长链非编码RNA与肝癌的研究现状

1、长链非编码RNA与肝癌的研究进展The new trends of researches on Long noncoding RNAs and hepatocellular carcinoma熊淑晨1王玉兰2摘要：肝细胞癌(Hepatocellular Carcinoma,HCC)的治疗在世界范围内都是一个巨大的难题。HCC的发病率居全球第五位，致死率居第三位。我国是全球肝细胞肝癌发病率最高地区之一，每年新增的肝细胞癌病例占全世界的55%左右。据国际癌症总局（IARC）2011 年全球肿瘤统计分析表明全球每年约有 69 万余人死于肝癌，其中一半以上发生在我国。长链非编码RNA（lon

2、g non-coding RNA，lncRNA）是一类转录本长度大于200nt（核苷酸）而且不编码蛋白的RNA，近年来的一些研究发现lncRNA可在各个环节调控基因的表达，存在于各种生理和病理过程，在肿瘤的发生发展及预后过程中起重要作用。基于以上，本文综合了现有的肝细胞癌与lncRNA相关的研究进展，希望对肝细胞癌的致病机制和靶向治疗提供线索。Abstract:The cure of hepatocellular carcinoma(HCC) is still a wordwide difficulty. The incidence of HCC is currently the fifth

3、highest in solid tumor and is the third leading cause of cancer death worldwide.China has the highest rate of HCC in this days,and there are about 55% new cases of HCC each year come from China.The international Agency of Research on Cancer(IARC) said that almost 690 thousand people death of HCC, an

4、d more than half of them are Chinese.Long noncoding RNAs(LncRNAs)-defined as non-coding RNAmolecules greater than 200nucleotides in length-lack the ability of encoding protein.LncRNAs also regulate gene expression processes in multiple approaches, exists in various physiological and pathological pro

5、cess,and play vital roles in the occurrence and development of tumors.This review focuses on the regulation and functional role of LncRNAs in HCC.关键词：肝细胞癌 长链非编码RNA（lncRNA） 肝细胞癌是最常见的恶性肿瘤之一，属于高侵袭、高致死性肿瘤，易复发和转移，预后很差。肝细胞癌的产生过程复杂，涉及多基因、多通路。以往对肝细胞癌的研究主要有以下几个方面：引起肝细胞癌的高危因素：病毒、酒精、生物毒素（如黄曲霉菌）1；流行病学：乙型肝炎病毒、丙型

6、肝炎病毒感染2；表观遗传学：miR-221、miR-222等microRNA的异常表达3；分子遗传学：1号染色体结构异常等4；基因分子生物学：p53、DPC4、N-ras异常等5-7；信号通路异常8。随着人们对基因的不断了解，长链非编码RNA在疾病发生发展的作用越来越受到重视，越来越多的lncRNA被发现与HCC的产生机制有关。肝癌的一般采用外科手术切除来治疗，但是对于那些失去手术机会的患者来说，治愈疾病是个难题。肝癌中特异性表达的lncRNA就为这些患者提供了新的治疗希望。一、 lncRNA概述随着基因测序的完成，人们发现仅有1%-2%的基因具有编码蛋白质的功能。大部分为非编码调控序列，转录

7、成为非编码RNA(non-coding RNA，ncRNA)。其中80%-90%具有转录活性的非蛋白编码基因为lncRNA。根据lncRNA与蛋白编码基因的相对位置可以将其分为四类：外显子lncRNA（exonic lncRNA）：在外显子区至少有一个碱基与蛋白编码的外显子是相同的；内含子lncRNA(intronic lncRNA)：从蛋白编码基因的内含子转录出来（正义或反义），重叠lncRNA（overlapping lncRNA）:部分序列与包含内含子的蛋白编码基因重叠(正义或反义)；基因间lncRNA（intergenic lncRNA）:不与任何编码蛋白的编码位点相交。相对于编码RN

