膀胱癌是全世界范围内的一种常见恶性肿瘤,是泌尿系统中发生率最高的恶性癌症[1],严重影响人们健康。据2018全球最新癌症统计显示,在全球范围膀胱癌新增病例超过55万,死亡病例接近20万[2]。Bray等还指出,膀胱癌的发病率位居全身肿瘤的第10位,男性患者发病率约是女性的4倍;目前在男性肿瘤中,膀胱癌发病率居第4位,死亡率列第9位[2]。ChenW等对中国癌症统计显示,2015年在中国新发膀胱癌超过8万患者(男性6.2万例,女性1.8万例),死亡患者接近3.3万例[3]。临床上90%以上的膀胱癌为尿路上皮细胞癌。研究表明,UC有高度的遗传不稳定性和高复发性,表现为化疗效果不敏感,易发生肿瘤耐药性,治疗效果不佳,复发率高等[4]。虽然膀胱癌的治疗有很多方法(手术治疗、化疗和放疗),但是病人的生存率并未见显著提高。膀胱癌术后的高复发率和预后差,使得进一步深入了解该肿瘤的发生发展机制,发现早期诊断标记物和探究预后及治疗的确切机制迫在眉睫。随着表观遗传学及RNA组学的快速发展,基因层面肿瘤学研究的不断深入,越来越多的研究揭示了非编码RNA可能从多层面、经多途径调控基因表达,从而影响肿瘤的发生和发展[5]。本文就膀胱肿瘤相关长链非编码RNA研究进展进行综述。

1、长链非编码RNA

lncRNA是一类转录本长度超过200核苷酸,不编码蛋白的RNA分子,其长度比编码蛋白的RNA长四倍。起初lncRNA被认为是基因组转录的“噪音”或RNA聚合酶II转录的副产物,不具有生物学功能。然而,近年来越来越多的研究表明,lncRNA的数量远远大于蛋白编码基因数量,其表达表现出一定的组织特异性和复杂的生物学功能,主要表现在:表观遗传调控、基因表达调控、核染色质修饰、X染色体失活、印迹基因、核-质转运、DNA甲基化、RNA拼接和翻译调控等多方面,也参与癌症的侵袭和迁移,也可作为疾病的诊断和预后标记物[6]。已有证据表明人类基因组中有超过50000种lncRNAs[7]。lncRNA在不同肿瘤中担当不同的角色,其既可以是致癌基因(表1)也可以是抑癌基因(表2),本文主要就这两方面分别进行阐述。

2、促癌lncRNA和膀胱癌

本文总结相关在膀胱癌组织和相应膀胱肿瘤细胞系中表达升高的lncRNAs。这些lncRNAs的名称、染色体位置、在膀胱癌中表达情况、具体的功能和特征以及文献出处等如表1所示[8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48,49,50,51,52,53,54,55,56]。

2.1H19

长链非编码RNA-H19长约2.3kb,定位于染色体11p15.5,作为重要的印迹基因,H19是第一个被发现与癌症相关的lncRNA[57]。研究发现H19在膀胱移行上皮细胞癌和尿路上皮癌中均高表达[8,9,10],LuoM等在2013年的两份研究报道中,其中一篇文献指出H19在膀胱上皮细胞癌细胞和组织中高表达,通过正向调节分化抑制子/DNA绑定2(inhibitorofdifferentiation/DNAbinding2,ID2)表达,从而促进膀胱癌的生长[9];另一研究则指出H19的表达升高在体内和体外均可促进膀胱癌细胞的迁移,H19通过Wnt/beta-连环蛋白信号通路(CanonicalWnt/β-cateninpathway)调节果蝇Zeste基因增强子同源物2(enhancerofZestehomolog2,EZH2)基因表达下调E-钙黏蛋白(E-cadherin),从而促进膀胱癌细胞的迁移[10]。H19作为miRNA-675的前体也参与膀胱癌的发生与发展,LiuC等的研究发现miR-675在膀胱癌组织和细胞中均高表达,且通过抑制p53活性,从而达到促进癌细胞增殖的作用[8]。

