倪超 鄭婕 郭俊明 葉孟

腫瘤的本質(zhì)是細胞增殖失控，不但解除細胞增殖控制，而且促進細胞能量代謝，最終適應(yīng)腫瘤細胞生長和分化。在肝癌細胞代謝研究中，Warburg[1]首次發(fā)現(xiàn)腫瘤細胞能量代謝異常。在有氧微環(huán)境下，腫瘤細胞通過能量代謝重組和線粒體功能受損來增加糖酵解代謝能力，從而維持細胞能量平衡。這種葡萄糖代謝異?，F(xiàn)象稱為有氧糖酵解，又稱為Warburg效應(yīng)。經(jīng)過90多年不斷探索和研究，發(fā)現(xiàn)Warburg效應(yīng)存在于肺癌、乳腺癌、結(jié)腸癌、胃癌等多種惡性腫瘤中。盡管不是所有腫瘤都存在Warburg效應(yīng)，但細胞能量異常被廣泛認為是腫瘤細胞的特征之一。Warburg效應(yīng)為腫瘤細胞生長提供重要能量，但它在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用機制尚未完全明確。全基因組轉(zhuǎn)錄組測序顯示，哺乳動物的基因組多數(shù)發(fā)生轉(zhuǎn)錄，并產(chǎn)生各種各樣的編碼和非編碼RNA轉(zhuǎn)錄本。最新的GENCODE人類基因組數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)發(fā)現(xiàn)人類60 554個基因，其中蛋白質(zhì)編碼基因19 815個，長鏈非編碼RNA（LncRNA）基因15 941個，小非編碼RNA基因9 882個，假基因14 505個。非編碼RNA作為重要的調(diào)控分子，根據(jù)功能可分為管家型非編碼RNA和調(diào)節(jié)型非編碼RNA[2]?；贚ncRNA與蛋白質(zhì)編碼基因的位置關(guān)系，將其分為5大類，即正義LncRNA、反義LncRNA、雙向LncRNA、基因內(nèi)LncRNA和基因間LncRNA[3]，見圖1。近年來研究證實，無論在細胞核還是細胞質(zhì)中，LncRNA在多個生物學(xué)過程中

發(fā)揮作用，如X染色體失活[4]、染色質(zhì)重塑[2]、基因可變剪切[5]、mRNA穩(wěn)定及降解[6]等。同時，LncRNA在調(diào)節(jié)腫瘤細胞生長[7]、分化[8]、凋亡及轉(zhuǎn)移[9]等過程中發(fā)揮作用。此外，越來越多證據(jù)表明LncRNA參與腫瘤糖代謝的過程。

1 LncRNA在腫瘤糖代謝中的作用

1.1 NRCP 在卵巢癌組織中，Rupaimoole等[10]運用人類非編碼RNA芯片技術(shù)發(fā)現(xiàn)一條表達上調(diào)的NRCP。在SKOV3和A2780卵巢癌細胞株中，干擾NRCP表達后，卵巢癌細胞凋亡明顯增多，細胞增殖和腫瘤糖酵解明顯減少。培養(yǎng)SKOV3細胞系構(gòu)建原位卵巢癌小鼠模型，表達下調(diào)NRCP組卵巢癌腫瘤大小及轉(zhuǎn)移率均低于對照組。進一步研究作用機制，發(fā)現(xiàn)NRCP作為連接信號轉(zhuǎn)到與轉(zhuǎn)錄活化因子1和RNA聚合酶Ⅱ的中間分子，參與卵巢癌細胞糖酵解的調(diào)控。在癌細胞中沉默和過表達NRCP后，糖酵解途徑中的關(guān)鍵分子如葡萄糖-6-磷酸異構(gòu)酶、果糖二磷酸醛縮酶A和果糖二磷酸醛縮酶C的表達水平均受到影響。該研究提供了以RNA干擾為基礎(chǔ)的治療腫瘤的新思路。

1.2 癌易感性候選基因9（CASC9） CASC9是最初確認為食管鱗狀細胞癌相關(guān)的長鏈非編碼RNA，參與調(diào)節(jié)腫瘤細胞侵襲和轉(zhuǎn)移。Su等[11]發(fā)現(xiàn)CASC9在鼻咽癌組織中高表達；穩(wěn)定表達的CASC9能促進鼻咽癌細胞增殖；深入研究發(fā)現(xiàn)CASC9通過激活缺氧誘導(dǎo)因子1α來驅(qū)動糖酵解代謝重組，促進鼻咽癌細胞生長。該研究證實CASC9在鼻咽癌癌發(fā)生、發(fā)展中的重要性，強調(diào)CASC9可作為鼻咽癌診斷與治療的潛在靶點。

