长非编码RNA通过调控磷酸甘油激酶1影响肿瘤细胞增殖的研究进展*

苟稼祥，李 浈 综述，符德元 审校

(1.大连医科大学研究生院，辽宁 大连 116044；2.天津中医药大学第一附属医院国家中医针灸临床医学研究中心，天津 300381；3.苏北人民医院甲乳外科，江苏 扬州 225001)

据美国癌症协会(ACS)统计，2021年美国预计新增恶性肿瘤患者1 898 160例，新增癌症死亡608 570例，严重影响人类生命健康[1]。有氧糖酵解在肿瘤细胞的增殖过程中发挥巨大作用，磷酸甘油激酶1(phosphoglycerate kinase 1,PGK1)作为有氧糖酵解途径重要的调节酶之一，与恶性肿瘤的不良预后密切相关。已有研究表明，PGK1的功能受一些长非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)的调控。因此，探讨lncRNA通过调控PGK1进而影响肿瘤细胞增殖的机制，显得尤为重要。

1 PGK1与肿瘤细胞的增殖及代谢

能量代谢改变是肿瘤的特征之一，即使在有氧环境下，肿瘤细胞也会优先选择糖酵解途径提供能量，这就是肿瘤细胞的有氧糖酵解理论，也称为Warburg效应[2]。导致这一结果的原因有两点：(1)已经证实，肿瘤细胞中经常会发生线粒体DNA(MtDNA)突变和核DNA中的线粒体基因(nDNA)突变，从而导致能量代谢的改变[3]。(2)更为重要的是，糖酵解酶及糖酵解中间产物在肿瘤的增殖过程中有重要作用，肿瘤细胞对它们的需求甚至超过了对ATP的需求[4]，如丙酮酸激酶PKM2参与了大分子生物合成(如核酸)的调节[5]，并作为磷酸激酶磷酸化组蛋白H3以促进肿瘤的发生[6]。PGK1作为有氧糖酵解途径重要的调节酶之一，催化高能磷酸基从1,3-二磷酸甘油酸(1,3-bisphosphoglycerate;1,3-BPG)可逆转移至二磷酸腺苷(adenosine diphosphate,ADP)，生成三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)和3-磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate,3-BP)，可关键调节有氧糖酵解，促进肿瘤细胞的增殖。PGK1的这种调节有氧糖酵解的作用通过多种机制实现，包括：(1)肿瘤细胞在缺氧条件下会增加HIF-1α的表达，通过HIF-1α-PGK1轴，导致PGK1过表达，增强Warburg效应，从而促进肿瘤细胞的增殖和转移;(2)肿瘤细胞可能通过PIM1-MYC-PGK1途径增强有氧糖酵解，促进肿瘤的增殖和转移;(3)PGK1-CXCR4/CXCL12/β-catenin途径可正向调控，促进肿瘤细胞的增殖和转移;(4)PGK1过表达可通过上调PGK1/AKT/mTOR致癌通路，导致肿瘤细胞的增殖;(5)PGK1可上调转移相关因子EGR1、血管生成诱导因子61(CYR61)及其下游转录因子FOS和JUN的表达，促进结肠癌转移[7]。

2 LncRNA简介

在人类基因组中，大约93%的DNA可以经转录获得mRNA，而这些mRNA仅2%为可经翻译获得蛋白质，其余98%mRNA不能经翻译获得蛋白质，称为非编码RNA(ncRNA)，其中超过200个碱基的称为lncRNA[8]。PONTING等[9]根据与亲本基因或邻近基因的关系将lncRNA分为5类：正义lncRNA(sense lncRNA)；反义lncRNA(antisense lncRNA)；双向lncRNA(bidirectional lncRNA)；基因间lncRNA(intergenic lncRNA)和内含子lncRNA(intronic lncRNA)。自从20世纪80年代，科学家利用差异杂交筛选cDNA文库来克隆和研究具有组织特异性和时间表达模式的基因，发现了第1个非编码基因lncRNA H19[10]。大多数人一直认为这些没有编码蛋白质功能的RNA片段只不过转录翻译过程中产生的“噪音”。随着研究的不断深入，LEE等[11]根据前人的研究成果，证明lncRNA在表观遗传中具有重要作用。现在一般认为，lncRNA具有多样的调控机制：(1)细胞核内的lncRNA。顺式调控作用，其可通过招募转录因子、组蛋白修饰因子等方式或根据碱基配对形成RNA-DNA复合物，结合在转录位置附近调控邻近基因的表达[12]；反式调控作用，也可被转运到转录位置的远处，结合在不同染色体的不同结合位点，广泛或特异的影响多个或某个特定基因的表达[9]；还可影响编码基因的转录后修饰[13]。(2)细胞质中的lncRNA。可影响mRNA的稳定性和翻译,也可通过调控细胞内蛋白质的转录后修饰，影响细胞信号转导[13]；也可作为竞争性内源性lncRNA与miRNA发生配对，预防miRNA与靶mRNA的结合[14]；还可以调控miRNA的加工过程，或被加工为miRNA[15]。

