长链非编码RNA在皮肤癌中的研究进展

甘 泉 周晓伟 陈晓栋 刘 毅



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长链非编码RNA在皮肤癌中的研究进展

甘 泉1周晓伟2陈晓栋1刘 毅2

长链非编码RNA(lncRNA)是一组长度超过200个核苷酸的非编码RNA，近年研究发现，lncRNA在细胞的增殖、分化、凋亡以及肿瘤的发展过程中发挥重要作用。本文就皮肤癌发生和发展相关的lncRNA及其发挥作用的机制进行综述。

长链非编码RNA； 皮肤癌； 皮肤黑素瘤； 非黑素瘤皮肤癌

随着高通量测序的迅速发展和应用，人们发现超过90%的真核生物基因组能够被转录，其中mRNA仅仅占所有被转录RNA的1%～2%，突出显示绝大多数RNA都是非编码RNA[1]。迄今为止，研究者发现了大量功能性的非编码RNA，并根据长度把它们分成两类：即短链非编码RNA(small untranslated RNA， sncRNA)和长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)[2]。研究者根据功能不同或根据与蛋白质编码基因位点的相对位置不同对lncRNA进行分类[3]。此外，研究者把皮肤特异性的lncRNA分成三组，分别是：内稳态lncRNA、应激lncRNA以及癌症相关lncRNA[4]。皮肤癌主要包括黑素瘤和非黑素瘤皮肤癌，非黑素瘤皮肤癌(non-melanoma cutaneous cancer, NMCC)中常见的有皮肤基底细胞癌(cutaneous basal cell carcinoma，cBCC)和皮肤鳞状细胞癌(cutaneous squamous cell carcinoma，cSCC)。目前，有关lncRNA与皮肤癌的研究仍相对较少，更坚定了研究者探索这一领域的信心。

1 lncRNA概述

近年来，研究者才开始探索lncRNA的特异性表达及潜在作用。研究发现，lncRNA主要从表观遗传水平、转录水平和转录后水平来调控真核生物的基因表达，其中表观遗传调控包括与染色质直接结合使基因沉默或激活，参与组蛋白修饰来沉默基因以及募集染色质修饰抑制因子来参与等位基因的特异性沉默；转录水平调控是基因表达调控中最重要的环节，lncRNA主要通过调节转录因子的结合与装配，竞争性结合蛋白质编码基因的转录因子，与DNA形成三链复合物，影响RNA聚合酶Ⅱ的活性以及RNA干扰等方式完成转录水平的调控；lncRNA还通过与靶基因序列互补配对来调控转录后水平的剪接、拼接和翻译等过程[5,6]。

最近，研究者发现lncRNA在调控基因表达、细胞核的组成和划分、核质转移、染色质结构重组、转录和翻译、RNA稳定性和先天免疫等过程中发挥关键的调节作用[7,8]。因此，lncRNA很可能成为对肿瘤的发生、发展、预后判断和治疗有帮助的生物指标。

2 lncRNA与皮肤黑素瘤

黑素瘤(melanoma)又称恶性黑素瘤(malignant melanoma，MM)，简称恶黑，是起源于黑素细胞的恶性肿瘤，它最具侵袭性且极易发生远处转移；最常发生在皮肤，被称为皮肤恶性黑素瘤(cutaneous malignant melanoma，cMM)[9,10]。绝大多数患者在确诊时已进展到晚期，因此cMM的死亡率极高、总生存率极低[11]。为了阐明cMM的发病机制，研究者重点研究其分子生物学改变。通过对哺乳动物皮肤模型进行细胞功能性研究，发现lncRNA参与维持正常皮肤的内稳态以及调控从正常组织转变到黑素瘤的过渡阶段[4]。近年来，越来越多的证据指出，lncRNA显著影响cMM的发生、发展乃至转归，对cMM具有重大意义。

2.1 HOTAIR 有报道称，HOTAIR(HOX transcript antisense RNA)在MM组织中超表达，并显著提高肿瘤细胞的活性和侵袭性；敲除它则抑制肿瘤细胞的侵袭和迁移，并伴随细胞外基质的降解[12]。因此，HOTAIR发挥促癌作用，很可能参与cMM的发生和发展。

