长链非编码RNA HOTAIR与甲状腺癌生物学行为的研究进展*

朱春悦， 张风华， 孙含笑， 冯哲明， 李 宁， 洪方成， 郑玉鑫

（1华北理工大学研究生学院，河北唐山 060000；2河北省人民医院腺体外科，河北石家庄 050051）

甲状腺癌是目前临床上发病率上升最快的恶性实体肿瘤，且在女性多发，约占全身恶性肿瘤的1%左右［1］。到2019 年，甲状腺癌在女性恶性肿瘤中排名第三［2］。甲状腺癌根据其组织病理学特点可分为甲状腺乳头状癌（papillary thyroid carcinoma，PTC）、甲状腺滤泡状癌（follicular thyroid carcinoma，FTC）、甲状腺髓样癌（medullary thyroid carcinoma，MTC）及甲状腺未分化癌［anaplastic（undifferentiated）thyroid carcinoma，ATC］［3］。近年来，大多数甲状腺癌患者在接受手术、放射性碘和内分泌辅助治疗后预后较好，但远期复发率仍较高。因此，研究甲状腺癌发生的分子机制，寻找新的生物标志物和治疗靶点是十分有必要的。

在人类基因组中，仅约2%的基因具有蛋白质编码功能，大多数基因序列不参与蛋白质编码，却被转录生成非编码RNA。长链非编码RNA（long noncoding RNA，lncRNA）是长度大于200个核苷酸的一类非编码RNA，虽不参与蛋白质编码过程，但可在表观遗传学、转录水平及转录后水平发挥重要调控作用。HOX 转录物反义RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）是被研究最为广泛的lncRNA，在多种肿瘤中过表达，尤其在甲状腺癌，故本文阐述了HOTAIR的可能作用机制，并总结其与甲状腺癌关系的最新研究进展。

1 HOTAIR结构及作用机制

2007 年，Rinn 等［4］首次在人成纤维细胞同源异形框C（homeobox C，HOXC）基因座的研究中发现了HOTAIR，其编码基因位于染色体12q13.13 的HOXC位点上，由6个外显子组成，长约2.2 kb（图1）［5］。与其他lncRNA 不同，HOTAIR 是从HOXC基因的反义链转录而来的，不编码任何功能性蛋白质。HOTAIR基因结构保守性较高，序列保守性较差，仅在哺乳动物中发挥重要调控作用［6］。Mozdarani 等［7］发现，HOTAIR 的第6 长外显子由2 个结构域（A 和B）组成，其中B结构域较保守，可能是其核心结构区域。

Figure 1. Structure of HOTAIR［5］.图1 HOTAIR的结构

HOTAIR最经典的作用机制是发挥lncRNA支架分子功能，招募赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶1（lysine-specific histone demethylase 1，LSD1）和多梳抑制复合物2（polycomb repressive complex 2，PRC2）形成组蛋白修饰复合体，参与肿瘤细胞增殖、转移以及凋亡基因激活与沉默。这一机制缘于HOTAIR 具有双向结合能力（图2A），其5′末端的89 bp 片段与PRC2 结合，PRC2 由EZH2、EED 和SUZ12 亚基及组蛋白分子伴侣组成，通过介导组蛋白H3第27位赖氨酸的三甲基化（H3K27me3）导致基因沉默表达；3′末端的646 bp 片段与LSD1/CoREST/REST 复合物结合，通过介导H3 组蛋白第4 位赖氨酸二甲基化（H3K4me2）而调控下游基因表达。LSD1 和PRC2 调控的靶基因极为广泛，因此，HOTAIR 表达失调会导致复杂的恶性生物学行为，比如敲除HOTAIR的小鼠会出现同源异形转化和脊柱弯曲等畸形［8］。

HOTAIR除了发挥支架作用外，还可调控细胞周期依赖激酶的表达，如cyclin D1［9］；诱导WIF-1启动子区域H3K27 甲基化而激活Wnt/β-catenin 通路（图2A）［10］；c-Myc 可直接与HOTAIR启动子区E-box 元件结合而调节其活性［11］；与miRNA 位点结合形成竞争性内源RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）调控网络，发挥“海绵”作用而激活相关信号通路，促进肿瘤细胞增殖（图2B）［12］。陈文慧等［13］发现，HOTAIR在鼻咽癌中高度表达，且与其无进展生存率和总生存率密切相关。HOTAIR 可促进人急性淋巴细胞白血病细胞增殖并抑制其凋亡，还能上调其化疗药物的作用靶点GR，提高其敏感性［14］。HOTAIR 在食管癌组织中过度表达，且与食管癌的TNM 分期及远处转移有关［15］。这些研究提示HOTAIR参与不同肿瘤发生、转移和侵袭过程，并可作为一个新的生物标志物。