表1促癌lncRNA在膀胱肿瘤中的染色体位置、功能和表达情况

2.2UCA1

尿路上皮癌抗原1(urothelialcancerassociated1,UCA1)包含三个异构体,分别为UCA1,UCA1a和UCA1b;长度依次为1.4kb,2.2kb和2.7kb,定位于染色体19p13.12。近十多年来,关于UCA1与膀胱癌的多项研究报道指出其在膀胱癌细胞和组织中表达增高[12,13,17],且有膀胱癌组织表达的特异性,而在对应的癌旁组织、正常膀胱组织、正常肾组织、肾癌组织、前列腺组织等中均不表达[15,16,18]。WangF等发现外源性的UCA1基因能增强膀胱癌移行上皮细胞癌的恶性表型,使其体外增殖、迁移、侵袭甚至耐药能力都明显增加;不仅如此,UCA1还能正向调控肿瘤发生和发展的相关基因[15]。FanY等也证明UCA1通过调节Wnt信号通路增强膀胱癌细胞抗化疗性[11]。UCA1a也称作肿瘤耐药增强因子(cancerup-regulateddrugresistant,CUDR)[14],Tsang等发现,CUDR基因使人鳞状细胞癌对阿霉素、顺铂等化疗药物的耐药性明显增强[14]。作为UCA1的异构体,UCA1a基因与UCA1基因之间有一段长1265bp的共同序列[17]。WangY等的研究还证明了UCA1a基因与UCA1基因在膀胱癌的发生和发展中具有相类似的生物学功能[17]。还有文献报道指出在膀胱癌细胞系BLZ-211[15]和RT-4[16]中存在长度约2700bp的UCA1b,但其结构和功能仍是未解之谜,需要进一步探索。Srivastava等2014的报道指出UCA1的过表达不仅与膀胱癌的发生、发展息息相关,还可能与肿瘤的分级有关[13]。

2.3HOTAIR

HOX反式转录RNA(HOXtranscriptantisenseRNA,HOTAIR)是迄今发现的第一个具有反式转录调控作用的lncRNA。其长度约为2.2kb,位于染色体12q13.13,大量的研究表明HOTAIR在膀胱肿瘤的细胞水平和组织水平均显著上升[19,20,21,22,24]。SunX等的研究发现,HOTAIR通过调控组蛋白来抑制miR-205的表达,而miR-205作为重要的肿瘤抑制miRNA抑制膀胱癌细胞增殖、迁移和侵袭[23]。ShangC等发现HOTAIR在膀胱移行上皮细胞癌中的表达水平上升,而且HOTAIR的高表达同时抑制了膀胱癌患者对阿霉素化疗的敏感性[22]。YanTH等通过检测膀胱癌组织内HOTAIR表达水平,也发现HOTAIR与膀胱癌预后水平密切相关,高表达HOTAIR促进了膀胱癌患者复发的概率,这可能与HOTAIR抑制Wnt抑制因子-1(Wntinhibitoryfactor-1,WIF-1)基因表达水平有关[24]。

2.4MALAT-1

肺癌转移相关转录本1又名核富集常染色体转录本2,全长约8.7kb,定位于染色体11q13.1。多项研究证明MALAT-1在膀胱癌中高表达,且不论是在体内还是体外的实验均提示MALAT-1和癌细胞的上皮-间质化基因存在负关联[25,28]。YingL等推测膀胱癌中高表达的MALAT-1可能通过激活WNT信号通路促进癌细胞的EMT来促进癌细胞迁移[28]。FanD等也发现MALAT-1可与Zeste基因抑制子12(inhibitorofZeste12,SUZ12)结合,而这种结合会导致E-钙黏蛋白(E-cadherin)和N-钙黏蛋白(N-cadherin)表达增加[25]。Jiao等发现MALAT-1不但在膀胱移行细胞癌病人中高表达,而且与肿瘤的高发展期和低生存率存在关联,MALAT-1作为miR-124的海绵体行使竞争内源RNA的功能,调控miR-124靶基因叉头框蛋白Q1(forkheadboxQ1,FOXQ1),从而促进肿瘤的生长和迁移[26]。LiuY等最新的研究报道指出膀胱癌细胞中下调的MALAT-1通过调节microRNA-34从而抑制细胞周期素D1(CyclinD1,CCND1)来抑制膀胱癌的生长和迁移[27]。

