长链非编码RNA HOTAIR 在宫颈癌中的研究进展

顾轩妍，王新宇

宫颈癌是目前最常见的女性生殖系统恶性肿瘤，其发病率和死亡率居全球女性肿瘤第4 位。据统计，2018年全球约有57 万新发病例，31 万死亡病例[1]。近年我国宫颈癌的发生率和死亡率有明显上升和年轻化趋势，给女性健康带来了极大的威胁。虽然高危型人乳头瘤病毒（HPV）持续感染是宫颈癌发生的重要因素，但宫颈癌是一种多因素相互作用导致宫颈细胞癌变的疾病，分子调控机制复杂。HOX 转录反义RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）作为最典型的长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）之一，与宫颈癌细胞增殖凋亡能力、侵袭迁移能力、治疗及预后密切相关，引起了广大科研工作者的关注，其作为诊断宫颈癌及判断宫颈癌预后的新型生物标志物有潜在价值。

1 lncRNA 与HOTAIR

lncRNA 是指长度超过200 个核苷酸的非编码RNA，其具有mRNA 的许多结构特征，包括polyA尾、帽子结构以及启动子结构，但不具有开放阅读结构域。因此，lncRNA 缺乏蛋白质编码能力，一般定位于细胞核和细胞质。随着高通量测序等新兴研究技术的应用，lncRNA 的生物功能（如参与调节细胞周期、细胞增殖、凋亡、分化等）及其作用机制逐渐被科学家发现。

HOTAIR 是首个发现的以反式作用沉默染色质的HOTAIR。HOTAIR 与由SUZ12、EZH2 和EED 组成的多梳抑制复合物2（polycomb repression complex 2，PRC2）相互作用，建立抑制性H3K27me3 染色质标志，通过染色质致密化作用形成转录沉默，抑制大量抑癌基因的表达，这一调控机制已在多种癌症中被证实[2]。

2 HOTAIR 在宫颈癌细胞增殖和凋亡方面的作用研究

研究证明，HOTAIR 在大部分宫颈癌细胞系中的表达较正常宫颈细胞系显著上调，约增加2.9～4.2倍[3]。Liu 等[3]研究发现沉默HOTAIR 可以抑制丝裂原活化蛋白激酶1（mitogen-activated protein kinase 1，MAPK1）在DoTc2 宫颈癌细胞中的表达，低表达的MAPK1 可通过激活细胞凋亡来抑制宫颈癌细胞的生长。此外，Li 等[4]报道过表达HOTAIR 可上调缺氧诱导因子1（hypoxia inducible factor-1，HIF-1）的表达，导致放射治疗下HeLa 细胞和C33A 细胞的凋亡减少。

HOTAIR 也可以作为竞争性内源RNA（ceRNA）发挥作用。研究表明HOTAIR 在宫颈癌中是一种肿瘤致癌基因，也是miR-331-3p 的ceRNA。在HPV 阳性患者中，HOTAIR 显著升高，并通过抑制miR-331-3p增加其靶点神经纤毛蛋白2（neuropilin-2，NRP2）的表达，从而增强HPV E7 的表达，而HPVE6/E7 基因的转录、翻译是HR-HPV 感染宫颈后引发恶性病变的重要过程。但HPV E7，具有翻转特性，其过表达时HOTAIR、NRP2 表达降低，miR-331-3p 表达增加，促进细胞增殖，抑制细胞凋亡，形成负反馈回路[5]。在宫颈癌组织和各种细胞系中，HOTAIR 可以作为ceRNA 负性调节miR-143-3p 的表达，miR-143-3p通过促进靶向B 细胞淋巴瘤/白血病-2（BCL2）过表达以抑制宫颈癌细胞增殖和增强细胞凋亡，其低表达最终导致了宫颈癌Hela 细胞的增殖并促进癌症进展[6]。因此，HOTAIR通过调控miR-143-3p/BCL2 轴促进了宫颈癌的进展。此外，Li 等[7]还发现HOTAIR 的表达在宫颈癌细胞和组织中显著增加，miR-23b 的表达明显下降，进一步证明HOTAIR 可能竞争性地结合miR-23b，在宫颈癌细胞中间接调节MAPK1 的表达。MAPK1 是调节肿瘤细胞凋亡与增殖的重要因子，有报道称miR-23b 上调通过p38 的MAPK 磷酸化诱导脂肪组织干细胞（adipose tissuederived stem cell，ATSC）凋亡，提示miR-23b 可能通过抑制MAPKs 信号通路发挥其抗肿瘤作用[8]。

3 HOTAIR 在宫颈癌细胞侵袭和迁移方面的作用研究

具有局部侵袭和远处转移是恶性肿瘤最主要的生物学特性，也是导致患者死亡的主要原因。Tornesello等[2]发现，在宫颈癌中下调HOTAIR 降低了血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、基质金属蛋白酶9（matrix metalloproteinase-9，MMP-9）及上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）相关基因（β-catenin、Vimentin、Snail和Twist）的表达，其中VEGF 在肿瘤血管生成中起关键作用，MMP-9 可降解基底膜胶原并在许多类型的癌症中促进肿瘤细胞的侵袭和转移。此外，慢病毒介导的HOTAIR 过表达通过激活Notch/Wnt 信号通路，进而促进SiHa 细胞的增殖、迁移和侵袭[9]。这些研究都证实HOTAIR 与宫颈癌细胞的侵袭和转移有关。

