长链非编码RNA调控细胞自噬参与消化系统肿瘤发生发展的研究进展*

陈晓玲 吴巍芸

广东医科大学附属医院消化内科,广东省湛江市 524001

近年来已发现多种非编码RNA(ncRNA),包括微小RNA(miRNA)、长链非编码RNA(lncRNA)、环状RNA(circRNA)和piwi相互作用RNA(piRNA)等[1]。lncRNA广泛表达于人体的器官及组织中,并通过影响染色质重构、表观遗传学修饰、转录、RNA成熟等方式调控基因表达,从而参与肿瘤、心脑血管疾病、神经退行性疾病等多种疾病的病理过程[2]。自噬是一个多阶段的保守降解过程,其在维持细胞内稳态方面担当重要角色[3]。自噬异常与肿瘤的发生发展密切相关,具有“双刃剑”的特性[3]。一方面,自噬使肿瘤细胞更能够耐受缺氧、饥饿等应激环境,通过缩小细胞体积减低耗能、抑制细胞分裂和运动等方式使其进入休眠,当条件改善时,这些细胞能够恢复生长,延长存活时间;另一方面,自噬通过清除受损的蛋白质和细胞器,促进细胞内循环,维持能量稳态,减轻应激导致的基因组损伤,减少肿瘤的发生。另外,在肿瘤耐药性方面,自噬可促进肿瘤发生免疫逃逸或通过与先天或获得性免疫因子相互作用以加强抗肿瘤效果[3]。lncRNA通过调节自噬相关基因(ATG)、自噬相关通路关键因子等参与自噬调控网络,进而影响肿瘤发生、癌细胞增殖、凋亡、转移、化疗耐药等过程[4-5]。本文就lncRNA调控细胞自噬参与消化系统肿瘤发生发展的研究进展展开综述。

1 lncRNA概述

lncRNA是一类长度超过200个核苷酸,不具有编码蛋白质潜力的RNA[1]。研究表明,在多种肿瘤中存在lncRNA的异常表达,并与肿瘤的进展有关[4-5]。lncRNA主要通过以下机制在肿瘤中发挥作用:(1)作为竞争性内源RNA(ceRNA),通过碱基互补竞争性与miRNA结合,导致miRNA功能丧失或减弱,减少miRNA对靶基因的抑制作用;(2)通过染色质重塑、组蛋白修饰等方式改变转录后蛋白的翻译;(3)通过直接与转录因子结合,阻止它们与基因的启动子区域结合,抑制基因转录;(4)通过与RNA结合蛋白结合,可顺式或反式调节基因的转录和翻译[1]。由此可见,lncRNA可通过表观遗传、转录和转录后水平调控基因表达来参与肿瘤发生发展。

2 自噬与肿瘤

自噬,也称为“自我吞噬”,根据包裹物质及运送方式的不同可分为三种形式:巨自噬、微自噬和伴侣介导的自噬;其中,巨自噬是最常见的一种自噬类型[3]。在缺氧、DNA损伤等条件下,雷帕霉素靶蛋白(MTOR)失活,单磷酸腺苷活化的蛋白激酶(AMPK)激酶被磷酸化,Unc-51类自噬激活激酶(ULK)复合体被激活,自噬启动;囊泡成核阶段主要由Ⅲ型磷脂酰肌醇激酶(Vps34)、酵母ATG6同源基因(Beclin-1)等自噬相关因子组成的磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)复合体诱导,Vps34产生的磷脂酰肌醇-3-磷酸(PI3P)可诱导自噬前体的形成;微管相关蛋白轻链3(LC3)-磷脂酰乙醇胺(PE)和ATG12-ATG5复合物两个泛素样结合系统参与自噬体的形成,后者与溶酶体融合后被降解[6]。另外,在自噬体的形成过程中,泛素结合蛋白(p62)通过其泛素相关结构域识别泛素化蛋白,并与LC3结合后在自噬体中降解,因此,p62水平降低通常是自噬激活的标志之一[3]。

