长链非编码RNA H19与结直肠癌关系的再认识

周福荣,李龑杼 综述,刘勇敢 审校

广东省中山市人民医院肛肠科,广东中山 528400

2022年国家癌症中心发布最新癌症统计数据显示:2020年我国癌症新发病例数和死亡病例数位于全球第1;2020年我国结直肠癌新发病例56万,排在十大癌症中的第2位,发病率和病死率持续上升[1]。结直肠癌的防治负担日益加重,防控形势异常严峻。随着人口老龄化的加剧及结直肠癌发病的年轻化,其防治难度不言而喻,因此寻找高特异度、高灵敏度的生物标志物对结直肠癌进行早期诊断,利用有效的创新药物实施精准靶向干预显得极为重要。研究表明长链非编码(lncRNA) H19(以下简称H19)在结直肠癌的发病机制中具有重要作用,H19参与结直肠癌细胞增殖、转移,化疗药物抵抗等诸多过程[2]。然而,H19在结直肠癌中的作用机制仍未完全阐明。本综述旨在归纳、分析H19在结直肠癌中的功能,并讨论H19在结直肠癌中面临的挑战和可能的应用策略。

1 H19概述

H19的长度为2.3 kb,是较早发现的lncRNA之一,其基因位于染色体11p15.5,通常在胎儿组织中高表达,出生后表达量大幅度减少。研究发现H19参与人体多种疾病的病理过程,如炎症反应、细胞再生、血管生成、纤维化等;此外,H19过表达被认为与人体多系统中癌症的发生、发展有关,例如结直肠癌、肝癌、胃癌、肺癌、乳腺癌、前列腺癌、神经胶质瘤等[3]。H19在恶性肿瘤中异常表达发挥癌基因作用,其功能复杂、多样,一直是研究的热点。H19既可以通过调控其靶基因参与结直肠癌发生的复杂过程,又可以作为被调控的靶点与其他lncRNA、微小RNA(miRNA)联合参与结直肠癌的演变。近期的研究发现H19可通过多种机制调节肠黏膜机械屏障,可加重小鼠溃疡性结肠炎(UC)肠道损伤过程,而UC是结直肠癌发生的独立危险因素[4-6]。因此,H19被认为是结直肠癌中高表达的直接致癌因子,同时也是肠道疾病向结直肠癌演变的诱因。

2 H19作为结直肠癌的生物标志物

2.1血清或血浆中的H19 有研究报道,与健康对照者相比,结直肠癌患者血清H19的表达增加11.38倍,H19和HOX转录本反义基因RNA(HOTAIR)检测诊断结直肠癌的灵敏度和特异度分别为92.9%和100.0%,H19在埃及结直肠癌患者中表达水平上调,是一种高灵敏度和高特异度的非侵入性结直肠癌诊断生物标志物[7]。邓玲慧等[8]报道,结直肠癌组患者血清H19表达水平显著高于对照组,H19高表达组中位总生存时间33.6个月、无进展生存期22.9个月,显著低于H19低表达组的55.8、43.3个月,说明H19与结直肠癌患者预后、化疗的敏感性相关。NG等[9]在18例结直肠癌患者的血清外泌体中检测到H19,发现晚期结直肠癌患者中H19表达水平显著高于早期患者,表明血清外泌体中的H19可能是结直肠癌预后分期的生物标志物。

2.2组织中的H19 NACARKAHYA等[10]对51例结直肠癌患者的肿瘤和周围正常组织标本进行检测,发现肿瘤组织中H19的表达比周围正常组织高2.11倍,H19表达量与肌酐之间存在相关性,进一步分析表明H19是结直肠癌的一种候选生物标志物,可以评估结直肠癌预后和抗肿瘤治疗反应。王会新等[11]的循证研究为H19作为消化系统恶性肿瘤预后标志物提供了较充分的证据,其研究显示H19低表达结直肠癌患者的总生存期(OS)长于H19高表达患者。结肠癌组织中H19表达增加与KRAS基因突变状态和结直肠癌晚期有关,是无复发生存期缩短的重要危险因素[12]。这表明H19可能是结直肠癌患者预后的预测标志物。

