低氧誘導的lncRNA在胰腺癌中的研究進展

葉夢潔,湯為香,駱廣濤

胰腺癌是一種惡性程度極高的消化系統腫瘤,5年生存率僅為9%[1]。近年來,胰腺癌發病率呈逐年上升趨勢,且發病趨向于年輕化,預計2030年全球范圍內胰腺癌病死率將上升至第2位[2]。我國胰腺癌的發病率在過去20年內增加了4倍,每年新發確診病例和死亡病例分別占全球胰腺癌總例數的19.45%和19.27%[3-4]。胰腺癌起病隱匿,早期癥狀不典型,且進展迅速,患者常在出現明顯臨床表現后就診,確診時病變已處于晚期,積極治療對患者預后的改善較為有限[5]。此外,胰腺癌手術的低切除率和放、化療的低敏感率均導致治療效果難以實現較大突破。胰腺癌已成為嚴重危害人類健康和生命的重大公共衛生問題。

低氧是實體腫瘤的典型特征之一[6],低氧微環境可使腫瘤細胞基因發生異常從而改變腫瘤細胞的生物學行為[7]。低氧環境下,多種長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)表達異常。lncRNA是一類定位于細胞核或細胞質,轉錄本長度大于200 nt,但缺乏編碼蛋白能力的非編碼RNA分子,在基因轉錄、翻譯和翻譯后修飾水平均發揮重要作用?，F已證實,lncRNA可以調控包括細胞增殖、侵襲遷移、凋亡和自噬等在內的腫瘤生物學行為,繼而在腫瘤惡性進展過程中扮演著重要角色[8]。本文結合相關文獻就低氧誘導的lncRNA在胰腺癌發生、發展中的研究進展作一綜述。

1 低氧微環境與lncRNA

低氧是大多數實體腫瘤中普遍存在的現象[9]。由于瘤體不斷增長,血供和營養相對不足,瘤體中心的腫瘤細胞常處于低氧微環境中。腫瘤的乏氧特性往往導致局部異質環境的發展,其特征是氧濃度變化、pH值相對較低、活性氧(reactive oxygen species, ROS)水平升高。這種乏氧異質性也會促進腫瘤的侵襲轉移、血管生成、糖轉運能力和耐藥性的增加[10]。低氧誘導因子(hypoxia inducible factor, HIF)是在低氧條件下細胞感受和應對低氧微環境的重要轉錄因子。HIF是由α和β兩個堿性螺旋-環-螺旋(basic helix-loop-helix, bHLH)結構蛋白亞基組成的異源二聚體[11],其中α亞基蛋白水平與活性受氧濃度調節,β亞基作為結構蛋白則穩定表達。哺乳動物中的HIF-α存在三種亞型,即HIF-1α、HIF-2α和HIF-3α。HIF-1α和HIF-2α在結構和功能上均有較大的相似性;而有關HIF-3α的相關研究較少,有文獻報道[12]HIF-3α可能作為抑制元件對HIF-1α和HIF-2α進行負性調控。

HIF-α受氧濃度的嚴格調控,常氧狀態下Fe2+和O2等輔助因子存在時,脯氨酸羥化酶(proline hydroxylase, PHD)將HIF-α蛋白兩個關鍵位置的脯氨酸羥脯化。羥脯化的HIF-α與腫瘤抑制因子VHL結合,導致HIF-α通過泛素化-蛋白酶體途徑降解。低氧條件下由于O2濃度降低,PHD酶活力下降,HIF-α泛素化降解途徑受到抑制,胞質內累積的HIF-α轉移到細胞核與穩定表達的HIF-β結合,通過低氧反應元件(hypoxic response element, HRE)調控下游靶基因的轉錄表達以適應惡劣的低氧環境。