3 LncRNA通过调控PGK1影响肿瘤细胞增殖

近年来，对lncRNA对肿瘤细胞的作用机制的研究如火如荼。大量国内外研究证据表明，lncRNA通过上调或下调PGK1的表达、抑制PGK1的泛素化降解、增强PGK1的稳定性等机制影响有氧糖酵解，与恶性肿瘤细胞的增殖明显相关。

3.1LncRNA通过上调PGK1分泌促进肿瘤细胞增殖 2020年，CAO等[16]的研究表明，LncRNA MSC-AS1通过诱导 PGK1 的表达促进肝癌细胞(HCC)的发生。2021年，CARDOSO等[17]证明，lncRNA MVIH 作为 miR-302a 海绵，上调PGK1的分泌，人胶质母细胞瘤(GB)细胞中的 lncRNA MVIH 沉默显著降低了糖酵解、细胞生长、迁移和侵袭，并使 GB 细胞对西地尼布敏感。WANG等[18]证实，lncRNA LINC01559 通过上调 PGK1 和下调 PTEN 以触发磷脂酰肌醇3-激酶/丝氨酸/苏氨酸激酶 (PI3K/AKT)通路，促进胃癌进展。张冬艳等[19]在肝癌细胞(HCC)中,检测在过表达lncRNA UPK1A-AS1的基础上干扰HIF-1α的表达后,肝癌细胞葡萄糖消耗及乳酸生成水平,低氧反应元件(HRE)活性水平和糖酵解关键酶PGK1的表达情况,结果表明lncRNA UPK1A-AS1通过稳定HIF-1α的表达上调PGK1表达,进而促进肝癌细胞的糖酵解水平。PAN等[20]通过功能实验研究lncRNA HCG18和miR-365a-3p对骨肉瘤(OS)细胞生长的影响，发现HCG18 在OS细胞系中的表达增加，敲低HCG18可抑制OS 细胞增殖；他们进一步研究其机制，lncRNA HCG18通过海绵化 miR-365a-3p直接靶向其3′UTR以增加有氧糖酵解来提高PGK1的表达，促进有氧糖酵解促进OS细胞增殖。

3.2LncRNA通过下调PGK1分泌抑制肿瘤细胞增殖 2012年，YUAN等[21]的研究表明，lncRNA MVIH 通过抑制 PGK1的分泌来激活诱导肿瘤的血管生成，并可作为肝细胞癌患者肝切除术后无复发生存率低的预测因子。2020年，WANG等[22]证明，RPS24c 同种型是肿瘤血管生成的主要促进因素之一，lncRNA MVIH与RPS24c mRNA相互作用,增强彼此的稳定性，从而通过抑制 PGK1 的分泌来激活结直肠癌(CRC)中的肿瘤血管生成。2022年，HU等[23]发现lncRNA DICER1-AS1通过将转录因子YY1募集到DICER1启动子来促进其正义基因 DICER1的转录，DICER1 进一步促进miR-5586-5p 的成熟，从而抑制了糖酵解基因PGK1 的表达，抑制胰腺癌(PC)的糖酵解和肿瘤发生。

3.3LncRNA通过抑制PGK1的泛素化降解促进肿瘤细胞增殖 2017年，TAO等[24]的研究表明，lncRNA MetaLnc9 可与糖酵解激酶 PGK1 相互作用并阻止其在非小细胞肺癌(NSCLC)中的泛素化，导致致癌AKT/mTOR 信号通路的激活，促进体外NSCLC 细胞的迁移和侵袭。2019年，CAI等[25]的研究表明，lncRNA GBCDRlnc1作用于PGK1并抑制其在耐阿霉素(Dox)的胆囊癌细胞中的泛素化降解，导致自噬引发剂 ATG5-ATG12 偶联物的下调，激活自噬诱导胆囊癌细胞的化学抗性。2021年JIANG等[26]的研究发现，lncRNA甲状腺乳头状癌易感候选3(PTCSC3) 在甲状腺乳头状癌 (PTC) 中显著下调，PTCSC3过表达通过直接与糖酵解途径中的关键酶PGK1相互作用，促进其泛素化降解，显著抑制PTC细胞有氧糖酵解和肿瘤生长，抑制了体内肿瘤的进展。CHU等[27]发现 在乳腺癌中，lncRNA LINC00926 可通过增强 E3 连接酶 STUB1 介导的 PGK1 泛素化来下调 PGK1 的表达，缺氧条件下，肿瘤细胞主要通过 FOXO3A 抑制 LINC00926 的表达并激活 PGK1 的表达，这种FOXO3A/LINC00926/PGK1 轴参与调节乳腺癌糖酵解、肿瘤生长和肺转移；通过抑制FOXO3A或补充 LINC00926 而靶向调控PGK1可能是乳腺癌的潜在治疗策略。JIANG等[28]研究发现lncRNA SNHG26直接与PGK1蛋白结合，抑制其泛素化并激活 Akt/mTOR 信号通路，lncRNA SNHG26的表达与舌鳞状细胞癌(TSCC)增殖、上皮间质转化、迁移、侵袭和顺铂耐药呈正相关。