2.3粪便中的H19 粪便检查作为一种无创的肠癌筛查方式,患者依从性高,可居家留取标本,提高了结肠癌的筛查率。GHARIB等[13]的研究显示,粪便中lncRNA稳定存在并可重复检测,粪便中H19及其他lncRNA组成的长链非编码RNA谱可识别和区分结直肠癌患者与健康个体或息肉患者,在鉴别诊断结直肠癌方面,与lncRNA单项检测相比,癌症相关lncRNA的联合检测具有更高的灵敏度和特异度,粪便lncRNA组鉴定可能是早期发现结直肠癌的潜在生物标志物。

2.4lncRNA-miRNA-mRNA调控网 竞争性内源性RNA(ceRNA)调控网络一直是各类癌症研究的热门话题。lncRNA已被证明通过充当ceRNA来影响肿瘤发生和进展。YANG等[14]成功构建了包含H19作为ceRNA的预测调控模型,该模型可以作为结直肠癌的独立预后模型,该模型与风险评分及临床特征结合可更好地预测结直肠癌患者的生存率;GUO等[15]建立包括H19、SNHG7、hsa-miR-29b-3p等ceRNA调控网络,发现lncRNA-miRNA-mRNA调控网络模型结合肿瘤免疫细胞浸润可作为预测结直肠癌患者预后的标志物。这表明通过使用生物信息分析构建包含lncRNA的内源性RNA网络可预测结直肠癌患者的存活率。

2.5N6腺苷(m6A)与H19调控网 m6A的甲基化作为最常见的RNA修饰类型,可影响lncRNA的产生和作用,研究显示m6A相关lncRNA和调节因子之间的相互作用对癌症lncRNA修饰及精准肿瘤学具有重要的临床效应,是当前研究的热点。然而,m6A相关lncRNA对结直肠癌的预后价值仍不清楚,ZHANG等[16]在622例结直肠癌患者中筛选了24个m6A相关的lncRNA,确定5个lncRNA(H19、SLCO4A1-AS1、MELTF-AS1、SH3PXD2A-AS1、PCAT6)与结直肠癌患者无进展生存期相关,表明m6A相关H19是预测结直肠癌患者无进展生存期的有前景的生物标志物。

2.6H19基因变异 一项探讨H19基因单核苷酸多态性(SNP)与结直肠癌风险关系研究显示,SNP rs2839698多态性与结直肠癌风险降低有关,此外,rs2839698多态性还与结直肠癌患者的淋巴结转移和肿瘤大小有关,H19基因rs2839698多态性可能是预测中国汉族人群结直肠癌易感性的重要生物标志物和诊断标志物[17]。QIN等[18]通过DNA测序鉴定出H19基因启动子中的16个SNP,发现携带SNP rs4930101、rs2735970和rs11042170或携带一种以上的组合风险基因型显著增加了结直肠癌的患病风险,表明H19启动子的SNP,尤其是这些选定组合SNP和已知风险因素的联合检测显示出更高的预测效能,是晚期结直肠癌预后的最佳预测模型。

3 H19与结直肠癌的发生发展

3.1H19与结直肠癌细胞增殖 H19已被发现在包括结肠直肠癌在内的各种癌症中过度表达,HUO等[19]研究显示,H19在结直肠癌组织和细胞中的表达水平高于癌旁正常组织和正常NCM460细胞,H19可通过调控结直肠癌细胞周期来调控结直肠癌细胞增殖。YANG 等[20]研究发现,miR-200a与H19竞争性结合并抑制其靶基因β-catenin表达,从而减少结直肠癌细胞增殖,说明H19可通过与miR-200a竞争性结合来调节β-catenin的表达和活性。H19有助于促进结直肠肿瘤细胞的生长,加快肿瘤细胞转移;沉默H19会诱导结直肠癌细胞凋亡[21]。这为结直肠癌靶向治疗提供了潜在策略,进一步阐明H19调节结直肠癌进展的机制。

