读医学网
脑胶质瘤相关长链非编码RNA的研究进展
发布时间：2017-06-03 09:34 类别：医学前沿资讯 标签：研究进展 编码 来源：未知
脑胶质瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤，约占颅内原发性肿瘤50%~60%。目前治疗手段主要包括手术、放疗和化疗。由于胶质瘤呈侵袭性生长，手术治疗很难做到全切，术后易复发。
脑胶质瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤，约占颅内原发性肿瘤50%~60%。目前治疗手段主要包括手术、放疗和化疗。由于胶质瘤呈侵袭性生长，手术治疗很难做到全切，术后易复发。化疗和放疗常作为术后辅助治疗手段，不能高度特异杀伤胶质瘤细胞，同时还可能产生中枢神经系统毒副作用。因此，为改善目前诊疗水平，了解胶质瘤在基因及分子水平的发病机制已迫在眉睫。 长链非编码RNA(longnon-codingRNA，lncRNA)位于细胞核或细胞质，缺乏有意义的开放阅读框，没有编码蛋白的能力，却能以RNA的形式在多个层面调节基因表达水平，可能通过充当癌基因或抑癌基因在胶质瘤的发生、发展中发挥着重要作用。 1 人类基因组中有70%能够被转录，其中只有不到2%基因组序列具有蛋白编码功能，余下98%均为非编码RNA(non-codingRNA，ncRNA)，ncRNA包括以miRNA、siRNA、piRNA为代表的小分子ncRNA，以及转录长度超过200个核苷酸的lncRNA。起初，lncRNA被视为转录 噪音 ，又被称为 暗物质 ，是RNA聚合酶Ⅱ转录副产物，没有任何生物学功能。近年随着基因测序与基因芯片等技术不断发展，发现lncRNA在基因表达及调控中扮演重要角色。lncRNA位于细胞核或胞质内，在真核细胞被普遍转录，却不具有或很少具有蛋白编码功能。 通常lncRNA根据其与编码基因的位置分为：①正义lncRNA：与蛋白编码序列的正义链重叠。②反义lncRNA：与蛋白编码序列的反义链重叠。③双向lncRNA：lncRNA序列位于与蛋白转录起始点相距大于1000个核苷酸的反义链上，且二者转录方向相反。④基因内lncRNA：lncRNA序列完全位于另外1个转录本的内含子内。⑤基因外lncRNA：lncRNA序列不与任何蛋白编码基因相邻。 2 lncRNA在表观遗传水平、转录水平与转录后水平等多个层面上，调控蛋白编码基因的表达。①表观遗传学调控：lncRNA招募染色质重构复合体到特定位点，介导基因发生表观遗传学修饰进而调节相关基因表达。例如：来源于人类同源异型基因 HOX转录反义RNA(HOTAIR)能够招募多梳蛋白抑制复合物2(PRC2)并将其定位到HOXD位点，进而诱导HOXD位点的表观遗传学沉默，从而抑制转录发生。②转录水平调控：lncRNA可作为直接调控因子与共调控因子等，通过调节转录起始复合体的形成，实现对靶基因转录的调控。MALAT1能与富含丝氨酸/精氨酸的剪接调节蛋白相互作用，进而影响剪接模式，当MALAT1与剪接调节蛋白相互作用时，一方面可使得剪接调节蛋白在剪接斑点重新分布，同时也可调节这些蛋白自身的磷酸化水平，最终调节基因转录过程。③转录后调控：是指基因转录后产物的一系列加工、修饰及调节过程。 lncRNA能在转录后通过与mRNA形成双链来调控基因表达，如，Zeb2的反义lncRNA能够与其内含子5 端剪切位点所在区域形成互补双链，从而阻止该内含子的剪切，保证Zeb2蛋白正常表达。 