神经外科

LncRNA调控脑胶质瘤疾病相关研究进展

作者:佚名 来源:MedSci梅斯 日期:2021-05-02
导读

         胶质瘤作为中枢神经系统最常见、最危险且最具侵略性的原发性脑肿瘤,是一种来源于神经外胚层的神经肿瘤,好发于5~8岁的儿童,具有明显的性别特异性,男童的发病风险约是女童的1.3倍。由于胶质瘤细胞常浸润周围正常组织的淋巴结,因此手术切除成功率较低。术后肿瘤细胞的浸润扩散一直是患儿死亡、复发的主要原因,探求胶质瘤细胞进展、复发的分子机制对于临床治疗具有重要意义。虽然脑胶质瘤的分子机制、遗传机制以及相关通

关键字:  脑胶质瘤 

        胶质瘤作为中枢神经系统最常见、最危险且最具侵略性的原发性脑肿瘤,是一种来源于神经外胚层的神经肿瘤,好发于5~8岁的儿童,具有明显的性别特异性,男童的发病风险约是女童的1.3倍。由于胶质瘤细胞常浸润周围正常组织的淋巴结,因此手术切除成功率较低。术后肿瘤细胞的浸润扩散一直是患儿死亡、复发的主要原因,探求胶质瘤细胞进展、复发的分子机制对于临床治疗具有重要意义。虽然脑胶质瘤的分子机制、遗传机制以及相关通路已被广泛研究,但其确切的发病机制仍未阐明。

        在基因水平以及分子水平掌握脑胶质瘤的发生机制,可为脑胶质瘤的治疗提供新途径,是目前学者关注的焦点。近年来的研究显示,一些长链非编码RNA(longnoncodingRNA,LncRNA)的异常表达与脑胶质瘤的复发以及临床预后密切相关,其可作为胶质瘤潜在的生物标志、预后指标,甚至治疗靶点。现就目前报道的LncRNA对脑胶质瘤的调控作用进行综述,进一步探讨LncRNA在脑胶质瘤诊断、治疗中的应用前景。

1.LncRNA及其机制

        1.1LncRNA概述

        非编码RNA包括短小RNA[如微RNA(microRNA,miRNA)、小干扰RNA和Piwi互作RNA等]和LncRNA。随着研究的深入,以前认为不具有生物学功能的LncRNA也逐渐被人们所认识,并发现具有某些生物调节功能,包括肿瘤的发生发展、胚胎发育以及物质代谢等。

        近年来研究发现,LncRNA可调节基因表达,其对基因表达的调节主要通过DNA、RNA以及蛋白质间的相互作用实现。LncRNA有助于蛋白质的激活以及去激活,而这种调节作用通过DNA与蛋白质结合实现。

        1.2LncRNA的作用机制及其功能

        LncRNA在细胞中具有如下功能。①信号调控:LncRNA的转录调控具有暂时性和明显的组织特性,其作为分子信号可对基因进行选择性表达调控。②分子导向:LncRNA对靶基因具有调控作用,引导核糖体蛋白复合体与特定的染色体位点结合。③分子诱导:LncRNA通过招募相应的RNA结合蛋白调控靶基因转录。研究显示,人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因(phosphataseandtensinhomologuedeletedonchromosometengene,PTEN)的假基因可与PTEN竞争性结合miRNA,从而调控PTEN的表达,具备这种作用的LncRNA又被称为ceRNA。④分子支架:LncRNA可提供相应的分子支架,从而为蛋白质复合体的形成提供装配平台,激活或抑制基因的转录。

2.与脑胶质瘤相关的LncRNA

        2.1促癌基因

        2.1.1HOX转录反义RNA(HOXtranscriptantisenseRNA,HOTAIR)

