LncRNA中miRNA海绵活性与肿瘤的研究进展

皮益苑，周 爽，简 鸣，雷小勇

(南华大学药物药理研究所，湖南 衡阳 421001)

在医学上，癌是指起源于上皮组织的恶性肿瘤，是恶性肿瘤中最常见的一类，一般人们所说的“癌症”习惯上泛指所有恶性肿瘤。癌症是死亡率最高的疾病，虽然做了大量的实验来寻找有效的治疗策略，但是各种癌症都存在高发病率和死亡率的风险，因此，非常需要并急切地寻找早期的诊断生物标志物和新的治疗方法来提高存活率和治愈率。非编码序列、非编码基因以及非编码RNA(Non-coding RNA)的研究已成为生命科学领域研究的热点，长链非编码RNA(Long non-coding RNA, LncRNA)参与调节机体多种生物学过程，其中核糖核酸(RibonucleicAcid，RNA)分子海绵的作用愈受关注，这一话题重新唤起了人们对RNA世界的重视。目前多项研究表明不同的LncRNA作为通过与特定的微小核糖核酸(MicroRNA，miRNA)结合发挥海绵活性，并因此抑制miRNA功能，从而影响相关通路的进行，对特定肿瘤的发生发展产生影响。

1 LncRNA与miRNA概述

通常把LncRNA定义为是一类长度大于200个核苷酸的非编码RNA，且不具备蛋白编码潜能，这个长度很容易被切断以致于排斥miRNA，LncRNA由RNA聚合酶Ⅱ转录而成，它是一种多聚腺苷酸链，位于细胞核、细胞质部分[1]。miRNA是病毒、原生动物、植物和动物的基因组中，编码长度为18～24个核苷酸的非编码RNA分子，人类基因组中的miRNA超过3000种，在调控基因表达中起重要作用，它们与特定的信使核糖核酸(Messenger RNA，mRNA)配对，导致mRNA翻译受到抑制或降解[2]。

2 miRNA海绵活性

miRNA海绵(miRNA-sponges)一词以前是在试图开发用作miRNA抑制剂的化学修饰反义寡核苷酸时发明的，他们的想法是，由强启动子控制的转基因RNAs (被指定为海绵)可以抑制miRNA靶标，从而抑制miRNA与其靶标之间的相互作用[3]。miRNA海绵是一种在其3′非翻译区与天然miRNA互补或不完全互补的多个重复序列的mRNA，它像海绵一样吸附miRNAs，确保它们与靶标分离并抑制其功能，由于miRNA与特定的“种子”序列结合，海绵可以用一个共同的“种子”序列阻断整个miRNA家族[4]。它是一种miRNA靶基因的竞争性抑制剂，由强启动子表达的转录物，含有多个串联结合位点，当编码这些海绵的载体瞬时转染到培养的细胞中时，miRNA海绵去除靶标至少与化学修饰的反义寡核苷酸一样强，它们用一种互补的七聚体特异性抑制miRNA，因此可以用海绵作用来阻断整个miRNA种子家族。它具有重复miRNA反义序列的转录物，可以从内源性靶标中分离miRNA，可用于验证靶标预测和测定miRNA功能丧失表型[3]。

LncRNA是不编码蛋白翻译的线性RNA，能够通过竞争胞内miRNA，作为海绵一样缓冲并抑制其靶基因的表达，能作为“miRNA-sponges”发挥功能，一些数据表明miRNA海绵是许多真核生物中miRNA活性的广泛调节因子[5]。已有研究表明，LncRNA通过竞争性结合常见的miRNA而起到内源竞争RNA(competing endogenous RNAs，ceRNA)的作用，通过下调miRNA的表达和活性，进而在转录后调控miRNA靶标的表达，LncRNA具有特定细胞类型，组织类型，发育阶段和疾病特异性表达模式和定位，在某些条件下可能是有效的天然miRNA海绵[6]。

3 LncRNA中miRNA海绵活性与肿瘤

最近的研究表明，LncRNA可以通过ceRNA活性发挥miRNA海绵作用，了解这种新的RNA干扰将导致对基因调控网络的新的认识，并对人类疾病的发展和治疗提供新的思路。LncRNA和miRNA之间的相互作用是LncRNA发挥其抗肿瘤或促肿瘤功能的重要机制,以下具体叙述LncRNA中miRNA海绵活性对肿瘤的影响，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海绵在肿瘤中的作用

