外周血lncRNA NEAT1在恶性肿瘤诊断中的研究进展

何 静 综述,侯玉磊,陈 辉审校

(重庆医科大学附属第一医院检验医学科,重庆 400016)

根据世界卫生组织(WHO)2019年的估计,癌症是全世界范围导致人类死亡的主要原因[1]。癌症的发病率高、致死率高,癌症患者的总体预后差,但癌症的早期诊断可改善总体预后,对延长人类寿命有至关重要的作用[2]。但由于对早期肿瘤缺乏高效特异的筛查方法,许多患者到疾病晚期时才就诊,也因此延误了诊疗时机[3]。目前,癌症的诊断方法主要包括影像学检查(CT、MRI、PET-CT、钼靶、内窥镜等)、组织病理活组织检查(简称活检)、实验室标志物(如CEA、AFP、SCC)检测等。随着个性化医疗和基因分析等新技术的发展,液体活检正在成为癌症诊断的新方法。液体活检是一种非侵入性检测手段,通过对外周血或其他体液中的多种癌症来源成分进行检测分析,从而获取肿瘤相关信息,主要包括检测外周血中的循环肿瘤细胞(CTC)、循环肿瘤DNA(ctDNA)、循环肿瘤RNA及蛋白质等[4]。相比传统影像学检查,液体活检无放射性辐射且更为经济;相比组织病理活检,液体活检标本更易获取、患者接受程度更高,且可重复取样进行预后预测及疗效监测;相比传统实验室标志物,液体活检直接检测循环中的遗传物质,具有更高的灵敏度及特异度。起初,研究人员以检测外周血中肿瘤蛋白类指标为主要研究对象,随着分子生物学技术的发展,生物医学研究人员开始关注更为特异的分子类指标,如循环DNA及循环RNA。其中长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)在癌症进展中的作用已得到广泛研究证实[5]。LncRNA NEAT1作为lncRNA中的明星分子,通过对其作用和机制的深入研究发现,核富集转录本1(Nuclear enriched abundant transcript 1,NEAT1)在恶性肿瘤中具有一定诊断价值,提示其可用作恶性肿瘤诊断的理想生物标志物。因此,本文对外周血中lncRNA NEAT1在常见恶性肿瘤中的诊断价值研究进展进行综述。

1 LncRNA NEAT1的结构和功能

人类基因组中超过75%的基因被主动转录成RNA,但实际上只有极少数基因被翻译为功能蛋白质,这表明基因转录组中大部分由非编码RNA(ncRNA)构成[6]。早期研究认为,ncRNA不具备生物学功能,但随着高通量技术的发展,人们对ncRNA的认识也逐渐深入。ncRNA可分为小ncRNA(small ncRNA,<200核苷酸)和长ncRNA(lncRNA,>200核苷酸)。近年来,越来越多的研究表明,lncRNA可参与调节癌症发展相关的细胞过程,包括细胞生长、凋亡、侵袭和转移。

NEAT1位于11号染色体(11q13.1),具有两种不同的亚型,即NEAT1_1(3.7 kb)和NEAT1_2(22.7 kb),是一种功能保守的lncRNA[7]。NEAT1富集在细胞核中,可维持RNA的稳定性,支持RNA的亚型转换。核副斑点是执行不同基本细胞功能的无膜核体,而NEAT1是组成核副斑点的结构支架,对其形成至关重要[8]。许多研究表明,NEAT1参与调节肿瘤细胞过程,包括细胞增殖、分化、迁移、侵袭和凋亡。NEAT1在大多数实体肿瘤中过表达,如乳腺癌、非小细胞肺癌、结直肠癌、前列腺癌、胃癌等。这些恶性肿瘤的不良预后、肿瘤晚期分期以及转移等临床病理特征与NEAT1水平升高显著相关。然而在白血病和多发性骨髓瘤中,NEAT1表达水平下调,可能发挥抑癌基因作用。以上研究表明,NEAT1在恶性肿瘤的发生、发展中具有重要作用,并且与肿瘤临床病理特征显著相关,提示NEAT1在肿瘤诊断中具有一定价值。

