肿瘤转移新靶点HOTAIR与胃癌生物学行为的研究进展

尹磊 魏云海 孙燕来

1湖州市中心医院普外科（浙江湖州 313000）；2山东大学附属山东省肿瘤医院（济南 250117）

胃癌（gastric cancer，GC）是世界上第四大常见恶性肿瘤，发病率呈逐年上升趋势［1］。临床上，胃癌发病隐匿，早期诊断困难，晚期疗效不佳，已成为主要的肿瘤相关死亡原因。胃癌的发生是一个多阶段、多基因变异累积的复杂过程。当前研究［2］显示，诸如变异基因、微小RNA和长链非编码RNA（long non⁃coding RNAs，lncRNAs）等均与胃癌的发生进展密切相关。因此，对于研究胃癌的分子机制，寻找新的生物标志物和治疗靶点十分有必要。

lncRNAs主要位于细胞核或细胞质内，广泛参与细胞内的各种生化反应过程。在肿瘤中，lncRNAs是作为一种新的重要调节因子参与癌症的发生、发展及耐药过程［3］。HOX转录反义RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）是lncRNAs家族中的一员，已被确定为胃癌相关的lncRNA。本文对HOTAIR在胃癌中的表达、功能研究、调控机制及潜在的临床应用价值作一综述，阐述HOTAIR在其他类型肿瘤中的相关机制研究，以便更全面的了解HOTAIR与胃癌的关系。

1 HOTAIR概述

HOTAIR最初被美国斯坦福大学在研究HOXA⁃HOXD家族表观遗传学调控的过程中发现。HOTAIR属于同源异型盒基因家族，仅存在于哺乳动物中，其序列保守性较低，但结构保守性较高［4］。人类HOTAIR基因位于染色体12q13.13区域，在HOXC基因家族HOXC11和HOXC12编码区之间。与两侧基因不同，HOTAIR具有反式转录调控作用，其主要转录产物是从包含有6个外显子、长度6 449 bp的基因位点转录而成的长度为2 364 bp的RNA。人类HO⁃TAIR基因可以通过选择性剪接而转录成多种变体。近来，一项使用靶向RNA捕获技术的研究确定了6个主要的HOTAIR剪接变异体，并提出了一个可供选择的剪接位点，可以消除与多梳蛋白抑制复合体2（polycomb repres⁃sive complex 2，PRC2）结合的基因域［5］。HOTAIR的剪接变异体在生理或病理环境中是否被调节以及变异体是否可因其不同结构而发挥不同的功能对于目前的肿瘤研究具有重要意义。

HOTAIR的生物学作用是通过不同片段特异性召集一系列复杂蛋白复合体以实现对下游目标基因的调控［6］。HOTAIR 5′末端的89 bp片段与PRC2结合，3′末端的646 bp片段与组蛋白去甲基化酶复合体（LSD1/CoREST/REST）结合［7］。PRC2是重要的基因抑制性复合物，由EED、EZH2和SUZ12等亚基共同组成。EZH2是一种甲基转移酶，在多种肿瘤中表达异常，参与肿瘤抑制基因的沉默。HOTAIR 5′结构域与PRC2复合体结合，通过反式作用方式影响染色体组蛋白H3第27位点的赖氨酸三甲基化（histone H3 lys27 trimethylation，H3K27me3），继而导致下游抑癌性靶基因沉默［8］。LSD1/CoREST/REST复合物含有赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶1（lysine specifi c demethylase 1，LSD1），这是一种组蛋白脱甲基酶，可通过H3组蛋白第4位赖氨酸二甲基化（histone H3 dimethyl Lys4，H3K4me2）来调控靶基因表达［9］。HOTAIR3′结构域与LSD1/CoREST/REST复合物结合，介导H3K4去甲基化以影响靶基因表达［10］。然而，LDS1和PRC2调控的靶基因极为广泛。因此，改变HO⁃TAIR的表达水平可能导致极其复杂的生物学效应。实验表明，HOTAIR基因敲除的小鼠失去了对HOXD基因家族表达的抑制作用，表现出了脊柱弯曲以及掌骨畸形等畸变［11］。

2 肿瘤中HOTAIR过表达特征

HOTAIR在包括胰腺癌、结直肠癌及肺癌等癌组织中均过表达，并与肿瘤转移及预后不良关系密切［12］。目前，HOTAIR过表达被认为是上皮来源恶性肿瘤的重要特征性分子事件。在结直肠癌中，HOTAIR的过表达与肿瘤恶性程度及临床分期呈正相关，特别是结肠癌肝转移的患者［13］。在乳腺癌中，HOTAIR的表达显著上调，其高表达状态增加了肿瘤的侵袭性和转移性，与总生存期和无病生存期呈明显的负相关性［14］。CHENG 等［15］对胰腺癌RNA表达谱分析发现，正常胰腺组织内HOTAIR表达较胰腺癌组织低、淋巴结转移阴性组HOTAIR表达较淋巴结转移阳性组低、病理分期T2组HOTAIR表达较T3组低。因此，HOTAIR过表达是多数恶性肿瘤预后不良的独立危险因素。