現已證實,低氧微環境可以調控腫瘤細胞內多種lncRNA的表達。lncRNA的表達改變可以調節多個關鍵基因和信號通路,進而影響腫瘤細胞的生物學行為,最終改變腫瘤發生、發展的進程。Chen等[13]發現在低氧條件下肝癌細胞中lncRNA KDM4A-AS1的表達上調,進一步研究發現KDM4A-AS1受HIF-1α轉錄調控。Li等[14]發現低氧誘導的RUNX2可轉錄活化lncRNA RBM5-AS1,上調的RBM5-AS1通過活化Wnt/β-catenin信號通路調控乳腺癌的進展。

在低氧條件下,參與HIF轉錄過程的多種lncRNA及其相互關系構成了復雜的HIF-lncRNA轉錄網絡。有研究表明HIF可直接調控轉錄lncRNA表達。Huan等[15]通過ChIP和雙熒光素酶報告實驗證實結腸癌細胞中HIF-1α可轉錄調控lncRNA-LUCAT1的表達。另外,Chen等[16]研究發現FAM83A-AS1通過調控HIF-1α蛋白降解影響肺癌細胞的糖酵解,表明lncRNA亦可介導HIF的轉錄激活及穩定。

在部分腫瘤中,HIF與lncRNA之間的調控并非呈單向的關系,而是形成復雜的調節反饋環路。Wang等[17]報道HIF-1α和lncRNA HITT的正反饋調控環路:首先,HITT作為HIF抑制因子,通過干擾HIF-1α翻譯來抑制HIF-1α的表達;其次,HIF-1α可誘導miR-205表達的破壞HITT的穩定性,進而形成HITT/HIF-1α反饋環路來調控腫瘤血管形成和腫瘤進展,從而更精準且高效地調控腫瘤細胞的生物學行為。

2 低氧誘導的lncRNA在胰腺癌發生、發展中的作用

胰腺癌是一種典型的乏氧性腫瘤[18]。在胰腺癌組織中,胰腺癌細胞被高度增生的間質細胞及其分泌的胞間間質所包裹,這些間質形成的“保護屏障”,不僅能保護腫瘤細胞免受化療藥物的攻擊,而且使胰腺癌內部持續處于乏血、乏氧狀態。此外,胰腺癌組織血管生成能力不足和異常血管增生導致的局部血流低灌注,以及多種血管生長因子如內皮素、血管內皮生長因子的分泌致使微血管重構與腫瘤基質的包繞,在低氧的維持和加劇中起重要作用。低氧微環境下,胰腺癌細胞內lncRNA表達譜發生改變。近期的一項研究表明lncRNA PVT1被認為是胰腺癌中受到低氧誘導的重要分子。PVT1可充當miR-519d-3p的ceRNA來調節HIF-1α表達,進而激活血管生成、葡萄糖代謝重建、細胞增殖和侵襲轉移[19]。此外,PVT1還與HIF-1α之間存在正反饋調節環,HIF-1α在低氧環境下促進PVT1表達,而PVT1在常氧環境下維持HIF-1α穩定、促進HIF-1α蛋白在常氧環境下累積[20]。因此,低氧相關的lncRNA在胰腺癌惡性進展中通過多種方式發揮其生物學功能。

2.1 低氧誘導的lncRNA對胰腺癌增殖、侵襲和轉移的影響胰腺癌早期發生遠處轉移和易復發是患者病死率高、預后差的重要原因。腫瘤細胞不受調控的生長并從原發部位沿組織間隙向周圍組織侵犯,而后通過血管淋巴管、其他體腔轉移至靶器官或靶組織繼續生長,并導致其尚未被確診便已擴散至全身。80%以上的胰腺癌患者在確診時腫瘤已發生局部進展或遠處轉移。有研究發現早期癌灶的增殖、侵襲、轉移與HIF相關調控因子密切相關。目前越來越多的研究發現,含有反義RNA1(AS1)的lncRNA在胰腺癌低氧調控惡性行為中具有重要意義。文獻[21-22]證實lncRNA FEZF1-AS1、PCED1B-AS1在低氧狀態下分別通過miR-142/HIF-1α軸和miR-4113 p/HIF-1α軸調節參與癌細胞的增殖、侵襲和轉移。

