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LncRNA在乳腺癌发生、发展中的相关作用机制

  2021-03-26    647  上传者:管理员

  • 关键词:
  • 乳腺癌
  • 侵袭性
  • 化疗耐药
  • 长链非编码RNA
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乳腺癌作为一种高度异质性的恶性肿瘤,已成为女性健康的最大威胁之一。肿瘤的远处转移和治疗的耐药性是导致肿瘤死亡和复发的主要原因。长链非编码RNA(LncRNA)参与细胞内多种过程的调控,与多种肿瘤的发生、发展密切相关。LncRNA被认为是治疗乳腺癌远处转移的新靶点,其在乳腺癌预后中的作用具有较好的研究前景,但目前研究仍处于起步阶段,未来还需要更多的关注和探索。本文对LncRNA是如何调节乳腺癌细胞的侵袭、迁移和转移,在乳腺癌发生、发展中发挥作用的相关机制进行了综述。


1、LncRNA概述


LncRNA是非编码RNA家族的重要成员之一,其长度超过200个核苷酸,是RNA转录本的一种亚型,由于未知的生物学功能,其曾被认为是遗传的副产物[1]。随着生物技术及高通量测序的发展,RNA结构,以及RNA与RNA、RNA与DNA、RNA与蛋白质之间的相互作用逐渐被揭示。近年来,研究人员发现大量LncRNA在各种生物学过程中发挥了重要作用,尤其是在恶性肿瘤的发生、发展中。基于LncRNA与蛋白编码转录本的关系,其可分为5类:正义长链非编码RNA、反义长链非编码RNA、双向长链非编码RNA、内含子长链非编码RNA及基因间长链非编码RNA。LncRNA与肝癌、胃癌、肺癌、膀胱癌等多种恶性肿瘤有关,且在原发性肿瘤的进展中发挥着不可或缺的作用。

据报道,很多LncRNA都与乳腺癌的发展密切相关,可大致分为促癌型及抑癌型两类[1],其作用机制为影响乳腺癌细胞的增殖、侵袭、远处转移、凋亡和耐药等。目前,乳腺癌的远处转移是导致乳腺癌患者死亡的主要原因,且鉴于LncRNA在乳腺癌转移中的重要作用,可将其作为预后的预测因子及治疗的新靶点。


2、增强乳腺癌细胞侵袭性的LncRNA


2.1促进乳腺癌细胞增殖及迁移的LncRNA

2.1.1H19LncRNA

H19已被证实在多种肿瘤中参与多项生物学过程,如肿瘤细胞增殖、侵袭及凋亡等。在乳腺癌中,H19的异常表达可能与肿瘤表皮生长因子受体2(HER2)阳性有关。在体外实验模型中,H19可刺激乳腺癌细胞增殖,抑制凋亡[2]。DNA的高甲基化参与了乳腺癌细胞的癌变过程,其启动机制是DNA甲基转移酶(DNMT)的异常表达,如DN-MT1、DNMT3a、DNMT3b的异常表达。有研究表明,H19在乳腺癌中的表达异常上调,并通过微小RNA-152(miR-152)/DNMT1轴来促进乳腺癌细胞的侵袭,而miR-152过表达和敲除DNMT1可对上述现象产生逆转作用[2]。此外,有研究在H19/胰岛素样生长因子2(IGF2)位点发现了H19基因的一个新的保守反义LncRNAH91,H91通过一种名为Pm的新启动子来促进IGF2基因表达[3]。

2.1.2同源盒转录反义RNA(HOTAIR)

HO-TAIR被证实与乳腺癌的大小、进展和转移程度密切相关。有研究者推测HOTAIR可能通过上调血管内皮生长因子、基质金属蛋白酶和上皮-间质转化(EMT)相关基因来增加肿瘤的侵袭性[4]。敲除HO-TARI可通过p53/Akt/JNK信号通路和雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信号通路来抑制乳腺癌细胞的迁移和侵袭。目前,基于LncRNA与微小RNA(miRNA)之间的双向作用,研究人员正试图探索更多涉及miR-NA的信号网络。HOTAIR可以作为微小RNA-20a-5p(miR-20a-5p)的海绵体,通过HOTAIR/miR-20a-5p/高迁移率族ATHook蛋白2(HMGA2)轴显著影响乳腺癌的迁移和侵袭[5]。

