长链非编码RNA MALAT1在甲状腺癌中的作用及机制的研究进展

陆丹丹,吕京澴

甲状腺乳头状癌(papillary thyroid carcinoma, PTC)作为内分泌系统最常见的恶性肿瘤,近年来发病率逐年升高,严重影响公众的生命健康。尽管细针穿刺细胞学检查(fine needle aspiration, FNA)与分子检测等手段提高了甲状腺癌,特别是微小乳头状癌的检出率,但其仍有一定的局限性[1]。因此,需要探索一种新的生物学标志物以指导临床。虽然长链非编码RNA(long non-coding RNA, lncRNA)不编码蛋白质,但可以通过调控表观遗传、转录、转录后、翻译水平等方式参与癌细胞的增殖、凋亡及侵袭。转移相关肺腺癌转录本1(metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1, MALAT1)作为首批被证实参与癌症发生发展的lncRNA之一,近年来得到广泛研究,已被确定为甲状腺癌相关的lncRNA。本文主要对MALAT1可能的作用机制及其在甲状腺癌中的表达、生物学行为和潜在临床价值作一综述,以便更全面地认识MALAT1与甲状腺癌的关系。

1 MALAT1概述

1.1 MALAT1结构2003年Ji等[2]在早期非小细胞肺癌预后预测基因的研究中发现了MALAT1。MALAT1的编码基因定位于染色体11q13.1,由RNA聚合酶Ⅱ转录,大小约8 kb。与其他lncRNA不同,MALAT1的3′末端类似于短poly(A)尾,可以形成特殊的三螺旋结构而不被核酸外切酶降解,从而令其自身高度保守,这对MALAT1的后续积累和致癌活性至关重要[3]。

1.2 MALAT1作用机制MALAT1在细胞核中的定位靠近许多调节蛋白,使其可以发挥特定的调控作用,如转录调控和选择性剪接等。MALAT1的主要作用是充当分子支架来调控转录和转录后的基因表达[4]。据报道,在血清诱导下,MALAT1与聚梳抑制复合体1(polycomb repressive complex 1, PRC1)的重要成员Pc2特异结合,通过促进E2F1的SUMO化来驱动相关细胞周期基因的易位及转录激活[5];另一方面,MALAT1可能在转录后结合下游蛋白发挥选择性剪接作用。MALAT1与丝氨酸/精氨酸丰富的(serine/arginine-rich, SR)蛋白质剪接因子相互作用,可影响SR蛋白的磷酸化状态,继而导致SR蛋白与其靶前mRNA的交替剪接[6]。例如受MALAT1调节的SRSF1基因,其前mRNA的选择性剪接参与胃癌的发生、发展[7]。

另外,MALAT1也可充当竞争内源性RNA(competing endogenous RNA, ceRNA)发挥调节作用。ceRNA与其他mRNA竞争miRNA上的结合位点,最终抑制了miRNA的功能,增加了miRNA靶mRNA的表达水平,又称为“海绵作用”。据文献报道,MALAT1是功能极其强大的ceRNA,可以结合多种miRNA,参与肝细胞癌(hepatocellular carcinoma, HCC)等多种肿瘤的增殖与侵袭、肝脏纤维化、急性肾损伤等不同的生理病理过程[8-9]。此外,通过靶向miRNA和其他下游基因,MATAT1参与许多经典的信号通路,包括MAPK/ERK、NK-κB、Wnt/β-catenin等[9]。总之,MALAT1的具体功能根据癌症类型、肿瘤微环境以及遗传背景而有所不同。

2 MALAT1在甲状腺癌中的作用

2.1 MALAT1与甲状腺癌的增殖和发展Huang等[10]首先通过实时荧光定量PCR检出MALAT1在甲状腺癌组织和细胞中表达异常升高,进一步研究发现MALAT1通过上调IQGAP-1促进甲状腺癌细胞的增殖与侵袭,其中IQGAP-1是一种调节细胞黏附和细胞运动的蛋白质。miRNA与lncRNA存在调节关系,这种作用在甲状腺癌中至关重要。Peng等[11]证实miR-146b-5p在甲状腺癌组织中的表达异常升高,并且通过靶向DNMT3A调节MALAT1的表达,影响甲状腺癌的发生与进展。此外,在PTC中,MALAT1更重要的特点是发挥ceRNA的功能。Gou等[12]研究发现MALAT1充当miR-200a-3p的ceRNA,上调miR-200a-3p靶向致癌基因FOXA1的表达。有文献报道miR-204具有肿瘤抑制作用,并且靶向调节胰岛素样生长因子2 mRNA结合蛋白2(insulin-like growth factor 2 mRNA binding protein 2, IGF2BP2)。IGF2BP2又通过识别甲状腺癌细胞中MYC的N6-甲基腺嘌呤(N6-methyladenosine, m6A)修饰来上调MYC的表达[13]。MYC可以通过多种机制诱导肿瘤的发生,例如改变肿瘤微环境以促进免疫逃逸。MALAT1作为ceRNA与miR-204竞争性结合上调MYC表达,促进肿瘤细胞免疫抑制,加速甲状腺癌细胞的增殖。

