LncRNA H19在肿瘤发病中的作用机制研究进展①

朱 敏 郗雪艳 杜伯雨 （湖北医药学院基础医学院，十堰442000）

1 概述

由美国国立人类基因组研究院启动的多国联合研究项目计划——DNA元件百科全书（EN‐CODE）项目已证实，基因组中有80%的基因可被转录，然而最终可表达为蛋白质的基因只有不到2%［1］。那些不能够编码蛋白质的RNA分子被称为非编码RNA（noncoding RNA，NcRNA），常见的经典NcRNA有：rRNA、tRNA、snoRNA和snRNA等。

根据编码序列的长短，NcRNA可分为短链非编码RNA和长链非编码RNA（long noncoding RNA，LncRNA）。LncRNA即为长度大于200个nt的NcRNA，占RNA总量的0.03%～0.20%［2］。早期的基因组学研究认为：除rRNA、tRNA之外的NcRNA是RNA聚合酶Ⅱ转录的副产物，不具有生物学功能，曾被认为是基因组转录的“垃圾”。与mRNA相比，LncRNA缺少开放阅读框、核苷酸序列较短、外显子较少、一级序列保守性差，可存在于细胞质和细胞核，通常在疾病、组织或细胞的特定发育阶段表达［3-6］。LncRNA是基因组中含量最为丰富的NcRNA，其类型较多、作用方式复杂。目前人类基因中能确定的LncRNA约有53 000个，但能够明确功能的LncRNA却不多，大多数LncRNA在细胞发育中的作用和机制尚未明确。

LncRNA的功能复杂，可影响基因表达的各方面，其些功能可能与DNA、RNA或蛋白质的相互作用有关［7-8］。LncRNA主要从以下3方面参与基因的表达调控：①表观遗传调控：LncRNA通常通过与DNA、异染色质蛋白、组蛋白修饰酶及转录因子等结合的方式对目的基因的表观遗传特征进行修饰调控，如组蛋白和DNA的甲基化、乙酰化和泛素化等修饰；②转录调控：LncRNA可影响转录过程的不同方面和不同组件，如：启动子区、RNA聚合酶Ⅱ（RNAPⅡ）、RNA聚合酶Ⅲ（RNAPⅢ）、组蛋白等，从而实现转录调节；③转录后翻译调控：LncRNA可作为其他RNA如：snmRNA、miRNA等的来源，对mRNA进行前处理、剪接、运输、降解和翻译，实现转录后水平的调控。此外，LncRNA参与调控网络的方式还包括与特定的miRNA形成竞争性内源RNA（competing endogenous RNA，ceRNA），促进或抑制其他基因表达。正是由于这几方面的作用，Ln‐cRNA可以参与肿瘤调控的各个方面，如肿瘤的代谢、增殖、耐药、转移及肿瘤细胞凋亡等。

2 LncRNA H19与肿瘤

LncRNA H19（以下简称为H19）是最早被证实的与癌症相关的LncRNA。H19位于染色体11p15.5编码区域，是一个完全来自母体的等位基因，编码一个长度约2.3 kb的RNA分子，在细胞质和细胞核均有表达，能够影响细胞的增殖和分化，具有相当程度的保守性；在胚胎发育时期的内胚层、中胚层及其分化的组织内高度表达，在出生后的人类组织中，除心脏和骨骼肌外，在其他组织中表达程度低，几乎不参与表达，但在组织损伤、应激或肿瘤发生时可被重新激活表达［9-11］。随着近来研究的深入，多种证据均清晰表明，异常表达的H19可作为一种致癌或抑癌因子参与肿瘤的发生、发展、侵袭、转移和耐药等过程。

作为经典的LncRNA，H19发挥作用的方式主要有以下几方面：①编码生成miR-675发挥调控功能；②作为ceRNA，依靠竞争性结合miRNA增强或抑制其下游基因表达，从而起到调控作用；③与蛋白质结合形成RNA-蛋白复合体，作为桥梁介导蛋白质间的相互作用。

2.1 H19通过编码miR-675发挥调控作用 微小RNA（microRNA，miRNA）是一类由内源性基因编码的长度约为20～25个核苷酸的NcRNA。成熟的miR‐NA可被组装进RNA诱导的沉默复合体，通过碱基互补配对的方式识别靶mRNA，并根据互补程度的不同诱导沉默复合体降解mRNA或者阻遏其翻译，从而在转录后水平调控基因表达［12］。miR-675是由其宿主H19的第一个外显子区编码生成的miRNA［13］。

