长链非编码RNA在甲状腺癌中的研究进展

李宁 孟召伟 谭建

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长链非编码RNA在甲状腺癌中的研究进展

    通讯作者: 谭建, tanpost@163.com

Research progress of long non-coding RNAs in thyroid cancer

    Corresponding author: Jian Tan, tanpost@163.com
  • 摘要: 甲状腺癌是近年来发病率快速增长的内分泌肿瘤。人类恶性肿瘤与环境因素密切相关,环境改变可诱导机体内某些致病基因发生变化,从而促进了疾病的发生。在对人类的基因转录组的研究过程中,发现了一类长度超过200个核苷酸的非编码RNA,即长链非编码RNA(LncRNAs),其通过调节基因表达参与细胞分化、增殖、凋亡、迁移和侵袭等肿瘤的发生发展。越来越多的研究发现LncRNAs与甲状腺癌关系密切,许多LncRNAs对甲状腺有致癌或抑癌作用,但其具体功能和作用机制尚不明确。笔者对LncRNAs在甲状腺癌中的最新研究进展进行综述,为探讨LncRNAs在甲状腺癌中的作用机制及其临床应用价值提供依据。
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-04-07
  • 刊出日期:  2019-07-01

长链非编码RNA在甲状腺癌中的研究进展

    通讯作者: 谭建, tanpost@163.com
  • 天津医科大学总医院核医学科 300052

摘要: 甲状腺癌是近年来发病率快速增长的内分泌肿瘤。人类恶性肿瘤与环境因素密切相关,环境改变可诱导机体内某些致病基因发生变化,从而促进了疾病的发生。在对人类的基因转录组的研究过程中,发现了一类长度超过200个核苷酸的非编码RNA,即长链非编码RNA(LncRNAs),其通过调节基因表达参与细胞分化、增殖、凋亡、迁移和侵袭等肿瘤的发生发展。越来越多的研究发现LncRNAs与甲状腺癌关系密切,许多LncRNAs对甲状腺有致癌或抑癌作用,但其具体功能和作用机制尚不明确。笔者对LncRNAs在甲状腺癌中的最新研究进展进行综述,为探讨LncRNAs在甲状腺癌中的作用机制及其临床应用价值提供依据。

English Abstract

  • 甲状腺癌是常见的内分泌肿瘤,其发病率增长迅速[1]。90%以上的甲状腺癌为分化型甲状腺癌(differentiated thyroid cancer,DTC)[2],主要包括甲状腺乳头状癌(papillary thyroid carcinoma,PTC)和甲状腺滤泡状癌(follicular thyroid carcinoma,FTC)两种病理类型。DTC患者接受手术切除、131I消融和TSH抑制治疗后预后通常较好,绝大多数患者10年生存率可达85%以上。甲状腺未分化癌(anaplastic thyroid carcinoma,ATC)是恶性程度最高的甲状腺癌,约为3%,患者总生存率仅为3~5个月[3]

    甲状腺癌的发生发展与丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)/细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)通路和磷脂酰肌醇3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinases,PI3K)/蛋白质丝氨酸苏氨酸激酶(protein-serine-threonine kinase,AKT)通路信号传导失调密切相关[4],某些基因遗传失调导致上述两条信号通路过度活化,使甲状腺癌细胞过度增殖、转移且不受控制。其中,BRAFV600E基因突变和RET/PTC等基因重排是最常见的遗传改变[4]。近年来,长链非编码RNA(long non-coding RNAs,LncRNAs)受到研究者的极大关注,越来越多的研究发现[5]LncRNA与甲状腺癌的发生发展密切相关,其可在转录、转录后以及表观遗传水平调控基因的表达,对甲状腺癌细胞的增殖、凋亡、侵袭、转移等方面具有重要的调节功能。这揭示了LncRNAs参与甲状腺癌的发生发展,可为甲状腺癌的分子诊断和判断预后提供新思路,为难治性甲状腺癌寻找治疗新靶点。现将LncRNAs在甲状腺癌中的最新研究进展综述如下。