大多數胰腺癌主要由胰腺上皮內瘤變經基因突變演變而來。常見的基因突變有KRAS、TP53、p16/CDKN2A和SMAD4突變等[23]。KRAS基因突變最為常見,突變率可達90%以上。低氧廣泛參與突變基因的表達調控。Li等[24]發現HIF-1α誘導的lncRNA NUTF2P3-001表達下調后,胰腺癌細胞的增殖和侵襲在體內和體外均被顯著抑制,同時伴隨著KRAS表達降低。因此,判定NUTF2P3-001和KRAS表達呈正相關。另有研究[25]表明低氧反應性lncRNA CF129可由HIF-1α誘導表達下調,并通過MKRN1介導的泛素依賴性p53降解來抑制FOXC2的表達,進而抑制胰腺細胞的增殖和侵襲。

上皮-間質轉化通過降低細胞間的黏附力和破壞細胞極性來介導細胞突破基膜,其中包括轉錄因子的激活、細胞表面蛋白表達的改變、ECM降解酶的產生等過程,在驅動胰腺癌侵襲轉移中占據重要地位[26]。Li等[27]的研究發現胰腺癌組織中lncRNA NORAD高表達,并證實胰腺癌細胞株中NORAD在低氧條件下表達上調。進一步研究發現NORAD可作為ceRNA競爭miR-125a-3p來調節小GTP結合蛋白RhoA的表達,從而調控上皮-間質轉化。Sun等[28]探究胰腺癌來源的外泌體在腫瘤微環境發展中的潛在分子機制以及與脂肪細胞的相互作用時發現,由外泌體轉運的lncRNA ROR可通過激活HIF-1α/ZEB1信號通路和白細胞介素1b(interleukin 1b, IL-1b)誘導脂肪細胞去分化并促進胰腺癌的上皮-間質轉化。因此,上皮-間質轉化的發生涉及多種轉錄因子和信號通路,并在極大程度上促進胰腺癌的發生、發展。

2.2 低氧誘導的lncRNA與胰腺癌代謝重建的關系低氧可使腫瘤細胞正常代謝途徑受阻。為了抵抗惡劣的低氧環境并適配其惡性生長發育,腫瘤細胞會重建一套有別于正常細胞的異常代謝模式,此過程即腫瘤代謝重建。Warburg效應被認為是典型的腫瘤代謝重建[29]。HIF-1α在缺氧情況下可調節細胞ATP的水平和ROS的產生。HIF-1α相關的lncRNA被認為是腫瘤代謝重建重要的調控因子。

糖代謝重建是導致胰腺癌吉西他濱耐藥的關鍵步驟。Xu等[30]研究發現lncRNA HIF-1α-AS1作為HIF-1α的反義RNA,首先在低氧條件下受到HIF-1α調控并誘導糖酵解關鍵蛋白GLUT1、HK2的表達;其次HIF-1α-AS1可以調控AKT/YB1通路進而在翻譯水平促進HIF-1α蛋白表達。lncRNA HIF-1α-AS1和HIF-1α形成的正反饋環路通過增強糖酵解導致胰腺癌吉西他濱耐藥。

2.3 低氧誘導的lncRNA對胰腺癌異常血管增生的影響腫瘤內部異常血管增生是導致胰腺癌高轉移潛能的重要原因之一[31]?，F已證實,異常血管增生與低氧微環境在胰腺癌發生、發展過程中相輔相成:局部異常血管增生可促進低氧微環境的形成,而低氧誘導的HIF等調控因子又可作為異常血管增生的必要啟動和加速條件。低氧誘導的lncRNA在其中扮演重要角色。Li等[32]在低氧胰腺癌細胞內發現lncRNA ZNFTR表達下調。研究證明,ZNFTR通過與ATF3相互作用,并使ATF3遠離鄰近基因的鋅指蛋白ZNF24啟動子,從而增加ZNF24的表達。此外,ZNFTR通過ATF3/ZNF24/VEGFA來抑制ZNF24表達從而抑制VEGFA的轉錄來遏制胰腺癌的促血管生成能力。ZNFTR會被HIF-1α/HDAC1復合物介導的脫乙?；种?因此認為其低表達與患者總生存期較短相關。Guo等[33]發現lncRNA UCA1在低氧胰腺癌細胞來源的外泌體中高表達,并通過轉移到人臍靜脈內皮細胞促進人臍靜脈內皮細胞的遷移和成管能力。

