HOTAIR与肿瘤生物学行为的研究进展*

周旋　孔令平　张仑

·国家基金研究进展综述·

HOTAIR与肿瘤生物学行为的研究进展*

周旋孔令平张仑

长链非编码RNA（long noncoding RNA，lncRNA）是一类长度＞200 bp，无蛋白质编码产物，却广泛参与细胞的生理及病理学过程，特别是在肿瘤生物学行为方面。HOX转录反义RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）全长2 158 bp，是功能研究最为深入的lncRNA之一。HOTAIR过表达可以沉默特定抑癌基因的表达并促进多种上皮系统来源恶性肿瘤，如乳腺癌、结直肠癌等的发生及转移，抑制肿瘤中HOTAIR表达能有效抑制肿瘤细胞生长与侵袭能力。本文结合国内外文献报道，就HOTAIR在肿瘤中的研究进展进行综述。

长链非编码RNAHOTAIR肿瘤发生转移

Correspondence to:Lun ZHANG；E-mail:lunzhangchina@163.com

The Department of Otorhinolaryngology and Maxillofacial Oncology，Tianjin Medical University Cancer Institute and Hospital，National Clinical Research Center for Cancer，Tianjin Key Laboratory of Cancer Prevention and Therapy，Tianjin 300060，China

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China（No.81572492）

长链非编码RNA（long noncoding RNA，lncRNA）是一类转录本长度＞200 bp的RNA，有研究认为lncRNA参与染色体沉默、基因组印记以及染色质修饰、转录激活/干扰以及核内运输等多种重要的调控过程［1-2］。HOX转录反义RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）是第一个被发现以反式转录方式调控基因表达的lncRNA［3］。有研究表明，HOTAIR异常表达与人类肿瘤的不同生物学行为关系密切，成为肿瘤研究领域一个新的热点［3-4］。

1　HOTAIR概述

人类HOTAIR在染色体12q13区域，位于HOXC家族HOXC11和HOXC12编码区之间；HOTAIR基因由5个短外显子和1个长外显子共同组成［3］。早在2007年，美国斯坦福大学有研究发现HOXA-HOXD家族表观遗传学调控的过程中发现，HOTAIR的生物学作用是通过其募集一系列复杂蛋白复合体实现对下游靶标癌基因和抑癌基因调控［3］。一方面，HOTAIR 5'结构域募集EZH2（enhancer of zeste homolog 2）、RbAp48、EED和SUZ12共同组成的多梳蛋白抑制复合物（polycomb repressive complex 2，PRC2），以反式作用方式影响靶基因H3组蛋白27位赖氨酸的三甲基化（H3K27me3），抑制下游抑癌靶基因转录；另一方面，HOTAIR 3'结构域功能是通过募集赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶1（lysine specific demethylase 1，LSD1）/CoREST/REST复合物，发挥H3组蛋白4位赖氨酸（H3K4）去基化作用调控靶基因表达［5-6］。

2　肿瘤中HOTAIR过表达特征

当前观点认为，HOTAIR过表达是上皮来源恶性肿瘤的重要的特征性分子事件。HOTAIR过表达被证明在包括胰腺癌、非小细胞肺癌（non-small celllung cancer，NSCLC）、脑胶质瘤等多种上皮系统来源恶性肿瘤的发生与预测预后等方面发挥重要作用［7-9］。

