楊培培 宇 龍 孔 旭 楊文奇

人類基因組測序分析顯示，不到2%的基因轉(zhuǎn)錄并編碼蛋白質(zhì)，而另外超過98%基因轉(zhuǎn)錄為非編碼RNA(non-codingRNAs，ncRNAs)。長鏈非編碼RNA(long non-codingRNA，LncRNA)是一類核苷酸長度>200 nt的ncRNAs的總稱，僅有有限的或無蛋白質(zhì)編碼能力，主要以RNA的形式參與表觀遺傳修飾、轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后修飾等多種層面的基因表達調(diào)控。LncRNA在基因沉默、轉(zhuǎn)錄激活、轉(zhuǎn)錄抑制、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控、染色質(zhì)修飾等多方面發(fā)揮廣泛的調(diào)節(jié)作用[1-3]。目前已有許多研究[4-7]指出,腫瘤組織中的LncRNA與腫瘤發(fā)生、發(fā)展關系密切，涉及到轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后調(diào)控、表觀遺傳控制等各級層面。本文結合近年來LncRNA在腫瘤細胞中的異常表達情況及其與蛋白質(zhì)、其他種類的RNA或DNA的相互作用機制，對其在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中扮演的角色做一綜述。

1 LncRNA在腫瘤細胞中與蛋白質(zhì)的相互作用

腫瘤的發(fā)生、發(fā)展是一個復雜的過程，包括各種不同的基因突變、表觀遺傳修飾的改變、癌基因激活、抑癌基因失活、環(huán)境致癌因素等。以往對腫瘤的研究往往把焦點放在編碼蛋白的功能基因上，但近些年一些研究[8-9]揭示了ncRNA盡管不編碼蛋白質(zhì)，但卻是細胞新陳代謝和生理活動中的重要活性物質(zhì)，尤其是LncRNA與蛋白質(zhì)的相互作用在腫瘤發(fā)生機制中有重要的作用。根據(jù)LncRNA在與腫瘤蛋白相互作用中扮演的不同角色，可將其歸納為4種作用機制：信號分子、引導蛋白靶向、誘餌蛋白和蛋白支架。

1.1 LncRNA的信號分子作用

信號LncRNA的表達參與特定的信號通路，無論通過直接作用或是間接作用，其表達意味著一些活化的信號通路。在急性T淋巴細胞性白血病中，LncRNA LUNAR1作為NOTCH信號通路的下游效應分子可增強胰島素樣生長因1受體的(insulin-like growth factor 1 receptor，IGF1R) mRNA 表達，并對維持胰島素樣生長因子1(insulin-like growth factor 1，IGF1)的信號有重要作用[10]，對急性T淋巴細胞白血病的腫瘤細胞增殖有促進作用。而在另一項研究[11]中發(fā)現(xiàn)P53調(diào)節(jié)的LncRNA lincRNA-P21可作為信號分子與hnRNP-k合作激活P21基因的表達，進一步影響腫瘤抑制基因P53的信號路徑，強化G1/S檢查點作用。LncRNA的這種信號分子作用可在特定組織和時間通過與其他活性物質(zhì)的協(xié)調(diào)作用調(diào)節(jié)細胞增殖、分化。