此外,肿瘤的发生与细胞的异常增殖密切相关,细胞周期的失控可能导致细胞复制增强。如上所述,上调的MALAT1对Pc2的调节可以促进细胞周期基因的易位及异常激活,进而促进肿瘤细胞的增殖。有研究发现,MALAT1控制人体细胞的细胞周期过程,参与G1/S和有丝分裂进展,并且可以调节一种参与G2/M进程的致癌转录因子B-MYB的表达促进癌细胞增殖[14]。Samimi等[15]的研究也表明敲低MALAT1会显著下调Cyclin D1基因表达,使ATC细胞停滞于G1期,阻碍细胞周期进程,诱导细胞凋亡,最终抑制其增殖。这也可能是MALAT1促进甲状腺癌发展的原因之一。

2.2 MALAT1与甲状腺癌的侵袭和转移癌症的转移是影响生存与预后的决定性因素,上皮-间充质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)是肿瘤转移的重要过程,各种lncRNA被证明在EMT中起作用。有研究表明,MALAT1的上调参与TGF-β诱导的甲状腺癌EMT,并且可能通过调节EMT相关标志物CDH1、CDH2、FN1、vimentin的表达增加甲状腺癌细胞的转移和侵袭能力[16-17]。另有研究发现,甲状腺癌干细胞样外泌体将MALAT1转移到非癌的幼稚细胞中,增加了这些细胞的增殖和侵袭能力,其中EMT标志物SLUG也显著上调[18]。此外,血管生成也是促进癌症转移的关键因素。早有研究发现,MALAT1有调节内皮细胞功能和血管生长的功能。在甲状腺癌中,MALAT1可以上调成纤维细胞生长因子2(fibroblast growth factor 2, FGF2)的表达。FGF2作为一种信号诱导分子,在肿瘤诱导的血管生成中起重要作用。因此,MALAT1介导的FGF2蛋白表达可诱导脉管系统的形成,促进甲状腺癌的转移[19]。

3 MALAT1在甲状腺癌中的临床价值

3.1 MALAT1作为筛查标志物遗传因素和表观遗传变异是甲状腺癌发病机制的重要环节,其中包括单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism, SNP)。SNP是lncRNA基因最常见的遗传变异,lncRNA中的SNP可以通过改变mRNA的剪接构象和lncRNA的表达水平,进而介导癌症的发生与发展。SNP一直是筛查不同类型癌症潜在的生物标志物之一。全基因组关联研究发现了10多种与甲状腺癌遗传性相关的SNP。Ni等[20]采用Meta分析显示,MALAT1中的rs619586与亚洲人癌症风险显著相关,其中包括结直肠癌(colorectal cancer, CRC)、HCC和PTC等。从MALAT1多态性在中国PTC患者的研究中发现,与rs619586 AG/GG携带者相比,rs619586 AA携带者发生PTC的风险显著提升。此外还表明SNP rs619586促进甲状腺细胞的增殖并抑制凋亡,可以直接诱导细胞的EMT过程[21]。Cao等[22]也报道,rs619586的A等位基因与G等位基因相比,其与MALAT1的高表达有明显相关性。然而,可能因为种族差异,SNP rs619586与欧洲人群PTC的发生无明显关系[21]。

3.2 MALAT1作为诊断标志物超声引导下的FNA活检是甲状腺病变的主要诊断方法,然而其仍存在许多局限性。Possieri等[23]建立了基于FNA标本中lncRNA表达的高级数学模型,通过液滴数字PCR分析FNA样本和包括MALAT1在内的3种癌症相关lncRNA,以此作为甲状腺术前诊断的新方法。该算法诊断甲状腺癌的准确率达94.12%(灵敏度100%,特异性91.67%),且较常规分子检测成本更低、应用范围更广。与侵入性活检相比,准确性高的体液检测对患者更为有益。目前,关于MALAT1作为各种癌症在体液中的诊断标志物已有诸多报道。Zhang等[24]发现子宫颈癌患者阴道灌洗样本的分离外泌体中MALAT1水平较对照组差异有显著性。除此之外,膀胱癌的血清样本中也可检测出高表达的MALAT1,若辅以循环MEG3、SNHG16的检测,其诊断价值甚至高于尿液细胞学检查[25]。然而,目前MALAT1在甲状腺癌患者血液中变化的情况尚无相关报道。

3.3 MALAT1作为预后标志物鉴于MALAT1广泛参与多种癌症的增殖与转移,由此推测其与这些恶性肿瘤的不良预后相关。Liu等[26]研究发现,PTC组织中MALAT1的表达水平与肿瘤大小、淋巴结转移情况和WHO分期密切相关。如上所述,多项研究证明MALAT1通过各种途径参与EMT,促进甲状腺癌的侵袭与转移。这些结果均提示MALAT1是甲状腺癌预后的重要影响因素。

4 小结与展望

越来越多的研究表明,MALAT1在甲状腺癌中通过调节基因转录、影响mRNA切割或作为ceRNA等方式参与肿瘤的增殖、侵袭和转移的调节,可能成为筛查、早期诊断、预后预测的重要标志物,阻断和抑制其表达也可能成为甲状腺癌的治疗方向。

然而,目前将MALAT1进一步应用于临床还面临诸多挑战:首先,MALAT1在甲状腺癌中的作用机制与调控网络有待完善,如MALAT1是否存在更多上游调控基因,其作为ceRNA是否还有其他miRNA的靶基因或通过其他方式调控下游基因;其次,MALAT1不仅参与癌症的调控,还参与其他正常的生物过程,如神经的发育与功能、骨骼肌生成等。因此,MALAT1作为治疗靶点时,其沉默也可能影响正常的生理功能。仅在癌细胞中选择性靶向MALAT1而避免正常的生理功能受影响,这或许将成为未来临床转化的努力方向。