在ceRNA 方面，HOTAIR 可以通过调节miR-206 上调巨核母细胞性白血病1（megakaryoblastic leukemia 1，MKL1）的表达来刺激HeLa 细胞的迁移和侵袭[10]。miR-206 是宫颈癌的肿瘤抑制因子，其过表达可通过抑制BCL2-x 相关的BCL2 相关永生基因3（BCL2-associated athanogene 3，BAG3）或葡萄糖-6-磷酸脱氢酶来抑制HeLa 细胞的增殖[11]。与miR-206 相似，miR-23b 在宫颈癌中也具有潜在的肿瘤抑制作用，Li 等[7]发现HOTAIR 与miR-23b 竞争性结合以增加MKL1 的水平，从而促进HeLa 细胞的远处转移。此外，miR-17-5p 可以直接靶向HOTAIR 3′-非翻译区（3′-UTR），低表达的HOTAIR可以引起miR-17-5p 过表达，从而更强烈地抑制Caski 细胞的增殖、迁移和侵袭能力[12]。因此，miR-206、miR-23b 及miR-17-5p 的外源性传递可能是阻断HOTAIR 介导的宫颈癌治疗的潜在方法。

有学者进一步分析HOTAIR 的启动子，发现信号转导及转录激活因子3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）可以潜在地调节HOTAIR在宫颈癌细胞中的活性，STAT3 对宫颈癌细胞的增殖、迁移和侵袭，具有与HOTAIR 相似的作用，将si-STAT3 和si-HOTAIR 共转染到HeLa 癌细胞，可以观察到STAT3 和HOTAIR 协同抑制宫颈癌细胞的增殖、迁移和侵袭[13]。STAT3 信号通路是经典的调节肿瘤细胞侵袭的通路，但对该通路的干预措施仍十分有限，其作为肿瘤治疗靶点仍有待研究[14]。HOTAIR 还可以作为血清反应因子（serum response factor，SRF）的共激活因子，在细胞核和细胞质之间不断转换，帮助信号从细胞骨架传递到细胞核，导致宫颈癌的转移[15]。

4 HOTAIR 在宫颈癌治疗方面的作用

目前手术治疗是早期宫颈癌的主要治疗手段，有高危因素的患者术后辅助放化疗，晚期患者直接放化疗。在临床过程中，有相当一部分患者会出现放疗耐受并最终导致不良预后，进一步消除放疗耐受成为宫颈癌治疗的当务之急。

有研究表明，在宫颈癌HeLa 细胞中HOTAIR过表达可抑制p21，诱导放疗耐受，降低C33A 细胞对放疗的敏感性。敲除HOTAIR 显著提高了宫颈癌HeLa 细胞对放疗的敏感性，抑制p21 则可以逆转这种放疗敏感性[15]。同时，HOTAIR 还上调了HeLa 和C33A 细胞在放疗下的HIF-1α 表达，HIF-1α 敲低逆转了由HOTAIR 过表达诱导的HeLa 和C33A 细胞的细胞活力增加和凋亡减少[4]。因此，p21 和HIF-1α 可能是宫颈癌放疗的潜在靶标。

放疗可激活肿瘤细胞自噬，这是引起放疗耐受的重要原因。自噬是一个动态的、连续的分解代谢过程，在这个过程中，受损的蛋白质和不需要的细胞器被溶酶体降解，以维持细胞稳态。夏迪等[16]发现HOTAIR 高表达促进了HeLa 细胞内自噬相关蛋白-微管相关蛋白1 轻链3（LC3-Ⅱ）的表达，同时LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ的比值显著升高，从而促进Hela 细胞自噬。此外，HOTAIR 参与10-11 易位1（ten-eleven translocation 1，TET1）下调，通过增加原钙黏蛋白10（protocadherin 10，PCDH10）、性别决定区Y 盒（sexdetermining region Y-box，SOX17）、黏附连接相关蛋白（adherens junction-associated protein-1，AJAP1）和膜相关鸟苷酸激酶转化蛋白2（membrane-associated guanylate kinase inverted 2，MAGI2）基因的甲基化模式，降低TET1 的表达，从而促进Wnt/β-catenin 信号级联的活性[17]。下调HOTAIR 会抑制Wnt/β-catenin信号传导途径，抑制放疗耐受HeLa 细胞的自噬、EMT 和增殖，导致放疗自噬能力降低，放疗敏感性增高，并诱导了放疗耐受HeLa 细胞的凋亡[18]。这种放疗耐受可以被siRNA-HOTAIR 和氯化锂（LiCl）的联合治疗抑制，进一步证明了HOTAIR 在放疗耐受中的诱导作用。

