LncRNA与肾癌关系的研究进展

730030 兰州大学第二医院泌尿外科研究所，甘肃省泌尿系疾病研究重点实验室，甘肃省泌尿系统疾病临床医学中心



·综述与讲座·

LncRNA与肾癌关系的研究进展

田跃军综述洪梅陶燕郭琦王志平审校

730030 兰州大学第二医院泌尿外科研究所，甘肃省泌尿系疾病研究重点实验室，甘肃省泌尿系统疾病临床医学中心

关键词：肾细胞癌；lncRNA；药物靶点

lncRNA是一组内源性，长度大于200个核苷酸单位，缺少特异性开放阅读框，几乎不具备蛋白编码功能的RNA分子，也称为长链非编码RNA。lncRNA可在转录水平、转录后水平、表观遗传学水平等方面参与基因的表达调控，从而影响机体的生长、发育、衰老、死亡等生命过程。近年来研究发现lncRNA有着类似癌基因或抑癌基因的作用，并与肾癌细胞的增殖、侵袭、转移及预后密切相关。本文将对lncRNA在肾癌中的研究进展进行论述，并探讨lncRNA与肾癌发生、发展之间的关系，为寻找肾癌分子标志物、药物靶点提供新的方向。

1LncRNA的特性和作用机制

lncRNA是一类转录本长度在200 nt~100 kb之间的非编码RNA分子，多数由RNA聚合酶Ⅱ转录生成，其亚细胞定位多样化，在细胞核、细胞质和细胞器中均有分布。lncRNA多数情况下较长，具有mRNA样结构，有些具有poly(A)尾巴，而有些没有poly(A)尾巴，在分化过程中有动态的表达和不同的剪接方式，其与编码基因相比，lncRNA的表达量更低。不同组织之间的lncRNA表达量不相同，既具有组织特异性；同时lncRNA也具有时空特异性，即同一组织或器官在不同生长阶段，其中的lncRNA表达量也可以发生变化[1]。lncRNA不仅在肿瘤的发病机制，而且在心血管、自身免疫、感染性及神经性疾病等方面都有重要作用[2]。目前研究[3]证实lncRNA具有以下功能：①招募染色质重塑复合物到特定的基因组位点并使其发生催化活性。②结合转录因子在编码蛋白基因的上游启动子区域转录，进而干扰邻近蛋白编码基因的表达。③抑制RNA聚合酶Ⅱ，与编码蛋白基因的转录本形成互补双链，干扰mRNA的剪切，进而产生不同的剪切形式；或在Dicer酶作用下产生内源性的siRNA，调控基因的表达水平。④结合在特定的蛋白质上调节相应蛋白的活性或改变蛋白的胞质定位。⑤作为小分子RNA的前体分子转录，如微小RNA(microRNAs，miRNAs)、piRNA。所以lncRNA异常表达可以促使肿瘤在内的多种疾病的发生。

2LncRNA与肾癌

肾癌又称肾细胞癌(renal cell carcinoma，RCC)，是一种来源于肾小管上皮细胞的恶性肿瘤。肾癌约占成人恶性肿瘤的3%，其发病率逐年升高[4]。手术切除是惟一有效的治愈方法，但是20%~30%的患者术后会出现转移或复发。而且肾癌对放化疗、免疫治疗等不敏感，所以一直是困扰临床医生的难题[5-6]。同时肾癌本身是多基因相关性肿瘤。现代分子生物学的发展揭示基因突变、缺失、重复和染色体重排等在肾癌的发生中起着重要的作用[7]。例如有文献报道[8]Zeste基因增强子同源物2(EZH2)通过上调血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)的表达从而促进肾透明细胞癌的发生、发展。近年来的研究证实，在真核生物转录组中存在的大量lncRNA，它们参与了X染色体沉默、基因印记以及染色体修饰、转录激活、转录干扰、核内运输等调控过程，这也为我们对肾癌的研究提供了一个新的方向[9]。

2.1MALAT-1

MALAT-1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript-1)即肺腺癌转移相关转录本1，主要位于人染色体11q13.1，长约8.7 kb，最早在非小细胞肺癌中被报道[10]。研究同时还发现在肾癌中MALAT-1与转录因子TFFB形成融合体，TFFB作为转录因子调控多个重要通路，两者融合后可以保护TFFB的整个编码序列，显著增加TFFB蛋白表达水平，促进肿瘤的进展[11]。Zhang等[12]用PCR分析发现肾透明细胞癌组织和癌细胞株786-O和ACHN中MALAT-1的表达水平明显高于癌旁组织和正常肾细胞株HK-2，伴随着MALAT-1在肾透明癌中的表达水平越高，患者有一个更加不良的预后。此外，Hirashi等[13]发现沉默MALAT-1的表达时，E-cadherin被激活，同时β-catenin的表达通过EZH2被降低，他们认为MALAT-1过表达促进了肾癌上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)的发生，进而促进肾癌细胞的转移。同时他们还发现了MALAT-1和miR-205之间的关系，即MALAT-1对miR-205有一种负性调控作用，MALAT-1通过下游效应分子EZH2特异性通道，使miR-205沉默，促使肾癌细胞的增殖和侵袭能力增强，因此他们认为MALAT-1在肾癌中可能是一种促癌因子。