        HOTAIR是肿瘤转化过程中具有重要作用的LncRNA。研究显示,级别越高的胶质瘤HOTAIR的表达水平越高,多变量Cox回归分析显示,HOTAIR是脑胶质瘤的一个独立预后因素,HOTAIR的表达与胶质瘤分子亚型及恶性等级呈正相关。此外,HOTAIR的表达也参与胶质瘤的细胞周期进程,抑制HOTAIR的表达可抑制胶质瘤细胞的克隆增殖,将细胞阻滞于G0/G1期,从而有效抑制原位肿瘤的生长;反之,HOTAIR的高表达可促进胶质瘤细胞生长,导致脑胶质瘤患者生存期缩短。

        HOTAIR主要通过以下机制发挥作用:①作为小分子RNA的前体分子发挥作用;②与邻近基因上游启动子转录区作用,干扰蛋白编码基因,同时与基因转录本形成互补双链,调控基因的表达;③抑制RNA聚合酶Ⅱ或介导染色质重构,从而调控基因的表达。总之,HOTAIR表达上调可从多方面促进脑胶质瘤的生长,成为影响患者临床预后的因素之一。

        2.1.2抗一氧化氮合酶2A(antinitricoxidesynthetase2A,anti-NOS2A)

        在多种肿瘤细胞中检出anti-NOS2A的表达,其通过有效调节相邻基因一氧化氮合酶2A(nitricoxidesynthetase2A,NOS2A)的表达,参与胚胎干细胞的神经分化。研究显示,脑胶质瘤患者中NOS2A呈高表达,且表达水平与肿瘤恶性程度密切相关;此外,NOS2A可促进胶质瘤干细胞增殖,同时提示anti-NOS2A可通过调控NOS2A的表达,参与肿瘤的恶性生长过程。

        2.1.3H19

        H19是多种肿瘤潜在的致癌LncRNA之一。H19作为miRNA的前体基因,可促进脑胶质瘤细胞生长。研究显示,H19外显子miR-675可显著抑制周期蛋白依赖性激酶6的表达,而周期蛋白依赖性激酶6作为调节细胞周期的关键因子之一,参与脑胶质瘤细胞的生长过程,因此H19可促进脑胶质瘤细胞的增殖和迁移。

        有报道显示,H19在脑胶质瘤中的表达与肿瘤细胞的耐药性密切相关,使用替莫唑治疗脑胶质瘤时,H19处于低表达状态,同时胶质瘤存活细胞减少。肿瘤干细胞具有自我更新能力,并可促进肿瘤的发生发展,同时肿瘤干细胞具有诱导肿瘤耐药性增加的作用。H19作为胎盘中表达量最高的一种LncRNA,在胎盘内胚层和中胚层中具有较高的表达水平,而胎儿出生后H19表达明显降低。因此有学者认为H19是保持干细胞能力的重要调控因子,也是维持肿瘤干细胞功能的重要基因。进一步研究显示,H19在脑胶质瘤细胞中过表达,而这种过表达促进了胶质瘤的发生发展以及侵袭转移,H19可作为脑胶质瘤的治疗靶点之一。目前对于H19的确切作用机制尚未完全阐明,仍有待深入研究。

        2.1.4肺腺癌转移相关转录因子1(metastasis-associatedlungadenocarcinomatranscript1,MALAT1)

        MALAT1是最早发现的与人类肿瘤发生发展密切相关的LncRNA之一,最初在肺癌组织中发现MALAT1的高表达,并与肺癌患者的生存预后密切相关。近年来,在结直肠癌、胃癌、胆囊癌以及鼻咽癌等多种恶性肿瘤组织中也检出MALAT1的异常表达。有学者检测了正常脑组织、低级别胶质瘤以及高级别胶质瘤中MALAT1的表达情况,结果显示,MALAT1的表达与胶质瘤级别以及肿瘤大小密切相关,同时也是影响患者预后的独立危险因素。

        研究证实,MALAT1可通过调控转录后修饰,诱导基质金属蛋白酶9表达,促进肿瘤侵袭,进而影响患者预后,并认为MALAT1的作用机制与激活胞外信号调节激酶/促分裂原活化的蛋白激酶信号通路有关;同时,MALAT1可与未甲基化的染色盒同源物4相互作用,调控基因定位,决定基因的表达。