本课题组通过对天津医科大学肿瘤医院76例口腔鳞状细胞癌（oral squamous cell carcinoma，OSCC）中HOTAIR表达特征进行检测，发现HOTAIR高表达状态与肿瘤淋巴结转移、临床分期、组织学分型呈正相关，与总生存期（overall survival，OS）和无病生存期（disease free survival，DFS）呈负相关，可以作为OSCC候选预后预测因子［10］。Zhang等［9］通过分析中国胶质瘤基因组图谱计划（Chinese Glioma Genome Atlas，CGGA）中295例不同级别胶质瘤标本中的HOTAIR表达水平发现，胶质瘤标本中HOTAIR表达明显高于对照脑组织，且HOTAIR表达随胶质瘤失分化程度而升高，生存分析显示HOTAIR过表达是胶质瘤预后不良的独立危险因素。Cheng等［11］通过分析胰腺癌RNA表达谱发现，胰腺癌组织内HOTAIR表达高于对照正常组织、淋巴结转移组HOTAIR表达高于淋巴结转移阴性组、TNM分期T3组HOTAIR表达高于T2组；高表达HOTAIR的胰腺癌患者OS明显低于HOTAIR低表达者。来自日本的研究报告提示，HOTAIR过表达与结直肠癌，特别是结肠癌肝转移患者的临床分期呈正相关［12］。HOTAIR过表达是多数恶性肿瘤预后不良的独立危险因素，而HOTAIR作为肿瘤治疗候选靶点的机制有待进一步探讨。

3　HOTIAR与肿瘤细胞周期

来自不同研究小组的报道显示，敲低不同肿瘤细胞中HOTAIR后能够影响EZH2依赖的细胞周期表达并诱导细胞周期停滞［12-13］。Gupta等［5］在乳腺癌中首次通过染色质免疫共沉淀的方法证明p21和p16两个具有阻滞细胞周期从G1期向S期转变的抑癌基因是HOTAIR的直接靶基因。本研究在胶质母细胞瘤相关研究中发现，干扰U87和U87Ⅷ细胞中HOTAIR表达后，诱导G1期阻滞和RB、去磷酸化RB表达升高［13］。由于Rb处于G1细胞周期调控网络的核心位置，大量生长因子如PDGF、EGF等与之相应的受体（PDGFR、EGFR）结合，促进Cyclin转录，活化的Cyclin与CDKs形成复合物去磷酸化Rb，去磷酸化Rb可以影响E2F家族转录活性。而E2F家族下游转录的靶基因包括B-Myb、C-myc、CDC2等都是对细胞周期G1/S期转换至关重要的蛋白［14］。上述研究结果显示，干预HOTAIR表达后p16/p21激活，肿瘤细胞中“Cyclin D1→Rb→E2F1”调控网络被逐一阻断，细胞周期从G1期快速通过的动力消失，出现细胞周期阻滞。因此，HOTAIR可以作为抑制肿瘤细胞周期演进的候选靶点之一。

4　HOTAIR与肿瘤细胞凋亡

来自多个研究团队的工作提示，改变细胞内HOTAIR水平可以通过调控不同的信号通路诱导肿瘤细胞凋亡并抑制肿瘤生长［14-15］。本课题组前期研究发现干预头颈部鳞状细胞癌（head and neck squamous cell carcinoma，HNSCC）中HOTAIR表达后，Tca8113 和Tscca细胞中早期凋亡比例明显增加；这可能与干扰HOTAIR后MICU1（mitochondrial calcium uptake 1）改变引起的细胞内钙离子浓度增加，正常线粒体膜电位丢失有关［15］。另外有研究提示，HOTAIR通过影响miR-125a-5p表达直接调控Caspase-2抑制肿瘤细胞凋亡［16］。此外，HOTAIR还能通过与miR-193a竞争性结合的方式调控c-KIT蛋白表达、影响肿瘤细胞凋亡并参与急性淋巴细胞性白血病的进展［17］。同样，敲低A2780和OVCA429卵巢癌细胞系中HOTAIR表达后，肿瘤细胞凋亡比例增加且凋亡相关蛋白表达水平明显改变［18］。改变肿瘤细胞中HOTAIR异常表达是肿瘤细胞抗凋亡的重要一环。

