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長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA,，lncRNA）在人類轉(zhuǎn)錄組中占到了相當(dāng)大的比例,。

大量lncRNA在腫瘤中特異性表達(dá)，并能對多種腫瘤生物學(xué)過程進(jìn)行調(diào)控,，這使得lncRNA在腫瘤治療中表現(xiàn)出巨大的前景,，圍繞lncRNA展開的研究也是近年來的熱門話題。

LncRNA是指一類長度超過200nt,，不編碼蛋白的RNA（有研究表明少數(shù)lncRNA可能具有編碼微肽的能力）,。

這類RNA起初被認(rèn)為是基因組轉(zhuǎn)錄的“噪音”。

近幾年來隨著研究的深入展開,，越來越多的證據(jù)表明lncRNA能在表觀遺傳,、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平上調(diào)控基因表達(dá)，參與基因組印記,、染色質(zhì)修飾,、轉(zhuǎn)錄激活等多種重要的調(diào)控過程，在發(fā)育和基因表達(dá)中發(fā)揮了復(fù)雜精確的調(diào)控作用,，并參與腫瘤的增殖,、凋亡及侵襲轉(zhuǎn)移等多個生物學(xué)過程。

圖1 LncRNA及其在癌癥中的作用

圖片來源：Nat Rev Cancer

LncRNA有多種分類體系,，一般地我們可以根據(jù)其在染色體上與編碼基因的相對位置將lncRNA大致分為五類：

正義lncRNA（sense lncRNA）由蛋白編碼基因正義鏈轉(zhuǎn)錄，與位于同一鏈上蛋白質(zhì)編碼基因的至少一個外顯子重疊,，且轉(zhuǎn)錄方向相同,。正義lncRNA可能和蛋白質(zhì)編碼基因部分重疊，也可能覆蓋蛋白編碼基因的整個序列,。

反義lncRNA（antisense lncRNA）由蛋白編碼基因互補的DNA鏈轉(zhuǎn)錄,，其轉(zhuǎn)錄方向相反，并與正向基因至少有一個外顯子重疊,。

內(nèi)含子lncRNA（intronic lncRNA）位于蛋白質(zhì)編碼基因內(nèi)含子區(qū)域,，且與其外顯子沒有重疊的轉(zhuǎn)錄本。

雙向lncRNA（bidirectional lncRNA）與蛋白編碼基因共享啟動子,，但轉(zhuǎn)錄方向與蛋白質(zhì)編碼基因相反,。

基因間lncRNA（long intergenic ncRNA，lincRNA）位于兩個蛋白質(zhì)編碼基因之間,，能夠獨立轉(zhuǎn)錄,。

圖2 LncRNA的基因組定位

圖片來源：Annu Rev Biochem

LncRNA 的作用模式有很多種分類方法,，簡單來說主要分為四大類: 信號（signal）,、誘餌（decoy）、引導(dǎo)（guide）,、支架（scaffold）,。

1.信號（signal）

LncRNA的第一種作用是調(diào)控下游基因轉(zhuǎn)錄。研究表明,，在不同的刺激條件和信號通路下,，lncRNA將會被特異性地轉(zhuǎn)錄,，并作為信號傳導(dǎo)分子參與特殊信號通路的傳導(dǎo)。

一些lncRNA被轉(zhuǎn)錄后,，具有調(diào)控下游基因轉(zhuǎn)錄的作用,。利用RNA進(jìn)行調(diào)控，由于不涉及蛋白質(zhì)的翻譯,，因此具有更好的反應(yīng)速度,，對于機體的某些急性反應(yīng)可以作出更迅速的響應(yīng)。

2.誘餌（decoy）

LncRNA的第二種作用是分子阻斷劑,。這一類lncRNA被轉(zhuǎn)錄后,，它能與DNA結(jié)合蛋白（如轉(zhuǎn)錄因子）結(jié)合，從而阻斷該蛋白分子的作用,，進(jìn)而對下游基因的表達(dá)進(jìn)行調(diào)控,。

此外，lncRNA還可以作為“海綿”吸附microRNA,，阻斷microRNA對其下游靶mRNA的抑制作用,，進(jìn)而間接調(diào)控基因的表達(dá)（即ceRNA機制）。

3.引導(dǎo)（guide）

第三種作用模式是lncRNA與蛋白結(jié)合（通常是轉(zhuǎn)錄因子）,，然后將蛋白復(fù)合物定位到特定的DNA序列上,。

這種作用模式可能通過lncRNA與DNA的相互作用實現(xiàn)，也可能通過與DNA結(jié)合蛋白的相互作用實現(xiàn),。

研究發(fā)現(xiàn)lncRNA介導(dǎo)的這種轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用可以是順式作用模式，也可以是反式作用機制,。

