LncRNAs在胶质瘤中的生物学特征

LncRNAs在胶质瘤中的生物学特征

肖红波, 张鹏,通信作者 

(1如皋市人民医院神经外科，江苏 如皋 226500 )

摘要：胶质瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤，尽管进行了手术联合同步放化疗的多模式治疗，但是胶质瘤患者的预后依然很差，因此，深入挖掘胶质瘤发生和进展的分子机制，并以此为基础开发新型靶向治疗药物显得尤为重要。LncRNA是指长度超过200个核苷酸的非编码RNA，序列上保守性差，功能上具有一定保守性[1]。

关键词：胶质瘤；LncRNAs；治疗；新进展

1. LncRNAs的生物学特征及功能

LncRNAs是一类具有超过200个核苷酸构成的非编码RNA分子，主要是由II型RNA聚合酶催化转录形成，因此lncRNAs与信使RNA一样，通常是多聚腺苷酸化并具备帽子结构。与信使RNA不同的是，lncRNAs趋向定位于细胞核，进化保守性更低，并且包含更少的外显子。

根据 lncRNAs的转录基因在基因组上的位置，lncRNAs可分为六型——有义型、双向型、反义型、内含子型、基因间型和增强子型。定位于细胞质和细胞核中lncRNAs都具有多种重要的功能。在细胞核中，它们通过改变核体的功能和完整性，在染色质重塑、染色体相互作用和转录后水平基因的表达调控中发挥作用[2]。定位于细胞质lncRNAs能够调节信使RNA的翻译和稳定性、蛋白质的定位和基因表达以及吸附细胞质因子并调节它们的可用性，参与某些信号通路的形成，从而达到调控基因表达的目的[3]。为了能够调节信使RNA的稳定性，lncRNAs可以通过竞争性内源性RNA机制充当miRNAs的海绵，与信使RNA竞争结合miRNAs，通过调节miRNAs的可用性进而调控信使RNA的表达和功能。此外，lncRNAs可以招募信使RNA降解相关的蛋白或充当参与信使RNA衰变机制的RNA结合蛋白的诱饵。lncRNAs还可以通过与核糖体相互作用或修改信使RNA以激活其翻译进程，通过编码多肽发挥功能。LncRNAs还参与各种转录后修饰，其中最重要的是磷酸化和泛素化。2009年，Guttman及其同事们对lncRNAs进行了大量的研究，他们使用染色质图谱和大规模RNA测序等方法研究离散的转录单位之间的蛋白质编码基因位点。通过这种方法，他们发现了哺乳动物中存在的1000多个高度保守的基因间非编码RNAs。后续多种研究证实lncRNAs调控多种生物学过程，包括细胞周期调节、免疫监视和细胞的多能性等。此外，约20%的lncRNA与染色质修饰复合物相关。现有研究已证实，lncRNAs参与了细胞分化过程中染色质构象的调节和基因表达调控[4]。

目前，在人类基因组中已被发现的lncRNAs的数量已经超过16.7万个，并且仍在继续增加，虽然它们的功能和生物学上的相关性暂时不甚明了，但其功能的多样性以及其作为一类重要的基因调控因子在一些疾病的病因学中发挥的重要作用是十分明确的。目前lncRNAs相关的研究主要集中在对其功能和机制的探索以及它们在患者生存、预后评估方面的作用。