5　HOTAIR与肿瘤细胞侵袭转移

HOTAIR对于肿瘤侵袭与转移方面影响作用意义重大，如Gupta等［5］在转移性乳腺癌中发现HOTAIR表达水平在正常对照乳腺组织、乳腺癌原发病灶和转移性乳腺癌手术标本中表达差别显著，且过表达乳腺癌细胞中HOTAIR表达后可以增加肿瘤细胞发生肺转移的机会。原位MDA-MB-231乳腺癌细胞中HOTAIR表达水平是发生肺转移的MDA-MB-231细胞中HOTAIR表达水平的十分之一。通过抑制MDA-MB-231细胞中的HOTAIR表达水平可以非常明显的抑制肿瘤细胞发生肺转移的可能［5］。此外，基于CHIP-seq的分析提示，HOTAIR通过H3K27三甲基化的修饰方式募集PRC2复合物并影响着肿瘤细胞中多达800余个与肿瘤的侵袭转移能力密切相关基因（如JAM2、PCDH10、EPHA1等）的表达［5-6］。本课题组在OSCC中的研究工作提示，HOTAIR能够通过EZH2依赖的H3K27me3修饰机制抑制E-cadherin表达并促进OSCC侵袭［10］。HOTAIR同样在雄激素受体调控的MMP-9机制中发挥重要作用；在改变HOTAIR水平后，AR/MMP-9活性状态发生明显改变，并决定前列腺癌细胞的侵袭、迁移、运动和干细胞的分化等重要生物学行为是否能够顺利完成［19］。同样，HOTAIR对OSCC细胞中线粒体依赖的细胞凋亡途径存在直接调控机制，在干扰HOTAIR后肿瘤细胞内部钙离子水平变化较大［15］。钙离子也是肌动蛋白Actin依赖ATP发挥聚合、收缩功能的分子伴侣［20］。为解释HOTAIR参与肿瘤细胞侵袭运动分子机制提供有力的实验依据。

6　HOTAIR与肿瘤细胞化疗耐药

当前研究报告多为关联性研究，即分析HOTAIR与特定肿瘤的化疗敏感性或耐药有关，但是具体分子机制尚不清楚。如在膀胱癌细胞中，抑制HOTAIR表达能有效增加T24和J82细胞对阿霉素的敏感性，并抑制肿瘤细胞的增殖活性［21］。Xue等［22］研究报告，HOTAIR在他莫昔芬耐药、雌激素受体阳性的乳腺癌中表达升高，HOTAIR能直接与雌激素受体相互作用并激活雌激素受体转录活性。同样，在ⅢA、ⅢB期接受氟尿嘧啶和铂类药物化疗的胃腺癌中HOTAIR表达显著升高并提示预后不佳［23］。研究证实HOTAIR通过降低P21（WAF1/CIP1）影响人肺腺癌顺铂耐药，这主要与PCR2复合物的募集、调控有关［24］。Özeş等［25］在卵巢癌研究中提出HOTAIR/NF-κB生物学轴的概念，认为HOTAIR通过Iκ-Bα调控NF-κB活性，影响其下游参与DNA损伤修复的基因并参与顺铂化疗耐药。因此，HOTAIR被认为是肿瘤化疗耐药的重要预测因子和逆转肿瘤化疗耐药的候选靶点。

7　HOTAIR与肿瘤放疗敏感性

肿瘤对放射治疗的敏感性与HOTAIR表达与功能异常密切相关。有研究提示，53例结肠癌标本检测结果为HOTAIR在肿瘤组织中表达高于癌旁组织，敲除肿瘤细胞中HOTAIR表达后，肿瘤细胞增殖、侵袭能力下降并增加肿瘤细胞对放射线的敏感性［26］。胰腺导管细胞癌组织中HOTAIR表达高于癌旁正常组织，干扰HOTAIR后Wnt抑制因子1（WIF-1）表达升高并增加调控胰腺导管细胞癌的放射敏感性［27］。在裸鼠荷Lewis肺癌模型经过局部放射治疗后，肿瘤组织中HOTAIR表达水平降低，抑癌基因WIF-1表达升高，伴随β-catenin通路活性抑制［28］。在宫颈癌中仍然存在HOTAIR转录调控P21影响总瘤细胞的生物学行为和放疗耐受的分子机制［29］。这部分研究从另一角度揭示HOTAIR不仅可以作为预测肿瘤细胞放疗敏感性的特征性分子，并可能作为介导放射线杀伤肿瘤细胞的关键基因。