Figure 2. Schematic diagram of typical mechanism of HOTAIR.A："stent"and induction；B："sponge"function.图2 HOTAIR典型作用机制示意图

2 HOTAIR与甲状腺癌

2.1 HOTAIR与甲状腺癌早期诊断 甲状腺结节是临床上十分常见的疾病，且大多数为良性病变，目前，超声和细针穿刺活检（fine-needle aspiration biopsy，FNAB）是确定结节良恶性最可靠的检查，根据细胞学分期评估，所有表现出可疑特征的甲状腺结节和中高危结节的患者均可接受手术［16］，但FNAB 用于检测甲状腺癌仍有20%漏诊率［17］，因此寻找新的生物标志物对于提高甲状腺癌的检出率是必要的。由于HOTAIR 在PTC 中高表达，而在良性病变中低表达甚至不表达，因此HOTAIR 对于诊断甲状腺癌是一个特异性较高的生物标志物。甲状腺癌细胞和HOTAIR异常表达产物均可进入血液循环，若能在血样本中检测到HOTAIR 的变化，无疑会提高鉴别的准确性，从而协助临床医生诊断甲状腺癌并制定有效合理的治疗方案。然而，迄今为止，这方面尚未取得实质性进展。

2.2 HOTAIR 与甲状腺癌发生、发展 Di 等［18］通过实时定量逆转录PCR 检测，发现HOTAIR 在甲状腺癌细胞系（TPC-1、FTC-133、B-CPAP 和SW579）中表达显著高于癌旁组织，下调HOTAIR 可诱导甲状腺癌细胞凋亡，并能显著抑制体内、外甲状腺癌细胞增殖、侵袭和转移。Jiang 等［19］为PTC 建立了异常表达的lncRNA-mRNA-miRNA ceRNA 网络，发现ceRNA网状调节模式在转录后水平对肿瘤的发生具有重要作用，且PTC中有6个lncRNA与总体生存期相关，其中包括HOTAIR，但相关分子机制仍需进一步研究。

与蛋白质编码基因相似，HOTAIR以碱基互补配对的形式出现在miRNA 靶基因中。最近，大量研究表明miR-1 在肿瘤发展中起着重要作用。例如，miR-1 通过调控大肠癌中CVB3 而有抗肿瘤功效［20］，靶向肺腺癌中的表皮生长因子受体酪氨酸激酶作为肿瘤抑制剂［21］，抑制结肠癌中的上皮-间充质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）［22］。先前文献已表明，HOTAIR 通过抑制miR-1 和激活CCND2促进甲状腺癌的发生和进展［18］。miR-488-5p 已被证明是甲状腺癌抑制因子，在甲状腺癌中，miR-488-5p对HOTAIR呈负相关调节［23］；在软骨细胞HOTAIR转录物中miR-17-5p 通过Wnt/β-catenin 途径间接上调FUT2 水平而促进骨关节炎进展［24］。miR-17-5p 是miR-17-92 簇的成员，位于染色体13q31～32，在多种细胞过程中发挥重要的调节作用，也会抑制HOTAIR表达。Liu 等［25］利用细胞转染技术发现，miR-17-5p的上调抑制甲状腺癌细胞的存活、迁移和侵袭。在甲状腺癌细胞HOTAIR 转录本第6 长外显子有miR-141 靶点，miR-141 是miR-200 家族成员，而miR-200家族是抑制EMT 最有效的miRNA 之一［26］。这可能也是HOTAIR促进肿瘤发展的原因。

HOTAIR介导的肿瘤调节，其主要的机制是上调的HOTAIR 将PRC2 介导的基因抑制从癌基因转移到抑癌基因。EZH2 的致癌功能与PRC2 有关，即通过H3K27me3 抑制肿瘤抑制基因［27］。Ren 等［28］在小鼠模型中发现，AC1NOD4Q（ADQ）可与HOTAIR 的5′功能域中36G46A 位点特异性结合，阻止HOTAIR与EZH2 相互作用以及PRC2 对靶基因的募集，从而达到抑制肿瘤转移作用。HOTAIR 也可通过影响细胞周期促进肿瘤增殖。Di等［18］发现，敲减HOTAIR可诱导TPC-1和FTC-133细胞周期停滞于G1/S 期，加速甲状腺癌细胞的凋亡，最终抑制其增殖。