1.3 INK4位點反義非編碼RNA（ANRIL） 在家族性黑色素瘤患者中發(fā)現(xiàn)了ANRIL，隨后又發(fā)現(xiàn)高表達的ANRIL作為高危因素存在多種惡性腫瘤中。在部分疾病中，ANRIL可作為調(diào)控糖脂代謝的關(guān)鍵分子。Zou等[12]發(fā)現(xiàn)鼻咽癌組織中ANRIL高表達，經(jīng)Cox回歸分析發(fā)現(xiàn)ANRIL表達是鼻咽癌獨立預(yù)后因子。同時，功能缺失研究提示ANRIL促進了鼻咽癌細胞增殖和分化；改變腫瘤干細胞樣側(cè)群細胞在鼻咽癌細胞中所占比例。ANRIL通過增加葡萄糖轉(zhuǎn)運體1和乳酸脫氫酶A的表達量，從而重組葡萄糖代謝來提供鼻咽癌細胞生長所需能量。

圖 1 非編碼 RNA類型（rRNA：核糖體 RNA；tRNA：轉(zhuǎn)運體RNA；snRNA：核小 RNA；snoRNA：核仁小RNA；SncRNA：短鏈非編碼RNA）

1.4 長鏈非編碼RNA原癌基因抑制因子（LncRNAMIF） 在多數(shù)人類腫瘤中，原癌基因c-Myc被激活，并參與腫瘤發(fā)生、發(fā)展過程。Zhang等[13]在宮頸癌Hela細胞株中發(fā)現(xiàn)一條影響c-Myc表達的LncRNA，并命名為LncRNA-MIF。該研究組發(fā)現(xiàn)LncRNA-MIF作為競爭性內(nèi)源RNA通過miRNA應(yīng)答元件與miR-586相結(jié)合來影響miR-586對F框/WD-40域蛋白7的抑制作用，導(dǎo)致F框/WD-40域蛋白7上調(diào)來減少c-Myc表達。已知c-Myc可通過轉(zhuǎn)錄調(diào)控糖代謝通路相關(guān)靶基因，從而促進腫瘤細胞有氧糖酵解反應(yīng)。上調(diào)LncRNA-MIF后，腫瘤細胞葡萄糖攝取和乳酸生成明顯減少，表明LncRNA-MIF通過mi-586來影響腫瘤糖酵解。

1.5 前列腺癌基因表達標(biāo)志物1（PCGEM1） PCGEM1異常表達與前列腺癌的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。PCGEM1可在轉(zhuǎn)錄水平上影響多條代謝途徑：三羧酸循環(huán)、谷氨酰胺代謝和磷酸戊糖旁路等。Yang等[14]發(fā)現(xiàn)PCGEM1與雄激素受體密切相關(guān)，通過激活雄激素受體促進去勢抵抗性前列腺癌快速進展，預(yù)示PCGEM1可作為治療前列腺癌的潛在靶點。Hung等[15]首次報道了PCGEM1能與c-Myc相結(jié)合，并使其成為雄激素受體與c-Myc的共激活因子，從而調(diào)節(jié)前列腺癌細胞代謝重編程，包括促進有氧糖酵解中葡萄糖攝取，促進磷酸戊糖途徑

中核苷酸和脂肪酸合成，促進氧化還原反應(yīng)中還原型輔酶Ⅱ生成等。PCGEM1可在轉(zhuǎn)錄水平上影響多條糖代謝途徑，包含三羧酸循環(huán)、谷氨酰胺代謝和磷酸戊糖旁路等。該研究組還觀察到，PCGEM1直接與c-Myc的啟動子相互作用，促進染色體對c-Myc招募，激活c-Myc的轉(zhuǎn)錄活性。

1.6 HOXB-AS3 Huang等[16]研究發(fā)現(xiàn)，長鏈非編碼RNA HOXB-AS3在高轉(zhuǎn)移性的結(jié)腸癌細胞株中低表達。根據(jù)HOXB-AS3能與核糖體結(jié)合的相關(guān)報道，該團隊進一步證實HOXB-AS3可以編碼一個由53個氨基酸構(gòu)成的小分子多肽。在機制研究中，HOXB-AS3小分子多肽通過競爭性結(jié)合核不均一核糖核蛋白A1（hnRNP A1）中RNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域RGG盒內(nèi)的精氨酸殘基，最終阻斷hnRNP A1對丙酮酸激酶的調(diào)控作用。在結(jié)腸癌細胞株中，HOXB-AS3小分子多肽可以抑制hnRNP A1對丙酮酸激酶的剪切加工，降低M2型丙酮酸激酶的活性，從而影響癌細胞中葡萄糖代謝重編程。

