庹 磊，李蘇卿，汪春梅(綜述)，曹秀峰(審校)

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院腫瘤外科，南京 210006)

全球腫瘤統(tǒng)計(jì)顯示，2008年全球新發(fā)惡性腫瘤約為1270萬(wàn)例，惡性腫瘤致死約為760萬(wàn)例[1]。近幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)外腫瘤相關(guān)研究已在多個(gè)領(lǐng)域取得了一系列成果，但腫瘤的確切發(fā)病機(jī)制仍在研究探索之中。長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long noncoding RNA，LncRNA)是一類具有調(diào)控功能的非編碼RNA，由Okazaki等[2]在小鼠全長(zhǎng)cDNA文庫(kù)中首次發(fā)現(xiàn)，但其一度被認(rèn)為是基因組的“轉(zhuǎn)錄噪音”，不具備任何生物學(xué)功能[3]。新近研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA參與基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯及表觀遺傳等多種生物學(xué)過(guò)程，其調(diào)控作用較微RNA(microRNA，miRNA)更為廣泛和復(fù)雜[4]。同源盒(homeobox，HOX)基因轉(zhuǎn)錄反義RNA(HOX transcript antisense RNA，HOTAIR)是迄今為止為數(shù)不多、功能和機(jī)制研究較為明確的LncRNA。該文主要關(guān)注HOTAIR在多種腫瘤中表達(dá)、功能及機(jī)制研究，結(jié)合目前本領(lǐng)域的最新研究進(jìn)展，探討LncRNA在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用。

1 HOTAIR的發(fā)現(xiàn)及序列進(jìn)化

HOTAIR是一種典型的反義LncRNA，也是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)具有反式轉(zhuǎn)錄作用的LncRNA。Rinn等[5]對(duì)人體11種成纖維細(xì)胞中轉(zhuǎn)錄自HOX基因的非編碼RNA進(jìn)行了研究，共鑒定了231個(gè)LncRNA，在研究位于第12號(hào)染色體的HOXC基因座時(shí)意外發(fā)現(xiàn)了一種特殊的LncRNA，其作用方式與其他LncRNA不同，主要通過(guò)反式作用沉默染色質(zhì)，且編碼該LncRNA的DNA僅一條鏈可以被轉(zhuǎn)錄，與HOX基因序列亦不在同一條DNA鏈上，故將其命名為HOTAIR。

He等[6]研究發(fā)現(xiàn)，HOTAIR僅存在于哺乳動(dòng)物的基因組序列中，全長(zhǎng)約2158 nt，位于染色體12q13.13的HOXC11與HOXC12基因之間，共含6個(gè)外顯子，包括5個(gè)短外顯子及1個(gè)長(zhǎng)外顯子，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，HOTAIR進(jìn)化過(guò)程顯著快于鄰近的HOX基因，且同源HOTAIR基因外顯子存在不同的進(jìn)化特征，HOTAIR基因序列保真度比較低，但結(jié)構(gòu)具有高度保守性，長(zhǎng)外顯子6的B結(jié)構(gòu)域尤為保守，提示其可能為HOTAIR的核心功能區(qū)域。

2 HOTAIR的功能機(jī)制

多梳抑制復(fù)合體2(polycomb repressive complex 2，PRC2)主要由果蠅zeste基因增強(qiáng)子人同源體2、zeste12抑制子及外性梳蛋白基因組成。EZH2作為PRC2催化亞基，通過(guò)其組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶中高度保守SET結(jié)構(gòu)域{由最早發(fā)現(xiàn)表達(dá)此結(jié)構(gòu)域的3個(gè)基因命名[7]：Su(var)3-9、Enhancer of zeste[E(z)]、Trithorax(trx)}催化H3組蛋白27位賴氨酸三甲基化進(jìn)而沉默特定基因的轉(zhuǎn)錄，在染色體水平調(diào)控基因活性。賴氨酸特異性組蛋白去甲基化酶 1(lysine specific demethylase 1，LSD1)屬于胺氧化酶家族成員，與共阻遏蛋白(Co-repressor of REST，CoREST)形成復(fù)合體，而CoREST類似于橋接作用將LSD1與神經(jīng)元基因沉默轉(zhuǎn)錄因子(RE1-silencing transcription factor，REST)連接在一起，形成LSD1/CoREST/REST復(fù)合體，介導(dǎo)H3組蛋白第4位賴氨酸去甲基化進(jìn)而調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄活性。Tsai等[8]探討了HOTAIR、PRC2和LSD1三者間的關(guān)系，結(jié)果表明，HOTAIR具有特異性雙向結(jié)合的能力，即5′端結(jié)構(gòu)域與PRC2復(fù)合體結(jié)合，同時(shí)其3′端結(jié)構(gòu)域與LSD1/REST/CoREST復(fù)合體結(jié)合，HOTAIR又可作為腳支架引導(dǎo)PRC2和LSD1形成復(fù)合體，并介導(dǎo)該復(fù)合物至特定的基因組位點(diǎn)，使該染色體H3組蛋白27位賴氨酸三甲基化及H3組蛋白第4位賴氨酸去甲基化，從而使染色體處于封閉狀態(tài)，繼而使其相應(yīng)下游基因沉默。進(jìn)一步研究顯示[8]，與HOTAIR結(jié)合的PRC2功能區(qū)域映射于HOTAIR的1～300核苷酸，而LSD1映射于HOTAIR的1500～2146核苷酸。生物信息學(xué)分析及RNA印跡技術(shù)證實(shí)，PRC2和LSD1與HOTAIR結(jié)合的結(jié)構(gòu)域具有廣泛不同的二級(jí)結(jié)構(gòu)，HOTAIR存在兩個(gè)獨(dú)立的結(jié)合位點(diǎn)(PRC2及LSD1)，在PRC2及LSD1之間起著“橋梁”作用，進(jìn)一步證實(shí)HOTAIR對(duì)PRC2與LSD1之間的相互作用是必需的。LSD1和PRC2已被證實(shí)對(duì)多數(shù)基因的轉(zhuǎn)錄具有重要的調(diào)控作用，因此HOTAIR表達(dá)水平的改變極有可能引起復(fù)雜的生物學(xué)級(jí)聯(lián)效應(yīng)。