自噬是一个复杂的调节过程,涉及多种信号通路:(1)AMP激酶途径:主要通过抑制MTOR的活性和直接磷酸化ULK1来激活自噬[6]。(2)PI3K/蛋白激酶B(AKT)/MTOR信号通路:在细胞营养丰富情况下,PI3K与生长因子受体结合后AKT被激活,继而激活MTOR后抑制自噬;另外,PI3K活性可被磷酸酯酶与张力蛋白同源物(PTEN)拮抗,从而抑制AKT活性,抑制MTOR的激活,从而诱发自噬[6]。(3)抗凋亡蛋白(BCL-2)与Beclin-1结合后,Beclin-1与Vps34结合减少,Vps34产生的PI3P减少,影响自噬体囊泡成核,进而抑制自噬[7]。

自噬异常与肿瘤的发生、转移和耐药性有关,主要涉及上皮—间充质转化、肿瘤干细胞、肿瘤微环境等因素[8]。而自噬在肿瘤中具有双重作用,在肿瘤进展的早期,自噬通过减少癌基因激活抑制肿瘤细胞转移;而在肿瘤进展的后期,自噬促使肿瘤细胞在缺氧等条件下存活,进而促进肿瘤进展[3]。在不同的细胞环境压力或肿瘤微环境条件下,lncRNA可抑制或激活自噬,进而促进或抑制肿瘤的增殖、凋亡、转移和化疗耐药等。

3 lncRNA调控自噬参与消化系肿瘤的发生发展

3.1 胃癌 据统计,2020年胃癌(GC)在全球有100多万新发病例和76.9万死亡病例,在肿瘤发病率和死亡率中分别位居第五和第四[9]。Wang等[4]报道,在GC细胞中,lncRNA MALAT1与ELAV样RNA结合蛋白1(ELAVL1)结合,导致ELAVL1与PTEN的3’-非翻译区(3’-UTR)结合减少,增加 PTEN mRNA的不稳定性,PTEN表达下调,AKT和MTO R磷酸化增加,激活AKT/MTOR通路,从而抑制GC细胞自噬,p62表达上调,激活核因子κB(NF-κB)通路,白细胞介素-6表达增加,促使成纤维细胞(NF)向肿瘤相关成纤维细胞(CAF)的转化,CAF表达α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)增加, 并获得高度收缩的表型,其通过分泌炎性介质调节肿瘤微环境各成分,CAF与GC细胞在肿瘤微环境中相互作用,进而促进GC细胞的增殖。胃癌化疗主要应用于手术前、手术后以及围手术期患者,以降低复发和转移的风险和改善预后;然而,化疗耐药性的增加是影响疗效的主要因素[10]。lncRNA EIF3J-DT可通过激活自噬来增加GC细胞对化疗药物的耐药性。Luo等[5]等研究发现, lncRNA EIF3J-DT在对5-氟尿嘧啶耐药的GC细胞中高表达;EIF3J-DT通过直接与ATG14 mRNA结合,增加其稳定性,使ATG14表达上调,从而促进GC细胞自噬,使GC细胞耐药性增加。

3.2 胆囊癌 由于胆囊癌发病时症状和体征的模糊性和非特异性,大多数患者确诊时已为晚期,预后较差,以化疗为基础的辅助治疗是延长患者生存期的治疗手段之一[9]。磷酸甘油酸激酶1(PGK1)可磷酸化Beclin-1以启动自噬[11]。lncRNA GBCDRlnc1在对阿霉素(Dox)耐药的胆囊癌中表达上调,与患者更低的总生存率和更晚的TNM分期呈正相关;在对Dox耐药的胆囊癌细胞中,过表达GBCDRlnc1后通过直接与PGK1结合,抑制PGK1泛素化,PGK1表达上调,PGK1磷酸化Beclin-1增多,ATG5-ATG12结合物表达上调,从而促进自噬,使胆囊癌细胞耐药性增加[12],lncRNA GBCDRlnc1可能是改善胆囊癌化疗耐药的一个潜在的靶点。

