恶性肿瘤中HOTAIRM1的调控作用及机制

赵俞乔，苏志雷，崔云甫，关沧海，姜兴明

(哈尔滨医科大学附属第二医院 胆胰外科，黑龙江 哈尔滨 150086)

长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)是一种长度超过200个核苷酸的非编码RNA，最初被认为是基因组转录的“噪音”或RNA聚合酶II转录的副产物。随着转录组测序技术的发展，lncRNA对mRNA剪接、染色质修饰、蛋白活性等一系列生物学过程的调节作用逐渐被揭示，并可以在表观遗传、转录和转录后水平等层面调控细胞内基因的表达[1-3]。近年来研究发现lncRNA对恶性肿瘤发生发展具有重要的调控作用，本研究团队也得到相同研究结果。粒细胞特异表达的HOXA转录本反义RNA1(HOXA transcript antisense RNA myeloid-specific 1, HOTAIRM1)是一种长度为5 415 nt的lncRNA，位于7号染色体HOXA基因簇HOXA1和HOXA2之间并与HOXA1的转录起始位点共享CpG岛，其在全反式维甲酸(all-trans retinoic acid, ATRA)处理的NB4细胞中呈高表达并诱导NB4向粒细胞分化。目前研究证实HOTAIRM1参与骨关节炎、多发性硬化等疾病的病理过程，并对房颤的诊断具有辅助作用[4-6]。此外，HOTAIRM1在多种恶性肿瘤中异常表达，能够在细胞分化、细胞周期和凋亡中发挥调控作用且与肿瘤患者的临床病理数据密切相关，可能作为肿瘤诊断和患者预后评估的分子标志物。本文就恶性肿瘤中HOTAIRM1的调控作用及机制作一综述。

1 HOTAIRM1与神经系统肿瘤

胶质瘤干细胞(GSC2、GSC5、U251-SLC、U87MG-SLC)中HOTAIRM1的两种转录本均呈异常高表达。过表达HOTAIRM1后功能实验检测发现肿瘤球形成能力显著提高，干性标志物NESTIN、OCT4(organic cation transporter 4)、SOX2(SRY-box transcription factor 2)表达上调且OCT4启动子区的转录活性增强；ATRA处理GSC2细胞后HOTAIRM1表达显著下调[7]。

胶质瘤干细胞中HOTAIRM1及其邻近基因HOXA2(homeobox A2)、HOXA3(homeobox A3)表达均增高；外源性沉默HOTAIRM1可以抑制胶质瘤干细胞的增殖、致瘤性和自我更新同时促进细胞凋亡发生。此外，HOTAIRM1在胶质瘤中显著上调且与肿瘤分级和患者生存密切相关；HOXA1(homeobox A1)、HOXA2和HOXA3在胶质瘤中表达同样增加且与HOTAIRM1表达正相关[8]。

胶质母细胞瘤(glioblastoma, GBM)中HOTAIRM1呈异常高表达并且其表达水平与WHO分级相关；利用小干扰RNA(small interfering RNA, siRNA)下调HOTAIRM1表达能够显著抑制肿瘤细胞增殖和迁移侵袭，同时诱导细胞凋亡[9-11]。目前已知HOTAIRM1促进GBM恶性生物学行为的途径有3条，第一条途径：HOTAIRM1与下游分子miR-137间存在结合位点且miR-137能够靶向调控原癌基因SP1(specificity protein 1)；沉默miR-137可以部分逆转HOTAIRM1 siRNA对SP1表达的抑制作用，即HOTAIRM1通过靶向结合miR-137进而上调SP1的表达来促进GBM的进展[9]。第二条途径：过表达HOTAIRM1通过与miRNA间的相互作用来海绵吸附miR-873-5p，阻断miR-873-5p与下游靶基因ZEB2的3′-UTR(untranslated region)结合，从而上调促癌基因ZEB2(zinc finger E-box binding homeobox 2)的表达[10]。第三条途径：HOTAIRM1与甲基转移酶G9a、EZH2(enhancer of zeste 2 polycomb repressive complex 2 subunit)以及DNA甲基转移酶(DNA methyltransferases, DnmTs)形成复合物，促使上述3种表观遗传修饰物从HOXA1转录起始位点分离，抑制组蛋白H3K9me2和H3K27me3的去甲基化来激活促癌基因HOXA1的转录[11]。