8　其他

此外，有文献报告HOTAIR异常表达与肿瘤血管生成、肿瘤微环境和肿瘤免疫等方面关系密切［30-31］。如干扰HOTAIR可以下调血管内皮生长因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGF-A）转录激活抑制鼻咽癌细胞血管生成过程［30］。此外，HOTAIR还可以通过调控血管内皮生长因子-C（vascular endothelial growth factor-C，VEGF-C）影响乳腺癌转移与血管生成；这一过程可能是由HOTAIR参与抑制miR-568/活化T细胞核因子5蛋白（nuclear factor of activated T cells 5，NFAT5）轴的机制介导［31］。有研究表明，肿瘤中乏氧微环境能够通过不同分子机制影响HOTAIR表达。缺氧诱导因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）通过转录激活的方式促进HOTAIR转录影响NSCLC的进展，而干扰HIF-1α表达能够逆转这一过程［32］。同样，肺腺癌细胞暴露于Ⅰ型胶原（Col-1），也是细胞外基质的重要组分，能够通过上调肿瘤细胞中HOTAIR表达促进肿瘤发生；整合素α2β1封闭Ⅰ型胶原功能后HOTAIR表达也随之下降［33］。有研究显示，HOTAIR参与调控炎症免疫细胞影响前列腺癌肿瘤微环境变化。特别是去势治疗后的前列腺癌细胞能募集肥大细胞，通过下调雄激素受体的方式增加前列腺癌细胞侵袭能力［34］。上述研究结果均提示，HOTAIR通过调控miRNA转录、组蛋白修饰等多种方式影响肿瘤免疫、微环境等状态。

9　结语

综上所述，目前有关HOTAIR在肿瘤细胞增殖、细胞周期演进、侵袭转移等生物学特征中的机制研究都取得令人振奋的结果。以上研究结果提示，HOTAIR具有成为预测肿瘤进展、复发与转移的特殊分子标志物的潜能。更重要的是在充分明确HOTAIR不同功能结构域作用机制后，可以针对HOTAIR或其下游靶基因设计、筛选、鉴定出特异性小分子药物或抗体，实现肿瘤细胞中HOTAIR功能的精细调节并制定出个体化的肿瘤治疗策略，实现肿瘤的精准治疗。

［1］Qu J，Li M，Zhong W，et al.Competing endogenous RNA in cancer: a new pattern of gene expression regulation［J］.Int J Clin Exp Med，2015，8（10）:17110-17116.

［2］Briggs JA，Wolvetang EJ，Mattick JS，et al.Mechanisms of long noncoding RNAs in mammalian nervous system development，plasticity，disease，and evolution［J］.Neuron，2015，88（5）:861-877.

［3］ Rinn JL，Kertesz M，Wang JK，et al.Functional demarcation of active and silent chromatin domains in human HOX loci by noncoding RNAs［J］.Cell，2007，129（7）:1311-1323.

［4］Wu Y，Zhang L，Wang Y，et al.Long noncoding RNA HOTAIR involvement in cancer［J］.Tumour Biol，2014，35（10）:9531-9538.

［5］Gupta RA，Shah N，Wang KC，et al.Long non-coding RNA HOTAIR reprograms chromatin state to promote cancer metastasis［J］.Nature，2010，464（7291）:1071-1076.

［6］ Tsai MC，Manor O，Wan Y，et al.Long noncoding RNA as modular scaffold of histone modification complexes［J］.Science，2010，329 （5992）:689-693.

［7］Kim K，Jutooru I，Chadalapaka G，et al.HOTAIR is a negative prognostic factor and exhibits pro-oncogenic activity in pancreatic cancer［J］.Oncogene，2013，32（13）:1616-1625.