2.2 BANCR 研究发现，BANCR(BRAF-activated non-protein coding RNA)过量表达于人类MM细胞系和组织中[4,13,14]，其表达量随肿瘤的进展而增加[15]。有报道称，BANCR调控包括趋化因子CXCL11(C-X-C Motif Chemokine Ligand 11)在内的一系列迁移相关基因，敲除它显著影响MM细胞完整的迁移能力，而这种效应又能被CXCL11部分逆转[13,14]。因此，BANCR能够充当MM细胞迁移的调节器。此外，研究发现BANCR能通过激活MAPK信号通路促进MM细胞增殖，相反，敲除BANCR基因则使细胞外调节蛋白激酶和C-Jun氨基末端激酶沉默并因此抑制了MAPK信号通路[15]。LncRNA和MAPK信号通路间的密切联系构成一种新的调控机制，高效调控着MM扩散。综上所述，BANCR可以显著提高黑素瘤细胞的增殖和迁移能力，有益于cMM的形成和发展。

2.3 RMEL3 RMEL3是另一种与BRAFV600E密切相关的lncRNA，它的表达水平和BRAF突变的发生率成正相关[16]。最近，研究者发现RMEL3在MM中的表达极其丰富并且其表达量与肿瘤进展相关；他们还发现RMEL3促进BRAFV600E突变黑素瘤细胞的增殖，这种作用与MAPK和PI3K信号通路的激活有关[17]。因此，RMEL3有益于cMM的发展。

2.4 SPRY4-IT1 最近的研究发现，SPRY4-IT1(The SPRY4 intronic transcript 1)在人类MM中显著超表达，其表达水平与MM的发生部位和发展阶段密不可分[18-20]。SPRY4-IT1不但与多核糖体相关，而且能结合脂质磷酸酶磷脂2并导致其数量的增加，因此抑制了由脂质代谢和脂肪毒性引起的细胞凋亡，可能促进MM的形成[21]。此外，SPRY4-IT1还通过抑制MAPK信号通路促进MM的形成；敲除它则使MM细胞发生生长缺陷、侵袭和迁移减少以及凋亡率增加等改变[18,19]。这些突出显示了SPRY4-IT1作为致癌基因促进cMM的发生和发展。

2.5 MALAT-1 有报道指出在伴有淋巴结转移的黑素瘤中，lncRNA MALAT-1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1)在转移性病灶中高表达，而敲除它则削弱了MM细胞的迁移能力[22]。因此，MALAT-1作为促迁移的基因，潜在影响cMM细胞的生物学行为。

2.6 ANCR和TINCR 研究发现TINCR(tissue differentiation-inducing non-coding RNA)在分化期间被高度诱导，能够介导表皮分化的抑制过程，并与ANCR(anti-differentiation ncRNA，ANCR)一起参与调控表皮分化[23,24]。TINCR需要维持高丰度的mRNA来发挥作用，而大量负责表皮屏障功能的基因(例如聚角蛋白微丝和兜甲蛋白)对高丰度的mRNA是必要的。黑素瘤细胞初始逃离由角质形成细胞的生长控制产生的良性黑素瘤细胞的恶变，这就是黑素瘤的启动[25]。有证据指出，ANCR表达的升高和TINCR表达的降低有益于维持处于未分化状态的角质形成细胞，这很可能促使cMM形成；维持表皮内稳态最重要的是角质形成细胞和黑素细胞之间的相互作用，而黑素细胞的生长还受到角质形成细胞的严格监管[24]。综上所述，需要在ANCR和TINCR的表达水平之间维持一种微妙的平衡状态，这对获得角质形成细胞对黑素母细胞的最佳作用效果至关重要。这意味着，ANCR和TINCR一起共同调节人类的表皮分化，参与cMM的形成。

2.7 ANRIL和GAS5 近年来，同时修正多种肿瘤特异性基因异常的方法已成为一个新兴的治疗手段。因此，阐明ANRIL的功能以及它调控目前临床上与黑素瘤最相关的易感基因INK4a-ARF-INK4b基因位点的机制将极大地帮助我们理解它在黑素瘤中扮演的重要角色。最近，有报道称重排异常的INK4-hub基因能显著增强ANRIL抗黑素瘤的效率，从而获得有益的疗效，使ANRIL作为基因治疗的靶点更具现实意义[26]。此外，研究发现慢病毒介导的GAS5(growth arrest-specific transcript 5)超表达能够调停MMP2的表达和活动从而降低黑素瘤细胞的侵袭能力[27]；而GAS5低表达于黑素瘤细胞中，能通过调控明胶酶A和B介导黑素瘤细胞的转移[28]。因此，ANRIL和GAS5能作为抑癌基因显著抑制cMM的发展。