3.3 肝癌 肝细胞自噬受损与酒精性肝病、病毒性肝炎等原发性肝细胞癌(HCC)的高危因素的发病有关[13],表明自噬缺陷可能是HCC发生的机制之一。在HCC细胞中,lncRNA PTEN1P作为ceRNA,通过竞争性结合miR-17和miR-20a,上调miR-17和miR-20a靶基因AKT信号负调控因子(PHLPP)和ULK1的表达,进而抑制PI3K/AKT通路,促进HCC细胞自噬和凋亡,减弱HCC细胞的增殖、迁移和侵袭能力[14]。另外,lncRNA可通过促进HCC细胞自噬来降低化疗药物的敏感性。Xiong等[15]研究发现,过表达lncRNA HULC通过抑制miR-68863p、miR-6825-5p和miR-6845-5p的表达,导致后三者与泛素特异肽酶22(USP22)mRNA的3’-UTR结合减少,USP22蛋白表达上调,通过抑制烟酰胺腺苷二核苷酸依赖性脱乙酰酶(Sirt1)蛋白泛素化,使其降解减少,表达上调,促进ATG5和ATG7的脱乙酰化,两者表达上调,进而促进HCC细胞自噬,降低细胞对化疗药物的敏感性。可见,lncRNA可通过与miRNA相互作用来调控自噬相关蛋白的表达,进而参与HCC发生发展,为探索HCC诊断及治疗新靶点开阔了新的思路。

3.4 胰腺癌 胰腺癌(PC)是死亡率较高的恶性肿瘤之一,发病率呈上升趋势,由于PC发病隐匿、易早期转移,大多数患者确诊时已为晚期,预后极差[9]。lncRNA PVT1在胰腺导管腺癌(PDA)组织的细胞中高表达,与更晚的临床分期和更短的生存期呈正相关;过表达PVT1可通过竞争性抑制miR-20a-5p的表达,促使miR-20a-5p的靶基因ULK1表达上调,进而促进 PDA细胞自噬和增殖,抑制细胞凋亡,加入自噬抑制剂或自噬诱导剂后,可逆转过表达PVT1对PDA细胞的自噬、增殖和凋亡的作用[16]。放疗抵抗是影响PC放疗疗效的主要因素[17]。有研究报道,自噬与辐射敏感性有关,其通过保护肿瘤细胞免受电离辐射诱导的细胞损伤来增强肿瘤细胞辐射抗性[17]。lncRNA HOTAIR在PC组织中表达上调,通过直接与ATG7 mRNA结合,增强其稳定性,ATG7表达上调,LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值上调,促进PC细胞自噬,使得PC细胞的放射敏感性下降[18]。相反,LINC01207可通过促进PC细胞自噬来抑制其增殖,促进凋亡。Liu等[19]发现,沉默LINC01207后与miR-143-5p竞争性结合减少,下调 miR-143-5p靶基因AGR2的表达,LC3B和Beclin-1蛋白表达升高,而BCL-2蛋白表达降低,进而促进PC细胞的自噬和凋亡,抑制细胞增殖。

3.5 大肠癌 据统计,2020年大肠癌(CRC)在全球发病率位居第三,是常见的消化系统肿瘤之一[19]。Liu等[20]报道,敲低lncRNA GAS5后,与miR-222-3p竞争性结合减少,miR-222-3p表达升高,其靶基因PTEN表达下调,使得AKT磷酸化水平增高,激活AKT/MTOR通路,LC3B和Beclin-1蛋白表达下降,进而抑制CRC细胞自噬,促进细胞迁移和侵袭。另一方面,也有文章报道,lncRNA可通过抑制自噬,进而抑制CRC的发生发展。敲除lncRNA UCA1后激活AKT/MTOR信号通路,LC3Ⅱ和ATG5蛋白表达下调,抑制CRC细胞自噬, CRC细胞增殖减少,凋亡增加[21]。lncRNA通过调控自噬,在肿瘤中发挥不同的作用,可能与自噬在肿瘤中的作用复杂多样有关。

综上所述,lncRNA通过调控自噬在肿瘤的恶性进程中发挥不同的作用,可能由于处于疾病不同的发展阶段,涉及不同的因子和信号通路所致。深入研究具体分子机制有助于更全面地认识肿瘤的发生发展机制,为诊疗靶点和手段的开发提供更广阔的思路。