3 失调的lncRNA可通过调节DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重构和作为miRNA前提等途径，在胶质瘤发生和发展扮演重要角色。有的可抑制或促进胶质瘤增殖和侵袭能力，有的则与胶质瘤病理类型及分级相关。 3.1lncRNA促进脑胶质瘤的发生发展 胰岛素样生长因子印迹基因(H19)与定位相近的胰岛素样生长因子2(IGF2)组成H19/IGF2印记基因。Shi等发现高级别胶质瘤中H19表达明显高于低级别胶质瘤，体外通过siRNA抑制H19表达，发现U87和U251这两种胶质瘤细胞侵袭力和迁移力均显著降低;lncRNA还可与miRNA直接或间接作用，改变其调节功能，例如H19通过调控其衍生的miR-675，进一步负调控靶基因Cadherin13的表达来促进胶质瘤细胞侵袭能力。Jiang等发现，H19可促进体外胶质母细胞瘤侵袭及血管生成，且在CD133+神经胶质瘤原代细胞系中，H19表达显著增多，并能促进胶质母细胞神经球生成。 综上所述：H19可促进胶质瘤发生、发展，随着H19表达增加，胶质瘤恶性程度越高，侵袭能力也越强。HOTAIR是第1个被发现具有反式转录调控作用的lncRNA。Zhang等通过分析胶质瘤数据库中胶质母细胞瘤病例HOTAIR的表达，发现其在高级别胶质瘤表达明显高于低级别胶质瘤，且高表达HOTAIR基因的胶质瘤病人具有更差的预后及生存率。在体外实验和动物胶质母细胞瘤模型中，敲除HOTAIR可抑制胶质母细胞瘤增殖，同时还能促进肿瘤细胞周期停滞在G0/G1期。 Zhang等在前述基础上进一步展开研究，分别克隆PCR2复合物的两个原件LSD1和EZH2表达载体及siRNA，发现抑制EZH2可促进胶质母细胞瘤细胞周期阻滞，但抑制LSD1却并不影响胶质母细胞瘤细胞周期的调控。Chen等研究发现在胶质瘤细胞系敲除HOTAIR后，snoRNA(核仁小分子RNA，SNORD76)表达明显升高，从而抑制胶质瘤细胞增殖和生长。因此，HOTAIR表达与胶质瘤恶性生长及不良预后密切相关。此外，HOTAIR基因还可调控胶质瘤细胞周期进程。结直肠癌差异性表达相关基因(CRNDE)在胶质母细胞瘤、星形胶质细胞瘤的表达水平明显高于正常组织，在胶质母细胞瘤表达水平最高;而在少突胶质细胞瘤和少突星形胶质细胞瘤表达水平与正常组织差异不大。 在D54、U87和U251胶质瘤细胞系中，通过siRNA介导CRNDE基因敲除可致细胞G0/G1期阻滞，抑制细胞增殖并诱导凋亡，阻止侵袭。Wang等证明CRNDE可通过mTOR信号通路促进胶质瘤细胞生长和侵袭。 综上所述：CRNDE表达与胶质瘤病理类型密切相关，胶质瘤分化程度越低，CRNDE表达水平越高，同时在胶质瘤增殖及侵袭中也有促进作用。抗一氧化氮合成酶2A(抗NOS2A)与一氧化氮合成酶2A(NOS2A)基因相邻，NOS2A基因在胚胎干细胞的神经元分化过程中起重要作用。Korneev等发现由NOS2A基因重复并倒位而形成反义lncRNA(抗NOS2A)，通过调节NOS2A表达来参与胚胎干细胞神经分化，并在脑膜瘤、胶质母细胞瘤中表达。Eyler等研究表明：NOS2A能促进胶质瘤干细胞增殖及胶质瘤生长。根据以上研究结果可知，抗NOS2A通过调节NOS2A表达，促进胶质瘤生长和增殖，并可能与胶质瘤干细胞分化相关，有待进一步研究。 3.2lncRNA抑制脑胶质瘤的发生发展 母系表达基因3(MEG3)是最早被发现具有肿瘤抑制功能的lncRNA，广泛表达于正常人体组织及细胞，以大脑及垂体中表达最高，在82%胶质瘤及25%神经母细胞瘤中表达下降或缺失。