8、A,lncRNA序列的总的保守性差，但其内部含有高度保守的区域，这些区域对lncRNA的功能起到重要作用。最近研究发现lncRNA可在表观遗传学水平(包括DNA 甲基化、组蛋白修饰、染色质重构)、转录及转录后水平调节基因的表达，从而参与各种基本生命活动和疾病的发生发展过程9-10。某些具有生物学功能的lncRNA可通过染色质剂量补偿效应、基因组印迹、染色体沉默、染色质修饰、转录调控、核浆运输等重要生物过程11-15，参与细胞增殖、细胞周期、凋亡和分化等过程，进而影响肿瘤的发生和发展。其调控作用机制可能有16 ：在编码蛋白基因的上游启动子区转录，干扰邻近蛋白编码基因的表达；抑制RNA 聚合酶，或

9、介导染色质重构和组蛋白修饰影响基因表达；与编码蛋白基因的转录本形成互补双链，干扰RNA 的剪接，或在Dicer酶作用下产生内源性siRNA，调控基因的表达；结合在特定蛋白质上改变该蛋白的胞质定位，或调节相应蛋白的活性；作为结构组分与蛋白质形成核酸蛋白质复合体；可作为小分子RNA（如miRNA、PiwiRNA）的前体分子。越来越多的证据表明lncRNA与肿瘤的发生密切相关。LncRNA在正常组织和肿瘤组织中的差异性表达，可以作为预防和治疗以及观测肿瘤预后的指标。例如: 前列腺癌特异的lncRNA DD3(也称PCA3)已被发展为高度特异性的核酸分子标志物，且特异性高于血清前列腺癌特异性抗原(PS

10、A) 17-18 。同样，在肝细胞癌中也发现了许多与肿瘤有关的lncRNA，对这些lncRNA的研究对肝细胞癌的治疗开辟了一条新道路。二、 lncRNA在肝细胞癌中的研究进展2.1.H19H19是由H19基因编码的长度为2.3kb的lncRNA，对生长发育中的基因组印迹发挥重要作用。H19高表达于胚胎组织中，出生后在大部分器官组织中表达迅速下降。近期的研究表明H19在肝癌组织中的表达异常，对肝癌的发展起重要作用。Zhang L等人19认为H19在肝癌组织中表达比癌旁正常组织降低，在肿瘤结交处表达最高，H19的肿瘤/癌旁比值越低，预后越差。19抑制了肝癌的转移和上皮-间质转化（EMT）的发生；H

11、19还能协同蛋白复合物hnRNP U/PCAF/RNApol ，通过增加组蛋白乙酰化来活化miR-200家族。因此，对于个体化肝细胞癌的治疗，可以联合miRNA和lncRNA，也许会取得更好的疗效。此外，还有研究表明H19促进细胞增殖，抑制肝癌发展和转移20-22。2.2.HOTAIRHOTAIR(HOX antisense intergenic RNA)转录自HOXC基因，定位于12q13.13上的HOXC位点。在肝癌组织和肝癌细胞系中显著过表达23-24。HOTAIR连接组蛋白甲基化酶复合体2（Polycomb Repressive Complex 2,PRC2)和组蛋白去甲基化酶复合体(

12、LSD1/CoREST/REST),导致H3K27和H3K4甲基化，增强癌细胞侵袭和代谢24-25。下调HOTAIR可以抑制基质金属蛋白酶-9（MMP-9）和血管内皮生长因子表达，从而影响细胞的侵袭和转移23。因此，HOTAIR的上调可能作为肝癌的转移潜在标志物。另外，下调HOTAIR的表达水平可明显提高顺铂和多柔比星是敏感性，为临床解决肿瘤的耐药提供新线索24。2.3.MEG3MEG3定位于人类染色体14q32.3，属于DLK1-MEG3印迹基因26。肝癌组织中，MEG3表达显著减少27。在大部分人类癌细胞系中，超标达MEG3导致生长抑制，P53蛋白累积,增强P53介导的转录激活作用；无P5