2 LncRNA NEAT1在恶性肿瘤诊断中的研究进展

2.1乳腺癌 乳腺癌作为全球女性癌症死亡的主要原因,其发病率已超过肺癌,成为最常诊断的肿瘤[1]。近年来,研究发现,在乳腺癌组织和细胞系中NEAT1表达水平上调,并且这种表达上调一方面与促进肿瘤细胞过程、减少细胞凋亡及促进上皮-间充质转化(EMT)有关,另一方面又与降低患者总体生存率有关。高水平的NEAT1与乳腺癌患者更大的肿瘤直径、伴随淋巴结转移及癌症侵袭性增加密切相关[9]。有研究通过对乳腺癌进展调控机制的研究发现,NEAT1通过NEAT1/miR-107/CPT1A轴或NEAT1/miR-410-3p/CCND1轴来调节乳腺癌基因的表达模式,从而促进乳腺癌的进展[10-11]。

近两年,研究者们开始探究循环NEAT1在乳腺癌患者中的表达水平及临床意义。SWELLAM等[12]发现,与乳腺良性疾病及健康对照组相比,血清NEAT1相对表达量在乳腺癌患者中显著升高。伴随淋巴结转移及肿瘤位于左侧乳腺的乳腺癌患者,其血清NEAT1表达水平更高。SWELLAM等[12]通过绘制ROC曲线发现,用NEAT1来鉴别乳腺癌患者与健康对照时的曲线下面积(AUC)为0.92,最佳cut-off值为9.77时,NEAT1的灵敏度和特异度分别为91.00%和80.90%。上述研究表明,NEAT1特别是循环NEAT1具有作为乳腺癌诊断生物标志物的潜力。

2.2肺癌 肺癌仍然是全世界最普遍的恶性肿瘤之一,病死率高,我国每年报道超70万死亡病例[1]。肺癌最普遍(超过80%)的形式是非小细胞肺癌(NSCLC)。有研究表明,NEAT1参与NSCLC的发生、发展。研究发现,NEAT1在NSCLC组织和细胞系中上调,NEAT1水平升高与NSCLC患者更多的淋巴结转移、更高级的TNM分期、更差的生存率及NSCLC细胞过程进展密切相关[13]。ZHAO等[14]研究发现,NEAT1水平在肺癌组织及细胞系中显著升高,表明NEAT1在肺癌进展中扮演了重要角色。ZHAO等[14]还对NEAT1具体调控机制进行探索,发现NEAT1与miR-153-3p相互作用,上调miR-153-3p抑制肺癌细胞进展,抑制miR-153-3p可恢复si-NEAT1在肺癌细胞系中的作用,即当沉默NEAT1时可通过靶向上调miR-153-3p显著抑制肺癌细胞的增殖、侵袭、迁移,并诱导肺癌细胞凋亡,提示NEAT1参与NSCLC的进展。此外,大量研究表明NEAT1可通过调节不同的分子途径来促进NSCLC发生。一项研究发现,SOX9可激活经典Wnt/β-连环蛋白信号通路,此信号通路在癌细胞增殖、迁移和血管生成中具有重要作用,而NEAT1可海绵化miR-101-3p靶向调节SOX9的表达,从而促进NSCLC的进展[13]。另一项研究发现,下调NEAT1抑制miR-204/NUAK1轴抑制肺癌细胞侵袭及迁移,促进肺癌细胞凋亡[15]。

循环lncRNA作为非侵入性肿瘤诊断标志物得到了研究人员的关注。YUAN等[16]设计了一项多阶段研究,通过发现、训练、验证和扩展阶段,收集检测528个血浆样本中的候选肺癌相关lncRNA,最终鉴定出一组由4个血浆lncRNA组合的肺癌诊断标志物。ROC曲线显示,NEAT1用于鉴别NSCLC和健康对照的AUC值为0.73,而4个血浆lncRNA联合诊断NSCLC的AUC值为0.86,优于临床经典3个腺癌蛋白标志物组合(CEA+CA125+CYFR21-1)的AUC值(0.77),灵敏度也明显高于3个蛋白标志物组合(86.30%vs.73.96%)。由此可见,NEAT1或联合多个lncRNA在鉴别早期NSCLC时具有良好的诊断效能,其诊断价值显著高于临床常用肿瘤蛋白标志物。此项研究结果提示,血浆NEAT1等lncRNA具有诊断NSCLC的强大潜力,NEAT1具有作为肺癌早期辅助诊断标志物的临床价值。