3.4lncRNA通过增强PGK1的稳定性促进肿瘤细胞增殖 2022年LIANG等[29]进行体外实验以评估lncRNA NEAT1对胶质瘤细胞增殖和糖酵解的影响，经RNA pulldown和RIP分析发现lncRNA NEAT1的发夹A与 PGK1的M1结构域相互作用，从而促进 PGK1 的稳定性，敲低lncRNA NEAT1显著抑制了胶质瘤细胞的增殖和糖酵解。

3.5其他机制 2021年，LUO等[30]在胰管腺癌(PDAC)中，通过hub基因和CEGs的整合表达和生存分析表明，lncRNA NR2F1-AS1竞争性地海绵吸收miR-146a5p和miR-877-5p，存在NR2F1-AS1-miR-146a-5p/miR-877-5p-GALNT10/ZNF532/SLC39A1/ PGK1/LCO3A1/NRP2/LPCAT2/PSMA4网络，该网络与PDAC的预后显著相关。PARK等[31]发现在MMTV-PyVT小鼠中，lncRNA Neat1可结合并形成支架桥，组装成 PGK1/PGAM1/ENO1 复合物，促进底物通道，实现高效糖酵解，靶向阻断lncRNA Neat1，严重损害肿瘤的起始、生长和转移，消除lncRNA Neat1依赖性肿瘤发生和进展。2022年ZHU等[32]发现了一种c-MYC响应的lncRNA，即glyco lncRNA，是糖酵解酶PGK1、PGAM1、ENO1和PKM2与乳酸脱氢酶A之间形成的骨架，增强糖酵解通量，增加ATP 产生，并使癌细胞在丝氨酸剥夺下存活；他们还发现glyco lncRNA过表达促进了喂食丝氨酸饮食小鼠的移植癌细胞生长，这表明glyco lncRNA参与了癌细胞的代谢重编程过程。

这些证据充分说明，lncRNA不仅仅是转录翻译过程中产生的“噪音”，大多数lncRNA通过许多途径参与肿瘤细胞的增殖，与其预后明显相关。尤其是lncRNA通过调控PGK1的表达，影响肿瘤细胞的有氧糖酵解，进而影响肿瘤细胞增殖这条途径已经具有非常完备和充分的证据。

4 总结与展望

能量代谢改变是恶性肿瘤的重要特征，肿瘤细胞通过有氧糖酵解为其提供大量的代谢所需能量和糖酵解中间产物，这对肿瘤细胞的增殖至关重要。LncRNA不仅仅是转录翻译过程中产生的“噪音”，而是具有多种功能，包括：顺式调控作用，反式调控作用，影响编码基因的转录后修饰影响mRNA的稳定性和翻译,调控细胞内蛋白质的转录后修饰，影响细胞信号转导作为miRNA的竞争性内源性lncRNA以及调控miRNA的加工过程，或被加工为miRNA。通过系统梳理现有研究成果，发现lncRNA通过调控糖酵解的关键酶之一PGK1的表达，影响肿瘤细胞的有氧糖酵解，促进其能量代谢的改变，进而影响肿瘤增殖，直接改变癌症患者的生存和预后。

目前已有很多研究通过抑制PGK1的表达及其活性来抑制肿瘤细胞的增殖，延缓癌症进展，改善患者预后，已经取得了相当不错的成果，但应用于临床，还存在包括靶向性不高等在内的诸多问题[33]。受到这种启发，可以从lncRNA着手，找到新的特异性PGK1抑制剂，以期进一步有效抑制PGK1的表达及其活性，抑制肿瘤细胞的增殖，延缓癌症进展，改善患者预后。而且，很多研究表明除了lncRNA、miRNA、shRNA、环状RNA等非编码RNA对于PGK1及有氧糖酵解都存在调控作用，与肿瘤细胞的增殖及癌症患者预后明显相关，这也是下一步有兴趣的研究者可以深入展开的方向。另外，也有一些研究表明lncRNA与其他疾病相关，如TONG等[34]证明lncRNA PGK1P2与 PGK1具有高度的序列同源性，可作为其竞争性内源性RNA调节血管生成和糖酵解代谢，参与人类蜕膜化过程，导致先兆子痫的发生，这也印证了lncRNA的重要作用，值得进一步探讨。