1.2 LncRNA引導蛋白靶向定位于特定NDA序列

LncRNA可與特定蛋白質(zhì)結合并指導所形成的復合物定位于DNA的特定位點，調(diào)節(jié)基因表達。Gupta等[12]發(fā)現(xiàn)在乳腺癌中異常高表達的LncRNA HOTAIR通過招募多梳蛋白抑制性復合體2(polycomb repressive complex2，PRC2),在全基因組范圍內(nèi)引導PRC2與特定基因位點結合，引起組蛋白H3 27位賴氨酸的三甲基化，進一步引起轉(zhuǎn)移抑制基因的表觀沉默，其結果與患者的不良預后及腫瘤轉(zhuǎn)移有關，并且可作為腫瘤轉(zhuǎn)移和預后的預測因子。另一些研究[13-16]同樣也顯示了異常表達的LncRNA 可通過引導蛋白靶向?qū)е赂渭毎?、結直腸癌、胰腺癌的腫瘤細胞轉(zhuǎn)移及不良預后。LncRNA也可激活抑癌基因表達，LncRNA TARID可與適配蛋白GADD45A結合定位于基因的特定位點，招募DNA脫甲基酶，介導抑癌基因TCF21啟動子的去甲基化作用，促進其表達[17]。在前列腺癌中，LncRNA PCGEM1通過招募PYGO2蛋白并定位于雄激素基因的增強子和啟動子區(qū)域，影響雄激素誘導的基因表達[18]。這種LncRNA通過類似接頭分子的作用引導特定蛋白質(zhì)定位于基因組的相關區(qū)域，調(diào)節(jié)基因表達或引起表觀遺傳改變，在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中起到重要作用。

1.3 LncRNA與特定蛋白質(zhì)結合發(fā)揮誘餌作用

LncRNA通過與蛋白質(zhì)結合而抑制它們的生物學活性，發(fā)揮分子誘餌作用，負性調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的表達。LncRNA GAS5可與糖皮質(zhì)激素受體結合并抑制其所誘導的基因表達[19]。人乳腺癌組織中高表達的LncRNA PANDA可與轉(zhuǎn)錄因子NF-YA結合，抑制促凋亡基因表達，促進腫瘤生長[20]，LncRNA TERRA可通過其重復序列與端粒酶相互作用而降低酶活性[21]，而端粒酶活性的異常在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展中有重要作用。上述研究發(fā)現(xiàn)作為分子誘餌的LncRNA可與激素、轉(zhuǎn)錄因子、酶等蛋白質(zhì)作用并抑制其功能表達，在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中起到關鍵作用。隨著一些探討LncRNA與蛋白相互作用的新研究體系的建立，如紫外交聯(lián)免疫沉淀技術(UV cross-linking and immunoprecipitation,CLIP)、RNA原位成像技術(RNA fluorescence in situ hybridization,RNA-FISH)及CLIP聯(lián)合高通量測序技術(CLIP-seq)使得原本難以觀測的高精度LncRNA-蛋白質(zhì)相互作用成為可能。這些技術體系的建立，為研究LncRNA在基因組范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)作用提供了強有力的工具，也為人類進一步認識LncRNA的作用提供了高效的途徑。

1.4 LncRNA的蛋白支架作用

某些LncRNA本身可作為細胞結構的組分之一，并與其他組分如蛋白質(zhì)、RNA等形成復合物，共同發(fā)揮生物學功能。

LncRNAMALAT1，也稱為NEAT2，最初在非小細胞肺癌中發(fā)現(xiàn)并被作為一種預后因子，后來發(fā)現(xiàn)其在多腫瘤中均有異常表達，如乳腺癌、膀胱癌、前列腺癌等，而且其高表達與腫瘤細胞轉(zhuǎn)移和不良預后相關。MALAT1主要定位在細胞核的核斑中 ，和某些蛋白質(zhì)共同參與核斑的構成及穩(wěn)定，并參與mRNA的可變剪接，但這種可變剪接在腫瘤發(fā)生中的作用仍不清楚。有研究[22]報告MALAT1的異常表達在腫瘤細胞的增殖、轉(zhuǎn)移、浸潤中扮演關鍵角色。另有研究[23]指出，MALAT1與致瘤性轉(zhuǎn)錄因子B-MYB的表達有關，并通過調(diào)節(jié)細胞周期調(diào)控的轉(zhuǎn)錄因子和mRNA的前體加工過程促進細胞增殖。Tano等[24]研究發(fā)現(xiàn)MALAT1通過對運動相關基因的轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)促進肺癌細胞的運動。類似于MALAT1，LncRNA NEAT1特異性地參與胞核內(nèi)旁斑的構成，并在旁斑的形成及功能維持方面起關鍵作用。Choudhry等[25]研究發(fā)現(xiàn)在乳腺癌和一些實體瘤中，缺氧誘導因子(HIF)可誘導NEAT1的表達，并促使旁斑形成，而旁斑可進一步發(fā)揮抑制轉(zhuǎn)錄激活蛋白的功能并且具有RNA A-to-I(adenosine to inosine)編輯模式的作用，并且缺氧誘導NEAT1可加快腫瘤細胞增殖，抑制細胞凋亡，其在乳腺癌中的高表達和不良預后相關。