与癌旁组织和正常组织相比，H19及miR-675在胃癌组织中高表达，H19的结合蛋白ISM1的表达与H19呈正相关，miR-675的靶基因CALN1的表达与miR-675呈负相关，进一步的研究证实，H19可通过对ISM1的直接调控和通过miR-675对CALN1表达的间接调控，共同促进胃癌细胞的增殖、侵袭和转移［14］。此外，LIU等［15］的研究结果也显示，H19依赖于miR-675以促进胃癌AGS细胞的增殖和侵袭，在AGS细胞中过表达H19或miR-675可显著降低RUNX1表达，提示RUNX1可能是H19/miR-675调节通路的下游分子，同时RUNX1可通过抑制H19/miR-675诱导的AKT/mTOR通路的激活，从而抑制胃癌细胞的增殖和侵袭。YAN等［16］的研究结果表明，H19/miR-675可抑制Fas相关死亡域蛋白（FADD）表达从而抑制包括caspase 8和caspase 3在内的Caspase级联通路，促进胃癌细胞增殖并抑制胃癌细胞凋亡，H19/miR-675/FADD/caspase 8/caspase 3通路可能成为胃癌治疗的新靶点。在结肠癌细胞及结肠癌组织的原发病灶中，H19及miR-675也呈高表达，且体外研究证实miR-675可通过结合于编码RB蛋白的mRNA的3′UTR降低肿瘤抑制因子—RB蛋白水平，从而促进结肠癌细胞的增殖和克隆形成能力，RB蛋白和H19/miR-675的表达在结肠癌组织和细胞中呈负相关，H19/miR-675可通过下调RB蛋白表达调控结肠癌的发展［17］。

以上研究均表明H19可通过miR-675实现其促进肿瘤细胞增殖及侵袭的作用。但也有研究结果提示H19/miR-675可能具有抑癌作用，在神经胶质瘤中，miR-675在肿瘤组织中呈低表达，并与其下游靶基因CDK6（Cyclin dependent kinase 6）的表达水平呈负相关，CDK6为细胞周期中的关键调节因子，可促进肿瘤细胞的增殖和迁移，体外研究结果提示，来源于H19的miR-675表达水平的降低可促进肿瘤细胞的增殖及迁移，且miR-675可直接在肿瘤细胞中抑制CDK6的功能，提示H19/miR-675可能在神经胶质瘤中作为肿瘤抑制因子发挥作用［18］。此外，与不具有转移能力的前列腺癌细胞P69相比，具有转移能力的前列腺癌细胞M12中H19与H19来源的miR-675表达水平降低，并且二者与TGFβ1（transforming growth factorβ1）的表达水平呈负相关，进一步研究发现，miR-675可直接与TGFβ1的3′UTR区结合并抑制其翻译表达，从而抑制肿瘤转移，提示H19/miR-675可能作为肿瘤抑制因子参与调控前列腺癌的转移［19］。在肝癌的研究中发现，H19/miR-675可通过AKT/GSK3β/Cdc25信号通路抑制肝细胞癌的侵袭和转移，过表达H19可逆转肿瘤细胞的上皮细胞-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）并抑制肝癌细胞的侵袭转移［20］。

2.2 H19作为ceRNA发挥调控功能 SALMENA等［21］于2011年提出了ceRNA的理论推测，一定程度上揭示了“ceRNA-miRNA-mRNA”的基因调控模式，即ceRNA可通过与miRNA结合，解除miRNA对其靶基因mRNA的抑制作用，从而促进靶基因的表达。越来越多的研究证实，H19可作为ceRNA竞争结合miRNA，起到分子海绵的作用，在各种肿瘤的生物学过程中发挥调控功能［22-24］。

Let-7家族在细胞的生长、分化、凋亡及肿瘤发生中具有重要意义。H19分子上有Let家族的典型和非典型结合位点，已有研究证实，H19存在2个可与Let-7结合的位点，H19通过分子海绵作用竞争性结合Let-7以解除Let-7对其靶点Dicer和Hmga 2的抑制作用，恢复两种蛋白的正常表达［25］。在对乳腺癌的研究中发现，H19在乳腺癌肿瘤干细胞中的表达水平较高，且体外研究结果提示H19的过表达能够显著促进乳腺癌细胞的成球、迁移及克隆形成能力；干扰H19的表达水平则可降低乳腺癌细胞的克隆形成和增殖能力，同时显著抑制肿瘤细胞的成瘤能力，这些研究提示H19可能作为竞争性内源性RNA，充当miRNA Let-7的分子海绵，从而提高Let-7靶向的核心多能性因子LIN28的表达水平，由此H19、Let-7和转录因子LIN28之间形成了双负反馈环，在乳腺癌肿瘤干细胞干性的维持中具有关键作用［26］。

