长链非编码RNA在急性髓细胞白血病发生发展中的作用及其机制研究进展

黄涵英，孙京男，刘相良，李薇

(吉林大学第一医院，长春130021)

长链非编码RNA (long non-coding RNA, lncRNA)是指一类长度超过200个核苷酸且不编码蛋白质的RNA分子的总称。该RNA有以下不同分类方式[1]：根据lncRNA在基因组上的方向可将其分为正向型、反向型、双向型；根据lncRNA在基因组上的位置可分为内含子型、基因间型、嵌合型；根据lncRNA的分子机制可将其分为信号分子、诱饵分子、引导分子、骨架分子及复合分子。与编码蛋白质的信使RNA(即mRNA)相比，lncRNA更多是具有细胞特异性的低水平表达[2]，说明lncRNA可能主要发挥调控作用。进一步的研究[3]发现，lncRNA在细胞功能和基因调控中起着重要的作用，尤其与肿瘤的发生发展密切相关；在恶性血液疾病中，lncRNA不仅与淋巴瘤密切相关，还与白血病密切相关。急性髓细胞白血病(acute myeloid leukemia,AML)是一类具有多种遗传变异的髓系造血干/祖细胞克隆性疾病，其发病机制仍不完全清楚。近年来,随着二代基因测序技术的高速发展，越来越多的lncRNA被发现与AML的发生发展密切相关，而且已经证实一小部分lncRNA与恶性血液病有决定性的联系。深入研究lncRNA在AML的发生发展中的调节作用，对于AML的靶向治疗将具有重要意义。现将有关lncRNA在AML发生发展中的作用及作用机制研究进展情况综述如下。

1 机体lncRNA的作用及其机制

lncRNA可以作为信号分子、诱饵分子、引导分子和骨架分子，参与机体的各种生物过程。首先，作为信号分子，lncRNA可以反应染色体的功能状态。lncRNA通过结合靶向位点，导致染色体的活性发生变化，引起表型改变。例如，X染色体中单等位基因特异转录本(Xist)的失活[4，5]，是通过将多梳家族蛋白2复合物募集到Xist启动子区域，lncRNA Xist转录物高度特异性地从X染色体去活化中心(Xic)转录，转录产物顺着X染色体覆盖基因表达区域，导致染色体基因表达的抑制。另外，反义lncRNA Tsix是Xist的抑制因子，而X染色体失活过程积累的lncRNA Jpx是Xist的激活子。这些参与其中的lncRNA不仅说明了染色体剂量补偿效应，还反映X染色体失活的沉默状态。第二，lncRNA作为诱饵分子，可以正向或负向调节靶基因的转录。在生物过程中，lncRNA与某些分子相似，竞争性结合靶向位点，导致靶基因的转录活性异常，影响机体的生理代谢。这种作用方式也被称为竞争性内源RNA(即ce-RNA)。第三，作为引导分子，lncRNA可以与蛋白质或DNA结合，从而指导结合复合物顺式或反式靶向调节靶基因的表达。这种引导作用通常利用lncRNA特异性的空间构象，不仅与染色质局部区域的变化相关，而且与染色质的远端结构相关[6]。第四，lncRNA也可以作为多种底物结合复合物的骨架。除了传统的蛋白质能够为多种复合物的形成过程提供平台以外，lncRNA也能为功能性复合物的形成提供中心平台，这对许多生物信号的传递、分子间作用以及信号本身的特异性和动力学的精确调节具有重要意义。需要强调的是，许多lncRNA是一个复合性功能分子，其发挥作用可能同时存在多种分子机制。例如，Xist可以是信号分子，也可以是指导附近基因表达的引导分子。lncRNA HOTAIR更是多功能的复合分子。lncRNA可以是信号分子，也可以是调节远处基因的引导分子，更是复合物结合的骨架平台。

2 lncRNA在AML发生发展中的作用及其机制

与AML发生发展相关的lncRNA主要有H19、HOTAIRM1、PVT1、MEG3、 Gas5、IRAIN、HOTAIR等，在AML发生发展过程中它们分别通过不同的作用机制发挥了不同的作用。

2.1 H19维持造血干细胞的静息状态 印记基因H19是第一个被发现的lncRNA，其位于染色体11p15.5，全长2 300 bp，富含于胚胎胎肝，胎儿出生后表达下降。H19介导成人造血干细胞维持静息状态。在胚胎的发生过程中，H19由母系等位基因转录，调节生长发育。H19在长期造血干细胞中保持活性，在短期造血干细胞和多能干细胞中表达逐渐减少[7]，敲除亲本等位基因中的H19基因后造血干细胞保持静息的能力下降(即造血干细胞活化和增殖增强)，但再生能力受损。这种维持染色体静息状态的作用机制是在转录水平和转录后水平激活IGF2-IGF1R通路，即通过上调母系IGF2表达和增加IGF1R翻译来增强信号传导。由此推测，随着H19增加或减少，将影响造血干细胞的活性，影响造血功能，从而引发AML。

2.2 HOTAIRM1促进早幼粒细胞的髓系分化 lncRNA HOTAIRM1是髓细胞系特异性长链非编码转录物，由染色体7p15的HOXA1和HOXA2基因之间的基因座转录，调控髓样分化基因(如CD11b和CD18)，而敲除HOTAIRM1使全反式维甲酸诱导的髓系分化受到阻碍。有学者[8]指出，在基因表达水平，HOTAIRM1调节由整合素控制的细胞周期进程，进而调控髓细胞成熟。一项研究[9]发现，在粒细胞分化过程中，转录因子PU.1可通过与HOTAIRM1的调节区域结合而直接激活HOTAIRM1的表达，而PU.1表达减少可导致HOTAIRM1表达减少。可见，PU.1基因功能的缺陷可能会促进AML的发生。HOTAIRM1来源于HOXA簇，进而调控HOXA簇中的相邻基因，表明该lncRNA通过调节HOXA基因座相邻基因的表观遗传状态来调节髓细胞[10]。另一项研究[11]发现，在AML初诊断时，HOTAIRM1的表达水平可以提供更多相关的预后信息。