对3例星型细胞瘤患者和3名健康对照者血清lncRNA表达谱进行芯片检测分析筛选出338种差异性表达的lncRNAs(上调246种、下调92种)，其中HOTAIRM1表达下调最为显著。ROC(receiver operating characteristic)曲线分析结果显示血清HOTAIRM1表达检测诊断星型细胞瘤的曲线下面积为0.730，进一步数据分析证实低表达HOTAIRM1患者的星形细胞瘤WHO分级较低且3年总生存率低于高表达组患者。HOTAIRM1靶基因预测和分析结果提示HOTAIRM1可能通过参与miRNA生物合成或介导RNA调节等信号通路发挥调控作用[12]。

胶质瘤中HOTAIRM1表达增高并与胶质瘤的临床特征(年龄、Karnofsky评分、WHO分级、组织病理学等)和分子特征(PTEN、TP53、MGMR等)密切相关；多因素COX回归分析证明HOTAIRM1是评估患者预后的独立危险因素。沉默HOTAIRM1可抑制胶质瘤细胞的增殖、迁移、侵袭和上皮间质转化进程(epithelial-mesenchymal transition, EMT)同时提高肿瘤对替莫唑胺的敏感性。该研究团队构建由抑癌基因miR-129-5p、miR-495-3p及13个与肿瘤进展/微环境密切相关的ceRNA(competing endogenous RNA)关键基因网络；随后的逆转实验中沉默HOTAIRM1后抑制miR-129-5p、miR-495-3p仅能恢复一组关键基因的表达，这提示HOTAIRM1的作用还能够通过非ceRNA途径对关键基因进行调控。此外，过表达HOTAIRM1能够增强T细胞介导的免疫和炎性反应从而实现免疫激活[13]。

2 HOTAIRM1与消化系统肿瘤

30例肝细胞癌肿瘤组织和癌旁正常组织的定量检测发现肝细胞癌中HOTAIRM1表达显著降低且低表达组患者无进展生存期缩短；ROC分析表明HOTAIRM1对肝细胞癌的诊断具有较高敏感性和特异性(AUC=0.7533,P=0.000 755)。过表达HOTAIRM1能抑制肿瘤增殖并加速细胞凋亡，并且使促凋亡蛋白Bax的表达提高，抗凋亡蛋白Bcl-2和Bid的表达降低。此外，具有促肿瘤恶性生物学行为作用的Wnt通路相关蛋白(Akt1、pGSK-3β、β-catenin)的表达也出现下降[14]。

HOTAIRM1在结直肠癌(colorectal cancer, CRC)组织和细胞中表达下调且下调程度在5-氟尿嘧啶(5-fluorouracil, 5-FU)耐药的CRC中更为显著。细胞实验发现过表达HOTAIRM1能够抑制5-FU耐药CRC细胞的增殖、迁移和侵袭能力，并且下调耐药关键基因MRP1(multidrug resistance-associated protein 1)和MDR1(multidrug resistance gene 1)的表达从而降低肿瘤耐药，外源性沉默miR-17-5p则产生相反的效应；低表达的HOTAIRM1能够靶向吸附促癌基因miR-17-5p进而下调抑癌基因BTG3(BTG anti-proliferation factor 3)的表达[15]。

CRC患者血浆中HOTAIRM1水平低于健康对照组；以0.003为ROC曲线截断点时HOTAIRM1对CRC的诊断灵敏度为64.00%且特异性为76.50%(AUC=0.780)，这与癌胚抗原CEA性能无显著差异但优于CA19-9和CA125；HOTAIRM1与CEA联合检测可将诊断灵敏度提高到84.00%但不改变特异性[16]。

HOTAIRM1在胃癌组织和细胞呈下调表达并且与TNM分期和淋巴结转移密切相关。上调HOTAIRM1与下调miR-17-5p均能够抑制肿瘤的增殖和迁移，同时诱导细胞凋亡发生。双荧光素酶实验证实HOTAIRM1和miR-17-5p、miR-17-5p和PTEN间均存在结合位点，HOTAIRM1作为ceRNA竞争性结合miR-17-5p进而上调抑癌基因PTEN(phosphat-ase and tensin homolog)的表达，并且HOTAIRM1与PTEN均可通过抑制PI3K/AKT通路来负向调控胃癌的发生和发展[17]。

对47例胰腺导管腺癌组织和5种细胞系进行定量检测发现：HOTAIRM1呈明显的异常上调表达且与KRAS(KRAS proto-oncogene, GTPase)的突变表达水平正相关。胰腺癌SW1990和PANC-1细胞中转染siRNA沉默HOTAIRM1后肿瘤的增殖和迁移侵袭能力受到抑制，细胞周期被阻滞于G0/G1期，同时凋亡标志物Bax和Bad表达提高而抗凋亡蛋白Bcl-2表达降低。此外，低表达HOTAIRM1还能够上调E-cadherin并下调N-cadherin来抑制EMT进程[18]。