Wang等研究发现周围正常脑组织中MEG3表达水平明显高于脑胶质瘤细胞，MEG3过表达能抑制U251和U87胶质瘤细胞增殖并促进其凋亡。Li等通过DNMT1介导MEG3甲基化，使MEG3表达下调，造成p53信号通路抑制。综上所述：MEG3可通过增强抑癌基因表达来抑制胶质瘤发生及增殖，但目前关于MEG3与胶质瘤恶性程度及侵袭性的关系，暂无足够研究证据支持。loc285194基因位于染色体3q13.31位点，Liu等发现loc285194是一种受p53调节的肿瘤抑制基因。最近研究发现：loc285194在胶质瘤病人中呈现低表达，且与胶质瘤级别存在相关性，通过慢性病毒介导的干扰RNA将loc285194在胶质瘤细胞系的表达上调后，胶质瘤细胞增殖明显受抑制且更易发生凋亡。 根据以上研究可知，loc285194表达与胶质瘤发生、发展密切相关，且与胶质瘤恶性程度呈负相关。 4 lncRNA作为重要的功能调节基因之一，在肿瘤发生、发展过程中发挥着至关重要的作用。随着分子肿瘤学研究不断深入，lncRNA应用于诊断的相关研究已涉及白血病、前列腺癌、乳腺癌、肝癌、结肠癌等肿瘤，且lncRNA较mRNA具有更高特异性，通过常规的PCR方法即可在肿瘤病人体液中检测到。因此，lncRNA作为非侵入性生物标记物应用于肿瘤诊断成为一种可能。Arita等通过PCR技术检测到胃癌病人血清H19水平较健康人显著增高。但在胶质瘤诊断的研究尚少。lncRNA在胶质瘤组织和正常脑组织的差异表达，为胶质瘤诊断及预后提供理论基础。 Zhang等通过比较lncRNA在不同组织学类型胶质瘤的表达特征，用23种差异性表达的lncRNA将星形胶质细胞瘤和少突胶质细胞瘤准确区别，并对来源于癌症基因组图谱(TheCancerGenomeAtlas，TCGA)的213例胶质母细胞瘤病人的lncRNA表达数据进行分析，确定6种lncRNA与胶质母细胞瘤病人的总生存率密切相关。 综上可知：不同组织学类型的胶质瘤，lncRNA表达不同，且根据lncRNA表达预测胶质瘤病人的生存率成为可能，这为胶质瘤诊断及预后判断提供帮助。 5 lncRNA失调表达为其成为胶质瘤潜在治疗靶点提供理论基础。目前，lncRNA在胶质瘤的治疗潜力已进行初步研究。Amit等为测试H19对体内外胶质母细胞瘤的治疗效果，构建1个在H19和IGF2P4启动子共同调控下表达白喉毒素A片段的DNA质粒，并测试这一结构在胶质母细胞瘤细胞株及动物模型的抗肿瘤效应，发现该结构在体内外均表现出显著抗肿瘤效应。 为实现lncRNA靶向治疗的特异性和高效性，开发一种高效而特异性的载体系统是当务之急。目前，大量的人工合成载体系统已经运用于基因传递，已证实其中一部分在人体使用是可行的。Davis等报道利用靶向纳米粒子将一个siRNA向癌症病人进行全身释放试验的第1阶段研究成果，证明通过RNA干涉机制，siRNA能准确抑制某种癌基因表达，实现基因沉默。这为lncRNA作为脑胶质瘤的治疗靶点在临床应用提供实验基础。 6 综上所述：lncRNA可在转录前、转录后和表观遗传学等多个水平，参与对靶基因调控而发挥重要生物学作用。已有研究证明lncRNA异常表达与胶质瘤发生、发展密切相关，因此，lncRNA被寄望成为胶质瘤诊断、治疗及判断预后的重要分子靶点。但目前我们仍面临一些问题，例如，虽然我们已经发现一些胶质瘤相关的lncRNA，但是其缺乏组织特异性，许多lncRNA(如H19、HOTAIR等)可在多种类型肿瘤异常表达。另外，作为肿瘤诊断的生物标志物，在外周血检测到异常表达的lncRNA是否就仅仅由肿瘤产生?其他疾病是否也会导致lncRNA异常表达呢?对于这些问题，临床研究应当不断探索答案。总之，胶质瘤相关lncRNA的研究仍在起步阶段，但是lncRNA在胶质瘤诊断、预后及治疗方面具有不可估量的潜能，因此，我们应当通过不断实验及临床实践，将lncRNA对胶质瘤的贡献逐渐挖掘出来。