2.1.3分化拮抗非蛋白编码RNA(DANCR)

LncRNA中的DANCR与包括乳腺癌在内的多种肿瘤相关,尤其是三阴乳腺癌。下调DANCR的表达可抑制乳腺癌细胞的侵袭和迁移,从机制上看,DANCR的下调可能和组蛋白甲基转移酶Zeste同源物增强子2(EZH2)与CD44、ATP结合匣式转运子G2(ABCG2)启动子的结合增加有关[6]。EZH2是起始复合体2(PRC2)的一部分,其通过组蛋白3的第27位赖氨酸(H3K27)残基的三甲基化来促进靶基因的沉默。而生物信息学分析另一种可能机制与三阴乳腺癌细胞中DANCR/微小RNA-216a-5p(miR-216a-5p)轴相关,当敲除DANCR时,转录因子性别决定区域Y-box2(SOX2)及八聚体结合转录因子4(OCT4)表达降低,从而使细胞侵袭受到抑制[7]。

除了以上提及的3种LncRNA外,LINC00152、LINC00461、LINC01857等也被证明与乳腺癌细胞的增殖及迁移相关。LINC000152可通过DNA甲基转移酶灭活BRCA1、PTEN基因,从而诱导乳腺癌的发生[8]。LINC00461通过微小RNA-30a-5p(miR-30a-5p)/整合素β3轴加速乳腺癌细胞的迁移和侵袭[9]。LncRNAHOXA11-AS的高表达可通过影响EMT促进乳腺癌的侵袭、转移,而干扰其表达可诱导癌细胞凋亡,使细胞周期于G1/G0期停止。干扰LncRNAHOXA11-AS可通过影响EMT相关分子标志物(E-cadherin、N-cadherin、Vimentin)的表达,从而抑制乳腺癌细胞的侵袭和迁移[10]。

2.2促进乳腺癌细胞远处转移的LncRNA

2.2.1转移相关肺腺癌转录物1(MALAT1)

MALAT1首次在非小细胞肺癌患者中被发现,作为一种预后因子,其过表达可用于预测肺癌、骨源性肉瘤、结直肠癌等一系列肿瘤的发生,还提示非小细胞肺癌患者存在远处转移的风险[11]。有研究者发现高表达MALAT1可促进脂多糖(LPS)诱导的人和小鼠乳腺癌细胞的侵袭和转移[12]。MALAT1在乳腺癌细胞中的具体调控机制可能与缺氧有关,缺氧可能会引起乳腺癌细胞中特定的染色质相互作用,明显增加MALAT1及其反义链TALAM1的表达。有研究者证实,通过MALAT1/微小RNA-129-5p(miR-129-5p)轴可抑制三阴乳腺癌的远处转移[13]。

2.2.2长链非编码RNA-ROR(LincRNA-ROR)

LincRNA-ROR可通过EMT有效促进乳腺癌的侵袭和远处转移。HOU等[14]首次发现,LincRNA-ROR在乳腺癌中表达上调,并且其在人类乳腺上皮细胞中的异位过表达诱导了EMT的发生。LincRNA-ROR与微小RNA核糖核蛋白复合物(miRNPs)相关,是一种与微小RNA-205(miR-205)竞争的内源性RNA。LincRNA-ROR的过表达可阻止miR-205靶基因在乳腺癌细胞中的降解。LincRNA-ROR是EMT的重要调控因子,通过调控miRNA促进乳腺癌的进展和远处转移,而沉默其表达可抑制体内乳腺癌的生长和肺转移[14]。

2.2.3与脑转移相关的LncRNA(Lnc-BM)

LncBM已被证明是乳腺癌患者脑转移进展的一个预后因素。在小鼠实验中,Lnc-BM的表达上调促进了乳腺癌脑转移的发生,而Lnc-BM表达下调则有效减轻了小鼠模型的脑转移[15]。在乳腺癌细胞中,Lnc-BM可增加酪氨酸激酶2(JAK2)活性,参与抑癌蛋白M和白细胞介素-6(IL-6)介导的信号传导与转录激活因子3(STAT3)磷酸化。在乳腺癌细胞中,Lnc-BM促进了细胞间黏附分子-1(ICAM1)和单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)的STAT3依赖性表达,分别介导了脑内巨噬细胞的血管共选择和募集,招募的巨噬细胞反过来产生抑癌蛋白M和IL-6,从而进一步激活Lnc-BM/JAK2/STAT3通路,促进乳腺癌脑转移的发生[15]。