13、3蛋白时，过表达MEG3也导致细胞生长抑制，说明MEG3能以依赖或不依赖P53的方式发挥抑制作用28-29。肝细胞癌中启动子区域的甲基化会导致MEG3基因表达抑制30。2.4.MALAT1 MALAT1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1）首先在非小细胞肺癌中发现31，其高表达与肝癌的高度转移风险和不良预后密切相关。通过RNA干扰技术抑制MALAT1的高表达可以在转录及转录后水平抑制肿瘤细胞的增殖和侵袭力，增强肝癌组织对细胞凋亡诱导剂的敏感性32-33。并且有研究发现，MALAT1高表达的患者，接受移植后更易复发32。综

14、上所述，MALAT1可作为监测肝移植后肿瘤复发的生物标记。2.5.HULC HULC（highly up-regulated in liver cancer）基因定位于6p24.3，含有一个内含子和两个外显子，其中内含子长度为1152bp，外显子分别为182bp和303bp。HULC没有明确的长的开放阅读框，体外翻译结果没有任何可检测的蛋白，只有在缺乏N端仅翻译C端的情况下翻译的蛋白才能被检测到34。HULC是肝癌中升高最显著的基因并且特异的在肝癌组织和肝癌病人的血液中高表达35。HULC可与miR-372直接结合抑制其活性，下调miR-372导致其下游的 mRNA Prkacb (cAMP

15、-dependent protein kinase catalytic subunit beta)上调，促进CREB磷酸化，活化的CREB入核与HULC启动子区域结合促进HULC表达36。另外有研究发现，乙肝病毒X蛋白（HBx）也可以通过结合CREB蛋白上调HULC，上调的HULC通过抑制抑癌基因p18表达促进肝癌细胞增殖37。在肝癌病人的血清中也可以检测出HULC，这为肝癌的诊断提供了新途径38。2.6.HEIHHEIH(High Expression in HCC)在肝癌组织中表达水平较高，并且在合并肝硬化的肝癌中表达更高，与HBV相关的肝癌的复发密切相关，是HBV相关的肝癌的总生存期的一

16、个独立预后因素。实验表明，在体内和体外通过抑制中间丝蛋白和波形蛋白的表达导致HBx表达下调可以抑制肝癌的生长和转移39。HEIH在细胞G0/G1阻滞中起重要作用，并与EZH2的靶基因（p15、p16、p21、p57）的抑制有关40。2.7.MVIHMVIH(lncRNAs associated with microvascular invasion in HCC)在肝癌中过表达，其通过抑制磷酸甘油酸激酶-1（phosphoglycerate kinasel,PGK1）促进肿瘤生长和激活肿瘤诱导的血管生成；此外，MVIH还有可能作为肝癌切除术后患者的无复发生存率的监测指标41。2.8.其他相关l

17、ncRNADan X等人通过小鼠模型发现，上调肝生长因子HGF增加了lncRNA-LALR1（lncRNA associated with liver regeneration）的表达，而lncRNA-LALR1通过招募转录因子CTCF到AXIN1的启动子区域抑制Axin1的表达，激活Wnt/-Catenin信号通路，上调cyclin D1的表达，促进肝细胞增殖和肝脏再生，可能有益于肝衰竭和肝脏移植患者42。LncRNA-LET（lncRNA low expression in tumor）在肝癌中表达下降，试验证实过表达lncRNA-LET抑制肿瘤的转移，而缺氧诱导的组蛋

18、白脱乙酰化酶3（HDAC3）通过减少lncRNA-LET启动子区域的组蛋白乙酰化来下调lncRNA-LET；此外，核因子90蛋白(nuclear factor 90 protein)的稳定影响了肿瘤的侵袭性；该试验通过研究缺氧、组蛋白乙酰化障碍和低lncRNA-LET表达之间的关系为肝癌的干预治疗提供新途径43。血清中lncRNA的检测也日益兴起，比如LU等人通过对比肝癌患者、乙肝患者和正常人血清中的lncRNA-uc003wbd和lncRNA-AF085935，发现lncRNA-uc003wbd和lncRNA-AF085935在三组中差异明显，可能会成为肝癌和乙肝患者筛查的潜在生物学指标44