2.5TUG1

牛磺酸上调基因1(taurineup-regulatedgene1,TUG1)位于染色体22q12.2,自从2013年HanY等发现TUG1在膀胱癌中高表达后,人们开始研究其在膀胱癌发生发展中的机制[30]。IlievR等指出TUG1在高级别浸润性膀胱癌的侵袭和迁移中起着重要的作用[31]。LiuQ等和TanJ等发现TUG1可以通过下调重要的抑癌miRNA-145和miRNA-142,从而调控EMT重要基因E盒结合锌指蛋白2促进膀胱癌细胞的侵袭[32,33]。XieD等指出TUG1基因的表达与膀胱尿路上皮癌病人阿霉素化疗敏感性弱有关联,可能通过调节WNT/beta-catenin信号通路有关[34]。GuoP等又证明了TUG1通过抑制miR-29c促进膀胱癌细胞的增殖、迁移和侵袭[29]。

2.6其他促癌lncRNAs

随着研究的不断深入,人们发现越来越多在膀胱癌组织和细胞中高表达的lncRNA,很多文献中称谓不一的lncRNA也总结于表1,由于篇幅限制从略。

3、抑癌lncRNA和膀胱癌

与膀胱癌组织和相应膀胱肿瘤细胞系中表达降低的lncRNAs如表2所示[58,59,60,61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71]。

3.1MEG3

母系表达基因3是一种印记基因,定位于染色体14q32.2,是第一个被发现具有肿瘤抑制功能的lncRNA。在膀胱癌研究中YingL等发现,相比正常膀胱组织,MEG3在膀胱癌组织中表达显著降低,且在肿瘤组织中的自噬活性明显增强。同时,体内研究表明MEG3和自噬相关蛋白LC3-II(一种自噬标记物)之间具有负相关性,而下调MEG3的表达后会抑制细胞的凋亡,因此,在膀胱癌中下调MEG3后会激活自噬从而增强细胞的增殖[61]。FengSQ等发现在膀胱癌细胞中过表达MEG3不但能抑制癌细胞的迁移和侵袭,还能有效的提高顺铂化疗的敏感性[58]。LiuG等则发现MEG3的低表达通过负调控miR-96和正调控α-原肌球蛋白1(tropomyosin-1alpha,α-TPM1)促进癌细胞增殖以及抑制癌细胞凋亡[60]。鉴于MEG3作为重要的抑癌基因,也许在膀胱癌的诊断、预后甚至治疗方面起着重要的作用。

3.2GAS5

生长抑制特异因子5定位于染色体1q25,包含12个外显子,全长630nt。LiuZ等通过qRT-PCR检测发现大部分膀胱癌组织中GAS5表达水平显著降低,他们还发现在6种膀胱癌细胞株中(T24,DSH1,RT112,RT4,253J和KU7)得到相同的结果;同时他们还证明了GAS5的抑制使膀胱癌细胞G0/G1期明显减少,S期显著增加[64]。CaoQ等发现GAS5是通过正向调控趋化性细胞因子CCL1来实现抑制膀胱肿瘤细胞增殖作用的[63]。最近的研究中,WangM等则进一步指出GAS5是通过抑制EZH2的转录水平表达而行使其膀胱肿瘤抑制因子作用的[65]。AvgerisM等则在最近的研究中指出非肌层浸润性膀胱癌患者的GAS5的缺失可能和复发的高风险性有关,预示着GAS5可能作为独立的预后生物标记物为患者个性化治疗提供依据[62]。

3.3BANCR

致癌基因BRAF激活的非编码RNA位于染色体9q21.11-q21.12,长约693bp。研究发现,BANCR在不同肿瘤中充当致癌lncRNA的角色,能诱导癌细胞增殖、迁移和侵袭。而在膀胱癌中,HeA等通过qRT-PCR检测54对膀胱癌组织和癌旁组织以及膀胱癌细胞系中的BANCR表达水平,发现与癌旁正常组织相比,癌症组织和癌细胞中的BANCR表达水平显著降低,同时,他们还发现BANCR的表达水平与临床TNM分期有关;在过表达BANCR后,膀胱癌细胞T24和SW780生长速度减缓,提示BANCR过表达有促进膀胱癌细胞凋亡的作用[66],预示着BANCR在膀胱癌中的抑癌基因作用。