1.7 結(jié)腸癌相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子2（CCAT2） 在結(jié)腸癌相關(guān)LncRNA研究中，Huppi等[17]發(fā)現(xiàn)2個來源于染色體8q24 區(qū)域的特異性 LncRNA，即 CCAT1、CCAT2，其中CCAT2包含了癌癥風(fēng)險相關(guān)的單核苷酸多態(tài)性。隨后研究發(fā)現(xiàn)單核苷酸多態(tài)性影響CCAT2的表達，且風(fēng)險等位基因G可以促進CCAT2轉(zhuǎn)錄本的增加[18]。Redis等[19]研究發(fā)現(xiàn)CCAT2通過等位基因特異性與剪切因子I復(fù)合物的2個亞基（剪切因子I 25、68）相結(jié)合。CCAT2與剪切因子I復(fù)合物相互作用后，選擇性剪切調(diào)控谷氨酰胺酶，最終調(diào)節(jié)結(jié)腸癌細胞糖代謝。

2 LncRNA通過調(diào)控信號通路影響腫瘤細胞糖代謝

2.1 PI3K-AKT-mTOR信號通路 PI3K-AKT-mTOR信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑是目前研究較為廣泛的腫瘤細胞內(nèi)信號通路，在腫瘤細胞演變過程中發(fā)揮重要作用。Lu等[20]研究發(fā)現(xiàn)，沉默HULC可干擾PI3K-AKT信號通路的激活，明顯抑制慢性粒細胞白血病細胞的增殖能力。另有研究表明，激活的PI3K-AKT-mTOR信號通路與胃癌轉(zhuǎn)移相關(guān)，提示患者預(yù)后及生存不良[21]。該信號通路也有效調(diào)節(jié)胃癌細胞的糖酵解過程。磷酸酰肌醇3-激酶轉(zhuǎn)化為3，4，5-三磷酸磷脂酰肌醇，后者可與蛋白激酶B的PH結(jié)構(gòu)域相結(jié)合，使蛋白激酶B磷酸化?；罨牡鞍准っ窧可直接增加葡萄糖轉(zhuǎn)運體易位，同時促進己糖激酶2與線粒體外膜電壓依賴性陰離子通道相結(jié)合，提高有氧糖酵解反應(yīng)[22]。

蛋白激酶B靶向調(diào)控的下游信號分子中，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白是細胞生長、增殖及代謝等多條通路的中心環(huán)節(jié)。在膀胱癌細胞中，尿路上皮癌胚抗原1通過上調(diào)己糖激酶2蛋白的表達來促進腫瘤的有氧糖酵解[23]。深入機制研究發(fā)現(xiàn)，尿路上皮癌胚抗原1通過激活mTOR-STAT3信號通路來誘導(dǎo)己糖激酶2的mRNA轉(zhuǎn)錄；在轉(zhuǎn)錄后水平抑制miRNA-143對靶蛋白己糖激酶2的作用，提高己糖激酶2蛋白表達。

2.2 胰島素信號通路 胰島素可以促進肌肉、脂肪及他它胰島素敏感組織對葡萄糖攝取和利用，從而降低血糖；可以抑制丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶等代謝關(guān)鍵酶以及減少糖異生的原料，從而抑制肝臟、腎臟糖異生。胰島素與其受體相結(jié)合，激活胰島素樣生長因子1、胰島素樣生長因子2和胰島素樣生長因子2受體，參與細胞活化和血管生成[24]。然而，許多研究發(fā)現(xiàn)胰島素信號與腫瘤密切相關(guān)[25]。當(dāng)干擾胰島素與胰島素樣生長因子受體結(jié)合，從而抑制胰島素下游信號通路對腫瘤生長的調(diào)控[26]。胰島素樣生長因子2還可以通過激活PI3K-AKT信號通路誘導(dǎo)胃癌細胞上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而引起腫瘤轉(zhuǎn)移[27]。

在腫瘤的糖代謝機制研究中，LncRNA與胰島素信號通路的相互作用備受關(guān)注。LncRNA 91H通過下調(diào)胰島素樣生長因子2的表達，促進食管鱗狀細胞癌的發(fā)生、發(fā)展[28]。反義胰島素樣生長因子2在非小細胞肺癌中首次被證實抗癌作用，發(fā)現(xiàn)與它胰島素樣生長因子2具有一定的相關(guān)性[29]。