2.3结直肠癌 结直肠癌是全球发病率第三、癌症死亡原因排名第二的肿瘤,并且有年轻化、晚期化、向左侧结肠或直肠发展的趋势[17]。研究发现,NEAT1水平上调与结直肠癌患者TNM分期不良、生存率低和肿瘤复发显著相关。通过对56例结直肠癌患者组织及癌旁正常组织的研究,PENG等[18]发现NEAT1在结直肠癌组织中表达水平显著升高,NEAT1表达水平与结直肠癌的体积呈正相关,Kaplan-Meier分析提示NEAT1水平升高导致生存不良。此外,NEAT1可通过与miRNA相互作用,如NEAT1通过调节miR-205-5p/VEGFA轴[19],或通过miR-138上调SLC138A1[20]促进结直肠癌细胞增殖、迁移和侵袭,提示NEAT1在结直肠癌发生、发展中起着重要作用。

在另一项研究中,研究者采用RT-qPCR对结直肠癌患者血清样本进行检测,结果发现与健康对照比较,NEAT1水平在结直肠癌患者血清中明显升高,能有效区分结直肠癌与健康对照;ROC曲线显示,NEAT1鉴别结直肠癌与健康对照的AUC值为0.95,提示NEAT1具有良好的诊断效能,可能是结直肠癌潜在的生物标志物[18]。但该研究没有进一步比较NEAT1与传统蛋白标志物的诊断价值,对NEAT1促进结直肠癌发展的潜在机制进行了探索。研究发现,在结直肠癌细胞中敲除NEAT1不仅会导致细胞生长阻滞和凋亡,还会导致Bcl-2水平降低和Bax水平升高,且NEAT1的致癌活性可能与Akt信号通路的调控有关[18]。上述研究结果表明,血清NEAT1用于结直肠癌诊断时具有良好的诊断价值,相比结直肠镜检查,血清NEAT1检测具有无创、临床开展方便等优点,提示NEAT1具有作为结直肠癌早期诊断标志物的潜力。

2.4前列腺癌 前列腺癌是男性常见肿瘤,也是癌症相关死亡常见原因之一[1]。研究发现,在前列腺癌组织和细胞系中,NEAT1表达水平明显升高。在前列腺癌患者中,较高丰度的NEAT1与较差的TNM分期和格里森评分相关,其总生存期较短,敲除NEAT1可抑制前列腺癌细胞生长和侵袭。ZHAO等[21]研究发现,NEAT1在前列腺癌组织和细胞系中过表达,Ⅲ期+Ⅳ期前列腺癌患者NEAT1水平高于Ⅰ+Ⅱ期,高水平NEAT1与前列腺癌患者不良生存呈正相关。在机制上,NEAT1与miR-766-5P在前列腺癌组织中的表达量呈负相关,且NEAT1可通过海绵化miR-766-5P靶向调节E2F3,促进前列腺癌进展。在另一项研究中,NITUSCA等[22]通过对病理组织及血浆中lncRNA的筛选验证发现,NEAT1在前列腺癌患者组织和血浆中均表达上调;通过绘制ROC曲线发现,在鉴别前列腺癌和健康对照时,NEAT1的AUC值为0.73,表明其对前列腺癌具有一定诊断价值。结合上述研究结果,提示NEAT1在前列腺癌诊断中蕴含巨大潜力。但目前相关研究还较少,期待未来出现更多关于前列腺癌中循环NEAT1诊断价值的研究。