總結以上LncRNA與蛋白質(zhì)的相互作用可知，LncRNA并非是一種轉(zhuǎn)錄噪音，其可與包括酶、轉(zhuǎn)錄因子、信號分子、結構蛋白等在內(nèi)的蛋白質(zhì)相互作用，在轉(zhuǎn)錄或轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié)基因表達，使得基因表達調(diào)控更加立體和復雜，也為人類在另一個層面上認識腫瘤基因的異常表達和尋找有效的藥物靶點提供了新線索。

2 LncRNA與miRNA的相互作用

Tay等[26]認為只要LncRNA含有miRNA應答元件均可以與miRNA相互作用，在基因調(diào)控網(wǎng)絡中形成內(nèi)源競爭性RNA或miRNA海綿，這些RNA之間的通訊及相互調(diào)節(jié)構成了一個RNA交聯(lián)網(wǎng)絡，為我們認識基因調(diào)控網(wǎng)絡及腫瘤發(fā)生、發(fā)展提供新的途徑。

有研究[27]報告LncRNA CCAT1在膽囊癌中異常高表達，并且與腫瘤的TNM分期相關，進一步研究提示CCAT1通過海綿作用抑制miRNA-218-5p表達，而后者則通過沉默促癌基因Bmi1抑制腫瘤細胞浸潤、轉(zhuǎn)移及增殖，即CCAT1可通過負性調(diào)控miRNA-218-5p而促進Bmi1的表達，促進腫瘤發(fā)生、發(fā)展。Wang等[28]研究發(fā)現(xiàn)LncRNA HULC在肝細胞肝癌中異常高表達，并含有miRNA-372結合位點，通過海綿樣作用負性調(diào)節(jié)miRNA-372的表達和功能，且構成了一個自身調(diào)節(jié)環(huán)路：由HULC引起的miRNA-372表達抑制可減少后者對靶基因PRKACB的翻譯抑制作用，而PRKACB的蛋白產(chǎn)物作為絲/蘇氨酸蛋白激酶家族成員可磷酸化cAMP 效應元件結合蛋白(cAMP response element binding protein,CREB)，并增強CREB依賴的HULC的表達。相反的，LncRNA PTCSC3被發(fā)現(xiàn)在甲狀腺癌中普遍低表達。Fan等[29]研究發(fā)現(xiàn)在不同的甲狀腺癌細胞中,轉(zhuǎn)染PTCSC3除了有抑制腫瘤生長、細胞周期抑制和增加細胞凋亡以外，也可明顯降低致瘤性miR-574-5P的表達水平。除了與miRNA相互作用外，LncRNA還可與mRNA相互作用調(diào)節(jié)基因表達。類固醇受體調(diào)節(jié)的LncRNA PCA3在超過95%的前列腺癌中高表達，其可與腫瘤抑制基因轉(zhuǎn)錄本mRNA PRUNE2前體結合形成雙鏈RNA復合體，并招募RNA編輯酶，引起A-to-I編輯，抑制PRUNE2的功能[30]。

LncRNA與miRNA的相互作用形成的交聯(lián)網(wǎng)絡在基因表達調(diào)控中具有重要意義，目前對它們的研究仍處于初級階段，進一步深入探索它們的異常調(diào)節(jié)在腫瘤發(fā)生、進展中扮演的角色,將有助于在整體上重新認知腫瘤并為尋找有效的藥物作用靶點提供新的思路。