2.2SPRY4-IT1

SPRY4-IT1 (Gen Bank accession ID AK024556) 位于人染色体5p31.3，长约708 nt，是一种典型的内含子lncRNA，在黑色素瘤中表达较高，SPRY4-IT1的二级结构含有多个茎环和假结，而目前研究显示lncRNA的特殊二级结构可与蛋白分子结合发挥生物学功能，从而促进肿瘤的形成[14]。Peng等[15]研究发现SPRY4-IT1的表达水平在胃癌组织和细胞中明显高于正常人胃组织和细胞，而且随着SPRY4-IT1表达水平的增高，患者预后更差，当沉默SPRY4-IT1的表达水平后，胃癌细胞的侵袭和转移能力减弱。他们进一步发现在胃癌细胞株和组织中，SPRY4-IT1主要通过激活cyclin D1、MMP2、 MMP9的表达，促进胃癌细胞的增殖。他们认为SPRY4-IT1在胃癌中起到一个促癌基因的作用。Zhang等[16]用PCR检测4对标本中SPRY4-IT1的表达情况，结果显示SPRY4-IT1在肾癌组织中的表达量显著高于正常癌旁组织。用siRNA干扰SPRY4-IT1表达后，分别采用wound healing法、流式细胞仪和Transwell法检测其对细胞增殖、凋亡和迁移的影响，发现肾癌细胞株迁移能力与对照组相比明显降低，但细胞增殖无明显变化，细胞凋亡变化亦不明显。他们认为SPRY4-IT1在肾细胞癌组织中高表达，并且能促进肾癌细胞迁移，可能成为判断肾癌预后的重要分子标志物。

2.3HOTAIR

HOTAIR全长约2158 nt，位于染色体12q13.13的HOXC11与HOXC12基因之间，共含6个外显子，包括5个短外显子及1个长外显子[17]。研究证实PRC2(poly-comb repressive complex 2)和LSD1(lysine specific demethylase 1)与HOTAIR结合的结构域具有广泛不同的二级结构，HOTAIR存在2个独立的结合位点(分别结合PRC2及LSD1)，在PRC2及LSD1之间起着“桥梁”作用。HOTAIR通过特异性双向结合的能力结合PRC2与LSD1位点，引起复杂的生物学级联效应[18]。Pei等[19]通过PCR发现HOTAIR在多种肾癌细胞株中高表达，在姜黄色素的介导作用下，表达HOTAIR的肾癌细胞株的转移能力显著高于不表达HOTAIR的肾癌细胞株，他们认为HOTAIR可能是在姜黄色素诱导的作用下促进了肾癌细胞的转移。Chiyomaru等[20]研究证实在肾癌细胞中，HOTAIR同样表现为高表达，而miR-141低表达，当降低免疫复合物Ago2时，miR-141表达上调，HOTAIR的表达沉默，他们miR-141对HOTAIR有一种负性调控作用时，这也为我们研究miRNA与lncRNA之间的关系提供了一个新的证据。Wu等[21]研究发现当沉默HOTAIR表达时，肾癌细胞的生长周期被阻滞在G0/G1期，癌细胞的增殖和侵袭能力明显受到抑制，同时HOTAIR与基因EZH2和组蛋白H3K27三甲基化(H3K27me3)结合能力减弱。而既往研究[22]认为EZH2和H3K27me3在肾癌中扮演着抑癌基因作用，其高表达预示肾癌患者更差的预后。Wu等认为HOTAIR与基因EZH2和H3K27me3之间存在着正相关，同时HOTAIR在肾癌中发挥着抑癌基因作用。

2.4MEG3

母系表达基因3(materally expressed gene3，MEG3)定位于人类染色体14q32.3，长度约为1.6 kb，隶属于人类母源性印记基因DLK1-MEG3单元，主要通过转录产物长链非编码RNA MEG3发挥抑癌作用。MEG3在多种正常细胞中表达，尤其在脑组织中高表达。MEG3能通过促进p53蛋白表达来抑制肿瘤细胞的增殖，同时通过调节VEGH和Notch信号传导途径抑制血管生成，进而参与细胞增殖、分化、凋亡等生命活动[23]。受表观遗传控制，其启动子CpG岛，尤其位于该基因功能区重要序列的5' 侧翼1和4区域的高甲基化，可以导致包括p53在内的多种转录因子的永久性失活，从而失去抗增殖能力，导致肿瘤的发生。Kawakami等[24]研究发现DLK1在肾癌中可作为抑癌基因存在。DLK1在正常肾组织较为常见，但多数原发性肾细胞癌(RCCs)及RCC来源的癌细胞株出现DLK1的表达缺失，同时发现MEG3上游的甲基化导致RCCs来源的DLK1失活。若将DLK1重新导入裸鼠体内，发现裸鼠体内肿瘤细胞的生长受到抑制。Kawakami等[24]在研究中也发现，在肾细胞癌中，MEG3表达缺失与其被甲基化有关，MEG3区域高甲基化是导致肾癌发生的主要因素，所以他们证实MEG3在肾癌的形成中起着抑制作用，是一种抑癌基因。