［8］Liu XH，Liu ZL，Sun M，et al.The long non-coding RNA HOTAIR indicates a poor prognosis and promotes metastasis in non-small cell lung cancer［J］.BMC Cancer，2013，13（41）:1-10.

［9］Zhang JX，Han L，Bao ZS，et al.HOTAIR，a cell cycle-associated long noncoding RNA and a strong predictor of survival，is preferentially expressed in classical and mesenchymal glioma［J］.Neuro Oncol，2013，15（12）:1595-1603.

［10］Wu Y，Zhang L，Zhang L，et al.Long non-coding RNA HOTAIR promotes tumor cell invasion and metastasis by recruiting EZH2 and repressing E-cadherin in oral squamous cell carcinoma［J］.Int J Oncol，2015，46（6）:2586-2594.

［11］Cheng Y，Jutooru I，Chadalapaka G，et al.The long non-coding RNA HOTTIP enhances pancreatic cancer cell proliferation，survival and migration［J］.Oncotarget，2015，6（13）:10840-10852.

［12］Kogo R，Shimamura T，Mimori K，et al.Long noncoding RNA HOTAIR regulates polycomb-dependent chromatin modification and is associated with poor prognosis in colorectal cancers［J］.Cancer Res，2011，71（20）:6320-6326.

［13］Zhou X，Ren Y，Zhang J，et al.HOTAIR is a therapeutic target in glioblastoma［J］.Oncotarget，2015，6（10）:8353-8365.

［14］Ertosun MG，Hapil FZ，Osman NO.E2F1 transcription factor and its impact on growth factor and cytokine signaling［J］.Cytokine& Growth Factor Rev，2016［Epub ahead of print］.

［15］Kong L，Zhou X，Wu Y，et al.Targeting HOTAIR induces mitochondria related apoptosis and inhibits tumor growth in head and neck squamous cell carcinoma in vitro and in vivo［J］.Curr Mol Med，2015，15（10）:952-960.

［16］Tang L，Shen H，Li X，et al.MiR-125a-5p decreases after long noncoding RNA HOTAIR knockdown to promote cancer cell apoptosis by releasing caspase 2［J］.Cell Death Dis，2016，7（3）:e2137.

［17］Xing CY，Hu XQ，Xie FY，et al.Long non-coding RNA HOTAIR modulates c-KIT expression through sponging miR-193a in acute myeloid leukemia［J］.FEBS Lett，2015，589（15）:1981-1987.

［18］Qiu JJ，Wang Y，Ding JX，et al.The long non-coding RNA HOTAIR promotes the proliferation of serous ovarian cancer cells through the regulation of cell cycle arrest and apoptosis［J］.Exp Cell Res，2015，333（2）:238-248.

［19］Ma KX，Wang HJ，Li XR，et al.Long noncoding RNA MALAT1 associates with the malignant status and poor prognosis in glioma［J］.Tumour Biol，2015，36（5）:3355-3359.

［20］Lange K，Gartzke J.F-actin-based Ca signaling-a critical comparison with the current concept of Ca signaling［J］.J Cell Physiol，2006，209 （2）:270-287.

［21］Shang C，Guo Y，Zhang H，et al.Long noncoding RNA HOTAIR is a prognostic biomarker and inhibits chemosensitivity to doxorubicin in bladder transitional cell carcinoma［J］.Cancer Chemother Pharmacol，2016，77（3）:507-513.

［22］Xue X，Yang YA，Zhang A，et al.LncRNA HOTAIR enhances ER signaling and confers tamoxifen resistance in breast cancer［J］.Oncogene，2016，35（21）:2746-2755.

［23］Li S，Wang Q，Qiang Q，et al.Sp1-mediated transcriptional regulation of MALAT1 plays a critical role in tumor［J］.J Cancer Res Clin Oncol，2015，141（11）:1909-1920.

［24］Liu Z，Sun M，Lu K，et al.The long noncoding RNA HOTAIR contributes to cisplatin resistance of human lung adenocarcinoma cells via downregualtion of p21（WAF1/CIP1）expression［J］.PLoS One，2013，8（10）:e77293.