19、。三、 展望 尽管lncRNA数量庞大，但是有关研究却远不如同属ncRNA的MicroRNA。相比MicroRNA，lncRNA发现较早45，但是lncRNA的研究目前还处于起步阶段。LncRNA与肿瘤相关的证据主要来源于表达的差异，仅少数lncRNA的作用机制明确，而且缺乏大样本的临床研究。所以，lncRNA与肿瘤的关系即是一个挑战又是一个机遇，相信随着研究工作的不断深入，更多的lncRNA被发现，其参与生理病理的作用和机制将会不断被揭示。同时，为肿瘤患者的治疗带来新希望。1 任建松,乔友林.原发性肝癌危险因素与预防研究进展J.中国肿瘤,2008,17(4):293-296.2 凌宇,冯悦静

20、.原发性肝癌与HBV感染关系的临床分析J.中国实用医刊,2014,(19):36-38.3 Huang X, Jia Z. Construction of HCC-targeting artificial miRNAs using natural miRNA precursors. Exp Ther Med. 2013 Jul; 6(1):209-215. Epub 2013 May 14.4 Chen L, Chan TH, Guan XY.Chromosome 1q21 amplification and oncogenes in hepatocellular carcinoma.Acta

21、 Pharmacol Sin. 2010 Sep;31(9):1165-71.doi:10.1038/aps.2010.94.Epub 2010 Aug 2.Review.5 Kanno SI, Kurauchi K, Tomizawa A, Yomogida S, Ishikawa M. Pifithrin-alpha has a p53-independent cytoprotective effect on docosahexaenoic acid-induced cytotoxicity in human hepatocellular carcinoma HepG2 cells. To

22、xicol Lett.2014 Nov 18. pii: S0378-4274(14)01443-X. doi: 10.1016/j.toxlet.2014.11.016.6 Torbenson M, Marinopoulos S, Dang DT, Choti M, Ashfaq R, Maitra A, Boitnott J, Wilentz RE. Smad4 overexpression in hepatocellular carcinoma is strongly associated with transforming growth factor beta II receptor

23、immunolabeling. Hum Pathol. 2002 Sep; 33(9): 871-6.7 Zhao M, He HW, Sun HX, Ren KH, Shao RG. Dual knockdown of N-ras and epiregulin synergistically suppressed the growth of human hepatoma cells.Biochem Biophys Res Commun. 2009 Sep 18; 387 (2):239-44.doi: 10.1016/j.bbrc.2009.06.128. Epub 2009 Jun 27.

24、8 Chen L, Li M, Li Q, Wang CJ, Xie SQ. DKK1 promotes hepatocellular carcinoma cell migration and invasion through -catenin/MMP7 signaling pathway. Mol Cancer. 2013 Dec 10;12:157. doi: 10.1186/ 1476-4598-12-157.9 Shi X, Sun M, Liu H, Yao Y, Song Y. Long non-coding RNAs: a new frontier in the study of

25、 human diseases.Cancer Lett. 2013 Oct 10; 339(2):159-66. doi:10.1016/j.canlet.2013.06.013. Epub 2013 Jun 18.Review.10 Harries LW.Long non-coding RNAs and human diseaseJ.Biochem Soc Trans，2012，40（4）：902-906.11 Guisheng Song，Amar Deep Sharma,Garrett RRollMicroRNAs control hepatocyte proliferation duri

26、ng liver regeneration.Hepatology 2010；54(5)：16798912 Zhao J，Sun BK，Erwin JA，Song JJ,-Lee JTPolycomb proteins targeted by a short repeat RNA to the mouse X chromosomeScience 2008；322(5902)：750一613 Ponting CP,Oliver PL，Reik WEvolution and functions of long noncoding RNAsCell 2009；136(4)：629-4114 Yang