3.2H19与结直肠癌侵袭及转移 转移是癌症相关死亡的主要原因,研究表明H19与肿瘤转移具有相关性,H19可通过促进侵袭和迁移这一转移前步骤来加快结直肠癌患者肿瘤转移,但H19促进结直肠癌转移的机制并未阐明。RAS/丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)是重要的细胞内信号转导通路,RAS/MAPK信号通路的激活是人类癌症中最常见的致癌原因。YANG等[22]发现H19的过表达能够促进结直肠癌细胞的迁移和侵袭,其机制可能是通过激活细胞内RAS/MAPK信号通路实现;CHEN等[23]发现H19的过表达与结直肠癌患者的无复发生存率和总生存率降低有关,H19增加结肠癌细胞的活力和迁移。ZHANG等[24]的研究中,H19还可通过直接与异质核核糖核蛋白A2B1(hnRNPA2B1)结合来促进结直肠癌细胞的迁移和侵袭。此外,H19还可作为sTLR4/MD-2复合物的靶基因,sTLR4/MD-2复合物通过下调H19的表达,在体外和体内抑制结直肠癌细胞迁移和侵袭[25]。

3.3H19与结直肠癌细胞上皮-间质转化(EMT) 上皮细胞转化为间充质细胞过程的特点是分子重编程,导致细胞骨架重组、细胞连接破坏以及细胞迁移、侵入邻近组织的能力增加,研究表明EMT和表观遗传机制是癌细胞转移机制的重要组成。H19被描述为结直肠癌中EMT过程的一种新型调节剂,其如何调节侵袭-转移级联反应和相关过程并未阐明。CHOWDHURY等[26]的研究显示,H19可通过充当ceRNA来参与EMT的多个基因的表达,促进结直肠癌细胞体内和体外的生长过程。HU等[27]的研究中,表观遗传调控因子组蛋白去乙酰化酶(HDAC)缺失或敲低可上调H19,从而诱导结直肠癌细胞的EMT和转移,表明HDAC2是结直肠癌转移抑制因子。H19可组成调节轴通过作用于Wnt信号通路促进结直肠癌细胞EMT[28]。

3.4H19与结直肠癌化疗耐药 5-氟尿嘧啶、奥沙利铂、长春新碱、羟基喜树碱、氨甲蝶呤、伊立替康、紫杉醇和(或)新一代靶向药物西妥昔单抗、帕尼单抗或贝伐单抗的应用显著提高了结直肠癌患者的生存率;然而,大多数结直肠癌患者最终会产生化疗耐药,导致预后不良[29]。研究表明,H19在结直肠癌化疗耐药的形成中起关键作用[30]。REN等[31]认为肿瘤微环境中癌症相关成纤维细胞(CAF)和癌细胞之间的串扰促进了肿瘤的发展并导致了结直肠癌化疗耐药性,其研究中建立AOM/DSS诱导的结肠炎相关癌(CAC)小鼠模型,发现结直肠肿瘤基质的CAF及H19过表达有助于结直肠癌发展和化学抗性增强。WU等[32]研究表明,H19敲低使HT-29-R细胞中的氨甲蝶呤抗性敏感,而其过表达改善了亲代细胞中的氨甲蝶呤抗性,表明H19介导了氨甲蝶呤抗性,Wnt/β-catenin 信号在 HT-29-R细胞中被激活,H19敲低抑制了亲本细胞中的这种信号,说明H19通过激活 Wnt/β-catenin 信号传导介导氨甲蝶呤耐药,这有助于将H19发展为氨甲蝶呤耐药结直肠癌患者有潜力的治疗靶点。

二甲双胍最近被批准作为抗结直肠癌的药物,然而对二甲双胍治疗的耐药性是一个挑战性的问题,ABD-RABOU等[33]引入二甲双胍纳米封装来使耐药癌细胞敏感,发现包裹在卵磷脂和壳聚糖纳米颗粒中的二甲双胍通过下调lncRNA(包括H19)表达来增加细胞毒性,从而抑制结直肠癌的增殖能力。SUN等[34]研究中,H19是结直肠癌耐药过程的lncRNA,可预测奥沙利铂或伊利替康治疗的敏感性。