3 HOTAIR在胃癌中的表达

与正常胃粘膜上皮相比，HOTAIR的表达水平在胃癌组织中显著升高。HOTAIR在胃癌中的表达升高是否由扩增，缺失或点突等遗传突变引起尚不清楚。研究显示，HOTAIR内含子2中位于转录起始位点下游的+1 719 bp和+2 353 bp之间存在增强子样区域［16］。HOTAIR单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphism，SNP）在不同样本中的病例-对照研究中发现，增强子区域上的rs920778与胃癌发病风险相关［17］。rs920778 TT、rs920778 CC与胃癌组织中HOTAIR的高表达状态相一致，但前者更甚。与rs920778CC携带者相比，rs920778 TT携带者患胃癌的风险显著增加。在中国人群中，DU等［18］发现HOTAIR的功能性SNP rs4759314与胃癌易感性有很强的相关性。SNP rs4759314位于内含子启动子区域并影响该启动子的活性，调控HOTAIR的表达。GUO等［19］也报道了HOTAIR多态性与贲门腺癌（gastric cardia adenocarcinoma，GCA）风险之间的关系，并确定标签SNP rs12826786不仅与GCA风险相关，而且对HOTAIR表达具有基因型特异性效应。因此，SNP可影响lncRNA的调控，部分解释了胃癌具有遗传倾向。

致癌蛋白对HOTAIR的直接转录激活是其在瘤细胞中表达上调的机制之一。Myc蛋白可通过特异性结合靶基因中E⁃box核心元件来调控下游基因。在胆囊癌中，Myc即通过激活HOTAIR基因的转录起始位点上游1 053 bp处的E⁃box来促使HOTAIR转录［20］。Myc在超过40%的胃癌组织中过表达，已有研究［21］显示lncRNA H19在胃癌中被Myc转录激活，但对HOTAIR的作用机制尚需进一步研究。

与蛋白质编码基因相似，miRNAs也以碱基配对的形式作用于靶标lncRNAs［22］。在HOTAIR的外显子6中含有miR⁃34a和miR⁃141的靶位点，它们均可以抑制HOTAIR的表达，最终导致癌细胞的增殖及侵袭能力降低［23-24］。let⁃7i的靶位点也在外显子6中，HOTAIR的水平可因let⁃7i的过表达而降低，主要原因是HOTAIR，let⁃7i，Ago2和RNA结合蛋白人抗原R组成的异源四聚体的形成［25］。在胃癌中，miR⁃34a、miR⁃141及let⁃7i均为重要的抑制性miRNAs，可介导HOTAIR表达降低［26］。

在研究乳腺癌HOTAIR时发现，已建立的乳腺癌细胞系中HOTAIR的表达要比乳腺癌组织低得多，这种明显的差异可能归因于肿瘤微环境中存在大量的肿瘤促进因子激活HOTAIR的表达而细胞培养液中却缺乏［27］。在胃癌中，转化生长因子-β通过对蛋白激酶Bb/Akt2的异构体特异性刺激来终止PCBP1蛋白磷酸化的激酶级联反应，继而诱导EMT特性，而PCBP1和HOTAIR在胃癌发病和转移进程中具有相反的作用［28］。因此，研究肿瘤微环境中的各种因子对HOTAIR在胃癌中的调控将十分具有吸引力。

4 HOTAIR在胃癌中的作用

lncRNA和miRNA间的交联在胃癌中发挥重要作用。正如上所述，HOTAIR的表达可由如miR⁃34a、miR⁃141等肿瘤抑制性miRNA调节，而HOTAIR也可拮抗相关肿瘤抑制性miRNA［9］。在胃癌中，HOTAIR的更典型特征是具有竞争性内源RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）的功能。LIU等［29］通过RNA结合蛋白免疫沉淀技术发现，HO⁃TAIR作为ceRNA，通过互补的靶位点捕获miR⁃331⁃3p，从而上调miR⁃331⁃3p靶向致癌基因HER2的表达，进一步调控胃癌细胞的增殖和迁移。miR⁃152可在胃癌组织中异常表达，并且靶向调节HLA⁃G的表达。HLA⁃G可通过抑制各种免疫细胞的功能，在肿瘤细胞逃脱宿主免疫监视中起重要作用。HOTAIR作为ceRNA竞争性结合miR⁃152来上调HLA⁃G的表达，提高肿瘤免疫耐受，促进胃癌发展［30］。

EMT是肿瘤转移的关键过程，被定义为上皮细胞失去上皮特征并获得典型的间充质细胞的特征。XU等［31］发现HOTAIR可通过Snail来促进胃癌EMT进程。通过转染siRNA 抑制 HOTAIR 后，基质金属蛋白酶⁃1（MMP⁃1）和MMP⁃9的水平被抑制，E⁃cadherin和ZO⁃1等蛋白表达上调，逆转EMT过程。因此，沉默HOTAIR可抑制胃癌细胞的侵袭。LIU等［29］进一步研究发现EZH2可以直接结合miR⁃34a的启动子区域并介导H3K27me3修饰。因此，通过招募PRC2，HOTAIR可沉默miR⁃34a表达，继而致snail表达上调，促进胃癌EMT发生［32］。