2.3 PVT1抑制早幼粒细胞的髓系分化 lncRNA PVT1 位于染色体8q24上，与致癌基因c-myc共享位置。PVT1可促进急性早幼粒细胞白血病中白血病细胞的增殖[12]，也就是说，PVT1抑制粒细胞分化，导致疾病发生。PVT1的致癌活性与髓细胞组织增生(myelocytomatosis，MYC)密切相关，MYC的过度表达可诱导癌细胞过度增殖。在大约10%的AML患者中可以观察到，PVT1的表达需要高表达水平的MYC蛋白，而后者处于染色体8q24.21扩增的人类癌细胞中；而相对地，PVT1通过直接作用使MYC免受降解[13]。另外，PVT1也作为间接调控MYC的microRNA前体，来源于PVT1基因座外显子1b位点的Hsa-miR-1204已被证实能够提高MYC的表达水平[14]。PVT1和MYC的共扩增作用结果提示了lncRNA的拷贝数与AML发生发展有一定关系。

2.4 MEG3抑制白血病细胞的发生发展 lncRNA MEG3 是一类新发现的肿瘤抑制因子，在多种肿瘤形成发展中有重要调控作用。MRG3位于染色体14q32.3上，其长度约为1 600 bp，可表达于正常组织，例如脑、垂体、胎盘、肾上腺、胰腺和卵巢等。但在AML细胞中，MEG3表达普遍下调，且其启动子的高甲基化是AML预后不良的标志。可见，MEG3的失活可能是由于其启动子的甲基化所致。姚红霞等[15]发现，AML细胞中MEG3的启动子高甲基化可能是因为TET2活性减低所致。最新研究[16]表明，MEG3抑制AML的发生，而TET2失调的WT1-MEG3轴明显促进AML的发生。另外，microRNA-22也可以调控MEG3在AML中的表达[17]。MEG3的这些作用机制为AML的诊断提供了新思路，也为AML潜在的治疗措施提供了依据。

2.5 Gas5促进白血病细胞的增殖 lncRNA Gas5位于染色体1q25，长约630 bp，是“诱饵分子”机制的典型例子，与白血病细胞系增殖有关。因为Gas5具有类似于糖皮质激素受体(GR)的DNA结合结构域的发夹结构，故Gas5可以作为“糖皮质激素反应元件(GRE)”与DNA的GRE竞争结合，通过调节GR的转录活性来影响机体饥饿期间的细胞活力和代谢活性。因竞争性内源性RNA的作用机制，Gas5可保护白血病细胞免受化疗药物的凋亡[18]。这一发现提示，针对具有Gas5高表达的AML患者，可应用与其竞争性结合的靶向药物，抑制白血病细胞的增殖。

2.6 IRAIN抑制白血病细胞的发生 lncRNA IRAIN 位于IGF1R基因区内，5′端起始点位于IGF1R内含子1中，跨越IGF1R启动子区域，全长5 366 bp，与IGF1R编码方向相反，为IGF1R的反义lncRNA。研究[6]发现，IRAIN在低危组AML患者中表达上调，在高危组AML患者中表达下调；与此同时，IGFR1在高危组白血病患者中具有高表达趋势。在AML细胞中，IGF1R表达增高及苏素化水平升高，与AML细胞增殖有关；抑制IGF1R赖氨酸1100及1025苏素化，可抑制AML细胞的存活[19]。IRAIN可作为抑癌基因，通过调节IGF1R空间结构，形成启动子及增强子内环，表观水平上调控IGF1R表达及功能。

2.7 HOTAIR促进白血病细胞的增殖 作为骨架分子，lncRNA HOTAIR位于染色体12的HOXC 基因簇内，其5′末端的300个核苷酸序列与多梳抑制复合物2 (PRC2)相互作用，使组蛋白H3赖氨酸27甲基化，导致HOXC 基因抑制；同时，由其3′末端的700个核苷酸结构域与LSD1/CoREST/REST复合物结合，使组蛋白H3赖氨酸4去甲基化，导致HOXC 基因表达。HOTAIR是PRC2和LSD1/CoREST/REST之间的连接支架和桥梁。在AML细胞凋亡中，HOTAIR的敲除可抑制AML细胞的生长和克隆的形成，并诱导AML细胞的凋亡[20]。近年来多项研究[21,22]也表明，HOTAIR的表达高低与AML的临床表现及预后分层有明确相关性。然而，也有人[23]证实HOTAIR的表达水平在AML患者和健康个体之间没有显著差异。这表明目前HOTAIR还不是AML诊断及分层的可靠标志物，需要在进一步研究中证实，或许与HOTAIR的骨架作用机制有关联。

2.8 其他lncRNA 对AML的作用 除了上述lncRNA，人们还发现了其他与AML相关的lncRNA,如NEAT1的低表达可能促进早幼粒细胞的髓系分化[24]，UCA1的沉默明显抑制了AML细胞的增殖[25]，RUNXOR在AML患者中表达上调并可能促进AML的发生发展[26]， CCDC26通过调节KIT的表达调节白血病细胞的生长[27]。

总之，多种lncRNA 在AML的发生发展过程中发挥了重要的调节作用，但其作用机制尚未完全明确，lncRNA与其他分子的相互作用仍是谜底。对lncRNA在AML的发生发展过程作用机制的进一步研究，将为AML的诊断、危险分层及预后提供更多信息，也会为AML的靶向治疗奠定基础。