2.8 Llme23 最近，研究者在人黑素瘤细胞系YUSAC细胞中发现了一种特异性表达的lncRNA，并命名为Llme23；分析数据显示，Llme23超表达显著抑制原癌基因Rab的表达，潜在地影响YUSAC细胞的恶性属性，而敲除它则造成YUSAC细胞的生长缺陷；此外，Llme23能够直接结合PTB蛋白相关的剪接因子(即PSF)并启动黑素瘤，此外还能部分逆转PSF对原癌基因的抑制作用[29]。以上结果显示Llme23能作为致癌基因在cMM中发挥作用，这意味着Llme23参与cMM的病因学。

2.9 UCA1 有报道称尿路上皮癌胚抗原(urothelial carcinoma-associated 1，UCA1)在黑素瘤中超表达，而在体外，敲除UCA1能够抑制黑素瘤细胞的迁移[22]。研究发现UCA1参与的一个交互调控网络(即UCA1-miR-507-FOXM1轴)能够潜在参与黑素瘤细胞的增殖、侵袭以及G0/G1细胞周期停滞[30]。因此， lncRNA UCA1能促进cMM的发展。

2.10 SAMMSON 最近，研究发现一种在大多数人类黑素瘤细胞中差异性表达的lncRNA，这就是SAMMSON，它能促进黑素瘤细胞的生长和存活；此外，SAMMSON还能驱动黑素瘤线粒体的功能，这突出了在黑素瘤治疗过程中忽略BRAF、NRAS和p53状态时的一种新的细胞特异的脆弱性[31]。深入研究发现，沉默这个世系成瘾性的致癌基因能以一种肿瘤细胞特异性的方式来扰乱关键的线粒体功能，说明沉默这个lncRNA很可能产生高效且组织特异性的抗黑素瘤作用，这极有希望为临床治疗带来益处[32]。

2.11 SLNCR1和CASC15 最近，研究人员在黑素瘤细胞中发现了SLNCR(SRA-like non-coding RNA)，中的SLNCR1能通过转录上调MMP9来促进黑素瘤的侵袭作用[33]。此外，研究者还在MM细胞的第6号染色体的22.3位点上发现了一种lincRNA(long intergenic non-coding RNA)，即CASC15(cancer susceptibility candidate 15)，它的转录水平与恶性黑素瘤的进展呈正相关，还能充当一个关键的调节器来调控黑素瘤细胞从增殖状态过渡到侵袭状态[34]。因此，SLNCR1和CASC15在cMM中是重要的致癌基因，有利于cMM的发生、发展。

3 lncRNA与非黑素瘤皮肤癌

cBCC是最常发生的人类半恶性肿瘤，它起源于角质形成细胞，生长缓慢但能局部浸润[35]。cSCC是第二常见的NMCC，还是最常见的转移性皮肤肿瘤[36]。研究发现，角质形成细胞的分裂失控和分化抑制是肿瘤的特征性行为，二者共同强调了表皮内稳态和肿瘤进展之间的密切联系[4]。此外，角质形成细胞祖细胞(干细胞)的维持及其向表皮中角质形成细胞的分化均依赖于一组lncRNA基因[37,38]。因此，干扰角质形成细胞增殖可导致恶性转化，在临床上表现为一些皮肤恶性肿瘤。有报道称，lncRNA在NMCC的发生和发展过程中潜在地维持表皮内稳态[4]。当前的研究显示，存在一些在NMCC中差异性表达的lncRNA，这些lncRNA与微小RNA microRNA(miRNA)类似，很可能影响正常表皮分化发展到NMCC。