细胞周期和细胞凋亡的调控对胃癌的发展起关键作用。越来越多的证据表明抑制HOTAIR表达对于促进癌细胞凋亡和减少癌细胞侵袭是十分有效的［31］。最近一项研究显示，在胃癌细胞株KATOⅢ中用小干扰RNA敲除HOTAIR不仅可以将肿瘤细胞阻滞在G0/G1期从而抑制其增殖，而且下调HOTAIR的表达后可以显著诱导肿瘤细胞凋亡。其具体作用机制是敲除胃癌细胞中的HOTAIR可以促使线粒体释放一种具有修复单链DNA的PARP⁃1酶，其功能与细胞凋亡蛋白酶及细胞色素C类似［33］。

5 HOTAIR在胃癌中的临床价值

HOTAIR可作为胃癌患者潜在预后指标。多项研究表明，HOTAIR表达水平与肿瘤大小、病理分期及转移成正相关［34］。相关荟萃分析也显示HOTAIR高表达的胃癌患者预后较差，总生存期明显缩短［35］。在接受氟尿嘧啶和铂类化疗的晚期胃癌患者中，HOTAIR同样具有很好的总生存期预测性［35］。另外，HOTAIR还可作为胃癌腹膜转移的独立预后和危险因素［36］。这些均表明HOTAIR与胃癌的预后关系密切，是重要的预后指标。

临床上，常用肿瘤标志物如CEA、CA19⁃9等在胃癌中的灵敏度和特异性欠佳，不能在诊断及治疗中提供很好的参考价值，使患者失去了最佳治疗时机［37］。而HOTAIR与胃癌的发生、转移、耐药及预后均息息相关，可以作为胃癌的生物标记物［29］。与肿瘤特异性miRNA一样，HOTAIR在各种生物标本中具有稳定性、可检测性和特异性，包括血清和尿液，甚至胃液中，适合于通过非侵入性手段进行检测［38］。因此，HOTAIR可以被定量检测而应用于临床诊治，可行性较高［39］。

越来越多的研究报道，HOTAIR有望成为胃癌的治疗靶点。LEE等［33］研究发现，用小干扰RNA沉默HOTAIR，可显著抑制MKN28、MKN74和KATOⅢ等胃癌细胞的生长和增殖。在体内实验，下调HOTAIR表达能有效抑制胃癌细胞的增殖和侵袭，促进细胞凋亡，抑制肿瘤生长和转移［40］。MA等［41］研究发现，中药提取物薯蓣皂苷可通过下调HOTAIR的表达而显著抑制胃癌细胞株的增殖。所以，以上研究结果均提示HOTAIR是一个十分具有吸引力的胃癌治疗新靶点。

化疗是临床上治疗胃癌的重要手段之一，但常常受限于肿瘤耐药的产生。当前，肿瘤耐药与表观遗传学之间的关系已得到了证实。YAN等［42］研究发现，HOTAIR可直接靶向抑制miR⁃126的表达并激活PI3K/AKT/MRP1信号通路，上调多药耐药相关蛋白1的表达，促进胃癌发生耐药。也有研究表明，HOTAIR过表达与顺铂耐药有关，传统化疗药物与HOTAIR抑制剂的联合应用可能会克服肿瘤细胞的耐药性［43］。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。最近一项临床研究发现，在ⅢA、ⅢB期接受氟尿嘧啶和铂类药物化疗的胃癌患者中，HOTAIR表达越高者越容易发生肿瘤耐药［44］。因此，在晚期胃癌患者中，可以通过检测HOTAIR的表达来判定患者是否能从氟尿嘧啶和铂类药物中获益。

6 目前的挑战及未来的方向

胃癌是世界上最紧迫的健康问题之一，恶性程度高，复发风险大。HOTAIR有望成为胃癌新的诊断与治疗靶点。然而，HOTAIR进一步应用于临床仍有不少挑战。首先，HOTAIR⁃PRC2和 HOTAIR⁃LSD1相互作用机制还未完全清楚［45］。因为PRC2、LSD1与数千个lncRNAs均相互关系，其功能也受到这些lncRNA的多向调节。另一个挑战是EZH2介导的非组蛋白甲基化。毫无疑问，抑制HOTAIR或EZH2均阻碍胃癌的进展。然而，这些研究中的实验设计还不能排除基因表达的改变和细胞生物学行为等因素通过EZH2对转录因子和其他非组蛋白的甲基化的影响［46］。除此之外，HOTAIR是否还通过别的方式参与下游基因的表达调控也需要更多的实验研究。

总之，HOTAIR具有重要的的诊断和治疗潜能，现已经成为胃癌新的调节因子。HOTAIR临床应用的实现需要进一步研究HOTAIR不同功能结构域的作用机制以及其在胃癌中的促瘤机制，从而实现胃癌的精准治疗。