脑胶质瘤是中枢神经系统最常见的恶性肿瘤，约占颅内原发性肿瘤50%~60%。目前治疗手段主要包括手术、放疗和化疗。由于胶质瘤呈侵袭性生长，手术治疗很难做到全切，术后易复发。化疗和放疗常作为术后辅助治疗手段，不能高度特异杀伤胶质瘤细胞，同时还可能产生中枢神经系统毒副作用。因此，为改善目前诊疗水平，了解胶质瘤在基因及分子水平的发病机制已迫在眉睫。 长链非编码RNA(longnon-codingRNA，lncRNA)位于细胞核或细胞质，缺乏有意义的开放阅读框，没有编码蛋白的能力，却能以RNA的形式在多个层面调节基因表达水平，可能通过充当癌基因或抑癌基因在胶质瘤的发生、发展中发挥着重要作用。 1 人类基因组中有70%能够被转录，其中只有不到2%基因组序列具有蛋白编码功能，余下98%均为非编码RNA(non-codingRNA，ncRNA)，ncRNA包括以miRNA、siRNA、piRNA为代表的小分子ncRNA，以及转录长度超过200个核苷酸的lncRNA。起初，lncRNA被视为转录 噪音 ，又被称为 暗物质 ，是RNA聚合酶Ⅱ转录副产物，没有任何生物学功能。近年随着基因测序与基因芯片等技术不断发展，发现lncRNA在基因表达及调控中扮演重要角色。lncRNA位于细胞核或胞质内，在真核细胞被普遍转录，却不具有或很少具有蛋白编码功能。 通常lncRNA根据其与编码基因的位置分为：①正义lncRNA：与蛋白编码序列的正义链重叠。②反义lncRNA：与蛋白编码序列的反义链重叠。③双向lncRNA：lncRNA序列位于与蛋白转录起始点相距大于1000个核苷酸的反义链上，且二者转录方向相反。④基因内lncRNA：lncRNA序列完全位于另外1个转录本的内含子内。⑤基因外lncRNA：lncRNA序列不与任何蛋白编码基因相邻。 2 lncRNA在表观遗传水平、转录水平与转录后水平等多个层面上，调控蛋白编码基因的表达。①表观遗传学调控：lncRNA招募染色质重构复合体到特定位点，介导基因发生表观遗传学修饰进而调节相关基因表达。例如：来源于人类同源异型基因 HOX转录反义RNA(HOTAIR)能够招募多梳蛋白抑制复合物2(PRC2)并将其定位到HOXD位点，进而诱导HOXD位点的表观遗传学沉默，从而抑制转录发生。②转录水平调控：lncRNA可作为直接调控因子与共调控因子等，通过调节转录起始复合体的形成，实现对靶基因转录的调控。MALAT1能与富含丝氨酸/精氨酸的剪接调节蛋白相互作用，进而影响剪接模式，当MALAT1与剪接调节蛋白相互作用时，一方面可使得剪接调节蛋白在剪接斑点重新分布，同时也可调节这些蛋白自身的磷酸化水平，最终调节基因转录过程。③转录后调控：是指基因转录后产物的一系列加工、修饰及调节过程。 lncRNA能在转录后通过与mRNA形成双链来调控基因表达，如，Zeb2的反义lncRNA能够与其内含子5 端剪切位点所在区域形成互补双链，从而阻止该内含子的剪切，保证Zeb2蛋白正常表达。 3 失调的lncRNA可通过调节DNA甲基化、组蛋白修饰、染色质重构和作为miRNA前提等途径，在胶质瘤发生和发展扮演重要角色。有的可抑制或促进胶质瘤增殖和侵袭能力，有的则与胶质瘤病理类型及分级相关。 3.1lncRNA促进脑胶质瘤的发生发展 胰岛素样生长因子印迹基因(H19)与定位相近的胰岛素样生长因子2(IGF2)组成H19/IGF2印记基因。