3.1 lncRNA与cBCC 迄今为止，研究者已经发现一些与cBCC密切相关的lncRNA，它们是：CASC15、SPRY4-IT1、ANCR和TINCR[4,37-39]。最初，研究发现ANCR能在祖细胞中抑制上皮细胞的分化，而它的表达在BCC中微微下调[38]。此外，研究发现ANCR和TINCR能够调控MAF(the v-maf avian musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene homolog)和MAFB(the v-maf avian musculoaponeurotic fibrosarcoma oncogene homolog B)，而MAF和MAFB能绑定并调控一些已知的上皮细胞分化转录因子基因，例如：GRHL3、ZNF750、KLF4和PRDM1[38]。最新的证据支持一个观点，即TINCR和ANCR能够调控MAF/MAFB诱导的上皮细胞转录因子网络，因此很可能参与形成BCC[39]。

3.2 lncRNA与cSCC 目前，仅仅有3个lncRNA被证实与cSCC有关，即：HOTAIR、TINCR和PICSAR[23,40-43]。HOTAIR作为一种新发现的癌基因，在cSCC与邻近周围正常组织中显著差异性表达[40]。此外，TINCR和STAU1蛋白质很可能与皮肤内稳态相关，但这个lncRNA-蛋白质复合物的作用机制还不清楚[41]。有趣的是，在cSCC中TINCR的表达反而被抑制[23,42]。TINCR很可能参与调控正常的表皮分化，并在其他易感的角质形成细胞中抑制肿瘤的进展，因此TINCR具有双重调控作用，这有助于理解如何从一个正常的上皮细胞转化为一个肿瘤细胞。最近，在cSCC中新发现一种特异性超表达的lncRNA，即PICSAR(p38 inhibited cutaneous squamous cell carcinoma associated lincRNA)；抑制p38α和p38δ丝裂原激活的蛋白激酶，PICSAR的表达是上调的；敲除PICSAR基因不但抑制cSCC的增殖和迁移，而且抑制人类cSCC异种移植的生长[43]。

4 展望

随着lncRNA研究的深入，人们在越来越多的疾病中发现了lncRNA的踪迹。临床上，lncRNA及其涉及的蛋白质很有希望作为新型的药物靶点来治疗转移性、复发性肿瘤、难治性创面等疾病。另一方面，由于lncRNA可以根据细胞状态、组织类型或疾病进行极其精准的调节，也可作为一种新型的生物标记，有助于早期诊断以及预测最终转移和死亡的可能性。

虽然lncRNA的数量很庞大，但目前仅有极少数在皮肤癌中被表征。当前的研究成果显示，lncRNA潜在调控皮肤的发育、内稳态乃至过渡到疾病状态等生物学进程。遗憾的是，lncRNA的基本特性(如种类繁多、原始序列所包含的信息少等)和有限的研究手段共同制约了我们对其分子调控机制以及在皮肤生理和病理过程作用的认识。但皮肤易于吸收药物的特性以及lncRNA自身的表达、功能和反馈调控机制等等，能够指导疾病的基因诊断、治疗以及确定疾病的分级标准和预后。

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(收稿：2016-12-13 修回：2017-02-06)

Research progress on long noncoding RNA in cutaneous cancer

GANQuan1,ZHOUXiaowei2,CHENXiaodong1,LIUYi2.

1.DepartmentofDermatology,AffiliatedHospitalofNantongUniversity,Nantong226001,China; 2.InstituteofDermatology,ChineseAcademyofMedicalSciences,JiangsuKeyLaboratoryofMolecularBiologyforSkinDiseasesandSTIs,Nanjing210042,ChinaCorrespondingauthor:CHENXiaodong,E-mail:dermatochen@163.comLIUYi,E-mail:dr.liuyi@gmail.com

Long non-coding RNA (lncRNA) is a non-coding RNAs (ncRNA), which plays an important role in cells differentiation, proliferation, apoptosis and cancer development. The lncRNAs associated with cutaneum carcinoma were reviewed in this article.

long non-coding RNA; cutaneum carcinoma; cutaneous malignant melanoma; non-melanoma cutaneous cancer

1南通大学附属医院皮肤性病科，江苏南通，226001 2中国医学科学院皮肤病研究所，江苏省皮肤病性病分子生物学重点实验室，江苏南京，210042

陈晓栋，E-mail: dermatochen@163.com 刘 毅，E-mail: dr.liuyi@gmail.com