皮益苑，周 爽，簡 鳴，雷小勇

(南華大學(xué)藥物藥理研究所，湖南 衡陽 421001)

在醫(yī)學(xué)上，癌是指起源于上皮組織的惡性腫瘤，是惡性腫瘤中最常見的一類，一般人們所說的“癌癥”習(xí)慣上泛指所有惡性腫瘤。癌癥是死亡率最高的疾病，雖然做了大量的實驗來尋找有效的治療策略，但是各種癌癥都存在高發(fā)病率和死亡率的風(fēng)險，因此，非常需要并急切地尋找早期的診斷生物標(biāo)志物和新的治療方法來提高存活率和治愈率。非編碼序列、非編碼基因以及非編碼RNA(Non-coding RNA)的研究已成為生命科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點，長鏈非編碼RNA(Long non-coding RNA, LncRNA)參與調(diào)節(jié)機體多種生物學(xué)過程，其中核糖核酸(RibonucleicAcid，RNA)分子海綿的作用愈受關(guān)注，這一話題重新喚起了人們對RNA世界的重視。目前多項研究表明不同的LncRNA作為通過與特定的微小核糖核酸(MicroRNA，miRNA)結(jié)合發(fā)揮海綿活性，并因此抑制miRNA功能，從而影響相關(guān)通路的進(jìn)行，對特定腫瘤的發(fā)生發(fā)展產(chǎn)生影響。

1 LncRNA與miRNA概述

通常把LncRNA定義為是一類長度大于200個核苷酸的非編碼RNA，且不具備蛋白編碼潛能，這個長度很容易被切斷以致于排斥miRNA，LncRNA由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄而成，它是一種多聚腺苷酸鏈，位于細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)部分[1]。miRNA是病毒、原生動物、植物和動物的基因組中，編碼長度為18～24個核苷酸的非編碼RNA分子，人類基因組中的miRNA超過3000種，在調(diào)控基因表達(dá)中起重要作用，它們與特定的信使核糖核酸(Messenger RNA，mRNA)配對，導(dǎo)致mRNA翻譯受到抑制或降解[2]。

2 miRNA海綿活性

miRNA海綿(miRNA-sponges)一詞以前是在試圖開發(fā)用作miRNA抑制劑的化學(xué)修飾反義寡核苷酸時發(fā)明的，他們的想法是，由強啟動子控制的轉(zhuǎn)基因RNAs (被指定為海綿)可以抑制miRNA靶標(biāo)，從而抑制miRNA與其靶標(biāo)之間的相互作用[3]。miRNA海綿是一種在其3′非翻譯區(qū)與天然miRNA互補或不完全互補的多個重復(fù)序列的mRNA，它像海綿一樣吸附miRNAs，確保它們與靶標(biāo)分離并抑制其功能，由于miRNA與特定的“種子”序列結(jié)合，海綿可以用一個共同的“種子”序列阻斷整個miRNA家族[4]。它是一種miRNA靶基因的競爭性抑制劑，由強啟動子表達(dá)的轉(zhuǎn)錄物，含有多個串聯(lián)結(jié)合位點，當(dāng)編碼這些海綿的載體瞬時轉(zhuǎn)染到培養(yǎng)的細(xì)胞中時，miRNA海綿去除靶標(biāo)至少與化學(xué)修飾的反義寡核苷酸一樣強，它們用一種互補的七聚體特異性抑制miRNA，因此可以用海綿作用來阻斷整個miRNA種子家族。它具有重復(fù)miRNA反義序列的轉(zhuǎn)錄物，可以從內(nèi)源性靶標(biāo)中分離miRNA，可用于驗證靶標(biāo)預(yù)測和測定miRNA功能喪失表型[3]。

LncRNA是不編碼蛋白翻譯的線性RNA，能夠通過競爭胞內(nèi)miRNA，作為海綿一樣緩沖并抑制其靶基因的表達(dá)，能作為“miRNA-sponges”發(fā)揮功能，一些數(shù)據(jù)表明miRNA海綿是許多真核生物中miRNA活性的廣泛調(diào)節(jié)因子[5]。已有研究表明，LncRNA通過競爭性結(jié)合常見的miRNA而起到內(nèi)源競爭RNA(competing endogenous RNAs，ceRNA)的作用，通過下調(diào)miRNA的表達(dá)和活性，進(jìn)而在轉(zhuǎn)錄后調(diào)控miRNA靶標(biāo)的表達(dá)，LncRNA具有特定細(xì)胞類型，組織類型，發(fā)育階段和疾病特異性表達(dá)模式和定位，在某些條件下可能是有效的天然miRNA海綿[6]。