        2.1.5核富含丰富的转录本1(nuclearenrichedabundanttranscript1,NEAT1)

        NEAT1位于人类第11号染色体上一个被称为多发性内分泌瘤病Ⅰ型的基因位点,由RNA聚合酶Ⅱ转录而来,与胃腺癌、结核病、卵巢癌、肝癌、鼻咽癌等多种疾病的发生发展密切相关。在脑胶质瘤患者中也检出LncRNANEAT1的异常表达,高表达LncRNANEAT1者5年生存率显著降低,认为LncRNANEAT1可作为预测胶质瘤患者预后的潜在生物学标志物之一。

        2.1.6结直肠癌差异性表达相关基因(colorectalneoplasiadifferentiallyexpressed,CRNDE)

        CRNDE是结直肠肿瘤的非编码RNA,是一种具有多种生物学功能的LncRNA。在神经胶质瘤组织中发现了129个LncRNA差异表达,其中LncRNACRNDE被认为是具有正向调节能力的LncRNA。LncRNACRNDE在脑胶质瘤组织中高表达,且不同组织亚型的脑胶质瘤中CRNDE表达水平也不同。

        研究显示,CRNDE高表达与表皮生长因子基因的表达密切相关,表皮生长因子高表达的肿瘤同时伴随着CRNDE的高表达,但两者在脑胶质瘤细胞分化中的作用机制尚不明确。有学者认为神经胶质瘤干细胞的增殖与CRNDE的过表达有关,在胶质瘤细胞中CRNDE呈高表达,同时检出表皮生长因子的过度扩增,这种异常表达一定程度上调控了神经胶质瘤干细胞的增殖。此外,CRNDE可调控其靶基因X连锁凋亡抑制蛋白和p21活化激酶7的表达,进一步促进神经胶质瘤干细胞的增殖。

        Wang等研究显示,在神经胶质瘤细胞中CRNDE过表达,并可能通过哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号转导路径促进肿瘤细胞生长。综上,CRDNE可通过多种信号途径促进胶质瘤的发生以及进展。

        2.1.7X-无效的特异性转录物(X-inactivespecifictranscript,XIST)

        XIST是一种调节X染色体失活的重要基因。在人类细胞分化、增殖以及基因组修复过程中XIST发挥着重要作用,XIST表达异常可推动癌症进展。对人恶性胶质瘤干细胞中XIST基因进行分析发现,在胶质瘤细胞中XIST呈高表达,采用生物技术敲除XIST基因后,肿瘤细胞可出现增殖抑制、诱导凋亡等生物学效应,发挥肿瘤抑制作用。

        2.2抑癌基因

        2.2.1母系表达基因3(maternallyexpressedgene3,MEG3)

        MEG3在人体正常组织中均有表达,在脑和垂体中表达程度最高。研究显示,MEG3是脑胶质瘤发生发展过程中的重要调节和控制因子,是一种对肿瘤发生发展有明显抑制作用的LncRNA。MRG3在正常脑组织中高表达,在脑胶质瘤中低表达,当胶质瘤细胞株过表达MEG3后可有效抑制肿瘤细胞的增殖,促进肿瘤细胞凋亡,并认为这种抗增殖作用与p53信号通路的激活有关。

        Islam等建立了MEG3基因敲除小鼠模型,认为MEG3敲除后可导致脑微血管形成增加,从而有利于肿瘤细胞的生长和增殖。综上,MEG3基因可能成为未来人类脑胶质瘤治疗的潜在靶点。

        2.2.2金属肽酶含血小板反应蛋白1型基序9反义RNA2(ADAMmetallopeptidasewiththrombospondintype1motif9antisenseRNA2,ADAMTS9-AS2)