3、减弱乳腺癌细胞侵袭性的LncRNA


3.1抑制乳腺癌细胞增殖及迁移的LncRNA

3.1.1金属硫蛋白1J(MT1JP)

MT1JP位于16号染色体的1个簇中,该簇由金属硫蛋白家族中的几个同源蛋白编码基因组成。MT1JP是1种调节p53蛋白表达水平的抑癌基因,参与调控p53相关的信号通路[16]。最近1项研究首次证明了MT1JP过表达可显著抑制乳腺癌细胞的侵袭,增强其顺铂治疗敏感性。MT1JP可竞争性结合微小RNA-24-3p(miR-24-3p),抑制Wnt/β-catenin信号通路。此外,在乳腺癌患者中MT1JP表达下调与肿瘤进展和不良预后有关[17]。

3.1.2锌指结构反义转录本1(ZFAS1)

在乳腺癌细胞中,微小RNA-589(miR-589)被证实是ZFAS1的靶点。ZFAS1过表达可抑制乳腺癌细胞的增殖、集落形成、侵袭和迁移,而miR-589过表达可以逆转这些变化。ZHANG等[18]发现,ZFAS1过表达主要通过激活PTEN基因来抑制PI3K/AKT信号通路,靶向miR-589,从而抑制乳腺癌细胞的增殖、侵袭和迁移。

3.1.3FGF13-AS1

FGF13-AS1可通过抑制糖酵解和下调干细胞特性来抑制乳腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭。从机制上看,FGF13-AS1通过结合RNA结合蛋白、胰岛素样生长因子2mRNA结合蛋白(IGF2BPs),阻断IGF2BPs与MycmRNA的相互作用,缩短了MycmRNA的半衰期。此外,MycmR-NA转录抑制FGF13-AS1,在该信号通路中形成反馈回路。FGF13-AS1/IGF2BPs/Myc反馈环可能成为乳腺癌患者新的治疗靶点[19]。

3.2抑制乳腺癌细胞远处转移的LncRNA

3.2.1母系表达基因3(MEG3)

MEG3被证实参与了乳腺癌的发生、发展,其机制与DNMT有关,而微小RNA-506(miR-506)可以靶向DNMT1和DN-MT3b,延缓肿瘤发展,控制肿瘤转移。下调miR-506可增加人乳腺癌细胞系中MEG3启动子的甲基化水平,通过miR-506/SP3/SP1/DNMT1/MEG3轴来抑制MEG3的表达,从而减弱MCF-7和MDA-MB-231细胞的远处转移[20,21]。因此,可以推测miR-506和MEG3在乳腺癌中都有抑癌作用。

3.2.2X非活性特异性转录物(XIST)

XIST是一种潜在的肿瘤抑制因子。荧光素酶实验证实,过表达XIST可通过微小RNA-155(miR-155)/CDX1靶向轴显著抑制乳腺癌细胞的迁移和侵袭[22]。基于基因集富集分析(GSEA)的途径筛选发现XIST通过激活X染色体上的膜突蛋白(MSN)激活c-Met信号通路。MSN是ERM蛋白家族的成员,通过肌动蛋白细胞骨架与质膜的交联参与细胞功能,参与上皮完整性的维持[23]。而c-Met的缺失降低了乳腺癌细胞的转运能力,抑制了乳腺癌细胞向脑转移。XIST下调的乳腺癌细胞可以分泌外泌体微小RNA-503(miR-503),将小胶质细胞从M1表型(肿瘤抑制型)转化为M2表型(肿瘤促进型),从而导致局部免疫抑制。因此,XIST可通过影响肿瘤细胞和肿瘤微环境,在乳腺癌脑转移中发挥重要作用。