2.5胃癌 胃癌(gastric carcinoma)是全球第五大常见诊断癌症和第四大癌症死亡原因[1]。尽管近年来胃癌病死率有所下降,但每年仍有超过100万新诊断病例和70万死亡病例。研究发现,相较癌旁组织和正常胃癌细胞系,NEAT1水平在胃癌组织和细胞中显著升高。NEAT1相对表达量较高的胃癌患者与较差的总生存期相关,沉默NEAT1可抑制胃癌细胞增殖、侵袭、转移和体外细胞的周期进程,但可促进胃癌细胞凋亡。机制分析表明,NEAT1通过海绵化miR-365a-3p调控ABCC4基因表达来促进胃癌细胞增殖、凋亡和转移[23],或作为ceRNA海绵化miR-1224-5p调控RSF1表达影响胃癌的进展[24]。值得注意的是,RAO等[25]发现,NEAT1在幽门螺杆菌(Hp)感染的胃癌组织中表达上调,而Hp感染是诱发胃癌的高危因素,过表达的NEAT1促进Hp感染胃癌细胞的增殖、迁移和侵袭能力。在另一项研究中,NEAT1在胃癌患者组织及血清中表达水平显著升高,且NEAT1水平与淋巴结转移、临床分期、肿瘤直径、Hp感染有关。此研究还发现,NEAT1用于胃癌诊断的AUC值为0.88,灵敏度、特异度分别为83.67%、67.78%,提示血清NEAT1对于胃癌早期筛查有较高的诊断效能[26]。目前有不少研究都关注到NEAT1在胃癌患者组织和细胞系中表达失调,表明NEAT1在胃癌的进展中起着至关重要的作用。此外,近两年研究发现,血清NEAT1作为胃癌辅助诊断标志物有巨大潜力[26]。

2.6其他恶性肿瘤 越来越多的文献报道,NEAT1参与多种恶性肿瘤的发生、发展。在大多数实体肿瘤中,NEAT1主要促进癌症进展。尽管这些癌症在定义、部位、致病机制等方面不完全相同,但它们具有一个相似点,即NEAT1表型,可归纳为:(1)在肿瘤组织或细胞系中表达上调,NEAT1水平升高与更高级的TNM分期、较大的肿瘤、转移的发生及不良的生存相关;(2)沉默NEAT1可导致癌细胞生长、增殖、迁移、侵袭的减少,促进肿瘤细胞的凋亡;(3)在分子机制上,NEAT1大多数时间充当miRNA的ceRNA,调控相应miRNA水平,从而靶向调节致癌蛋白的表达水平。因其在恶性肿瘤中的作用机制逐渐被探索,针对NEAT1的诊断价值研究也越来越多。

在子宫内膜癌组织中,NEAT1表达明显高于癌旁组织,其水平变化与肿瘤大小及分期密切相关。ROC曲线发现NEAT1用于子宫内膜癌诊断的AUC值、灵敏度、特异度分别为0.86、62.20%、100.00%,提示NEAT1具有良好的诊断效能[27]。然而徐笑宇等[28]检测31例宫颈病变(宫颈上皮内癌变及宫颈癌)患者外周血清发现,NEAT1在宫颈病变患者中表达水平显著低于健康对照组,宫颈癌患者术后3 d血清NEAT1水平较其术前水平升高。尽管此研究结果表明NEAT1水平在肿瘤患者中表达下调,但经ROC曲线分析,其诊断宫颈病变的AUC值为0.66,灵敏度、特异度为63.60%、74.20%,提示血清NEAT1对于宫颈病变具有一定的诊断价值,其可用作宫颈病变早期筛查的辅助指标。

3 小结与展望

虽然目前对外周血NEAT1的诊断价值研究仍处于非常早期的阶段,但越来越多的证据已经清楚地表明外周血NEAT1是一种有吸引力的癌症生物标志物,对肿瘤诊断具有重要意义。相比组织活检,外周血NEAT1作为相对无创的检测手段更易被患者接受,成本低、易取样,且可重复取样的优点可支持肿瘤治疗的监测;相比传统血清蛋白类肿瘤标志物,NEAT1具有更高的灵敏度和特异度,当NEAT1联合其他lncRNA或联合传统血清蛋白类肿瘤标志物时,可提高肿瘤的诊断效能。但是目前针对NEAT1在恶性肿瘤中的研究还不够深入,其作为肿瘤辅助诊断标志物的价值还需要在多中心、大规模的样本中进一步验证,调控肿瘤进展的分子机制也需要更多研究支持。相信随着研究的深入,NEAT1有望成为肿瘤诊断、治疗、预后等的新靶点。