3 HOTAIR與腫瘤的關(guān)系

目前已發(fā)現(xiàn)LncRNA在多種腫瘤中差異性表達(dá)，而HOTAIR的研究相對(duì)比較深入。眾多研究證實(shí)，HOTAIR在乳腺癌[9]、食管癌[10]等多種實(shí)體腫瘤中均高表達(dá)，且與腫瘤細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移、腫瘤復(fù)發(fā)及預(yù)后不良等均密切相關(guān)。

3.1HOTAIR與乳腺癌 Gupta等[9]首先證實(shí)，H0TAIR在原發(fā)性與轉(zhuǎn)移性乳腺癌組織中均顯著高表達(dá)，且轉(zhuǎn)移灶中HOTAIR表達(dá)水平高出正常上皮組織200～2000倍；進(jìn)一步體外實(shí)驗(yàn)顯示，過(guò)表達(dá)HOTAIR能夠促進(jìn)多種乳腺癌細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力，反之，沉默內(nèi)源性HOTAIR表達(dá)，則可顯著抑制腫瘤細(xì)胞的侵襲力，提示HOTAIR高表達(dá)可能是引起乳腺癌轉(zhuǎn)移的重要原因；而體內(nèi)研究揭示，靜脈注射過(guò)表達(dá)HOTAIR細(xì)胞，使肺轉(zhuǎn)移率較對(duì)照組細(xì)胞高10倍，并證實(shí)過(guò)表達(dá)HOTAIR可促使原本低轉(zhuǎn)移活性的SK-BR3細(xì)胞向肺臟大量轉(zhuǎn)移，進(jìn)一步證實(shí)了H0TAIR表達(dá)與乳腺癌轉(zhuǎn)移緊密相關(guān)。Bhan等[11]研究發(fā)現(xiàn)，雌二醇可誘導(dǎo)HOTAIR轉(zhuǎn)錄，表明HOTAIR轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)子區(qū)域存在雌二醇多功能反應(yīng)元件，此機(jī)制有助于解釋高表達(dá)HOTAIR及乳腺癌進(jìn)展。以上研究表明，HOTAIR不僅可作為臨床潛在的乳腺癌患者術(shù)后轉(zhuǎn)移預(yù)測(cè)指標(biāo)及是否進(jìn)行輔助放化療的參考指標(biāo)，其對(duì)腫瘤細(xì)胞生長(zhǎng)及凋亡的調(diào)控作用也提示可針對(duì)此靶點(diǎn)開(kāi)發(fā)新的腫瘤特異性單抗藥物。

3.2HOTAIR與食管癌 前期研究采用熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)檢測(cè)了78例食管鱗癌及正常組織，發(fā)現(xiàn)HOTAIR的表達(dá)水平在癌組織中普遍高于癌旁組織，HOTAIR高表達(dá)與食管鱗癌轉(zhuǎn)移、臨床TNM分期及總體生存率均緊密相關(guān)，且多因素分析顯示與TNM分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相比，HOTAIR是獨(dú)立的預(yù)后因子；進(jìn)一步體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)，HOTAIR在食管鱗癌細(xì)胞系中KYSE30細(xì)胞株的表達(dá)水平最高，采用小干擾RNA(small interfering RNA，siRNA)技術(shù)敲降HOTAIR，可顯著降低KYSE30細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移能力，并顯著增加細(xì)胞凋亡率，證實(shí)HOTAIR不僅參與食管鱗癌的發(fā)生、發(fā)展，而且其在腫瘤轉(zhuǎn)移及預(yù)后判斷中所體現(xiàn)出來(lái)的獨(dú)特價(jià)值提示其極有可能是潛在的新藥作用及治療靶點(diǎn)，為食管癌患者的治療帶來(lái)新的希望[10]。