与此类似，在其他肿瘤组织中H19也可通过竞争性结合miRNA从而起到促进肿瘤细胞增殖和侵袭的作用。在膀胱癌中，H19可能作为ceRNA作用于miR-29b-3p，解除对DNA甲基转移酶3B的抑制，导致EMT和膀胱癌的转移［27］。WANG等［28］对胆囊癌细胞的研究中发现，H19可通过调节miR-194-5p的表达水平实现对AKT2表达的调控，促进胆囊癌细胞的增殖及肿瘤体积的增大；而另外一项研究证实，H19还是miR-342-3p的上游分子，H19通过直接与miR-342-3p结合下调miR-342-3p水平，同时上调FOXM1（forkhead box protein M1），通过H19/miR-342-3p/FOXM1轴的ceRNA调控网络调控胆囊癌细胞的增殖［29］。在卵巢癌中，人皂苷20（S）-Rg3可下调H19的表达，从而抑制卵巢癌细胞的Warburg效应，其机制可能为：H19表达降低，其作为ceRNA竞争性结合miR-324-5p的效应减弱，miR-324-5p的作用增强，抑制卵巢癌细胞的Warburg效应也随之增强，最终通过此效应抑制了卵巢癌细胞的增殖［30］。在神经胶质瘤中，H19作为内源性分子海绵，通过隔离miR-130a-3p，解除miR-130a-3p对SOX4的抑制，促进了神经胶质瘤细胞的迁移、侵袭和成球能力及EMT过程［31］。在鼻咽癌中，H19可通过与miR-630竞争性结合，解除miR-630对组蛋白甲基化转移酶2（EZH2）的抑制，通过miR-630/EZH2通路抑制E-cadherin表达，增强了鼻咽癌细胞的侵袭能力［32］。在骨肉瘤细胞中，H19可竞争性结合miR-200，上调E盒结合锌指蛋白1（ZEB1）和E盒结合锌指蛋白2（ZEB2）的表达水平从而促进肿瘤细胞的侵袭和转移［33］；另一项研究结果提示，H19可与miR-141和miR-22结合，抑制其共同靶基因β-catenin表达，激活Wnt信号通路，并因此促进成骨细胞分化，加强骨的生成［34］。在结肠癌中，H19亦可作为ceRNA影响miR-138、miR-200a和miR-194-5p的功能，从而解除它们对相应靶基因Vimentin、ZEB1/ZEB2、SIRT1的抑制，促进EMT过程和耐药［23，35-36］。

H19作为ceRNA，与之竞争性结合的miRNA还在被不断地揭示和补充，越来越多的证据表明H19可作为ceRNA在肿瘤的发生发展过程中发挥重要调控功能。

2.3 H19通过与蛋白质结合形成复合体发挥调控作用 H19可与蛋白质结合形成复合体，作为桥梁介导蛋白质-蛋白质之间的相互作用。在膀胱癌中，H19与EZH2结合形成复合体，此复合物结合于靶基因的启动子，进而激活Wnt信号通路并间接抑制E-cadherin的转录，从而促进膀胱癌转移［37］。在结肠癌中，H19可与外显子连接复合体的核心因子真核翻译起始因子4A3（eukaryotic translation initiation factor 4A3，eIF4A3）结合形成复合体，此复合体通过H19/eIF4A3/cyclin D1/E1/CDK4通路调控细胞周期，参与结肠癌的发生发展［38］。有研究者认为，H19可通过与甲基化CpG结合域蛋白1（methyl-CpG-binding domain protein 1，MBD1）结 合 形 成H19-MBD1复合物，并通过对差异甲基化区1（DMR1）抑制的组蛋白进行修饰的方式，参与印记基因网络中多个基因的表达［39］。在结肠癌中，H19可能与mac‐roH2A结合参与CDK4和Cyclin D1的表达，进而影响RB1蛋白的磷酸化和结肠癌细胞的增殖［40］。

3 问题与展望

随着近年来对LncRNA研究的不断深入，LncRNA与肿瘤的关系也不断地被揭示。作为LncRNA中的一员，H19与肿瘤的关系和其作用机制也逐渐被人们所认识，越来越多的证据表明，H19在肿瘤的发生发展过程中发挥重要作用。

自肿瘤干细胞学说被提出以来，虽然存在争议，但肿瘤干性特征在肿瘤发生发展中的作用也越来越多地引起研究人员的兴趣。依照该学说，肿瘤干细胞是肿瘤组织中具有干细胞特性的细胞功能亚群，其在癌症的发生和发展过程中发挥重要作用，越来越多的研究提示，LncRNA可能是肿瘤干细胞亚群的关键调控因子。目前已经有研究人员尝试了关于H19对几种肿瘤干细胞作用的研究，但成果仍然不多［41-44］。深入研究H19对不同肿瘤干细胞的作用机制有望成为日后研究的重点，同时也可为深入揭示H19与肿瘤之间的关系提供证据，更有可能为肿瘤的临床诊疗提供新靶点和分子标志物。