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葡萄膜黑色素瘤发生机制受非编码RNA影响的新研究进展

2020-07-06 248 上传者：管理员

摘要：葡萄膜黑色素瘤是成人最常见的一种眼内原发性肿瘤,恶性程度高,患者长期存活率低,易于肝转移。MicroRNA(miRNA)是一种单链非编码微小RNA,参与调节信使RNA的转录后翻译。长链非编码RNA(lncRNA)是一种长链(长度大于200 nt)核糖核酸,不具有蛋白质编码的功能。有研究表明,miRNAs和lncRNAs在葡萄膜黑色素瘤的发生发展过程中均起到调控作用。本文总结了近五年关于miRNAs和lncRNAs对葡萄膜黑色素瘤发生机制影响研究新进展,以期发现更多的可用于该病诊疗的新靶点。

关键词：
微小RNA
机制
眼内原发性肿瘤
眼肿瘤
葡萄膜黑色素瘤
长链非编码RNA
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葡萄膜黑色素瘤(uveal melanoma,UM)包括脉络膜和虹膜黑色素瘤，是最常见的眼内恶性肿瘤之一，每年发病率预估值约为百万分之五[1]。该病最常见的部位是脉络膜(90.0%)，其次为睫状体(6.0%)和虹膜(4.0%)[2]。UM转移率高，主要以血道转移的方式向肝脏播散，其次是肺和软组织[3]，早期转移可导致较高的病死率[4]。虽然目前针对UM的诊断和治疗已取得重大进展，但5 a相对生存率仍未提高，特别是对于转移性疾病患者[5]。由于其病变的分子机制仍未阐明，对于该病患者尚无有效的治疗方法[6]。因此，了解导致UM侵袭和转移潜能的关键性因子，可有助于确定新的诊疗方案[7]。

目前,针对UM的机制研究已日渐成熟,非编码RNA在细胞内的调控作用机制成为研究热点,主要集中在microRNA(miRNA)和长链非编码(long non-coding RNA,lncRNA)上,二者均无编码蛋白质分子功能,却又与蛋白质分子调控密不可分,通过直接作用或间接介导,使下游相应蛋白的表达发生变化,从而影响肿瘤细胞的功能。二者之间也有相互介导作用,共同参与肿瘤的发生发展进程。下面从miRNAs、lncRNAs二者相互作用3个方面,阐述非编码RNA对UM发生机制的影响。

1、相关miRNAs机制研究

miRNA是一组内源性的单链非编码RNA(长度为18～26 nt),其作用是调控转录后的基因表达。miRNAs通过与特定靶mRNA的3’非翻译区结合,触发该mRNA的降解,或抑制其转录后翻译[8]。众多数据表明,miRNAs在许多生物学过程中起重要作用,如细胞的增殖和凋亡、胞浆内葡萄糖和脂类代谢、信号的转导和应答等。此外,miRNAs还参与人类肿瘤的发生发展过程,成为肿瘤发生的重要调节因子,为探索人类恶性肿瘤的机制提供了新的方向[9]。

1.1致癌基因

先前的研究已经证实众多miRNAs参与UM的发展进程。mir-155是一个具有调节功能的基因,在脂肪肉瘤[10]、肺癌[11]、急性髓性白血病[12]、肝细胞癌[13]、乳腺癌[14]和口腔鳞癌[15]等多种人类癌症中起作用。Peng等[16]研究发现,miR-155在UM细胞系和组织中表达上调。其直接作用于Nedd4家族相互作用蛋白1(NDFIP1),并可抑制其表达。当NDFIP1下调后,会诱导UM细胞的生长和迁移。另有报道称,在食管鳞状细胞癌[17]、肝细胞癌[18]、骨肉瘤[19]和非小细胞肺癌[20]等疾病中,mir-367通常作为肿瘤致癌因子出现,直接或间接地促进肿瘤生长。Ling等[21]通过定量聚合酶链反应发现,UM组织样本中miR-367的表达上调,PTEN是其靶基因,miR-367通过部分地调节PTEN,进而促进UM细胞的集落形成。在肝细胞癌[22]和大肠癌[23]组织和细胞中,miR-454表达呈上调状态;而在胶质母细胞瘤[24]和骨肉瘤[25]中则表达下调。在UM组织中,miR-454的表达上调,与mir-367共同作用于靶基因PTEN。miR-454过表达后PTEN蛋白的表达水平相应降低。其过表达亦可增强Akt和MTOR及其磷酸化产物的表达,这与PTEN表达下调后的功能一致[26]。这些发现均支持miRNAs在UM中的致癌基因作用。