    • LncRNAs是长度超过200个核苷酸、本身不参与蛋白质编码但在多层面(表观遗传调控、转录调控以及转录后调控等)参与基因表达调控的一类RNA[6],约占非编码RNA的80%。与编码RNA不同,LncRNAs保守性较低,呈时间和空间特异性表达。已有研究结果表明,LncRNAs参与染色质的修饰、转录激活、核内运输等多个重要调控过程。一般来说,LncRNAs主要从以下3个层面实现对基因表达的调控,第一,对基因组表观遗传的调控:LncRNAs招募染色质重构复合体到特定位点进而介导相关基因的表达沉默。第二,转录水平的调控:①LncRNAs转录可干扰相邻基因的表达;②LncRNAs能通过封阻启动子区域干扰基因的表达;③LncRNAs可与RNA结合蛋白作用,并将其定位到基因启动子区从而调控基因表达;④LncRNAs也可通过调节转录因子的活性实现基因表达调控。第三,转录后水平的调控:LncRNAs能够在转录后水平通过与互补的mRNA形成双链RNA(dsRNA),影响mRNA的加工、剪接、转运、翻译和降解等过程,从而调控基因的表达[7]。在肿瘤组织中,LncRNAs可作为癌基因或肿瘤抑制因子与染色质修饰酶和组蛋白相互作用,也可以通过PI3K/Akt和Wnt/β-catenin通路诱导上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transdifferentiation,EMT)[8],在肿瘤血管生成、增殖、转移中起重要作用[9]

    • 现已发现多种LncRNAs在甲状腺癌中表达升高,并可能通过不同的分子机制在甲状腺癌的发生发展过程中起致癌作用。

    • NEAT1位于染色体11q13.1,有研究报道NEAT1与前列腺癌、肝癌、卵巢癌、急性早幼粒细胞白血病等多种恶性肿瘤的进展密切相关。Li等[10]报道NEAT1在甲状腺癌中表达增高,强烈促进癌细胞生长和侵袭,而在PTC细胞系TPC-1中下调NEAT1表达能显著抑制细胞的生长、侵袭和转移。动物实验显示敲低NEAT1可抑制裸鼠肿瘤细胞的存活、侵袭和致瘤潜力。研究结果表明,作为一种致癌LncRNAs,NEAT1与miRNA-214结合可抑制后者功能,通过对miRNA靶标基因进行转录后调节进而驱动甲状腺癌的恶性进展[11]。Zhang等[12]研究结果表明,NEAT1在PTC组织中的表达显著高于癌旁组织,并可通过调控 miR-129-5p/激肽释放酶7通路影响PTC细胞的增殖、凋亡和侵袭。Sun等[13]研究结果发现,NEAT1可以通过竞争性结合miR-106b-5p,调控三磷酸腺苷酶家族蛋白2(ATAD2)的表达,在PTC中发挥抗凋亡及促侵袭转移的作用。

    • MALAT1位于染色体11q13.1,是一种参与细胞周期和迁移调节的LncRNAs,在肺癌、结肠癌、乳腺癌、胃癌、胰腺癌、膀胱癌[14]等多种恶性肿瘤中表达失调。Huang等[15-16]研究结果表明,FTC细胞系FTC133比ATC细胞系SW1736表达更高水平的MALAT1。MALAT1可通过调控成纤维细胞生长因子2的分泌而阻止免疫系统释放炎性因子,促进肿瘤增殖、侵袭、转移和血管生成。Zhang等[17]对195例良性和恶性甲状腺肿瘤患者的研究结果显示,MALAT1在PTC中的表达显著高于正常甲状腺组织,并参与肿瘤的侵袭和转移,但在低分化癌和未分化癌中MALAT1的表达则显著低于正常组织,这提示MALAT1在不同病理类型的甲状腺癌中作用各异。

      在小鼠乳腺癌和肺癌模型中,通过基因敲除或反义寡核苷酸敲减MALAT1后可抑制肿瘤生长和转移[18]。此外,MALAT1被证明通过表观遗传沉默E-钙粘蛋白表达来促进EMT[19]。甲状腺癌细胞中,转化生长因子β(TGFβ)介导的EMT可明显上调MALAT1的表达[17]并增强细胞的侵袭能力[20]