        ADAMT-S9是一种重要的抗血管生成因子,其通过抑制血管内皮生长因子和成纤维细胞生长因子,从而有效抑制肿瘤细胞的转移。研究显示,ADAMT-AS2在乳腺癌、鼻咽癌、胃癌等多种肿瘤中发挥抑癌作用,抑制ADAMT-AS2的靶物质可延缓胶质瘤侵袭。在肿瘤组织中,恶性程度越高的肿瘤,ADAMTS9-AS2的表达水平越低,而ADAMTS9-AS2的高表达对脑胶质瘤进展有明显的抑制作用。ADAMTS9-AS2有望成为脑胶质瘤治疗的潜在靶点之一。

3.LncRNA在脑胶质瘤诊断及预后预测方面的价值

        肿瘤与正常组织间LncRNA的表达存在差异,这为LncRNA在胶质瘤诊断和预测中的应用提供了依据。不同病理亚型的胶质瘤细胞LncRNA的表达存在差异。星形胶质瘤与少突细胞胶质瘤之间存在多种LncRNA的差异表达,通过这些差异表达的LncRNA可以将星形细胞胶质瘤与少突细胞胶质瘤区分开来。

        通过分析TCGA(TheCancerGenomeAtlas)数据库中患者的资料,确定了6种LncRNA与患者的总体生存期密切相关,分别为KIAA0495、GAS5、PART1、MGC21881、MIAT、PAR5。以上研究提示LncRNA在脑胶质瘤诊断和预后预测中具有价值。研究显示,MALAT1的表达与胶质瘤患者的临床病理特征有一定的联系,MALAT1在胶质瘤组织中高表达,且表达水平与肿瘤分级及肿瘤体征呈正相关,推测MALAT1的过表达可加速胶质瘤的生长。此外,MALAT1的表达与脑胶质瘤患者的总体生存期呈负相关。

        HOTAIR的表达与脑胶质瘤的级别以及预后密切相关,多变量Cox回归分析显示,HOTAIR是预测胶质瘤患者预后的独立因素,进一步证实HOTAIR的表达与胶质瘤分子亚型以及癌症基因组图谱之间具有密切联系,胶质瘤细胞中HOTAIR的表达与肿瘤恶性程度呈正相关,而恶性程度越高,临床预后越差。此外,HOTAIR的表达也参与了胶质瘤细胞周期进程,其中HOTAIR低表达可抑制肿瘤细胞增殖,将肿瘤细胞阻滞于G0/G1期,从而抑制原位肿瘤的生长;反之,HOTAIR高表达会促进胶质瘤细胞生长,导致患者生存期缩短。

        因此,HOTAIR可作为评估恶性脑胶质瘤患者预后的指标。HOTAIR的表达在恶性脑胶质瘤组织中上调,HOTAIR敲除可发挥肿瘤抑制功能,其机制可能为miR-326作为HOTAIR的作用靶点,当HOTAIR低表达时可导致miR-326基因表达上调,从而激活磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B信号通路,减少成纤维细胞因子-1的表达,即HOTAIR可通过miR-326介导胶质瘤细胞的恶性生物学行为。

4.展望

        LncRNA在恶性胶质瘤的发生、发展、侵袭以及转移等生物学过程中发挥着重要作用,可作为恶性胶质瘤诊断、治疗、预后预测的潜在生物学标志物,是近年来恶性胶质瘤研究的焦点。通过研究LncRNA的作用机制,深入了解LncRNA在恶性胶质瘤生长、增殖、凋亡中的调控作用,有可能为恶性胶质瘤的诊治提供新的生物学靶点。目前学者主要关注依据LncRNA的表观遗传学功能改善肿瘤耐药性及设计新型化疗药物等方向,但将LncRNA作为恶性肿瘤新的治疗靶点及诊断预后标志物仍需要学者进行大量的基础及临床研究。

        来源:余永佳,梁伦,黄玮,石琦.LncRNA调控脑胶质瘤疾病相关研究进展[J].医学综述,2020,26(23):4650-4654.

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