2. LncRNA对胶质瘤细胞增殖、迁移、侵袭及凋亡的调控

既往研究表明lncRNAs参与胶质瘤细胞的增殖、迁移和侵袭，并影响胶质瘤的凋亡等系列进程。lncRNAs的上调或者下调干预措施已经显示出其对胶质瘤细胞增殖和存活的调控能力以及对胶质瘤的治疗潜力。MALAT1下调导致肿瘤生长抑制并通过调节miR-124/锌指E-box结合同源框2（zinc finger E-box binding homeobox 2，ZEB2）信号轴诱导胶质瘤细胞的细胞周期（G1/S）阻滞；此外，si-MALAT的纳米复合物也能够诱导胶质瘤细胞的细胞周期（G2/M）阻滞。此外，MALAT1还可以通过与胶质瘤中的miR-101、miR-199a竞争性结合，然后上调在胶质瘤进展中起着关键作用的RAS相关蛋白1b（RAS related protein 1b，RAP1B）和（zinc fingers and homeoboxes 1，ZHX1）进一步促进胶质瘤的恶性表型[5]。与上述功能相反，Han等人报道MALAT1的下调可诱导胶质瘤细胞增殖能力增强，这可能与其能够抑制细胞外丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-activated protein kinase 1，MAPK1）信号通路有关。与他们的发现一致的是Cao等人证明，MALAT1能够通过降低miR-155的表达进而增加胶质瘤抑制基因FBXW7的表达，从而发挥抑制胶质瘤进展的作用。FBXW7是一种抑癌基因，现有研究表明，它参与了包括细胞生长、发育、干性和细胞周期等在内的多种细胞行为[6]。下调MALAT1的表达能够促进胶质瘤细胞中凋亡和凋亡相关调节因子的表达，包括MYC（MYC proto-oncogene, bHLH transcription factor）和CCND1（cyclin D1）。MALAT1也可以通过 MALAT1/miR-101/RAP1B 轴和 miR-124/ZEB2 轴调控对细胞凋亡的抑制作用。此外，si-MALAT1对 MALAT1的抑制导致几种参与细胞凋亡的分子水平显着降低，例如细胞凋亡蛋白家族抑制基因（Bcl-2 apoptosis regulator，Bcl-2）和热休克蛋白（heat shock protein，HSP）。此外，MALAT1通过调节miR-199a/ZHX1轴导致Bax（BCL2 associated X，apoptosis regulator）表达降低和Bcl-2表达升高。MALAT1通过多种机制调控胶质瘤细胞的迁移和侵袭，例如通过调节miR-384/GOLM1（golgi membrane protein 1）轴抑制自噬；MALAT1通过调节miR-199a / ZHX1轴促进肿瘤侵袭。研究表明，敲除H19能够抑制胶质瘤细胞的生长，这表明H19可以调控胶质瘤的细胞周期并增强胶质瘤的增殖能力。下调H19可以通过抑制WNT/b-catenin信号通路诱导胶质瘤细胞周期的停滞（G0/G1）。H19 还可以通过与其衍生的miR-675相互作用然后发挥促进胶质瘤进展的作用。miR-675能够靶向调节钙粘蛋白13（cadherin 13，CDH13）和一种参与多种细胞信号通路的转录因子——维生素 D 受体（vitamin D receptor，VDR）的表达。H19还通过靶向吸附miR-152和miR-140，上调p53凋亡刺激蛋白的肿瘤启动子抑制剂来调控胶质瘤的增殖。体外基质胶侵袭实验表明，H19的过表达增强了胶质瘤细胞的侵袭浸润能力；体内外实验表明，沉默H19能够抑制胶质瘤细胞体内外转移和侵袭能力[7]。H19还可以通过分子海绵机制吸附miR-181d、miR-675和miR-152进而调控Wnt/βcatenin信号通路，从而调控胶质瘤细胞周期并促进细胞增殖。此外，通过干扰RNA技术敲低H19的表达可以增强TMZ对胶质瘤细胞的杀伤能力，导致凋亡增加。MEG3在胶质瘤细胞周期调节以及胶质瘤增殖中起着非常重要的作用。MEG3的过表达能够引起胶质瘤细胞周期的阻滞（G2/M），进而抑制胶质瘤细胞增殖；机制方面，MEG3主要通过与调节性miRNAs相互作用上调关键的肿瘤抑制因子进而达到抑制胶质瘤进展的目的。p53蛋白由肿瘤抑制蛋白p53（TP53）基因编码，参与多种细胞保护机制，包括诱导细胞周期阻滞、DNA修复和细胞凋亡。MEG3是激活p53通路的重要参与者。MEG3过表达诱导胶质瘤细胞发生凋亡，主要是受到MEG3和p53激活的相互作用所致。MEG3的沉默促进了胶质瘤的迁移和侵袭[8]；过表达MEG3可通过调节miR-96-5p/MTSS1（MTSS I-BAR domain containing 1）轴来抑制胶质瘤细胞的转移；下调MEG3可通过分子海绵机制吸附miR-19a进而调节磷酸酶和张力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）的表达来促进胶质瘤细胞的迁移和侵袭。沉默胶质瘤细胞中MEG3的表达后，细胞凋亡亦受到抑制；同时，过表达胶质瘤细胞中MEG3后会引起胶质瘤细胞周期的停滞（G2/M）以及促进半胱天冬酶8/3（caspase 8/3）和TP53的转录增强，后者在胶质瘤细胞凋亡中起关键作用。在细胞生长的不同阶段，HOTAIR可通过调不同的分子来调控胶质瘤的细胞周期。目前，已经发现HOTAIR可通过多种机制调控胶质瘤细胞的周期进程。HOTAIR可以通过调控EZH2/ PRC2复合物，导致染色质凝聚，进而影响细胞周期的进程。HOTAIR可以吸附miR-15-b进而解除其对p53的抑制作用，从而调控胶质瘤的细胞周期。此外，HOTAIR通过下调胶质瘤细胞中Nemo样激酶（nemo like kinase，NLK）的表达，进而抑制β-catenin通路导致细胞周期停滞和侵袭抑制。沉默HOTAIR能够上调miR-219，然后导致CCND1的表达下调，进而调控胶质瘤细胞周期进程。HOTAIR还可以充当miR-218分子海绵导致（phosphodiesterase 7A，PDE7A）表达上调进而促进胶质瘤细胞的增殖。还有研究表明，HOTAIR能够通过miR-125a激活mTOR通路提高胶质瘤细胞的活力。此外，HOTAIR还可以下调肿瘤抑制因子——程序性细胞死亡4（programmed cell death 4，PDCD4）促进胶质瘤干细胞的生长和增殖。体内外实验均表明，下调PVT1的表达可以抑制胶质瘤的生长并将胶质瘤细胞的周期阻滞在G1期。PVT1可以通过调节多种靶分子和信号通路诱导胶质瘤细胞的侵袭能力。PVT1能够吸附miR-128-3p从而促进GREM1（gremlin 1, DAN family BMP antagonist）和骨形态发生蛋白受体2（bone morphogenetic protein receptor type 2，BMP）的表达，进而调控胶质瘤的迁移和侵袭能力[9]。此外，沉默PVT1可以增加Bax和剪接的caspase-3蛋白的表达并降低Bcl-2的表达，从而促进胶质瘤细胞的凋亡和DNA损伤。