27、F，Zhang L，Huo XS，Yuan JH，Xu D，Yuan SX，et a1Long noncoding RNA high expression in hepatocellular carcinoma facilitates tumor growth through enhancer of zeste homolog 2 in humansHepatology 201 1；54(5)：1 67989 15 Gupta RA，Shah N，Wang KC，Kim J，Horlings HM，Wong DJ，et a1Long non-coding RNA HOTAIR reprogra

28、ms chromatin state to promote cancer metastasis Nature 2010；464(7291)：1071-616 Wang KC,Chang HY.Molecular Mechanisms of Long Nincoding RNAs J.Molecular cell,2011,43:904-914.17 Zhou W, Tao Z, Wang Z, Hu W, Shen M, Zhou L, Wen Z, Yu Z, Wu X, Huang K, Hu Y,Lin X. Long noncoding RNA PCA3 gene promoter r

29、egion is related to the risk of prostate cancer on Chinese males. Exp Mol Pathol. 2014 Nov 11;97(3):550-553. doi: 10.1016/j.yexmp. 2014.11.005.18 LAXMAN B,MORRIS D S，YU JIANJUN。et a1A firstgeneration muhiplex biomarker mmlysis of urine for the early detection of prostate cancerJCancer Res，2008，68(3)

30、：64564919 hang L，Yang F，Yuan JH，Yuan SX，Zhou WP，Huo XS，Xu D，Bi HS，Wang F，Sun SHEpigenetic activationoftheMiR一200 familycontributesto H19一mediatedmetastasis suppression in hepatocellularcarcinomaCarcinogenesis2013，34(3)：5778620 Wu J,Qin Y,Li B,et al.Hypomethylated and hypermethylated profiles of H19D

31、MR are associated with the aberrant imprinting of IGF2 and H19 in human hepatpcellular carcinomaJ. enomics, 008,91:443-450.21 Czarny MJ,Babcock K,Baus RM,et al.Hepatocellular carcinomas of the albumin SV40 T-antigen tiransgenic rat display fetal-like re-expression of lgf2 and deregulation of H19J.Mo

32、l Carcinog,2007,46:747-757. 22 Shen J,Wang S,Zhang YJ,et al.Exploring genome-wide DNA methylation profiles altered in hepatocellular carcinoma using Infinium Human Methylation 450 eadChipsJ. pigenetics, 2013,8:34-43.23 Y.J. Geng, S.L. Xie, Q. Li, J. Ma, G.Y. Wang, Large intervening non-coding RNA HO

33、TAIR is associated with hepatocellular carcinoma progression, J. Int. Med. Res. 39 (2011) 21192128.24 Z. Yang, L. Zhou, L.M. Wu, M.C. Lai, H.Y. Xie, F. Zhang, S.S. Zheng, Overexpression of long non-coding RNA HOTAIR predicts tumor recurrence in hepatocellular carcinoma patients following liver trans

34、plantation, Ann.Surg. Oncol. 18 (2011) 12431250.25 Gupta RA，Shah N，Wang KC，et a1Long non-coding RNA HOTAIR reprograms chromatin slate to promote cancer etastasisJNature，20 1 0，464(729 1)：1071-1076.26 Y. Zhou, X. Zhang, A. Klibanski, MEG3 noncoding RNA: a tumor suppressor, J.Mol. Endocrinol. 48 (2012

35、) R4553.27 C. Braconi, T. Kogure, N. Valeri, N. Huang, G. Nuovo, S. Costinean, M. Negrini,E. Miotto, C.M. Croce, T. Patel, MicroRNA-29 can regulate expression of the long non-coding RNA gene MEG3 in hepatocellular cancer, Oncogene 30(2011) 47504756.28 He Y, Wu YT, Huang C, Meng XM, Ma TT, Wu BM, Xu