Shi等发现高级别胶质瘤中H19表达明显高于低级别胶质瘤，体外通过siRNA抑制H19表达，发现U87和U251这两种胶质瘤细胞侵袭力和迁移力均显著降低;lncRNA还可与miRNA直接或间接作用，改变其调节功能，例如H19通过调控其衍生的miR-675，进一步负调控靶基因Cadherin13的表达来促进胶质瘤细胞侵袭能力。Jiang等发现，H19可促进体外胶质母细胞瘤侵袭及血管生成，且在CD133+神经胶质瘤原代细胞系中，H19表达显著增多，并能促进胶质母细胞神经球生成。 综上所述：H19可促进胶质瘤发生、发展，随着H19表达增加，胶质瘤恶性程度越高，侵袭能力也越强。HOTAIR是第1个被发现具有反式转录调控作用的lncRNA。Zhang等通过分析胶质瘤数据库中胶质母细胞瘤病例HOTAIR的表达，发现其在高级别胶质瘤表达明显高于低级别胶质瘤，且高表达HOTAIR基因的胶质瘤病人具有更差的预后及生存率。在体外实验和动物胶质母细胞瘤模型中，敲除HOTAIR可抑制胶质母细胞瘤增殖，同时还能促进肿瘤细胞周期停滞在G0/G1期。 Zhang等在前述基础上进一步展开研究，分别克隆PCR2复合物的两个原件LSD1和EZH2表达载体及siRNA，发现抑制EZH2可促进胶质母细胞瘤细胞周期阻滞，但抑制LSD1却并不影响胶质母细胞瘤细胞周期的调控。Chen等研究发现在胶质瘤细胞系敲除HOTAIR后，snoRNA(核仁小分子RNA，SNORD76)表达明显升高，从而抑制胶质瘤细胞增殖和生长。因此，HOTAIR表达与胶质瘤恶性生长及不良预后密切相关。此外，HOTAIR基因还可调控胶质瘤细胞周期进程。结直肠癌差异性表达相关基因(CRNDE)在胶质母细胞瘤、星形胶质细胞瘤的表达水平明显高于正常组织，在胶质母细胞瘤表达水平最高;而在少突胶质细胞瘤和少突星形胶质细胞瘤表达水平与正常组织差异不大。 在D54、U87和U251胶质瘤细胞系中，通过siRNA介导CRNDE基因敲除可致细胞G0/G1期阻滞，抑制细胞增殖并诱导凋亡，阻止侵袭。Wang等证明CRNDE可通过mTOR信号通路促进胶质瘤细胞生长和侵袭。 综上所述：CRNDE表达与胶质瘤病理类型密切相关，胶质瘤分化程度越低，CRNDE表达水平越高，同时在胶质瘤增殖及侵袭中也有促进作用。抗一氧化氮合成酶2A(抗NOS2A)与一氧化氮合成酶2A(NOS2A)基因相邻，NOS2A基因在胚胎干细胞的神经元分化过程中起重要作用。Korneev等发现由NOS2A基因重复并倒位而形成反义lncRNA(抗NOS2A)，通过调节NOS2A表达来参与胚胎干细胞神经分化，并在脑膜瘤、胶质母细胞瘤中表达。Eyler等研究表明：NOS2A能促进胶质瘤干细胞增殖及胶质瘤生长。根据以上研究结果可知，抗NOS2A通过调节NOS2A表达，促进胶质瘤生长和增殖，并可能与胶质瘤干细胞分化相关，有待进一步研究。 3.2lncRNA抑制脑胶质瘤的发生发展 母系表达基因3(MEG3)是最早被发现具有肿瘤抑制功能的lncRNA，广泛表达于正常人体组织及细胞，以大脑及垂体中表达最高，在82%胶质瘤及25%神经母细胞瘤中表达下降或缺失。Wang等研究发现周围正常脑组织中MEG3表达水平明显高于脑胶质瘤细胞，MEG3过表达能抑制U251和U87胶质瘤细胞增殖并促进其凋亡。Li等通过DNMT1介导MEG3甲基化，使MEG3表达下调，造成p53信号通路抑制。综上所述：MEG3可通过增强抑癌基因表达来抑制胶质瘤发生及增殖，但目前关于MEG3与胶质瘤恶性程度及侵袭性的关系，暂无足够研究证据支持。