2.5H19

H19基因位于人染色体11p15.5，全长2.3 kb，共有5个外显子及4个内含子，主要存在于细胞质内，高度表达于胚胎发育期，主要集中表达于内胚层及中胚层来源的组织，与胰岛素样生长因子2 (IGF2)是一对交互印记基因。H19是第一个被发现的肿瘤相关lncRNA，具有致癌和抑癌的双重作用[25]。H19和IGF2基因通常一起受差异甲基化区域(differentially methylated region，DMR)调控，H19调控区DMR有绝缘子蛋白(CCCTC-binding factor，CTCF)的结合位点，CTCF能和母本染色体上非甲基化的DNA结合，从而阻断H19下游的增强子和母本IGF2等位基因的相互作用[26]。Ludgate等研究通过[27]肾母细胞瘤(Wilms瘤)患者与正常肾细胞比较发现，Wilms瘤患者中印记基因IGF2/H19调控区DMR异常甲基化，其H19表达明显缺失。Charlton等[28]检测了13个肾母细胞瘤患者，发现其中的11个患者的H19基因位点调控区DMR发生显著甲基化，正常肾组织(normal kidneys，NKs)低于肾源性残余(nephrogenic rests，NRs)的甲基化水平，NRs甲基化水平低于Wilms瘤的甲基化水平。而且随着Wilms瘤的恶性程度增加，肾癌细胞的甲基化水平越高，即H19的表达水平越低。他们认为H19是肾母细胞瘤的一个抑癌基因。

2.6GAS5

生长停滞特异性转录本5(growth arrest-specific 5，GAS5)是通过差减杂交技术从大鼠NIH3T3细胞克隆得到的，位于人类染色体1q25.1，通过选择性剪切可产生多种异构体[29]。Pickard等[30]发现GAS5表达的缺失在前列腺癌在内的多种恶性肿瘤中发生，在前列腺癌中当降低GAS5的表达水平时，可以显著抑制前列腺癌细胞的增殖和转移能力。Liu等[31]研究发现GAS5在膀胱癌组织中的表达水平显著低于癌旁组织，当降低GAS5的表达量时，膀胱癌细胞的侵袭能力显著增强。他们进一步证明GAS5在一定程度上通过调控细胞周期蛋白(cyclin-dependent protein kinase 6，CDK6)的表达来抑制膀胱癌的增殖。Qiao等[32]通过挑选12个肾透明细胞癌的临床样品，发现肾癌组织中GAS5的表达水平显著低于正常肾组织，而且肾癌细胞株A498中的GAS5表达量低于正常肾细胞系HK-2。此外，他们进一步实验发现在肾癌细胞株A498细胞中，GAS5过表达抑制肾透明细胞癌增殖，诱导细胞凋亡并阻滞细胞周期，与对照组相比肾癌细胞株A498的转移和侵袭能力被明显抑制。因此，他们认为GAS5可能是肾癌的一个抑癌基因。

综上所述，随着高通量检测技术的成熟和应用以及生物信息学的迅猛发展，lncRNA具有的表达调控功能相继被发现，不仅丰富了基因组的复杂性，而且使我们认识到一些lncRNA在肾癌中的异常表达情况，使得我们对lncRNA与肾癌的联系研究更加深入[33]。但是肾癌中lncRNA的生物学认识过程依然缓慢，其功能和机制尚有诸多不明确，而且与肾癌联系密切的lncRNA为数不多，未来仍需进一步探讨其与影响肾癌发生发展的作用机制。现有研究发现在肾癌中异常表达lncRNA的机制以及lncRNA异常表达对肾癌的发生、发展、转移、侵袭所产生影响的机制，为我们下一步治疗肾癌打下了基础，能否有效的控制lncRNA在肾癌中适当的表达量是我们下一步需要克服的难题。相信随着研究深入，lncRNA在肾癌的分子靶向治疗和药物研发等方面必将揭开一个新的篇章。

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(编辑：甘艳)

(收稿日期2015-06-22修回日期 2015-09-28)

文章编号：1001-5930(2016)04-0685-03

中图分类号：R737.11

文献标识码：B

DOI：10.3969/j.issn.1001-5930.2016.04.053

通信作者：王志平

基金项目：国家自然科学基金(编号：81302240)；甘肃省科技计划(编号：145RJZA153)；兰州大学中央高校基本科研业务费(编号：lzujbky-2013-134、lzujbky-2014-165)；甘肃省泌尿系疾病临床医学中心开放课题(编号：mnlczxkf-23)