1.2抑癌基因

相较于致癌因子,研究表明更多的miRNAs起抑癌基因作用。Liu等[27]研究发现,miR-9在高度侵袭性UM细胞系中显著减少,通过直接靶向其3’-UTRs负调控NF-κB1的表达,从而抑制UM细胞的迁移和侵袭,NF-κB1的下游靶点,如基质金属蛋白酶(MMP)-2、MMP-9和血管内皮生长因子A(vascular endothelial growth factor A,VEGFA),亦受miR-9的调控。而mir-34a/b/c[28,29]与miR-137[30]则通过阻滞细胞周期G而不是诱导细胞凋亡来抑制UM细胞进程,其下游靶基因均为c-Met。另有报道称,mir-124a通过抑制其潜在靶点,包括CDK4、CDK6、cyclin D2和EZH2等,来抑制UM的进程[31]。Yan等[32]发现,miR-182通过下调癌基因c-Met及其下游Akt和ERK1/2通路的表达,抑制UM细胞的生长及其功能。同样地,与mir-34家族类似,miR-145在UM样品中低表达,其过表达可阻断UM细胞的G1期进入S期,从而抑制细胞增殖。用Western blotting法检测胰岛素受体底物-1(insulin receptor substrate 1,IRS-1)作为miR-145的潜在靶点。IRS-1的敲除与miR-145过表达有相似作用,下调IRS-1是mir-145抑制UM发展的一种可能的机制[33]。miRNAs在UM细胞中的下调预示着其作为抑癌因子的作用,可作为该病的潜在治疗靶点。

1.3双重作用的miRNAs

一些miRNAs既有原癌基因作用,也有抑制肿瘤生长作用,这取决于其所在肿瘤部位类型及其依赖的下游靶标蛋白。作为miR-17～92簇的成员,miR-20a已被认为参与调节各种癌细胞的增殖和侵袭,其致癌作用和抑癌作用已被分别报道过。一方面,miR-20a可促进胃癌[34]、胆囊癌[35]和前列腺癌[36]的发生发展进程。另一方面,可抑制甲状腺癌[37]、肝癌[38]和口腔鳞状细胞癌[39]的增殖和侵袭。先前的研究已观察到UM患者血浆和组织细胞中miR-20a水平升高。miR-20a作为致癌因子,参与促进UM细胞的生长和运动[40]。miR-32已被证实在乳腺癌[41]和胃癌[42]的组织样本中表达上调,而在口腔鳞癌[43]和骨肉瘤[44]等细胞中显著下调。Ma等[45]研究发现,在UM组织中miR-32的表达水平显著降低(P<0.01),miR-32的异位表达可显著抑制细胞的增殖能力,其迁移和侵袭效率也相应减少,同时促进细胞凋亡。mir-32通过抑制其直接靶点EZH2的表达,抑制UM的发生。相似地,miR-144在肺癌[46]和骨肉瘤[47]等细胞中均有表达下调。Akiyoshi等[48]证明,miR-144表达与胃癌呈负相关。然而也有相反的报道,有研究表明miR-144通过抑制磷酸酶和张力素同源物(PTEN)促进鼻咽癌的增殖、迁移和侵袭。因此,miR-144在癌变过程中的作用是复杂的,具有高度组织特异性。Sun等[49]研究发现,miR-144在UM组织样本中的表达显著减少。当miR-144过表达后,可减少UM细胞的增殖和侵袭能力。靶向预测和体外功能研究表明,c-Met是miR-144的一个直接靶点。当miR-144模拟物引入后,可减少c-Met诱导的细胞增殖和侵袭。这些miRNAs在不同肿瘤细胞中的作用不同,这取决于其在肿瘤细胞中的表达程度,及对应作用靶基因的特异性,同一种肿瘤细胞可能有多种miRNAs调控,每种miRNA也会由于调控不同的靶标而产生不同的作用。

2、相关lncRNAs机制研究

lncRNA是一种不具备编码蛋白质分子能力的核糖核酸(长度为200～100 000 nt),参与细胞内多种过程调控,在许多生物学过程中起重要作用,如细胞的发育、增殖、转移、分化、侵袭和迁移。lncRNAs的表达和功能异常与人类疾病的发生密切相关,主要表现为lncRNAs在空间排列和结构上的异常、表达水平的异常、与结合蛋白相互作用的异常等。