loc285194基因位于染色体3q13.31位点，Liu等发现loc285194是一种受p53调节的肿瘤抑制基因。最近研究发现：loc285194在胶质瘤病人中呈现低表达，且与胶质瘤级别存在相关性，通过慢性病毒介导的干扰RNA将loc285194在胶质瘤细胞系的表达上调后，胶质瘤细胞增殖明显受抑制且更易发生凋亡。 根据以上研究可知，loc285194表达与胶质瘤发生、发展密切相关，且与胶质瘤恶性程度呈负相关。 4 lncRNA作为重要的功能调节基因之一，在肿瘤发生、发展过程中发挥着至关重要的作用。随着分子肿瘤学研究不断深入，lncRNA应用于诊断的相关研究已涉及白血病、前列腺癌、乳腺癌、肝癌、结肠癌等肿瘤，且lncRNA较mRNA具有更高特异性，通过常规的PCR方法即可在肿瘤病人体液中检测到。因此，lncRNA作为非侵入性生物标记物应用于肿瘤诊断成为一种可能。Arita等通过PCR技术检测到胃癌病人血清H19水平较健康人显著增高。但在胶质瘤诊断的研究尚少。lncRNA在胶质瘤组织和正常脑组织的差异表达，为胶质瘤诊断及预后提供理论基础。 Zhang等通过比较lncRNA在不同组织学类型胶质瘤的表达特征，用23种差异性表达的lncRNA将星形胶质细胞瘤和少突胶质细胞瘤准确区别，并对来源于癌症基因组图谱(TheCancerGenomeAtlas，TCGA)的213例胶质母细胞瘤病人的lncRNA表达数据进行分析，确定6种lncRNA与胶质母细胞瘤病人的总生存率密切相关。 综上可知：不同组织学类型的胶质瘤，lncRNA表达不同，且根据lncRNA表达预测胶质瘤病人的生存率成为可能，这为胶质瘤诊断及预后判断提供帮助。 5 lncRNA失调表达为其成为胶质瘤潜在治疗靶点提供理论基础。目前，lncRNA在胶质瘤的治疗潜力已进行初步研究。Amit等为测试H19对体内外胶质母细胞瘤的治疗效果，构建1个在H19和IGF2P4启动子共同调控下表达白喉毒素A片段的DNA质粒，并测试这一结构在胶质母细胞瘤细胞株及动物模型的抗肿瘤效应，发现该结构在体内外均表现出显著抗肿瘤效应。 为实现lncRNA靶向治疗的特异性和高效性，开发一种高效而特异性的载体系统是当务之急。目前，大量的人工合成载体系统已经运用于基因传递，已证实其中一部分在人体使用是可行的。Davis等报道利用靶向纳米粒子将一个siRNA向癌症病人进行全身释放试验的第1阶段研究成果，证明通过RNA干涉机制，siRNA能准确抑制某种癌基因表达，实现基因沉默。这为lncRNA作为脑胶质瘤的治疗靶点在临床应用提供实验基础。 6 综上所述：lncRNA可在转录前、转录后和表观遗传学等多个水平，参与对靶基因调控而发挥重要生物学作用。已有研究证明lncRNA异常表达与胶质瘤发生、发展密切相关，因此，lncRNA被寄望成为胶质瘤诊断、治疗及判断预后的重要分子靶点。但目前我们仍面临一些问题，例如，虽然我们已经发现一些胶质瘤相关的lncRNA，但是其缺乏组织特异性，许多lncRNA(如H19、HOTAIR等)可在多种类型肿瘤异常表达。另外，作为肿瘤诊断的生物标志物，在外周血检测到异常表达的lncRNA是否就仅仅由肿瘤产生?其他疾病是否也会导致lncRNA异常表达呢?对于这些问题，临床研究应当不断探索答案。总之，胶质瘤相关lncRNA的研究仍在起步阶段，但是lncRNA在胶质瘤诊断、预后及治疗方面具有不可估量的潜能，因此，我们应当通过不断实验及临床实践，将lncRNA对胶质瘤的贡献逐渐挖掘出来。
下一篇：国办发文支持社会办医 能缓解看病难、看病贵吗？ 上一篇：尿素氮测定记忆法
- 猜你会喜欢....