3.4其他抑癌lncRNA

除了MEG3、GAS5和BANCR相对研究的较多以外,其他抑癌lncRNA也陆续有相应的研究报道,由于篇幅限制从略,详请参考表2。

表2抑癌lncRNA在膀胱肿瘤中的染色体位置、功能和表达情况

4、膀胱癌中有临床意义的lncRNAs

近年来随着体液分子诊断技术的飞跃发展,研究者们做了越来越多的工作寄希望于在尿液中(亦或是液泡小体,也被称为外泌体)发现具有膀胱癌诊断、预后和复发的长链非编码RNA标记物。Berrondo的团队通过研究尿液外泌体(Exosome)中所含lncRNA,发现高级别浸润性膀胱癌患者尿液Exosome中HOTAIR表达量显著升高[19],预示着尿液长链非编码RNA作为诊断和预后标记物的巨大潜力。QuanJ等的综述和元分析也指出HOTAIR可作为膀胱肿瘤诊断及判断预后的重要生物标记物,可能用来诊断肿瘤的复发和转移,为膀胱癌的治疗提出新的思路[72]。ZhangY等研究发现在尿液外泌体中MALAT-1可能作为膀胱癌诊断和预后的生物标记候选物[73],该研究指出,MALAT-1与PCAT-1联合判断对于预后、复发具有指导意义。Yazarlou等研究指出在膀胱移行上皮细胞癌Exosome中MALAT-1、UCA1-203和Linc00355的升高与UCA1-201的低表达组成的指纹图谱对膀胱癌的诊断具有92%的灵敏度和91.7%的特异性[74]。QuanJ等2018年的一篇综述和元分析中指出,UCA1可能是很好的膀胱癌非侵入性诊断标记物[72],在文中统计分析了五篇UCA1与膀胱癌有关研究报道,其中四篇是在膀胱癌尿液中检测UCA1[13,16,75,76],另一篇是膀胱癌细胞和血清Exosome与UCA1的相关性[77],统计结果显示UCA1作为膀胱癌诊断标记物的灵敏度0.83(95%CI,0.77～0.88),特异性0.87(95%CI,0.73～0.94),AUC面积达到0.88(95%CI,0.85～0.91),研究结果预示着UCA1可能成为膀胱癌诊断标记物[72,78]。而Duan等则通过在240例血清样本中发现由MEG3的低表达与SNHG16和MALAT-1的高表达所组成的指纹图谱对于膀胱癌诊断具有指导意义,该研究还在200例血清样本中进行了双盲验证[79]。此外,QuanJ等的元分析还指出,HOTAIR和GAS5的变化与膀胱癌患者的预后和复发具有高度相关性[72]。

然而,某一个lncRNA的灵敏度和特异性均不足够达到生物标记物作为诊疗的标准,某些lncRNA组成的指纹图谱,或者某些lncRNA的甲基化,甚至作为RNA组学及最近研究热门的竞争性内源RNA(competingendogenousRNA,ceRNA)网络的一分子,lncRNA有成为将来膀胱癌非侵入性诊疗、预后和复发标记物的潜力[80,81,82];但同样这些研究也存在局限,比如:研究的样本量较小,样本来源(包括组织、血清、尿液、Exosome等)的复杂性,不同研究方法和分析方法(大数据、信号通路分析等)所得到的lncRNA的阈值(例如qRT-PCR)如何设置,研究背景、人种的局限性等均有待更深入的探讨。

5、展望

随着研究的不断深入,非编码RNA的研究近年来受到了越来越多的关注,虽然lncRNA与肿瘤的机制和功能研究取得了一些进展,但仍有大量疑团并未解开。鉴于lncRNA特殊的结构,一定的组织特异性,以及其在膀胱癌发生和发展、迁移和侵袭甚至膀胱癌的复发中均扮演着非常重要的角色,lncRNA可能为膀胱肿瘤临床诊断和预后的特异性生物标记物提供理想靶点。膀胱作为尿液的存储器官,对于临床非侵入性样本的收集具有得天独厚的优势,但作为肿瘤标志物中的一颗新星lncRNA与膀胱肿瘤的因果关系和表观调控机制方面还有许多问题亟待解决。其不仅有可能成为新型的膀胱肿瘤标记物,还可能为膀胱肿瘤发生、发展以及预后等提供有效的治疗靶点。

朱苗骏,张奉武,吴鸿菲,谭若颖.膀胱癌中长链非编码RNA研究进展[J].现代肿瘤医学,2020,28(21):3820-3826.