    • H19位于染色体11p15.5,长度约为2.3 kb,在乳腺癌、宫颈癌、膀胱癌、肝癌等肿瘤中表达增高。Liu等[21]研究报道,与正常甲状腺细胞系和组织相比,H19在甲状腺癌组织和甲状腺癌细胞系中高表达,其可以结合miR-17-5p并上调下游靶基因YES1,促进甲状腺癌细胞的增殖、迁移和侵袭,而敲减H19可导致甲状腺癌细胞生长停滞,减缓肿瘤在体内外的恶性进展。有研究发现高表达的H19与肿瘤直径、淋巴结转移和TNM分期显著相关,而且是生存率的独立危险因素[22]

      Wang等[23]报道H19能通过负向调控胰岛素受体底物-1(IRS-1),使PI3K/AKT信号通路和核因子κB失活,抑制细胞侵袭和转移并诱导凋亡。Lan等[24]研究也表明,H19在PTC中有抑癌作用,其在PTC组织中呈显著低表达并通过调控下游蛋白肿瘤坏死因子受体2,抑制PTC细胞的增殖和侵袭。

    • BANCR是长度为693 bp的LncRNAs,因其被BRAF激活在黑素瘤中高表达并刺激细胞迁移而被首次发现并命名[25]。BANCR既是癌基因又是肿瘤抑制因子。Wang等[26-27]研究结果发现,BANCR在PTC中高表达并通过刺激自噬从而促进PTC细胞增殖,抑制细胞凋亡。也可以通过激活Raf/MEK/ERK通路增强EMT,促进肿瘤的侵袭和转移。Zheng等[28]报道,在PTC中BANCR表达高于正常甲状腺组织,BANCR可激活TSH受体转录,显著促进PTC细胞系IHH-4(BRAF野生型)增殖。然而Liao等[29]研究结果发现,BANCR在PTC组织中表达下调,在PTC细胞系K1(BRAFV600E突变型)中过表达BANCR可显著降低细胞增殖,并通过抑制MAPK/ERK通路促进细胞凋亡,因此认为BANCR在PTC中发挥抑癌基因的作用。上述差异可能与这些细胞系的BRAF基因状态不同有关。

      此外,还有一些LncRNAs高表达与甲状腺癌有关,例如:HIT000218960表达增加与PTC淋巴结转移、多灶性和TNM分期显著相关[30],其可能通过调节高移动性A2蛋白的表达而起致癌作用[31]。NR_036575.1的高表达与甲状腺外侵犯和肿瘤大小相关[32]

    • NAMA是与MAPK通路和生长抑制相关的非编码RNA,也是甲状腺癌中发现的第一个LncRNAs[33]。NAMA在包括甲状腺癌在内的多种肿瘤中表达下降[28, 33]。用MAPK/ERK激酶抑制剂U0126处理甲状腺癌细胞后NAMA显著上调,这提示NAMA可能是MAPK/ERK通路的下游靶标,并且可以通过该通路进行负向调节。此外,用阿霉素和依托泊苷处理甲状腺癌细胞,NAMA被上调后出现细胞生长停滞和DNA损伤[33]。上述结果表明NAMA在甲状腺癌中发挥抑制肿瘤的作用。

    • MEG3是一种在某些正常组织中表达但在肿瘤中表达缺失的LncRNAs。MEG3表达下降常见于非小细胞肺癌、胶质瘤、前列腺癌、膀胱癌、胃癌和甲状腺癌等[34]。Wang等[35]研究发现,MEG3在合并淋巴结转移的PTC中比无淋巴结转移的PTC显著下调,其表达水平与淋巴结转移密切相关。PTC中MEG3表达水平与Rac1呈负相关,MEG3通过靶向结合3′非翻译区(3′UTR)下调Rac1蛋白,从而抑制肿瘤细胞的迁移和侵袭。上述结果表明,MEG3作为肿瘤抑制因子通过分子靶向Rac1参与甲状腺癌细胞的迁移和侵袭的调节。