2.3 HOTAIR 与甲状腺癌转移、侵袭 甲状腺癌组织高表达HOTAIR，并且高表达HOTAIR 与甲状腺癌大小、淋巴结转移和不良预后相关［29］。正常的上皮组织是不利于恶性肿瘤细胞侵袭的，肿瘤侵袭和转移与肿瘤细胞的EMT 有关，EMT 是肿瘤转移的关键过程，决定肿瘤的进展程度［30］。研究表明，HOTAIR作为肿瘤生长诱导因子，可诱导EMT 相关分子vimentin、N-cadherin、E-cadherin 及Wnt 信号通路相关分子β-catenin、Snail、ZEB1 表达［31］。在EMT 期间，HOTAIR 通过EZH2 与miR-124/506 结合，从而调节H3K27me3 状态［32］。HOTAIR 也可通过抑制EMT 抑制剂Wnt 抑制因子1（Wnt inhibitory factor-1，WIF-1）而介导EMT［33］。敲除HOTAIR显著上调WIF-1 和Ecadherin 表达，下调β-catenin 表达，启动EMT 过程，加速肿瘤转移。肿瘤细胞的EMT 是由Wnt/β-catenin信号通路调节的，其中Snail 和ZB1 的表达在癌细胞增殖和凋亡中起着重要作用［34］。HOTAIR 在未成熟乳腺癌组织中表达要比成熟乳腺癌组织低，这种明显的差别可能归因于肿瘤微环境中存在大量的肿瘤生长因子。在甲状腺癌中，TGF-β 可使PTC 细胞系中HOTAIR 表达增加，继而诱导EMT 过程［35］。总之，HOTAIR 促进EMT 相关基因表达，从而促进肿瘤细胞的侵袭。

2.4 HOTAIR 单核苷酸多样性（single-nucleotide polymorphism，SNP）与甲状腺癌 甲状腺癌作为威胁人类健康的肿瘤，其发病机制是由多因素、多机制相互作用导致的，其中，遗传因素被认为是驱动甲状腺癌发生发展的始动因素。SNP 是指单个核苷酸突变引起DNA 序列的多态性，在遗传变异不同阶段中发挥重要作用。全基因组关联研究（genome-wide association study，GWAS）确定至少10 个SNP 与PTC 相关［36］。然而，HOTAIR在甲状腺癌中表达升高是否由扩增、点突变等遗传变异引起尚不清楚。研究显示，HOTAIR 内含子2 区域中存在一种潜在的增强子，该增强子定位在转录起始位点的+1 719 bp和+2 353 bp之间，可促进rs920778 对HOTAIR 等位基因表达的调控，与甲状腺癌发病风险相关［37］。Zhu等［38］在三组PTC 病例对照中探讨了HOTAIR 的3 个单倍体标记SNP（rs920778 C＞T、rs1899663 G＞T 和rs4759314 A＞G）与PTC 敏感性之间的相关性，其中HOTAIR rs920778 的多态性与PTC 风险之间存在显著联系，尤其在女性有统计学意义，与rs920778 CC 携带者相比，rs920778 TT/CT 携带者患PTC 风险增加1.40 或1.66 倍。Wang 等［39］发现，PTCSC3（papillary thyroid carcinoma susceptibility candidate 3）位于rs944289 下游附近，是GAWS 鉴定的甲状腺癌易感性基因之一。PTC 的另一易感基因PTCSC2位于含有rs965513 的染色体9q22 基因座上，且与PTC 风险相关［40］。这些研究结果可能部分解释了甲状腺癌具有遗传倾向。

3 小结

既往研究已经发现lncRNA HOTAIR 的失调会促进恶性肿瘤的发展。HOTAIR已被赋予癌基因的标签。在这里我们重点强调了HOTAIR 的异常表达对甲状腺癌诊断、增殖、侵袭及EMT的影响。过表达的HOTAIR 可促进肝细胞癌细胞外泌体分泌和微血管向质膜转运［41］。在黑色素瘤中HOTAIR 可作为肿瘤疾病期循环细胞的标志物、治疗反应的指标及监测疾病复发的指标［42］。因此，了解HOTAIR 的潜在机制不仅可以明确HOTAIR 是预测甲状腺癌易感性和预后的生物标志物，还可以帮助临床医生为患者制定合理有效的治疗方案。

但是，HOTAIR 进一步应用于临床仍有不少挑战：首先，HOTAIR 参与甲状腺癌发生发展的分子机制尚未完全阐明，如受HOTAIR 调控的基因除了Wnt通路，是否还有其他信号通路参与甲状腺癌发生发展，HOTAIR 是否参与甲状腺癌耐药，都有待进一步研究；其次，HOTAIR 检测与FNAB 结合虽然可早期鉴别良恶性病变、判断甲状腺类型，但是该检测方法流程复杂、费用高昂，还处于瓶颈期，仍需在未来开展更深入的研究。