長鏈非編碼RNA在腦膠質瘤發病及進展中功能作用的研究進展
2017-05-24 來源：中國微侵襲神經外科雜誌
作者：陳峰，駱純，第二軍醫大學長徵醫院神經外科
膠質瘤是顱內最常見的惡性腫瘤。為提高膠質瘤病人的治療效果，在基因和分子水平上掌握腫瘤的發生機製成為當務之急。近年來，一些LncRNA的異常表達與膠質瘤病人的復發及預後密切相關。但目前人們對其功能及作用機制知之甚少，充分了解LncRNA在膠質瘤發生發展中的功能及分子調節機制有助於尋找新的膠質瘤治療靶點及分子診斷標誌物。本文綜述近來發現的與膠質瘤發生發展密切相關的LncRNA分子，並描述其具體的分子機制，旨在為膠質瘤病人的早期診斷和治療提供可能的新方法。
1.LncRNA概述
LncRNA最初被認為是由於轉錄過程中RNA聚合酶的低保真性而產生的轉錄「噪音」。近來研究表明：LncRNA可以在染色質修飾、轉錄及轉錄後等多種水平調節基因的表達，影響轉錄、翻譯、細胞分化、基因表達、細胞周期、染色體修飾及核漿運輸等生理進程。根據LncRNA在基因座上的位置可將其分為5類：①位於基因間的長鏈非編碼RNA，又被稱作LincRNA（long intergenic RNA）。②雙向長鏈非編碼RNA（bidirectional LncRNA）。③天然反義鏈長鏈非編碼RNA（natural antisense LncRNA）。④外顯子同向重疊RNA（exonsense-over lapping LncRNA）。⑤內含子反向RNA（intronicantisensLncRNA）。
2.LncRNA的功能
根據其在細胞中的作用方式和功能，現將LncRNA的功能概括為以下4種：
2.1信號通路上的調控者
LncRNA轉錄本的調控作用是暫時的，並且表達具有組織特異性。LncRNA的表達調控是對細胞內外刺激的反應。因此，LncRNA可以作為分子信號調節器調控基因在特定的時間和空間有選擇性的表達。
2.2分子誘餌
LncRNA作為分子誘餌來招募相應的RNA結合蛋白或RNA間接調控靶基因的轉錄。Poliseno等報導PTEN基因（gene of phosphate and tension homology deleted on chromsome ten）的假基因PTENP1可以與PTEN競爭結合microRNA進而調控PTEN基因表達，這種調控方式被稱為「海綿吸附效應」，具備該作用的LncRNA也被稱為ceRNA（competing endogenous RNA），即競爭性內源性RNA。
2.3分子嚮導
LncRNA可以引導核糖核蛋白複合體結合到特定的染色體位點，進而調節鄰近靶基因（通過順式調節作用）或是較遠處靶基因（通過反式調節作用）的表達改變。
2.4分子支架
LncRNA可以為多種複合體的形成提供分子支架。一些長鏈非編碼基因擁有結合不同蛋白和效應分子的結構區域，從而為蛋白質複合體的形成提供一個裝配平臺，進而對基因的轉錄產生激活或是抑制作用。這對生物信號的傳遞及精確調控具有重要意義。
3.腦膠質瘤中常見的LncRNA及其分子作用機制
3.1H19
H19是人們在哺乳動物細胞中發現的發揮腫瘤抑制作用的第1種LncRNA。研究報告發現H19的表達與膠質瘤分級密切相關，且其表達在膠質瘤的進展及侵襲中起到關鍵作用。與U251、U87等其他神經膠質瘤細胞相比，H19在膠質瘤幹細胞中表達量明顯升高，研究認為H19的表達與GSC的幹細胞特性相關。迄今為止，H19可能會影響神經膠質瘤發展的相關機制仍未完全清楚。
3.2HOTAIR
在膠質瘤中，HOTAIR（HOX transcript antisense RNA）的表達與膠質瘤的分級有關，膠質瘤的級別越高，其表達量越高。除LncRNA表達譜晶片技術外，Pastori等通過單分子測序技術確定膠質母細胞瘤（GBM）中幾種LncRNA的表達規律；結果顯示，與正常腦組織相比，HOTAIR在GBM中明顯高表達，在細胞實驗中幹擾HOTAIR的表達後，膠質瘤細胞生長速度明顯減慢。功能學實驗表明幹擾HOTAIR後會導致膠質瘤細胞發生細胞周期阻滯，細胞生長速度減慢，侵襲能力減弱。儘管有越來越多的證據表明HOTAIR在膠質瘤中存在致癌作用，但是其調節基因表達的機制仍未完全明確。
3.3CRNDE
近期研究表明：與正常腦組織相比，GBM病人CRNDE（colorectal neoplasia differentially expressed）腫瘤細胞中上調了32倍，並且CRNDE表達水平與神經膠質瘤分級有關。過表達CRNDE後，神經膠質瘤細胞的生長和遷移能力增強，而幹擾CRNDE表達會抑制腫瘤活動。
3.4MALAT1