4、与乳腺癌化疗耐药相关的LncRNA


目前,乳腺癌患者的临床治疗方法包括手术、术后化疗、靶向治疗或放疗,合理选择化疗方案至关重要。不同类型的乳腺癌对不同的方案和特定的药物有不同的反应,例如瑞博西尼联合氟维司群适用于激素受体与HER2阳性的患者[24];曲妥珠单抗、奈拉替尼和拉帕替尼适用于HER2阳性的患者[25]。化疗药物协同作用可在最初的治疗阶段清除大多数乳腺癌细胞。然而,频繁发生的耐药性仍然是乳腺癌治疗的主要障碍,治疗后乳腺癌复发率为10%~41%[26],因此需要深入了解导致治疗耐药,特别是化疗耐药的分子机制。LncRNA作为调节肿瘤进展的重要分子,被认为与多种耐药机制有关,如改变药物外流、干扰DNA损伤修复、触发细胞凋亡、诱导药物靶点突变等。EMT不仅与肿瘤转移有关,而且与传统治疗的抗肿瘤能力有关。使用化疗药物(如奥沙利铂、5-氟尿嘧啶)治疗产生的化疗耐药细胞可发生EMT,经单克隆抗体(如曲妥珠单抗)治疗也可产生耐药细胞。

4.1终末分化诱导非蛋白编码RNA(TINCR)

TINCR在表皮细胞分化中具有重要作用,可促进表皮形成,TINCR缺乏时则表现为表皮形成障碍。研究发现,TINCR在乳腺癌中表达异常[27]。与敏感细胞相比,对曲妥珠单抗耐药的肿瘤细胞中TINCR表达水平明显升高,下调TINCR的表达水平可逆转这些细胞对曲妥珠单抗的耐药性。此外,Snail-1是微小RNA-125b(miR-125b)的靶基因,过表达Snail-1可以逆转TINCR上调导致的乳腺癌细胞迁移、侵袭和EMT抑制。乳腺癌中TINCR上调的原因是TINCR启动子区cAMP效应元件结合蛋白(CBP)介导的H3K27乙酰化。临床上HER2阳性乳腺癌患者TINCR表达水平升高,曲妥珠单抗治疗效果差,生存时间短。因此,TINCR可能是乳腺癌潜在的预后指标,同时也是提高曲妥珠单抗疗效的研究靶点[28]。

4.2LINC00968

LINC00968是一种新发现的Ln-cRNA,具有抑制肿瘤进展的作用。LINC00968能减弱MCF-7/ADM和KPL-4/ADM细胞对阿霉素、紫杉醇和长春新碱的耐药性。从机制上看,LINC00968可能通过HEY1靶向负调控Wnt2。过表达LINC00968或抑制Wnt2/β-catenin信号通路的激活可降低细胞集落形成能力,抑制乳腺癌细胞的迁移和侵袭,诱导细胞凋亡,从而减少耐药性[29]。


5、小结


LncRNA和肿瘤之间的关系,特别是LncRNA在肿瘤转移中的作用机制是目前研究的热点[30]。对LncRNA进行系统分析,对于阐明其作用机制,提高临床个性化治疗水平具有重要意义。笔者在本文中对部分参与乳腺癌发生、发展的LncRNA进行了综述,大多数LncRNA在乳腺癌细胞的增殖、迁移、EMT或远处转移过程中起到了启动子的作用,而少部分LncRNA在乳腺癌的转移过程中起到了相反的作用。LncRNA可在不同水平调节乳腺癌的发生、发展,如转录水平或转录后水平。不同的LncRNA参与途径可能是未来乳腺癌治疗的新靶点。然而,关于大多数LncRNA对乳腺癌调节的潜在机制目前仍不明确。

近年来,尽管乳腺癌的筛查、诊断和治疗取得了进展,但仍有近12%的乳腺癌患者最终发生了转移,而转移性乳腺癌目前尚无明确的治愈方法。笔者在文中对LncRNA与乳腺癌肺转移、脑转移的相关内容进行了阐述,其中MEG3与XIST被证明能够抑制乳腺癌的远处转移,其将可能成为临床治疗乳腺癌远处转移的新靶点。

在乳腺癌治疗方面,笔者回顾了一些能够调节化疗敏感性的LncRNA,并对相关分子机制进行了简要阐述。了解乳腺癌相关LncRNA、靶miRNA和基因之间的相互作用网络,对开展乳腺癌早期诊断和治疗的研究是非常有用的。


弭苗苗,魏晓楠,姜慧慧,张贵丽,王娜,辛钰,孙成铭.LncRNA在乳腺癌发生、发展中的相关作用机制研究进展[J].检验医学与临床,2021,18(06):844-847.

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出版地方:天津

专业分类:医学

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