鉴于部分晚期宫颈癌对放化疗的不敏感，为了延长该部分患者的生存期，许多科学家开始研究宫颈癌的免疫治疗。研究表明，肿瘤细胞中人类白细胞抗原G（HLA-G）的上调参与了肿瘤免疫编辑的各个阶段，免疫抑制的个体更容易发生持续性HPV 感染及宫颈上皮内瘤变，提示逃避免疫监视可能与HPV的转化潜力和宫颈癌的快速进展有关[19]。另有研究表明，HOTAIR 可能作为内源性RNA 在宫颈癌细胞中通过竞争性结合miR-148a 调节HLA-G 的表达，HOTAIR 的下调减弱了miR-148a 在转录后对HLA-G 的调控，从而导致HLA-G 上调[15]。miR-148是与免疫相关的重要miRNA，在调节免疫平衡、树突状细胞先天性免疫应答、抗原呈递和抑制，以及抑制大量炎症相关细胞因子的产生等方面发挥作用。因此，靶向HOTAIR-miR-148a-HLG-A 轴可能是一种新的宫颈癌治疗方法。

5 HOTAIR 作为宫颈癌诊断标志物的研究

早期发现和诊断癌症是优化治疗和管理癌症患者的关键。目前临床上常用的诊断方法如盆腔增强CT、磁共振成像等影像学检查结果往往不够精确，组织活检具有侵入性且耗时。因此，利用人类体液和分泌物进行可靠、简便、微创的致癌生物标志物检测技术一直是一个活跃的研究领域。lncRNAs 在41 种癌症中具有诊断和预后生物标志物的特性，被认为是最有前景的生物标志物之一[20]。

HOTAIR 是最早被报道与癌症进展直接相关的lncRNAs 之一。一项荟萃和生物信息学分析发现，HOTAIR 对多种不同类型的癌症如宫颈癌、膀胱癌、胃癌和小细胞肺癌等的总体生存以及癌症复发、进展和转移具有强大的预测能力，其高表达与总体生存期降低显著相关[21]。有研究认为，较高的HOTAIR 水平与宫颈腺癌更具侵袭性有关，与健康对照者相比，宫颈癌患者的HOTAIR 的表达增强约3.5 倍。HOTAIR表达水平较高的患者肿瘤复发率高于HOTAIR 表达水平较低者（约2.4 倍），并且有更快的肿瘤进展和更低的生存率[22]。宫颈癌患者血清中的HOTAIR 水平较高，并且与肿瘤大小增加、淋巴血管间隙浸润、淋巴结转移和生存期降低关系密切[23]。此外，在使用miRecode 和starBase 数据库分析与宫颈癌相关的lncRNA-miRNA 调控网络时，HOTAIR 处于连接19个节点的核心地位，HOTAIR 在复发宫颈癌样本中显著过表达，并通过调控网络影响其他lncRNA 或miRNA 的表达，提示HOTAIR 表达水平高与宫颈癌复发有关，为显著危险因素[24-25]。可见，HOTAIR 可能是新型的诊断循环生物标志物以及宫颈癌的潜在治疗靶标。

许多研究发现，包括肿瘤抑制基因和致癌基因的单核苷酸多态性（SNPs）在内的体细胞突变在宫颈癌的遗传易感性中起着重要的作用。Moazeni-Roodi等[26]的一项Meta分析发现HOTAIRs4759314、rs920778、rs12826786、rs874945 和rs12427129 多态性显著增加了癌症发展的可能性，肿瘤类型亚组分析显示rs4759314 多态性显著提高了胃癌和宫颈癌的发生风险，rs920778 多态性与胃肠道癌、宫颈癌和胃癌的发生呈正相关。另一项研究在对比1 356 例宫颈癌患者和1 496 例健康人的血液化验结果后发现，HOTAIRrs35643724 与宫颈癌发生风险增加有关（OR=1.13，95%CI：1.00～1.28，P=0.047），MALAT1 rs1787666可降低发病风险（OR=0.86，95%CI：0.76～0.97，P=0.01），提示这两种变异可能作为新的宫颈癌易感性生物标志物[27]。

6 结语

HOTAIR 在大多数宫颈癌细胞中表达显著升高，增加了宫颈癌的发生风险，以各种形式调节宫颈癌细胞生长发育的各个环节，促进癌细胞增殖，抑制癌细胞凋亡，并在局部侵袭和远处转移中发挥重要作用，在宫颈癌放疗耐受及免疫治疗方面HOTAIR也成为潜在的治疗靶点。HOTAIR 与肿瘤分期、淋巴结转移、宫颈浸润深度、肿瘤大小和年龄有关，可能成为判断宫颈癌预后的独立预测因子。尽管目前HOTAIR 参与宫颈癌发生发展的机制研究取得了一定进展，但部分基因的调节方式和进一步的临床应用仍有待研究。目前的试验研究主要处于细胞分子水平，还没有足够的临床证据证实其临床有效性和实用性，关于其在外周血液标本中的研究相对欠缺，对于HOTAIR 应用于宫颈癌早期诊断和个体化治疗仍需要大样本、多中心的临床试验数据支持。总之，HOTAIR 在宫颈癌的临床应用方面展现出了良好的前景，但未来的研究仍任重而道远。