Ma等分別在正常腦組織、低級別膠質瘤和高級別膠質瘤中檢測MALAT1（metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1）的表達水平，發現MALAT1的表達與膠質瘤級別及大小有關，並且是影響膠質瘤病人預後的獨立危險因素。血-腫瘤屏障（blood-tumor barrier，BTB）是腦腫瘤治療中阻止藥物到達腦腫瘤的主要障礙，Ma等通過構建體外BTB模型，並在永生化的人大腦微血管內皮細胞中敲減MALAT1的表達後發現，微血管內皮細胞出現損傷，BTB通透性增加。這將為膠質瘤病人的藥物靶向治療提供幫助。Han等通過一系列研究發現MALAT1的表達與膠質瘤幹細胞株SHG139S的乾性標誌物表達有關，並且促進SHG139S的增殖。
3.5MEG3
與大多具有促癌作用的LncRNA不同，MEG3（maternally expressed gene 3）是一種具有腫瘤抑制作用的LncRNA。Wang等發現MEG3在正常腦組織中高表達而在膠質瘤中低表達，當在膠質瘤細胞株U251和U87中過表達MEG3後，神經膠質瘤細胞增殖受到抑制，凋亡細胞數目增多，這種抗增殖作用與P53信號通路激活有關。Li等發現：在膠質瘤中DNMT1介導的MEG3啟動子區甲基化引起MEG3基因表達缺失，進而抑制P53信號通路，導致細胞過度增殖。綜上所述，MEG3可作為一個潛在的靶點用於腦膠質瘤的治療。
3.6TSLC1-AS1
研究表明：TSLC1-AS1（antisense transcript 1 of TSLC1）是腫瘤抑制基因TSLC1（tumor suppressor in lung cancer 1）的反義鏈，Qin等採用RT-PCR技術首次在正常腦組織和各級別膠質瘤中檢測TSLC1-AS1的表達水平，發現與正常腦組織相比，TSLC1-AS1在膠質瘤組織中的表達量下調，並與膠質瘤的病理級別呈負相關；進一步在膠質瘤細胞系U87中過表達TSLC1-AS1後發現，膠質瘤細胞的增殖、遷移、侵襲能力明顯下降。因此，LncRNATSLC1-AS1可能作為潛在靶點用於膠質瘤的治療。
4.LncRNA在腦膠質瘤診斷及預後中的應用
LncRNA在腫瘤與正常腦組織之間及不同級別腫瘤之間的差異表達，為LncRNA在膠質瘤診斷及預後分析上的應用提供理論依據。通過比較分析膠質瘤不同病理亞型LncRNA的表達差異，Zhang等發現23種在星形細胞膠質瘤和少突細胞膠質瘤間存在差異表達的LncRNA。通過比較這一組LncRNA，人們可以輕易地將星形細胞膠質瘤與少突細胞膠質瘤區分開。Zhang等通過分析來自TCGA（The Cancer Genome Atlas）資料庫的213例GBM病人資料，確定6種（KIAA0495、GAS5、PART1、MGC21881、MIAT、PAR5）與GBM病人總體生存期密切相關的LncRNA，並且多因素生存分析提示，這些LncRNA是除病人年齡及啟動子區甲基化（O6-methylguanine-DNAmethyl transferase，MGMT）狀態之外的影響腫瘤病人預後的獨立危險因素，以上結果可為腦膠質瘤的病理診斷和預後分析提供新的思路。無創腫瘤檢測技術的應用為LncRNA在膠質瘤病人的診斷及預後分析上的應用提供客觀可能。但目前在膠質瘤病人血液中尚未檢測到膠質瘤特異性的LncRNA。
5.LncRNA在腦膠質瘤治療中的應用
針對LncRNA的各種治療途徑正在火熱研究中，一些製藥公司也積極開發作用於LncRNA的分子靶向治療藥物。首先，靶向特定LncRNA的小幹擾RNA（siRNA）可用來調節LncRNA的功能。其次，當一種LncRNA分子整體的二級結構或該核苷酸序列不利於siRNA的設計時，反義寡核苷酸（ASO）可直接定位於該LncRNA。ASO具有許多siRNA所不具備的優點，包括不依賴於RNA誘導的沉默複合體（RISC）起作用、高度的特異性和低脫靶效應。已有學者在小鼠的肺癌細胞中應用ASO成功抑制MALAT1的表達。
6.結語與展望
在過去的幾年間，LncRNA的發現催生腫瘤研究領域的新熱點。最近的研究均表明：LncRNA的差異表達與膠質瘤惡性行為之間存在密切的聯繫，這為膠質瘤新的診斷標誌物和判斷預後靶標的發現提供新思路。但是，在LncRNA成為新的分子診斷標誌物之前，仍需要大量的實驗驗證。此外，既然研究發現LncRNA與膠質瘤基本的病理進程有關，在不久的將來有望發現在膠質瘤發生和進展的關鍵步驟起作用的特定LncRNA，這些LncRNA將成為膠質瘤治療的新靶點。
來源：中國微侵襲神經外科雜誌2016年7月第21卷第7期
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