[1]Torsin LI, Petrescu GED, Sabo AA, Chen B, Brehar FM, Dragomir MP and Calin GA. Editing and Chemical Modifications on Non-Coding RNAs in Cancer: A New Tale with Clinical Significance. Int J Mol Sci 2021; 22(2):581.

[2]Momtazmanesh S and Rezaei N. Long Non-Coding RNAs in Diagnosis, Treatment, Prognosis, and Progression of Glioma: A State-of-the-Art Review. Front Oncol 2021; 11: 712786.

[3]Rinn J and Guttman M. RNA Function. RNA and dynamic nuclear organization. Science 2014; 345: 1240-1241.

[4]Guttman M, Garber M, Levin JZ, Donaghey J, Robinson J, Adiconis X, Fan L, Koziol MJ, Gnirke A, Nusbaum C, Rinn JL, Lander ES and Regev A. Ab initio reconstruction of cell type-specific transcriptomes in mouse reveals the conserved multi-exonic structure of lincRNAs. Nat Biotechnol 2010; 28: 503-510.

[5]Cheng H, Zhao H, Xiao X, Huang Q, Zeng W, Tian B, Ma T, Lu D, Jin Y and Li Y. Long Non-coding RNA MALAT1 Upregulates ZEB2 Expression to Promote Malignant Progression of Glioma by Attenuating miR-124. Mol Neurobiol 2021; 58: 1006-1016.

[6]Liao K, Lin Y, Gao W, Xiao Z, Medina R, Dmitriev P, Cui J, Zhuang Z, Zhao X, Qiu Y, Zhang X, Ge J and Guo L. Blocking lncRNA MALAT1/miR-199a/ZHX1 Axis Inhibits Glioblastoma Proliferation and Progression. Mol Ther Nucleic Acids 2019; 18: 388-399.

[7]Zhao H, Peng R, Liu Q, Liu D, Du P, Yuan J, Peng G and Liao Y. The lncRNA H19 interacts with miR-140 to modulate glioma growth by targeting iASPP. Arch Biochem Biophys 2016; 610: 1-7.

[8]Wang D, Fu CW and Fan DQ. Participation of tumor suppressors long non-coding RNA MEG3, microRNA-377 and PTEN in glioma cell invasion and migration. Pathol Res Pract 2019; 215: 152558.

[9]Fu C, Li D, Zhang X, Liu N, Chi G and Jin X. LncRNA PVT1 Facilitates Tumorigenesis and Progression of Glioma via Regulation of MiR-128-3p/GREM1 Axis and BMP Signaling Pathway. Neurotherapeutics 2018; 15: 1139-1157.

  基金项目 2020年江苏卫生健康职业学院校级课题面上项目JKC202022