36、FY, Zhang L, Lv XW, Li J.Inhibitory effects of long noncoding RNA MEG3 on hepatic stellate cells activation and liver fibrogenesis. Biochim Biophys Acta. 2014 Nov;1842(11):2204-15. doi:10.1016/j.bbadis.2014.08.015. Epub 2014 Sep 6. 29 X. Zhang, Y. Zhou, K.R. Mehta, D.C. Danila, S. Scolavino, S.R. Jo

37、hnson, A.Klibanski, A pituitary-derived MEG3 isoform functions as a growth suppressor in tumor cells, J. Clin. Endocrinol. Metab. 88 (2003) 51195126.30 S.L. Anwar, T. Krech, B. Hasemeier, E. Schipper, N. Schweitzer, A. Vogel, H.Kreipe, U. Lehmann, Loss of imprinting and allelic switching at the DLK1

38、-MEG3 locus in human hepatocellular carcinoma, PLoS One 7 (2012) e49462.31 P. Ji, S. Diederichs, W. Wang, S. Boing, R. Metzger, P.M. Schneider, N. Tidow, B. Brandt, H. Buerger, E. Bulk, M. Thomas, W.E. Berdel, H. Serve, C. Muller-Tidow,MALAT-1, a novel noncoding RNA, and thymosin beta4 predict metas

39、tasis and survival in early-stage non-small cell lung cancer, Oncogene 22(2003) 80318041.32 Lai MC，Yang Z，Zhou L，et a1Long noncoding RNA MALAT-1overexpression predicts tumor recurrence of hepatocellularcarcinoma after liver transplantationJMed Oncol，2012，29：1810-181633 Tripathi V，Ellis JD，Shen Z，et

40、a1The nuclearretained noncoding RNA MALATl regulates alternative splicing by modulating SR splMng factor phosphorylationMol Cell，2010，39(6)：92593834 He Y, Meng XM, Huang C, Wu BM, Zhang L, Lv XW, Li J. Long noncoding RNAs:Novel insights into hepatocelluar carcinoma. Cancer Lett. 2014 Mar 1;344(1):20

41、-7.doi: 10.1016/j.canlet.2013.10.021. Epub 2013 Oct 30. Review. 35 Panzitt K, Tschernatsch MM, Guelly C, Moustafa T, Stradner M, Strohmaier HM,Buck CR, Denk H, Schroeder R, Trauner M, Zatloukal K. Characterization of HULC, a novel gene with striking up- regulation in hepatocellular carcinoma, as non

42、coding RNA. Gastroenterology. 2007 Jan;132(1):330-42. Epub 2006 Aug 14.36 Wang JLiu X，Wu H，et a1CREB upregulates long noncodingRNA，HULC expression through interaction with microRNA一372 inliver cancerJNucleic Acids Res，201 0，38：53665383 37 Du Y, Kong G, You X, Zhang S, Zhang T, Gao Y, Ye L, Zhang X.

43、Elevation of highly up-regulated in liver cancer (HULC) by hepatitis B virus X protein promotes hepatoma cell proliferation via down-regulating p18. J Biol Chem. 2012 Jul 27;287(31): 26302-11. doi: 10.1074/jbc.M112.342113. Epub 2012 Jun 8.38 Xie H, Ma H, Zhou D. Plasma HULC as a promising novel biom

44、arker for the detection of hepatocellular carcinoma. Biomed Res Int. 2013;2013:136106. doi:10.1155/2013/136106. Epub 2013 May 22.39 J.F. Huang, Y.J. Guo, C.X. Zhao, S.X. Yuan, Y. Wang, G.N. Tang, W.P. Zhou, S.H. Sun, Hepatitis B virus X protein (HBx)-related long noncoding RNA (lncRNA) down-regulated expression by HBx (Dreh) inhibits hepatocellular carcinoma metastasis by targeting the intermediate filament protein vimentin, Hepatology 57 (2013) 18821892.40 F. Yang, L. Zhang, X.S. Huo, J.H. Yuan, D. X