［25］Özeş AR，Miller DF，Özeş ON，et al.NF-κB-HOTAIR axis links DNA damage response，chemoresistance and cellular senescence in ovarian cancer［J］.Oncogene，2016［Epub ahead of print］.

［26］Yang XD，Xu HT，Xu XH，et al.Knockdown of long non-coding RNA HOTAIR inhibits proliferation and invasiveness and improves radiosensitivity in colorectal cancer［J］.Oncol Rep，2016，35（1）:479-487.

［27］Jiang Y，Li Z，Zheng S，et al.The long non-coding RNA HOTAIR affects the radiosensitivity of pancreatic ductal adenocarcinoma by regulating the expression of Wnt inhibitory factor 1［J］.Tumour Biol，2016，37（3）:3957-3967.

［28］Chen J，Shen Z，Zheng Y，et al.Radiotherapy induced Lewis lung cancer cell apoptosis via inactivating β-catenin mediated by upregulated HOTAIR［J］.Int J Clin Exp Pathol，2015，8（7）:7878-7886.

［29］Jing L，Yuan W，Ruofan D，et al.HOTAIR enhanced aggressive biological behaviors and induced radio-resistance via inhibiting p21 in cervical cancer［J］.Tumour Biol，2015，36（5）:3611-3619.

［30］Fu WM，Lu YF，Hu BG，et al.Long noncoding RNA Hotair mediated angiogenesis in nasopharyngeal carcinoma by direct and indirect signaling pathways［J］.Oncotarget，2016，7（4）:4712-4723.

［31］Li JT，Wang LF，Zhao YL，et al.Nuclear factor of activated T cells 5 maintained by Hotair suppression of miR-568 upregulates S100 Calcium binding protein A4 to promote breast cancer metastasis［J］. Breast Cancer Res，2014，16（5）:454.

［32］Zhou C，Ye L，Jiang C，et al.Long noncoding RNA HOTAIR，a hypoxiainducible factor-1α activated driver of malignancy，enhances hypoxic cancer cell proliferation，migration，and invasion in non-small cell lung cancer［J］.Tumour Biol，2015，36（12）:9179-9188.

［33］Zhuang Y，Wang X，Hong TH，et al.Induction of long intergenic noncoding RNA HOTAIR in lung cancer cells by typeⅠcollagen［J］.J Hematol Oncol，2013，6（1）:1-4.

［34］Okazaki Y，Furuno M，Kasukawa T，et al.Analysis of the mouse transcriptome based on functional annotation of 60 770 full-length cDNAs［J］.Nature，2002，420（6915）:563-573.

（2016-05-25收稿）

（2016-07-12修回）

周旋专业方向为非编码RNA与头颈部肿瘤的基础与临床研究。

E-mail：byron2000zhou@sina.com

Research progress on HOTAIR in tumor biological behaviors

Xuan ZHOU，Lingping KONG，Lun ZHANG

Long non-coding RNA（lncRNA）is a cluster with over 200 bp in length and has no protein-encoding product RNA，which is involved in cellular physiological or pathological process，especially in human oncogenesis.HOX transcript antisense RNA（HOTAIR），which is 2158 bp in length，is one of the most well-studied lncRNAs.Overexpression of HOTAIR is correlated with oncogenesis or metastasis in numerous epithelium original human cancers，including breast and colorectal cancers.Inhibiting HOTAIR expression could suppress cell growth and invasive ability of tumors.This review provides a brief summary of the latest progress in lncRNA-based cancer research.

long non-coding RNA，HOTAIR，oncogenesis，metastasis

10.3969/j.issn.1000-8179.2016.16.611

天津医科大学肿瘤医院颌面耳鼻喉肿瘤科，国家肿瘤临床医学研究中心，天津市肿瘤防治重点实验室，天津市恶性肿瘤临床医学研究中心（天津市300060）

*本文课题受国家自然科学基金项目（编号：81572492）资助

张仑lunzhangchina@163.com