4.支架（scaffold）

LncRNA 還可以起到一個“中心平臺”的作用,，使兩個或多個蛋白結(jié)合在這個lncRNA分子上形成復(fù)合物。在細(xì)胞中,，當(dāng)多條信號通路同時被激活,，這些下游的效應(yīng)分子可以結(jié)合到同一條lncRNA分子上，實現(xiàn)不同信號通路之間的信息交匯和整合,。

圖3 LncRNA的作用模式

圖片來源：Annu Rev Immunol

美國麻省理工學(xué)院 Whitehead 研究所的著名腫瘤學(xué)家 Robert A. Weinberg 教授，于2011年在 Cell 雜志發(fā)表了題為“Hallmarks of Cancer: The Next Generation”的綜述,，該綜述是其2000年發(fā)表的綜述“Hallmarks of Cancer”的更新,。

這兩篇綜述將癌癥的特點概括為十個關(guān)鍵詞，分別是：

1）無限增殖能力/細(xì)胞永生化（enabling replicative immortality）,，

2）持續(xù)的增殖信號（sustaining proliferative signaling）,，

3）生長抑制信號丟失或受阻（evading growth suppressors），

4）抵抗死亡（resisting cell death）,，

5）侵襲和轉(zhuǎn)移（tissue invasion and metastasis）,，

6）血管新生（inducing angiogenesis），

7）基因組不穩(wěn)定性（genome instability and mutation），

8）腫瘤微環(huán)境改變/炎癥反應(yīng)（tumor-promoting inflammation）,，

9）代謝重編程（deregulating cell energetics）

10）免疫逃逸（avoiding immune destruction）,。

大量的研究表明lncRNA參與了腫瘤這十個特征的調(diào)節(jié)。

圖4 腫瘤十大特征

圖片來源：Cell

1.lncRNA與腫瘤增殖

無限增殖能力是腫瘤細(xì)胞最大的特點之一,，lncRNA在其中扮演了重要角色,。例如lncRNA EPIC1可以通過它的129-283 nt區(qū)域與MYC蛋白相互作用，共同調(diào)控MYC靶基因的轉(zhuǎn)錄,，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞周期進(jìn)程,。

圖5 LncRNA EPIC1功能示意圖

圖片來源：Cancer Cell

2.lncRNA與細(xì)胞永生化

腫瘤細(xì)胞要形成肉眼可見的腫瘤必須要有無限復(fù)制的潛能，保護(hù)染色體末端的端粒在無限增殖能力中起著核心作用,。

LncRNA TERRA可以順式結(jié)合端粒,，也可以反式結(jié)合基因靶標(biāo)。TERRA和染色質(zhì)重塑蛋白ATRX共享數(shù)百個靶基因,，并且在這些基因座上具有功能拮抗作用,。

在端粒上，TERRA與端粒DNA競爭性結(jié)合ATRX,，從而抑制ATRX的定位并確保端粒穩(wěn)定性,。

圖6 LncRNA TERRA功能示意圖

圖片來源：Cell

3.lncRNA與腫瘤抑制因子

除了需要獲得增殖促進(jìn)信號，腫瘤還需要能逃避阻滯細(xì)胞的增殖作用的調(diào)控因素,，很多研究發(fā)現(xiàn)lncRNA在調(diào)控腫瘤抑制因子和生長阻滯通路中發(fā)揮了重要作用,。例如lncRNA MEG3能通過激活P53的表達(dá)來起到腫瘤抑制作用。

4.lncRNA與腫瘤細(xì)胞的凋亡

細(xì)胞凋亡是細(xì)胞程序性死亡的一種生理過程,，是細(xì)胞發(fā)育和維持體內(nèi)平衡中不可缺少的一環(huán),，而凋亡通路的異常是腫瘤細(xì)胞的一個重要特征。

LncRNA Gas5能作為誘餌和糖皮質(zhì)激素受體的DNA結(jié)合域結(jié)合,，從而阻斷糖皮質(zhì)激素的作用,，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞的凋亡。

圖7 LncRNA在癌癥表型中的作用

圖片來源：Cancer Cell

5.lncRNA與腫瘤血管形成

腫瘤生長需要消耗大量營養(yǎng)物質(zhì)和氧為其提供能量,，還要具備排泄代謝廢物和二氧化碳的能力,，因此腫瘤的血管生成作用是腫瘤持續(xù)生長的重要基礎(chǔ)。

例如,，lncRNA MVIH能通過抑制磷酸甘油酸酯激酶1（PGK1）的分泌來促進(jìn)腫瘤的血管生成作用,。

6.lncRNA與腫瘤侵襲和轉(zhuǎn)移

侵襲和轉(zhuǎn)移是惡性腫瘤最主要的生物學(xué)特征，也是導(dǎo)致患者死亡的主要原因,，lncRNA在多個層面參與其中,。

在肝癌中，轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β）能誘導(dǎo)lncRNA-ATB的表達(dá),，lncRNA-ATB能作為競爭性內(nèi)源RNA（completing endogenous RNA,，ceRNA）上調(diào)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（epithelial-mesenchymal transition,，EMT）相關(guān)蛋白ZEB1/2的表達(dá)進(jìn)而促進(jìn)肝癌的侵襲能力；

lncRNA-ATB還可以與IL11 mRNA相互作用來增加其穩(wěn)定性,，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤定植（tumor colonization）,。