2.1致癌基因

在UM细胞系和组织中,lncRNA铁蛋白重链1假基因3(FTH1P3)表达水平上调,而miR-224-5p表达下调,二者表达呈负相关;作为miR-224-5p的直接靶基因,FTH1P3的过表达抑制了miR-224-5P的表达,从而促进Rac1和Fizzled5的表达,使UM细胞的增殖和迁移增强[50]。lncRNA HOXA11-AS在UM组织和细胞中过表达,它可以同时与Zeste同源物2(EZH2)的增强子相互作用,以抑制其靶标P21蛋白的表达,此外还发现HOXA11-AS与miR-124的表达呈负相关,miR-124的过表达可减弱HOXA11-AS的促增殖和侵袭作用[50]。转移相关肺腺癌转录本1(MALAT1)在UM组织中表达上调。MALAT1的表达水平与miR-140的表达呈负相关。敲除MALAT1可促进miR-140的表达,抑制UM细胞中的Slug和ADAM10的表达[51]。此外还发现RHPN1-AS1[52]和P2RX7-V3[53]在多个UM细胞系中显著上调。敲除这些基因可显著抑制UM细胞在体外和体内的增殖、集落形成、侵袭和迁移。这些均可为lncRNA作为该病肿瘤原癌基因提供了证据。

2.2抑癌基因

相反地,一些lncRNAs在UM细胞中起抑癌基因作用。研究表明,高甲基化1(HIC1)在各种人类癌症中表观沉默。HIC1作为肿瘤抑制因子,在UM中表达下调。HIC1的异位表达可抑制UM细胞的增殖和侵袭。通过lncRNA微阵列和PCR测定,发现了lncRNA-numb的表达在UM中被HIC1激活。HIC1通过激活lncRNA-numb调节UM的进展[54]。lncRNA PAUPAR亦是在UM细胞中呈中低度表达[55],并在体外和体内调节UM的发生。PAUPAR通过抑制组蛋白H3K4的去甲基化,从而调节HES1表达。PAUPAR的异位表达可诱导HES1表达的沉默,从而显著降低肿瘤转移。

3、miRNAs与lncRNAs的相互作用

miRNAs和lncRNAs在各种肿瘤细胞和组织中的表达程度均有不同改变,异常miRNAs和lncRNAs的表达被证实与多种人类肿瘤相关,起致癌基因或抑癌基因作用[56]。miRNAs和lncRNAs在UM及其他恶性肿瘤中表达失调,从而加速或抑制肿瘤细胞的生长和侵袭。在UM中,二者常表现为负相关。lncRNA FTH1P3通过miR-224-5p/Rac1和Fizzled5轴对UM进行调控,当FTH1P3表达增多时,后者相应减少,致其目标基因Rac1和Fizzled5相应增多[9]。与之相似,MALAT1通过miR-140/Slug和ADAM10轴促进UM的增殖与迁移[57]。lncRNA HOXA11-AS在UM中则与miR-124呈负相关[58],mir-124在UM中起抑癌作用,相应地,HOXA11-AS起抑癌作用。这些证据表明,miRNAs与lncRNAs既可单独调控UM的发生发展,又可相互作用,共同参与其调控机制。

4、展望

UM是最具侵袭性的癌症之一,目前一线治疗方法仍为手术摘除眼内肿物。尽管局部治疗成功,仍有超过50%的患者死于转移性死亡,远期生存率并不理想。同大多数肿瘤一样,UM的发生是一个多步骤的过程,其中涉及到原癌基因和肿瘤抑制基因的遗传和表观学改变。先前的研究增加了对miRNAs和lncRNAs在恶性肿瘤中影响的认识,包括细胞周期进程、细胞凋亡、增殖、侵袭和转移等。因此,阐明这些miRNAs和lncRNAs失调的生物学原因,对于提高现有的对UM发病机制的认识,和开发新的关键靶基因具有重要临床意义[59]。在过去几年中,针对UM的早期诊断已有初步进展,对于miRNAs和lncRNAs的调控机制已有相对初步认识,揭开非编码RNAs的独立与协作机制,可加快靶向治疗方案。随着更多非编码RNAs的发现,以及对其失调和细胞信号转导相关异常的更全面地了解,可作为金标准和可治愈性靶标的非编码RNAs会逐步走进人们的视野,为UM患者提供新的诊疗策略。

李冠瑜,孙丰源.非编码RNA对葡萄膜黑色素瘤发生机制影响研究新进展[J].眼科新进展,2020,40(02):197-200.