC复合物中，这意味着miR-21和GAS5可能以相互调节方式，类似于靶向mRNA microRNA介导基因沉默。总之，这些结果表明，miR-21不仅靶向抑制肿瘤蛋白编码基因，而且靶向长链非编码基因的LncRNA GAS5。

3.2LncRNA调控miRNA的表达lncRNA也能通过调控miRNA的表达影响肿瘤的发生和发展，相关文献[23-24]研究发现：lncRNA调控miRNA的作用机制主要有3个：①LncRNA能与miRNA竞争性结合靶基因mRNA的3′-UTR，从而对miRNA的负向调控机制进行抑制。Pang等[25]的的文献研究还发现，由β分泌酶编码基因座位能转录出LncRNA(由BACE1反义RNA)，这条反义的RNA可以与BACE1基因的mRNA互补，竞争性抑制miRNA对BACE1基因的讲解作用；②部分LncRNA能通过细胞内的剪切作用形成miRNA的前体，从而加工生产特异性的miRNA，调控靶基因的表达而发挥功能；③部分LncRNA能发挥内源性miRNA海绵的功能，进而达到抑制miRNA表达，间接影响肿瘤细胞的恶性生物学行为[26]。

LncRNA错误表达可使蛋白质编码基因失调节，进而引致疾病。在多种疾病中LncRNA表达异常，多种肿瘤细胞中LncRNA表达谱与正常细胞相比有变化[27]。最近，一些检测与疾病状态相关的单核苷酸多态性的相关研究也涉及LncRNA。例如在鉴定心肌梗死的易患性位点的单核苷酸多态性时发现了一个LncRNA-MIAT[28]。

在整个基因组转录产物中，LncRNA所占的比例远远超过编码RNA所占的比例。通过与DNA、RNA、蛋白质的相互作用，在生命活动调控网络中扮演着十分重要的角色。除了在基因表达调控方面发挥十分重要的作用，LncRNA与物种进化、胚胎发育、物质代谢以及肿瘤发生等均有着紧密的联系[29]。目前关于LncRNA与包括肿瘤在内的疾病相关联的证据可为疾病诊断和治疗提供依据和靶点。

4小结

miRNA和LncRNAs在调节细胞过程中均有重要作用，其中miR-21不仅靶向抑制肿瘤蛋白编码基因，而且靶向LncRNA GAS5，而LncRNA也能通过调控miRNA的表达影响肿瘤的发生和发展，发生错误表达时可使蛋白质编码基因失调节，使多种肿瘤细胞中LncRNA表达谱与正常细胞相比有变化，进而引致肿瘤等疾病。因此，对LncRNA功能的深入研究将使目前对细胞的结构网络和调控网络的认识带来革命性的变化，具有不可估量的科学和临床价值。

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Study on the Influence of Interaction between LncRNA and miRNA and Their Regulatory Mechanisms on the Formation and Progression of TumorRUIQiang1，HEZhen-yu2.(1.TheSecondClinicalCollegeofNanjingMedicalUniversity，Nanjing210000，China； 2.DepartmentofGeneralSurgery,TheSecondAffliatedHospitalofNanjingMedicalUniversity，Nanjing210000，China)

Abstract：As one of the important regulatory molecules in human genome long noncoding RNA (LncRNA) can develop its biological regulatory function in various aspects.Studies of recent years have shown that:LncRNA can interact with miRNA as a kind of competitive and endogenous RNA,and they can participate in the targeted gene regulation together,which has important influence on the formation and progression of tumor.Meanwhile,miRNA can also make targeted regulation of the expression of LncRNA with a large amount of protein encoding genes,both miRNA and LncRNAs play important roles in the regulation of cellular processes.Besides the functions of miRNA and LncRNA,here is to make a review of the influence of interaction between miRNA and LncRNA as well as their regulatory mechanisms on the formation and progression of tumor.

Key words：Short noncoding miRNA； Long noncoding RNA； Interactions； Regulatory mechanisms

收稿日期：2014-07-28修回日期：2014-10-22编辑：楼立理

基金项目：江苏省科技厅自然科学基金面上项目(BK2012872)；江苏省卫生厅面上科研项目 (H201207)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.09.022

中图分类号:R73

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)09-1594-03