3 HOTAIRM1与其他肿瘤

I型子宫内膜癌组织中HOTAIRM1和HOXA1 mRNA的表达明显高于正常子宫内膜组织且HOXA1蛋白表达同样增高；HOTAIRM1的表达与HOXA1转录和翻译水平呈正相关。临床病理学资料分析结果显示HOTAIRM1和HOXA1的表达与FIGO分期和淋巴结转移密切相关。体外细胞实验中敲低HOTAIRM1表达或沉默HOXA1均可显著抑制细胞增殖、迁移、侵袭和EMT，而HOTAIRM1或HOXA1过表达则产生相反作用；裸鼠异种移植瘤模型中下调HOTAIRM1或HOXA1均能够减缓移植瘤的生长[19]。

HOTAIRM1在非小细胞肺癌表达明显升高且与组织病理学分化程度、肿瘤大小、TNM分期以及Ki-67标记指数显著相关。同时，利用Kaplan-Meier分析总生存率与HOTAIRM1表达间的关系，结果表明：低表达HOTAIRM1患者总生存率更高；在亚组分析中HOTAIRM1表达低的肺腺癌患者、吸烟患者、Ⅰ期及Ⅱ期患者总生存率更高，而肺鳞状细胞癌患者和不吸烟患者的HOTAIRM1表达与总生存率间无差异[20]。

髓源性抑制细胞(myeloid-derived suppressor cells, MDSCs)是一种具有免疫抑制功能的未成熟髓系细胞异质性群体，通过释放Arg1(arginase 1)沉默T细胞的免疫应答来实现免疫抑制[21]。肺癌组织MDSCs中的HOTAIRM1表达水平降低且MDSCs在外周血中占比与Th1/CTL比值呈负相关(r=0.5261,P<0.01)；过表达HOTAIRM1能够减轻MDSCs的免疫抑制作用并减少健康供体外周血单核细胞中MDSCs的产生。与健康对照组相比肺癌患者外周血细胞中HOTAIRM1水平下降，过表达HOTAIRM1能上调MDSCs中HOXA1；HOXA1的表达水平与MDSCs数量和Arg1表达呈负相关而与Th1/CTL比值呈正相关。上述实验结果提示：HOTAIRM1通过上调HOXA1表达阻断MDSCs的免疫抑制，从而增强机体抗肿瘤免疫反应并延缓肿瘤进展[22]。

HOTAIRM1在头颈部肿瘤组织和细胞中表达下调；过表达HOTAIRM1能够抑制肿瘤细胞在体外的增殖、迁移和侵袭并诱导凋亡发生，同时减缓裸鼠体内肿瘤生长。进一步的机制研究发现HOTAIRM1与miR-148a间存在结合位点，二者在表达上呈负相关；生物信息学分析和双荧光素酶实验结果证实miR-148a与下游靶基因DLGAP1 3′-UTR相结合，上调HOTAIRM1可增加抑癌基因DLGAP1(DLG associated protein 1)的表达，即HOTAIRM1通过HOTAIRM1/miR-148a/DLGAP1轴调控人头颈部肿瘤的发生发展[23]。

肾透明细胞癌中HOTAIRM1的特异性剪切体HM1-3亚型表达降低，并参与诱导胚胎干细胞的肾系分化；在永生化细胞和肿瘤细胞中HM1-3的表达则受到抑制。进一步实验发现在氯化钴诱导CAKI-1产生的低氧应激细胞中HOTAIRM1、HIF1α(hypoxia inducible factor 1 alpha)蛋白及HIF1α的下游基因ANGPTL4(angiopoietin like 4)表达均下调；常氧条件下利用siRNA沉默CAKI-1细胞中HOTAIRM1后证实HIF1α蛋白及ANGPTL4表达降低但HIF1α mRNA无明显改变，这提示HOTAIRM1在转录后水平对HIF1α进行调控从而促进低氧通路关键基因ANGPTL4的表达[24]。

4 问题与展望

HOTAIRM1在恶性肿瘤中的调控作用和机制已得到初步揭示，但仍有许多问题尚未得到解决，如HOTAIRM1为何会在不同肿瘤中分别呈现促癌和抑癌的作用，其对肿瘤形成过程又有何影响，上述问题仍需要未来更系统的大样本队列分析以及对HOTAIRM1上下游分子进行更深层次的实验研究。相信在不久的将来，HOTAIRM1能作为新型生物标志物与分子治疗靶点为肿瘤患者带来新的希望。