3.1 骨肉瘤

骨肉瘤(Osteosarcoma，OS)是最常见的骨恶性肿瘤之一，约占所有原发性骨恶性肿瘤的20%至35%，几乎完全发生于儿童和青少年，最常见的症状包括受累骨骼的疼痛和肿胀，骨肉瘤具有强侵袭性和快速转移性，癌细胞可以扩散到远处，包括肝脏、骨骼、大脑和其它器官，其特征在于肿瘤细胞直接形成未成熟骨或类骨质组织。尽管在手术、化疗或两者结合等现有治疗方式方面取得了进展，但骨肉瘤患者的生存率仍然很低，而且对这种疾病的分子机制了解甚少[7]。

已有数据表明，LncRNA可以通过海绵miRNA完全抑制骨肉瘤中的miRNA功能。例如，LncRNA MALAT1在骨肉瘤组织和细胞中高表达并通过抑制miR-376a促进细胞生长和肿瘤进展[8]。LncRNA MEG3通过与miR-127结合而充当内源性海绵，ZEB1是miR-127的靶基因，当ZEB1过表达时，miR-127也过表达从而促进细胞生长和转移，并且miR-127激活了JNK和Wnt信号通路，总之，他们的研究结果表明，LncRNA MEG3通过海绵miR-127促进骨肉瘤细胞的体外生长和转移[9]。MIR-224-3p在骨肉瘤中表达下调，与肿瘤大小和生存率低有关，DOCK7是骨肉瘤细胞miR-224-3p的重要靶点，并且上调DOCK7的表达而促进骨肉瘤的生长，LncRNA SNHG 4通过海绵miR-224-3p促进肿瘤生长，预测人骨肉瘤的生存和复发[10]。敲低LncRNA SNHG15和miR-141过表达显着抑制细胞增殖、侵袭、迁移和自噬，而LncRNA SNHG15过表达和抑制miR-141对骨肉瘤细胞表现出相反的作用，SNHG15可直接与miR-141相互作用并调节其表达，SNHG15在OS细胞中起着致癌作用，总之，LncRNA SNHG15通过海绵miR-141促进骨肉瘤细胞的增殖、侵袭和自噬[11]。LncRNA在骨肉癌中具有致癌作用，LncRNA HULC在骨肉瘤细胞中抑制细胞活力，迁移，侵袭和促进细胞凋亡，HULC作为miR-122的内源性海绵起作用，并且 HNF4G是miR-122的靶标，此外，miR-122的过表达通过下调HNF4G使PI3K /AKT，JAK/STAT和Notch途径失活，表明LncRNA HULC的敲低通过海绵状miR-122抑制骨肉瘤细胞的增殖，迁移和侵袭[12]。

3.2 胃癌

胃癌(gastric cancer，GC)作为消化系统常见恶性肿瘤，是世界范围内癌症相关死亡的主要原因之一，有研究报道在超过95万例胃癌患者中，每年有720000人死亡，并且在中国是第二大常见的癌症，尽管有早期诊断和有效的治疗方法，但GC常常被发现时就已经是晚期，具有广泛侵袭、远处转移和低存活率的特征[13]。

已有研究表明LncRNA SNHG12在GC中高表达，其表达水平与肿瘤大小，肿瘤-淋巴结转移，远处转移，淋巴结转移密切相关。SNHG12通过直接靶向GC中的miR-320而充当肿瘤启动子，LncRNA SNHG12通过充当miR-320的分子海绵来调控胃癌进展， SNHG12并成为GC诊断和预后的潜在生物标志物，此外，SNHG12被证实充当miR-320的海绵以调控CRKL的表达，并进一步影响下游AKT和ERK途径[14]。LncRNA CASC11和CDK1在胃癌组织和细胞中过表达，而miR-340-5p在GC中低表达，CASC11的高表达与肿瘤大小，肿瘤性质和TNM分期呈正相关，可抑制细胞凋亡，加速细胞周期，并且CASC11通过miR-340-5p海绵起到ceRNA作用来调控细胞周期信号而影响GC细胞的生长和凋亡[15]。刘杰等人结果表明，LncRNA SNHG20在胃癌细胞中的高表达，通过与EZH 2结合，显著抑制E-cadherin和p21的表达，并调节GSK-3β/β-catenin信号通路[16]。胃癌相关的LncRNA HOXA11-AS是一种致癌的LncRNA，具有HOXA11-AS高表达的患者存活期较短且预后较差，miR-1297在细胞质中充当ceRNA，促进胃癌的增殖和侵袭[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，非小细胞肺癌(Non-small-cell carcinoma，NSCLC)是肺癌的主要亚型，约占肺癌患者总数的80%，也是最常见的肺癌形式，包括三种组织病理学亚型：腺癌，鳞状细胞癌和大细胞癌。肺腺癌(lung adenocarcinoma，ADC)也是最常见的亚型，占肺癌病例的近40%，肺癌5年生存率低至15%，非小细胞肺癌患者长期生存率低，说明对肺癌发病机制的认识不全面[18]。