Ellis等[30]首次報道在結(jié)腸癌中，結(jié)直腸腫瘤差別表達基因通過胰島素-胰島素樣生長因子信號通路調(diào)節(jié)細胞新陳代謝。胰島素、胰島素樣生長因子1和胰島素樣生長因子2與各自受體相結(jié)合，激活下游2條經(jīng)典糖代謝信號通路PI3K-AKT和Raf-MAPK，從而調(diào)控結(jié)直腸腫瘤差別表達基因表達水平。該研究組發(fā)現(xiàn)一個結(jié)直腸腫瘤差別表達基因核轉(zhuǎn)錄本，其內(nèi)含子4含有一個高度保守序列。干擾結(jié)直腸腫瘤差別表達基因后，葡萄糖代謝和脂肪酸合減弱，而脂肪酸合成增強。進一步研究表明，葡萄糖轉(zhuǎn)運體4的表達隨結(jié)直腸腫瘤差別表達基因下調(diào)而降低，導(dǎo)致細胞對葡萄糖的攝取量減少。結(jié)腸癌細胞因葡萄糖攝取受阻，伴有乳酸分泌也減少。以上結(jié)果可見，結(jié)直腸腫瘤差別表達基因表達缺失會影響胰島素信號通路在結(jié)腸癌細胞糖脂代謝中的作用和調(diào)控。

2.3 低氧誘導(dǎo)因子信號通路 缺氧被認為是致癌的一個重要因素。在低氧誘導(dǎo)因子信號通路中，低氧誘導(dǎo)因子-1作為關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，感知并響應(yīng)細胞氧量變化，從而幫助細胞在低氧微環(huán)境中生存[31]。低氧誘導(dǎo)因子-1通過激活葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白和部分糖酵解關(guān)鍵酶，如己糖激酶、M2型丙酮酸激酶和乳酸脫氫酶A，直接促進腫瘤糖酵解反應(yīng)。低氧誘導(dǎo)因子-1依賴的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路介導(dǎo)的腫瘤糖酵解增加，線粒體耗氧量減少，從而促進腫瘤細胞的生長。

有證據(jù)表明在腫瘤糖酵解過程中，LncRNA與低氧誘導(dǎo)因子信號通路起到重要作用。在肝癌細胞中，Takahashi等[32]研究發(fā)現(xiàn)低氧誘導(dǎo)因子信號通路參與腫瘤細胞的代謝及生長調(diào)控。在胃癌術(shù)后患者中，低氧誘導(dǎo)因子-1高表達伴有較低的無病生存率及總體生存率[33]。Huang等[34]發(fā)現(xiàn)漿細胞瘤變體易位1在腫瘤細胞中起到miRNA-186海綿作用，調(diào)節(jié)低氧誘導(dǎo)因子-1表達，間接促進胃癌細胞進程。另有研究表明，低氧應(yīng)答lincRNA-p21（RNA-p21）對腫瘤糖酵解起到至關(guān)重要的作用[35]。低氧或低氧誘導(dǎo)因子-1誘導(dǎo)lincRNA-p21作用于希佩爾林道蛋白，通過干擾低氧誘導(dǎo)因子及希佩爾林道相互作用來減弱希佩爾林道介導(dǎo)的低氧誘導(dǎo)因子泛素化，最終使低氧誘導(dǎo)因子穩(wěn)定存在。以上結(jié)果提示在低氧微環(huán)境下，低氧誘導(dǎo)因子與lincRNA-p21之間存在正反饋環(huán)路，促進腫瘤細胞糖酵解，見圖2。

3 總結(jié)與展望

腫瘤細胞能量代謝異常是腫瘤特征之一[36]。LncRNA作為基因表達調(diào)控分子，對惡性腫瘤糖代謝相關(guān)酶和代謝信號通路進行有效調(diào)節(jié)。盡管部分LncRNA在腫瘤糖代謝中發(fā)揮重要作用，但相互作用關(guān)系及機制尚未闡明。LncRNA在腫瘤細胞糖代謝領(lǐng)域中的研究尚處于起步階段，且未將糖代謝相關(guān)的LncRNA運用到臨床治療中。隨著對LncRNA序列及結(jié)構(gòu)的進一步研究，越來越多LncRNA被發(fā)現(xiàn)參與腫瘤細胞糖代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)；同時，LncRNA漸漸改變了醫(yī)生對腫瘤病因的固有認識和基本治療策略，希望在不斷揭示LncRNA與腫瘤糖代謝之間的聯(lián)系中，為腫瘤的診斷與綜合治療提供新的策略。

圖2 LncRNA在有氧糖酵解中的信號通路（PI3K：磷脂酰肌醇-3激酶；AKT：蛋白激酶 B；HIF-1：缺氧誘導(dǎo)因子 -1）