3.5H19与结直肠癌细胞自噬 自噬是生物医学研究的主要焦点,化学治疗后诱导的细胞自噬被证明是抗癌药物耐药机制之一,而H19是自噬导致的化学抗性相关的lncRNA[35],H19在结直肠癌自噬和化疗耐药中的作用和机制尚未阐明。WANG等[36]发现H19与结直肠癌中的5-氟尿嘧啶抗性相关,H19促进结直肠细胞5-氟尿嘧啶抗性,通过SIRT1触发自噬以诱导癌症化疗耐药,H19可能作为预测对5-氟尿嘧啶化学治疗反应的标志物。另一项研究中也表明,H19和人尿路上皮癌相关基因1(UCA1)表达的变化是预测直肠癌中基于5-氟尿嘧啶新辅助化疗(NAC)的反应敏感性的生物标志物[37]。在乳腺癌的研究中,二甲双胍和H19可以调节自噬和铁死亡,自噬诱导剂和H19可以逆转脂质活性氧的产生和二甲双胍诱导的自噬抑制,二甲双胍可能通过H19抑制自噬来诱导铁死亡[38];由于肿瘤异质性及H19功能的复杂性,其在结直肠癌中调节自噬和铁死亡的机制有待进一步研究。

3.6H19与癌症干细胞(CSC) CSC具有自我更新、血管生成、免疫逃避的能力,研究显示H19可调节CSC相关转录因子在结直肠癌中的表达,增强致癌潜能,使其对常见的抗癌药物具有高度抵抗力[39]。H19被证明可以作为一种ceRNA隔离miR-138和miR-200a,从而导致锌指同源框蛋白1(ZEB1)和锌指同源框蛋白2(ZEB2)表达抑制[40]。REN等[31]发现H19与结直肠癌标本中结直肠癌CSC的干性有关,H19促进CSC的干性并增加了肿瘤起始细胞的频率,CAF通过转移外泌体H19促进结直肠癌的干性,H19通过海绵miR-141激活β-catenin途径增强结直肠癌细胞的干性。

4 总结与展望

研究已表明,H19高表达与结直肠癌OS较短、肿瘤分化差、临床分期较晚、淋巴结转移较早和远处转移较早密切相关[41]。血液及粪便中的H19作为循环标志物用于结直肠癌的诊断具有无创、易采集的优点,可提高结直肠癌的筛查率;另外,H19基因的多态性是结直肠癌易感性、疗效预测、药物治疗敏感性预测的重要指标;H19作为ceRNA亦显示出强大的预测能力。由于结直肠癌的高度异质性,H19在结直肠癌中的功能似乎比在其他类型肿瘤中的功能复杂得多,涉及与遗传因素、环境因素、生活方式及相关基因改变和肠道炎症状况之间复杂的相互作用。H19与miRNA或其他靶基因调节途径是多重的:一方面,H19能够充当“海绵”来隔离miRNA或其他靶基因并阻碍它们的作用;另一方面,H19本身是miRNA或其他靶基因的前体,可直接调节靶标,从而影响结直肠肿瘤的微环境、EMT、结直肠癌干细胞等过程。结直肠癌中H19高表达与化疗耐药相关,沉默H19可使耐药细胞对各种药物和离子辐射敏感,表明H19抑制剂与当前药物的联合治疗可能是结直肠癌放化疗耐药的逆转方法;但是H19抑制剂的开发,还需考虑其他非编码RNA发挥协同功能的可能,同时,需要进一步确定H19在表观遗传修饰中调节结直肠癌放化疗耐药信号通路的作用。

尽管H19可作为结直肠癌生物标志物,但是当前仍然没有H19相关检测试剂盒进入临床试验、申请注册上市,由于研究方法、对象、标本、地域、种族的限制性差异,H19的具体功能可能还需多中心、更大样本量的临床研究。另外,循环(血液、粪便)H19作为监测结直肠癌进展的生物标志物的上调机制是否与组织中H19相同,未来有待进一步研究,为结直肠癌的无创筛查、早期诊断、预防监测提供更有效的方法。H19作为结直肠癌治疗靶点的临床试验还很缺乏,有必要进行更多的临床研究,加快H19抑制剂的临床转化和结直肠癌患者用药的精准化进程。