    • GAS8-AS1位于GAS8基因的第二个内含子中。最近的研究结果表明,GAS8-AS1是我国PTC患者仅次于BRAF基因突变的第2位常见的突变基因(9.2%),GAS8-AS1突变与肿瘤分期密切相关[36]GAS8-AS1在PTC组织中呈低表达,可显著抑制PTC细胞增殖。Zhang等[37]发现低表达的GAS8-AS1与淋巴结转移相关,GAS8-AS1诊断PTC淋巴结转移的灵敏度为61.7%、特异度为90%。Qin等[38]GAS8-AS1作用机制的研究发现,GAS8-AS1在PTC细胞系中通过调控自噬相关基因5(ATG5)激活细胞自噬,抑制肿瘤细胞增殖。

    • PTCSC3位于染色体14q.13.3,长度为1154 bp,PTCSC3导致PTC的易感性,其在甲状腺中的表达具有高度组织特异性。PTCSC3在PTC中低表达,能抑制甲状腺癌细胞的生长并调控DNA的复制和修复;也可通过抑制S100钙结合蛋白A4(S100A4)及其下游靶基因血管内皮生长因子(VEGF)和基质金属蛋白酶(MMP-9)的表达,导致细胞迁移性和侵袭性降低[39]。功能研究结果表明[40]PTCSC3通过调控miR-574-5p抑制Wnt通路,抑制甲状腺癌细胞生长并诱导凋亡。

    • 许多LncRNAs与肿瘤的发生发展及转移密切相关,其表达有一定的组织特异性且能在组织和血液样本中进行检测,这为进一步探讨LncRNAs在甲状腺癌诊断和预后中的临床应用价值提供了可能性,但目前尚处于初始探索阶段,缺乏大量临床样本的验证。

      目前,有学者尝试并探讨使用LncRNAs做为甲状腺癌诊断和预后的新指标。NONHSAT037832在PTC组织中低表达且与淋巴结转移和肿瘤大小相关,Lan等[41]通过受试者工作特征曲线(ROC)评价NONHSAT037832,其诊断PTC的灵敏度为80%、特异度为86.2%,诊断淋巴结转移的灵敏度为58.5%、特异度为70.4%。NONHSAT076754是纤连蛋白1转录产物。Xia等[42]在72例PTC样本(37例有转移、35例无转移)中发现转移灶有NONHSAT076754上调,并且是甲状腺癌淋巴结转移的独立危险因素。NONHSAT076754结合甲状腺超声检查能将PTC淋巴结转移的诊断准确率提高至87.5%,其灵敏度为91.9%、特异度为82.9%。Qiu等[43]131I治疗PTC肺转移患者的研究中发现,131I摄取良好和不摄取131I的PTC患者血清中存在差异表达的LncRNAs,其中ENST00000462717、ENST00000415582、TCONS_00024700和NR_028494对于PTC肺转移患者131I抵抗的发生有较高的诊断价值。Li等[44]通过癌症基因组图谱数据库发现AC026150.8、CTD-2139B15.2、RP11-508M8.1、RP11-536N17.1表达量与患者术后生存时间密切相关,是预后的独立危险因素,基于这4种LncRNAs构建的生存模型可较好地评价患者生存状况,评分较高的患者术后生存率更低。该模型也可有效评价PTC的复发,准确率为91.7%、灵敏度为87.5%、特异度为92.3%。

      综上所述,目前甲状腺癌中LncRNAs的研究尚处于初始探索阶段,LncRNAs在甲状腺癌发生发展中的作用、调控方式及具体机制仍不明确。随着新一代测序和基因芯片技术的广泛应用,加之LncRNAs与甲状腺癌关系研究的不断深入,将有助于更加全面地揭示其在甲状腺癌中的功能和作用机制,LncRNAs将有望成为甲状腺癌诊断和预后评估新的生物标志物及难治性甲状腺癌药物治疗的潜在新靶点。

      利益冲突 本研究由署名作者按以下贡献声明独立开展,不涉及任何利益冲突。

      作者贡献声明 李宁负责文献的查阅、论文的撰写;孟召伟、谭建负责思路的提出、论文的审阅。

参考文献 (44)

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