3 LncRNA中miRNA海綿活性與腫瘤

最近的研究表明，LncRNA可以通過ceRNA活性發(fā)揮miRNA海綿作用，了解這種新的RNA干擾將導(dǎo)致對基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的新的認(rèn)識，并對人類疾病的發(fā)展和治療提供新的思路。LncRNA和miRNA之間的相互作用是LncRNA發(fā)揮其抗腫瘤或促腫瘤功能的重要機制,以下具體敘述LncRNA中miRNA海綿活性對腫瘤的影響，例如：骨肉癌、胃癌、肺癌、肝癌和乳腺癌，如表1所示。

表1 LncRNA中miRNA海綿在腫瘤中的作用

3.1 骨肉瘤

骨肉瘤(Osteosarcoma，OS)是最常見的骨惡性腫瘤之一，約占所有原發(fā)性骨惡性腫瘤的20%至35%，幾乎完全發(fā)生于兒童和青少年，最常見的癥狀包括受累骨骼的疼痛和腫脹，骨肉瘤具有強侵襲性和快速轉(zhuǎn)移性，癌細(xì)胞可以擴散到遠(yuǎn)處，包括肝臟、骨骼、大腦和其它器官，其特征在于腫瘤細(xì)胞直接形成未成熟骨或類骨質(zhì)組織。盡管在手術(shù)、化療或兩者結(jié)合等現(xiàn)有治療方式方面取得了進(jìn)展，但骨肉瘤患者的生存率仍然很低，而且對這種疾病的分子機制了解甚少[7]。

已有數(shù)據(jù)表明，LncRNA可以通過海綿miRNA完全抑制骨肉瘤中的miRNA功能。例如，LncRNA MALAT1在骨肉瘤組織和細(xì)胞中高表達(dá)并通過抑制miR-376a促進(jìn)細(xì)胞生長和腫瘤進(jìn)展[8]。LncRNA MEG3通過與miR-127結(jié)合而充當(dāng)內(nèi)源性海綿，ZEB1是miR-127的靶基因，當(dāng)ZEB1過表達(dá)時，miR-127也過表達(dá)從而促進(jìn)細(xì)胞生長和轉(zhuǎn)移，并且miR-127激活了JNK和Wnt信號通路，總之，他們的研究結(jié)果表明，LncRNA MEG3通過海綿miR-127促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞的體外生長和轉(zhuǎn)移[9]。MIR-224-3p在骨肉瘤中表達(dá)下調(diào)，與腫瘤大小和生存率低有關(guān)，DOCK7是骨肉瘤細(xì)胞miR-224-3p的重要靶點，并且上調(diào)DOCK7的表達(dá)而促進(jìn)骨肉瘤的生長，LncRNA SNHG 4通過海綿miR-224-3p促進(jìn)腫瘤生長，預(yù)測人骨肉瘤的生存和復(fù)發(fā)[10]。敲低LncRNA SNHG15和miR-141過表達(dá)顯著抑制細(xì)胞增殖、侵襲、遷移和自噬，而LncRNA SNHG15過表達(dá)和抑制miR-141對骨肉瘤細(xì)胞表現(xiàn)出相反的作用，SNHG15可直接與miR-141相互作用并調(diào)節(jié)其表達(dá)，SNHG15在OS細(xì)胞中起著致癌作用，總之，LncRNA SNHG15通過海綿miR-141促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和自噬[11]。LncRNA在骨肉癌中具有致癌作用，LncRNA HULC在骨肉瘤細(xì)胞中抑制細(xì)胞活力，遷移，侵襲和促進(jìn)細(xì)胞凋亡，HULC作為miR-122的內(nèi)源性海綿起作用，并且 HNF4G是miR-122的靶標(biāo)，此外，miR-122的過表達(dá)通過下調(diào)HNF4G使PI3K /AKT，JAK/STAT和Notch途徑失活，表明LncRNA HULC的敲低通過海綿狀miR-122抑制骨肉瘤細(xì)胞的增殖，遷移和侵襲[12]。