3 LncRNA通過干擾特定DNA轉(zhuǎn)錄起始復合物的形成抑制基因表達

一些ncRNA轉(zhuǎn)錄活動本身可以影響鄰近DNA的轉(zhuǎn)錄活性[31]。某些LncRNA在轉(zhuǎn)錄時可影響下游蛋白編碼基因的轉(zhuǎn)錄因子與相應位點的結合，阻礙其形成轉(zhuǎn)錄起始復合體，進而抑制其轉(zhuǎn)錄。Martens等[32]在研究釀酒酵母SER3基因表達調(diào)控時發(fā)現(xiàn)一種高表達的ncRNA(SRG1) ,其轉(zhuǎn)錄本穿過SER3基因的啟動子區(qū)域，干擾轉(zhuǎn)錄因子與SER3啟動子的結合，進而抑制其表達。Martianov等[33]研究發(fā)現(xiàn)一種起源于二氫葉酸還原酶(dihydrofolate reductase,DHFR)啟動子位點上游的LncRNA可抑制下游蛋白編碼基因的表達，這種LncRNA既可在原位，也可在遠距離上與DNA中DHFR啟動子形成RNA-NDA復合體抑制基因表達，也可直接與轉(zhuǎn)錄因子IIB結合，影響轉(zhuǎn)錄復合體在DHFR啟動子上形成，從而抑制基因表達。DHFR參與某些信號通路，與腫瘤形成及耐藥關系密切，這些現(xiàn)象可被稱為轉(zhuǎn)錄干擾。除了這種直接干擾DNA轉(zhuǎn)錄的方式外，LncRNA還可以引起組蛋白修飾及染色質(zhì)重塑，抑制基因表達[34]。目前大多數(shù)相關研究仍然聚焦在LncRNA與蛋白質(zhì)及其他RNA的相互作用機制上，有關LncRNA和DNA的之間的直接作用關系在腫瘤中的研究較少，但有理由相信作為遺傳信息載體的DNA和RNA在遺傳信息表達紊亂的腫瘤中存在密切關系。

4 展望

隨著生命科學進入后基因組時代以及分子生物學、生物信息學、基因芯片技術、深度測序技術等的發(fā)展，產(chǎn)生了海量的關于基因及基因表達調(diào)控的數(shù)據(jù),通過對這些數(shù)據(jù)的整理、分析，使我們逐漸認識到不僅DNA、mRNA、蛋白質(zhì)在腫瘤中出現(xiàn)異常，曾經(jīng)被認為無意義的LncRNA也已被證明在腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、浸潤中扮演關鍵角色，并促使人們能在更為完整的調(diào)控網(wǎng)絡中認識腫瘤。因此，對LncRNA的深入研究不僅可幫助理解腫瘤的發(fā)生，還可以在診斷、治療策略及預后分析中提供線索和思路。當然，現(xiàn)在的研究還面臨很多困難和挑戰(zhàn)，其一，大量的LncRNA和它們的異常表達在不同的惡性腫瘤中被發(fā)現(xiàn)，所以鑒定其中最重要的具有腫瘤特異性的LncRNA至關重要。其二，絕大多數(shù)LncRNA的高級結構和功能仍然未知，這使得基于LncRNA的診療策略變得無的放矢。另外，和編碼蛋白的mRNA不同，LncRNA在不同種系間保守性很差，所以體外關于LncRNA的結構和功能的研究并不能直接用于人體，這仍需要進行更為詳細深入的臨床及基礎研究，目前CRISPR/Cas9技術在基因敲除、敲入及點突變等方面的進步可幫助我們了解LncRNA的生物學功能。

總之，深入探索LncRNA在腫瘤發(fā)生、診療中的潛能，有助于更加完整地認識LncRNA的特征和功能，并為我們提供更為詳盡的關于腫瘤發(fā)生與基因表達及調(diào)節(jié)異常的關系。