3.3HOTAIR與肝癌 Yang等[12]研究發(fā)現(xiàn)，HOTAIR在肝癌組織中高表達(dá)，其高表達(dá)水平也是肝癌肝移植患者監(jiān)測(cè)術(shù)后復(fù)發(fā)的獨(dú)立預(yù)后因子，并且在超出米蘭標(biāo)準(zhǔn)的患者中，高表達(dá)HOTAIR患者的無(wú)復(fù)發(fā)生存時(shí)間更短；體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，以siRNA敲降肝癌細(xì)胞系中HOTAIR表達(dá)可明顯降低細(xì)胞生存、侵襲及致敏腫瘤壞死因子α誘導(dǎo)的凋亡，也可顯著增加肝癌細(xì)胞對(duì)化療藥物順鉑和多柔比星的敏感性。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，HOTAIR缺失可減緩細(xì)胞增殖，降低間質(zhì)金屬蛋白酶及血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子蛋白的表達(dá)，這對(duì)細(xì)胞侵襲及轉(zhuǎn)移功能非常重要[13]。以上研究表明，HOTAIR的表達(dá)水平不僅與肝癌患者術(shù)后的預(yù)后評(píng)估相關(guān)，而且與肝癌患者對(duì)鉑類制劑和多柔比星的耐藥性及肝癌細(xì)胞侵襲轉(zhuǎn)移功能均密切相關(guān)，因此研究HOTAIR確切的功能也有助于臨床解決肝癌患者術(shù)后的預(yù)后評(píng)估、腫瘤復(fù)發(fā)及化療耐藥等問(wèn)題。

3.4HOTAIR與胰腺癌 Kim等[14]研究顯示，HOTAIR在胰腺腫瘤組織中高表達(dá)，且其表達(dá)水平與腫瘤侵襲及轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)，同時(shí)高表達(dá)HOTAIR患者的總體生存較差，以siRNA技術(shù)敲降HOTAIR，則可降低細(xì)胞系(Panc1及L3.6pL)增殖能力，減緩周期進(jìn)程，降低侵襲能力及增加細(xì)胞凋亡；裸鼠成瘤實(shí)驗(yàn)顯示，敲降HOTAIR可抑制裸鼠腫瘤的生長(zhǎng)，表明HOTAIR在胰腺癌進(jìn)展中發(fā)揮抗增殖的作用；進(jìn)一步采用免疫共沉淀法顯示，HOTAIR介導(dǎo)的基因抑制既有PRC2依賴性也有非PRC2依賴性，即HOTAIR至少存在兩個(gè)功能區(qū)域，這與Tsai等[8]的研究結(jié)果相吻合。

3.5HOTAIR與肺癌 Nakagawa等[15]研究顯示，HOTAIR表達(dá)水平與非小細(xì)胞肺癌的臨床分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移或淋巴血管侵襲及無(wú)病生存呈正相關(guān)，且過(guò)表達(dá)HOTAIR可誘導(dǎo)細(xì)胞系A(chǔ)549的侵襲及增殖。Liu等[16]研究證實(shí)，HOTAIR在非小細(xì)胞肺癌組織中高表達(dá)，且高表達(dá)水平與其進(jìn)展期病理分期及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移相關(guān)，高表達(dá)HOTAIR的患者預(yù)后相對(duì)較差。體外實(shí)驗(yàn)顯示，以siRNA 敲降可降低癌細(xì)胞侵襲、遷移能力，而在體內(nèi)則可抑制細(xì)胞轉(zhuǎn)移，同時(shí)，敲降或過(guò)表達(dá)HOTAIR均可引起HOXA5的表達(dá)水平，即HOTAIR可能通過(guò)調(diào)控HOXA5發(fā)揮致癌基因的作用[16]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn),HOTAIR在順鉑抵抗型肺腺癌細(xì)胞系中顯著性高表達(dá)，而在順鉑敏感的肺腺癌組織中低表達(dá)，且其低表達(dá)水平與p21呈負(fù)相關(guān)；體內(nèi)及體外實(shí)驗(yàn)顯示，以siRNA敲降HOTAIR可使肺腺癌細(xì)胞對(duì)順鉑再次敏感，反之過(guò)表達(dá)HOTAIR可降低細(xì)胞對(duì)順鉑的敏感性；研究還發(fā)現(xiàn),以siRNA敲降HOTAIR可抑制細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞周期G1期阻滯及增加凋亡，另外過(guò)表達(dá)或敲降p21可產(chǎn)生類似于敲降或過(guò)表達(dá)HOTAIR后肺腺癌細(xì)胞系對(duì)順鉑產(chǎn)生的敏感性效應(yīng)，而且敲降或過(guò)表達(dá)p21可補(bǔ)救敲降或過(guò)表達(dá)HOTAIR對(duì)p21及順鉑產(chǎn)生的效應(yīng)，表明HOTAIR的生物學(xué)功能與p21調(diào)控通路相關(guān)[17]。