2.4 低氧誘導的lncRNA與胰腺癌吉西他濱耐藥吉西他濱是治療中晚期胰腺癌的一線化療藥物,其主要成分為雙氟脫氧胞苷,通過抑制腫瘤細胞DNA的合成來發揮作用。然而吉西他濱對于晚期胰腺癌患者預后的改善作用有限,主要原因是胰腺癌患者對吉西他濱存在高度耐藥。胰腺癌吉西他濱耐藥性的產生過程錯綜復雜[34]。低氧誘導的lncRNA可調節靶基因及相關信號通路的表達、胰腺癌細胞對藥物的攝取、代謝、凋亡和上皮-間質轉化等。Chi等[35]發現在低氧條件下,胰腺星狀細胞分泌的外泌體將lncRNA UCA1遞送到胰腺癌細胞中,主要通過募集EZH2并調節SOCS3基因區域的組蛋白甲基化水平來增強胰腺癌對吉西他濱的耐藥性。Xu等[36]報道HIF-1α-AS1與HIF-1α的反饋調控關系:HIF-1α-AS1作為HIF-1α的AS1可上調HIF-1α的表達來促進糖酵解,增強胰腺癌細胞吉西他濱耐藥。既往研究表明,lncRNA PVT1與胰腺癌患者的化療耐藥性密切相關。PVT1可以直接靶向miR-409,促進SHH/Gli/MGMT信號通路活化,進而增強對吉西他濱的耐藥性[37]。Zhou等[38]研究發現PVT1通過miR-619-5p/Pygo2軸激活Wnt/β-catenin信號通路,影響吉西他濱的化療耐藥。此外,高表達PVT1還可與HIF-1α形成正反饋環路,通過miR-143/HIF-1α/VMP1軸抑制細胞自噬并提高吉西他濱的敏感性[39]。

3 結語

低氧微環境的形成對胰腺癌的發生、發展具有重要影響,本文主要闡述低氧調控的多種lncRNA經HIF-1α誘導表達、并與之構成復雜轉錄網絡、反饋環路等參與胰腺癌的惡性生物學行為。大量研究證實,低氧誘導的lncRNA與胰腺癌患者早期轉移、不良預后和治療效果欠佳密切相關,然而其發揮功能的具體機制及相關分子途徑尚未完全清楚。在未來的研究中仍存在相關問題有待解決:(1)目前研究主要集中在低氧誘導的lncRNA對于胰腺癌腫瘤惡性進展的促進作用,而有關在腫瘤抑制方面的研究甚少。(2)外泌體作為局部和遠處微環境中的受體細胞和腫瘤細胞間的生物活性分子,是目前腫瘤領域研究的熱點。臨床研究發現,胰腺癌患者血漿中低氧來源的外泌體可將低氧誘導的lncRNA轉運至腫瘤細胞特定部位并發揮其靶向作用,提示低氧誘導的lncRNA并非只局限于腫瘤細胞內。如何高效分析外泌體內低氧相關lncRNA,并建立胰腺癌診斷、療效和預后特異性指標顯得尤為重要[40-41]。(3)雖然免疫逃逸與低氧誘導的lncRNA相關研究甚少,但大量研究強調miRNA可能是胰腺癌中lncRNA的下游靶向因子?？煞裢ㄟ^探究低氧誘導非編碼RNA在免疫逃逸中的功能來推測并驗證低氧誘導的lncRNA在胰腺癌免疫逃逸中所發揮的作用?基于以上研究和討論,新的診斷及治療方案如多樣化生物標志物診斷、抗VEGF、靶向治療等正成為目前研究的熱點,進一步探究低氧誘導的lncRNA生物學特性及相關分子機制對提升胰腺癌療效和改善患者預后具有深遠意義。