3.2 胃癌

胃癌(gastric cancer，GC)作為消化系統(tǒng)常見惡性腫瘤，是世界范圍內(nèi)癌癥相關(guān)死亡的主要原因之一，有研究報道在超過95萬例胃癌患者中，每年有720000人死亡，并且在中國是第二大常見的癌癥，盡管有早期診斷和有效的治療方法，但GC常常被發(fā)現(xiàn)時就已經(jīng)是晚期，具有廣泛侵襲、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和低存活率的特征[13]。

已有研究表明LncRNA SNHG12在GC中高表達(dá)，其表達(dá)水平與腫瘤大小，腫瘤-淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移密切相關(guān)。SNHG12通過直接靶向GC中的miR-320而充當(dāng)腫瘤啟動子，LncRNA SNHG12通過充當(dāng)miR-320的分子海綿來調(diào)控胃癌進(jìn)展， SNHG12并成為GC診斷和預(yù)后的潛在生物標(biāo)志物，此外，SNHG12被證實充當(dāng)miR-320的海綿以調(diào)控CRKL的表達(dá)，并進(jìn)一步影響下游AKT和ERK途徑[14]。LncRNA CASC11和CDK1在胃癌組織和細(xì)胞中過表達(dá)，而miR-340-5p在GC中低表達(dá)，CASC11的高表達(dá)與腫瘤大小，腫瘤性質(zhì)和TNM分期呈正相關(guān)，可抑制細(xì)胞凋亡，加速細(xì)胞周期，并且CASC11通過miR-340-5p海綿起到ceRNA作用來調(diào)控細(xì)胞周期信號而影響GC細(xì)胞的生長和凋亡[15]。劉杰等人結(jié)果表明，LncRNA SNHG20在胃癌細(xì)胞中的高表達(dá)，通過與EZH 2結(jié)合，顯著抑制E-cadherin和p21的表達(dá)，并調(diào)節(jié)GSK-3β/β-catenin信號通路[16]。胃癌相關(guān)的LncRNA HOXA11-AS是一種致癌的LncRNA，具有HOXA11-AS高表達(dá)的患者存活期較短且預(yù)后較差，miR-1297在細(xì)胞質(zhì)中充當(dāng)ceRNA，促進(jìn)胃癌的增殖和侵襲[17]。

3.3 肺癌

肺癌是全世界男性和女性致癌死亡的主要原因，非小細(xì)胞肺癌(Non-small-cell carcinoma，NSCLC)是肺癌的主要亞型，約占肺癌患者總數(shù)的80%，也是最常見的肺癌形式，包括三種組織病理學(xué)亞型：腺癌，鱗狀細(xì)胞癌和大細(xì)胞癌。肺腺癌(lung adenocarcinoma，ADC)也是最常見的亞型，占肺癌病例的近40%，肺癌5年生存率低至15%，非小細(xì)胞肺癌患者長期生存率低，說明對肺癌發(fā)病機制的認(rèn)識不全面[18]。

研究發(fā)現(xiàn)LncRNA PVT1在缺氧的非小細(xì)胞肺癌(NSCLC)細(xì)胞中是高表達(dá)的，并且進(jìn)一步證明了LncRNA PVT1作為miR-199a-5p的ceRNA而促進(jìn)NSCLC中HIF-1α的表達(dá)[19]。LncRNA XIST可能在肺癌中作為致癌基因發(fā)揮作用，XIST作為miR-449a的miRNA海綿，是Bcl-2的負(fù)調(diào)節(jié)因子，XIST的敲低可促進(jìn)NSCLC細(xì)胞凋亡并抑制細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，體內(nèi)研究表明XIST下調(diào)抑制腫瘤生長[20]。LncRNA XIST可直接與miR-137結(jié)合而充當(dāng)ceRNA，通過Notch-1途徑抑制非小細(xì)胞肺癌細(xì)胞的增殖及TGF-b1誘導(dǎo)的EMT相關(guān)蛋白的表達(dá)[21]。