圖8 LncRNA-ATB功能示意圖

圖片來源：Cancer Cell

7.lncRNA與腫瘤能量代謝

腫瘤細(xì)胞代謝旺盛，為適應(yīng)快速大量的增殖,、遷移和侵襲等功能,，需要消耗大量的能量。

因此,，和正常細(xì)胞相比,，腫瘤細(xì)胞代謝模式發(fā)生了明顯的改變，轉(zhuǎn)向無氧糖酵解（Warburg 效應(yīng)）,。

LncRNA PCGEM1能引導(dǎo)c-Myc結(jié)合到代謝相關(guān)基因的啟動子上來促進(jìn)其表達(dá),，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞的葡萄糖攝取和無氧糖酵解，調(diào)節(jié)腫瘤的代謝重編程,。

8.lncRNA與促癌性炎癥反應(yīng)

炎癥與癌癥的發(fā)生有著緊密的聯(lián)系,。在乳腺癌中，LncRNA NKILA可以和NF-κB/IκB形成復(fù)合物來抑制NF-κB信號通路以及癌癥相關(guān)炎癥,，LncRNA NKILA的低表達(dá)和乳腺癌的轉(zhuǎn)移以及病人的不良預(yù)后相關(guān),。

圖9 LncRNA NKILA功能示意圖

圖片來源：Cancer Cell

9.lncRNA與腫瘤基因組的不穩(wěn)定性

基因組的不穩(wěn)定以及由此而導(dǎo)致的突變性能夠使癌細(xì)胞發(fā)生基因改變，進(jìn)而促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展,。

PUMILIO蛋白能降低有絲分裂,、DNA修復(fù)和復(fù)制相關(guān)基因mRNA的穩(wěn)定性或抑制其翻譯，lncRNA NORAD能通過將PUMILIO蛋白與其靶mRNA分隔開來增強基因組的穩(wěn)定性,。

圖10 LncRNA NORAD功能示意圖

圖片來源：Cell

10.lncRNA與腫瘤免疫逃逸

發(fā)生腫瘤性轉(zhuǎn)化的細(xì)胞可以引起機體的免疫反應(yīng),。然而，腫瘤能通過免疫逃逸和誘導(dǎo)免疫抑制來避開免疫系統(tǒng)的清除,，從而避免自身被消滅。

例如在肝癌中,，lncRNA EGFR能通過刺激調(diào)節(jié)性T細(xì)胞分化以及抑制殺傷性T細(xì)胞的活性來介導(dǎo)腫瘤的免疫逃逸機制,。

圖11 與癌癥特征相關(guān)的lncRNA

圖片來源：Pharmacol Ther

和正常組織相比,，大量的lncRNA被發(fā)現(xiàn)在腫瘤組織中差異表達(dá),，lncRNA廣泛地參與到腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程。因此,，通過靶向lncRNA進(jìn)行腫瘤治療是一種十分具有前景的方法,。

我們可以通過調(diào)控lncRNA表達(dá)水平來達(dá)到治療的目的?；谶@一點,，我們可以考慮通過小干擾RNAs（small interfering RNAs, siRNAs）或反義寡核苷酸（antisense oligonucleotide, ASO）等技術(shù)來沉默lncRNA,，利用AntagoNATs干擾自然反義轉(zhuǎn)錄本（natural antisense transcripts, NATs）進(jìn)而上調(diào)特異性正義mRNA。

另外還可以考慮使用小分子抑制劑或者lncRNA模擬物（mimics）等來達(dá)到治療的目的,。盡管如此,，lncRNA應(yīng)用于治療當(dāng)中仍需面對很多挑戰(zhàn)，比如藥物毒性作用和脫靶效應(yīng),，安全高效的運載體的構(gòu)建等等,。

圖12 AntagoNATs示意圖

圖片來源：Nat Rev Drug Discov

LncRNA可以通過與DNA, mRNA, ncRNAs以及蛋白質(zhì)相互作用來調(diào)控機體一系列生理或病理過程,。

大量的研究表明lncRNA可以對多個腫瘤生物學(xué)過程進(jìn)行調(diào)控,，在腫瘤的發(fā)生發(fā)展過程中扮演了重要的角色，但其詳細(xì)的調(diào)控機制以及在腫瘤治療中的應(yīng)用轉(zhuǎn)化仍有待深入探索,。

圖13 腫瘤相關(guān)lncRNA的基本研究思路

圖片來源：Nat Med

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