3.6HOTAIR與其他腫瘤 Li等[18]研究了HOTAIR與喉鱗狀細(xì)胞癌之間的關(guān)系，熒光定量聚合酶鏈反應(yīng)結(jié)果證實(shí)HOTAIR在喉鱗狀細(xì)胞癌組織中顯著性高表達(dá)，且其表達(dá)水平與預(yù)后呈顯著負(fù)相關(guān)，進(jìn)一步體外實(shí)驗(yàn)顯示，以siRNA敲降HOTAIR可減少細(xì)胞株Hep-2侵襲，而增加細(xì)胞凋亡，研究還發(fā)現(xiàn)細(xì)胞株Hep-2內(nèi)HOTAIR缺失則細(xì)胞PTEN甲基化顯著性降低。Nie等[19]研究結(jié)果顯示，HOTAIR在鼻咽癌組織中也呈高表達(dá)，較正常組織高5.2～48.4倍，且其表達(dá)水平與臨床分期呈正相關(guān)，而與總生存率及預(yù)后呈負(fù)相關(guān)，體外實(shí)驗(yàn)顯示HOTAIR表達(dá)可影響鼻咽癌細(xì)胞遷移、侵襲及增殖能力。Kogo等[20]研究HOTAIR表達(dá)與結(jié)腸癌的關(guān)系，表明HOTAIR在癌組織中顯著性高表達(dá)，且其表達(dá)水平與肝轉(zhuǎn)移及結(jié)腸癌術(shù)后的預(yù)后評(píng)估緊密相關(guān)，而且高表達(dá)HOTAIR患者預(yù)后更差。Niinuma等[21]研究發(fā)現(xiàn)，胃腸間質(zhì)瘤中HOTAIR及miR-196a均高表達(dá)，且表達(dá)水平與風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)、侵襲轉(zhuǎn)移能力及生存率相關(guān)，進(jìn)一步以siRNA敲低HOTAIR，則可抑制胃腸間質(zhì)瘤細(xì)胞侵襲能力，說(shuō)明HOTAIR不僅與上皮來(lái)源腫瘤的轉(zhuǎn)移和侵襲能力相關(guān)，而且還與間質(zhì)瘤的侵襲相關(guān)，這項(xiàng)研究拓寬了HOTAIR介導(dǎo)腫瘤轉(zhuǎn)移的范圍，提示HOTAIR在調(diào)控腫瘤的轉(zhuǎn)移中具有普遍意義，也表明HOTAIR與miRNA存在一定關(guān)系，共同參與基因表達(dá)調(diào)控。

4 小 結(jié)

目前，越來(lái)越多的LncRNA被鑒定，但LncRNA的功能及機(jī)制尚未明確。新近研究發(fā)現(xiàn)，部分LncRNA可作為內(nèi)源性競(jìng)爭(zhēng)性RNA與某些靶miRNA競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，從而解除miRNA對(duì)靶信使RNA的抑制作用，進(jìn)而發(fā)揮特定的生物學(xué)功能[22]。Cesana等[23]報(bào)道，LncRNA-MD1以“海綿機(jī)制”吸附miR-133與miR-135，進(jìn)而調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子Mastermind樣蛋白1和肌細(xì)胞特異性增強(qiáng)因子2C表達(dá)，從而活化肌肉特定基因的表達(dá)，影響肌肉分化。Wang等[24]在肝癌組織中證實(shí)，肝細(xì)胞癌上調(diào)LncRNA可與miR-372競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，上調(diào)miR-372靶基因cAMP依賴性蛋白激酶激動(dòng)劑β的表達(dá)，促使腫瘤細(xì)胞持續(xù)存活。HOTAIR若能與某個(gè)或某類miRNA競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合，進(jìn)而發(fā)揮特定的生物學(xué)功能，則不僅揭示HOTAIR全新的作用機(jī)制，豐富ncRNA-蛋白質(zhì)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，而且可能為探索腫瘤發(fā)生、發(fā)展的分子機(jī)制帶來(lái)新線索，為篩查臨床腫瘤、制訂個(gè)體化治療方案、監(jiān)測(cè)腫瘤復(fù)發(fā)及評(píng)估預(yù)后提供可靠的依據(jù)。

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