3.4 肝癌

肝細(xì)胞癌(hepatocellular cancer，HCC)是一種常見的危及生命的惡性腫瘤，是世界上與癌癥相關(guān)死亡的第三大原因,它是一種死亡率高、預(yù)后差的異質(zhì)性腫瘤，2015年，美國估計約有35660例新肝癌病例和24500例死亡病例，腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)是HCC預(yù)后不良的主要原因，盡管近年來肝細(xì)胞癌的治療取得了相當(dāng)大的進(jìn)展，包括肝切除和肝移植，但長期預(yù)后仍不能令人滿意[22]。

LncRNA-ASLNC02525在肝癌組織和細(xì)胞系中高表達(dá)，而在癌旁組織和正常肝細(xì)胞中沒有表達(dá)，這是從肝癌和癌旁組織中篩選出的差異表達(dá)最高的LncRNAs之一。研究表明，LncRNA-ASLNC02525破壞了hsa-miRNA-489-3p對Twist 1的負(fù)調(diào)節(jié)，一旦ASLNC02525被沉默，高表達(dá)的hsa-miRNA-489-3p就恢復(fù)了對Twist 1的調(diào)控，抑制其增殖和侵襲[23]。miR-144被證實可作為LncRNA TUG1的分子海綿，TUG 1與miR-144相互作用，通過激活肝癌的JAK 2/STAT 3通路，促進(jìn)肝癌的增殖、遷移和腫瘤發(fā)生[24]。

3.5 乳腺癌

乳腺癌是最常見的惡性腫瘤，也是導(dǎo)致女性癌癥相關(guān)死亡的第二大原因,中國乳腺癌發(fā)病率呈上升趨勢，每年有超過170萬女性被診斷患有乳腺癌，其中約35%死于乳腺癌[25]。乳腺癌的病因與家族遺傳因素，雌激素水平，基因突變和生活方式有關(guān),轉(zhuǎn)移是治療失敗和乳腺癌最終死亡的主要原因。在大多數(shù)情況下，手術(shù)仍然是主要的治療方法，輔助治療取決于腫瘤的分期和亞型,乳腺癌轉(zhuǎn)移的確切機制尚不清楚。

LncRNA GAS5作為miR-222的分子海綿，增強了乳腺癌細(xì)胞對他莫昔芬的敏感性，有助于抑制磷酸酶和PTEN(miR-222的一個內(nèi)源靶標(biāo))，此外，研究者發(fā)現(xiàn)通過激活A(yù)KT/ mTOR信號通路并降低GAS5表達(dá)來實現(xiàn)對PTEN的抑制[26]。LncRNA LINC01116在乳腺癌組織中的表達(dá)明顯增加，它與患者的總生存率、腫瘤大小和腫瘤轉(zhuǎn)移(Tumor Node Metastasis，TNM)分期有關(guān)，LncRNA LINC01116與miR-145直接結(jié)合，從而上調(diào)miR-145的靶基因雌激素受體1(ESR 1)的表達(dá)[27]。研究發(fā)現(xiàn)LncRNA DSCAM-AS1能促進(jìn)細(xì)胞增殖，抑制細(xì)胞凋亡，阻滯細(xì)胞于G0/G1期，從而促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞對他莫昔芬的耐藥性。DSCAM-AS1可通過miR-137調(diào)控乳腺癌細(xì)胞中EPS 8的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞對他莫昔芬的耐藥性，促進(jìn)細(xì)胞的增殖和轉(zhuǎn)移，抑制細(xì)胞凋亡[28]。LncRNA GAS5在SKBR-3/Tr細(xì)胞和來自曲妥珠單抗治療的患者的乳腺癌組織中表達(dá)降低，GAS5作為miR-21的分子海綿起作用，增加PTEN的表達(dá)[29]。

4 展 望

通過前文的描述，不同的LncRNA可以與特異的miRNA相互作用，兩種類型的RNA 結(jié)合在一起調(diào)節(jié)基因表達(dá)的各個環(huán)節(jié)，從而維持個體內(nèi)環(huán)境的平衡。miRNA海綿作用作為一個理想的ceRNA具有獨特的特點，它的研究及構(gòu)建不僅僅為研究LncRNA和miRNA的功能提供重要依據(jù)，也為腫瘤的治療提供了強有力的工具，同時為其它疾病的治療帶來了新的曙光。