研究发现LncRNA PVT1在缺氧的非小细胞肺癌(NSCLC)细胞中是高表达的，并且进一步证明了LncRNA PVT1作为miR-199a-5p的ceRNA而促进NSCLC中HIF-1α的表达[19]。LncRNA XIST可能在肺癌中作为致癌基因发挥作用，XIST作为miR-449a的miRNA海绵，是Bcl-2的负调节因子，XIST的敲低可促进NSCLC细胞凋亡并抑制细胞增殖、迁移和侵袭，体内研究表明XIST下调抑制肿瘤生长[20]。LncRNA XIST可直接与miR-137结合而充当ceRNA，通过Notch-1途径抑制非小细胞肺癌细胞的增殖及TGF-b1诱导的EMT相关蛋白的表达[21]。

3.4 肝癌

肝细胞癌(hepatocellular cancer，HCC)是一种常见的危及生命的恶性肿瘤，是世界上与癌症相关死亡的第三大原因,它是一种死亡率高、预后差的异质性肿瘤，2015年，美国估计约有35660例新肝癌病例和24500例死亡病例，肿瘤转移和复发是HCC预后不良的主要原因，尽管近年来肝细胞癌的治疗取得了相当大的进展，包括肝切除和肝移植，但长期预后仍不能令人满意[22]。

LncRNA-ASLNC02525在肝癌组织和细胞系中高表达，而在癌旁组织和正常肝细胞中没有表达，这是从肝癌和癌旁组织中筛选出的差异表达最高的LncRNAs之一。研究表明，LncRNA-ASLNC02525破坏了hsa-miRNA-489-3p对Twist 1的负调节，一旦ASLNC02525被沉默，高表达的hsa-miRNA-489-3p就恢复了对Twist 1的调控，抑制其增殖和侵袭[23]。miR-144被证实可作为LncRNA TUG1的分子海绵，TUG 1与miR-144相互作用，通过激活肝癌的JAK 2/STAT 3通路，促进肝癌的增殖、迁移和肿瘤发生[24]。

3.5 乳腺癌

乳腺癌是最常见的恶性肿瘤，也是导致女性癌症相关死亡的第二大原因,中国乳腺癌发病率呈上升趋势，每年有超过170万女性被诊断患有乳腺癌，其中约35%死于乳腺癌[25]。乳腺癌的病因与家族遗传因素，雌激素水平，基因突变和生活方式有关,转移是治疗失败和乳腺癌最终死亡的主要原因。在大多数情况下，手术仍然是主要的治疗方法，辅助治疗取决于肿瘤的分期和亚型,乳腺癌转移的确切机制尚不清楚。

LncRNA GAS5作为miR-222的分子海绵，增强了乳腺癌细胞对他莫昔芬的敏感性，有助于抑制磷酸酶和PTEN(miR-222的一个内源靶标)，此外，研究者发现通过激活AKT/ mTOR信号通路并降低GAS5表达来实现对PTEN的抑制[26]。LncRNA LINC01116在乳腺癌组织中的表达明显增加，它与患者的总生存率、肿瘤大小和肿瘤转移(Tumor Node Metastasis，TNM)分期有关，LncRNA LINC01116与miR-145直接结合，从而上调miR-145的靶基因雌激素受体1(ESR 1)的表达[27]。研究发现LncRNA DSCAM-AS1能促进细胞增殖，抑制细胞凋亡，阻滞细胞于G0/G1期，从而促进乳腺癌细胞对他莫昔芬的耐药性。DSCAM-AS1可通过miR-137调控乳腺癌细胞中EPS 8的表达，促进肿瘤细胞对他莫昔芬的耐药性，促进细胞的增殖和转移，抑制细胞凋亡[28]。LncRNA GAS5在SKBR-3/Tr细胞和来自曲妥珠单抗治疗的患者的乳腺癌组织中表达降低，GAS5作为miR-21的分子海绵起作用，增加PTEN的表达[29]。

4 展 望

通过前文的描述，不同的LncRNA可以与特异的miRNA相互作用，两种类型的RNA 结合在一起调节基因表达的各个环节，从而维持个体内环境的平衡。miRNA海绵作用作为一个理想的ceRNA具有独特的特点，它的研究及构建不仅仅为研究LncRNA和miRNA的功能提供重要依据，也为肿瘤的治疗提供了强有力的工具，同时为其它疾病的治疗带来了新的曙光。