长链非编码RNA在胃癌微环境作用研究进展

长链非编码RNA在胃癌微环境作用研究进展

周小表张志伟（通讯作者）

南华大学医学院肿瘤研究所/肿瘤细胞与分子病理学湖南省重点实验室湖南衡阳421001

摘要：肿瘤细胞所处的微环境对于肿瘤的生长、侵袭等行为具有重要的决定性作用，其有别于正常组织细胞所处的微环境。而目前关于胃癌的微环境研究较为清楚的有：缺氧、酸中毒、间质高压以及一些蛋白酶的表达，这些微环境都对胃癌的发生、发展、侵袭、转移起着重要的作用。长链非编码RNA是一类长度大于200nt，缺少开放读码框（OpenReadingFrame，ORF）非编码的RNA分子。目前已有相关研究表明，长链非编码RNA对于胃癌的生长、发展、侵袭、转移起着重要的作用。而长链非编码RNA与胃癌微环境之间也具有千丝万缕的联系，因此本文即对长链非编码RNA对胃癌微环境的作用作一综述。

关键词：胃癌；微环境；长链非编码RNA

ResearchprogressoflongnoncodingRNAingastriccancermicroenvironment

Zhouxiao-biao，Zhang，Zhi-wei.

CancerResearchInstituteofMedicalCollege，UniversityofSouthernChina；KeyLaboratoryofCancerCellularandMolecularPathologyinHunanProvince，HunanHengyang421001，China

Abstract：Themicroenvironmentoftumorcellsplaysanimportantroleinthegrowth，invasionandotherbehaviorsoftumorcells，whichisdifferentfromthemicroenvironmentofnormaltissuecells.Atpresent，theresearchaboutgastriccancermicroenvironmentmoreclearly：hypoxia，acidosis，interstitialpressureandproteaseexpressionofthesemicroenvironmentontheoccurrenceanddevelopmentofgastriccarcinoma，invasionandmetastasisplaysanimportantrole.LongnoncodingRNAisanoncodingRNAmoleculewithlengthlargerthan200ntandlacksOpenReadingFrame（ORF）.Atpresent，manystudieshaveshownthatlongnoncodingRNAplaysanimportantroleinthegrowth，development，invasionandmetastasisofgastriccancer.ThelongnoncodingRNAisalsocloselyrelatedtothemicroenvironmentofgastriccancer，sothispaperreviewstheroleoflongnoncodingRNAingastriccancermicroenvironment.

Keywords：Gastriccancer；Microenvironment；Longnon-codingRNA

胃癌是我国城乡居民尤其是农村居民消化系统最好发的肿瘤，相关数据表明。在我国胃癌的发病率居所有恶性肿瘤的首位[1]。肿瘤微环境是肿瘤的生长所处的直接环境，其不仅为肿瘤生长提供各种营养成分，而且其环境中所具有的各类生长因子、蛋白对于肿瘤的侵袭、转移都起着重要的作用[2]。肿瘤的侵袭、转移是一个非常复杂的过程，涉及到多种基因、蛋白的改变。近年来有学者研究发现长链非编码RNA（（longnon-codingRNA，lncRNA）对胃癌的微环境中的基质金属蛋白酶、血管内皮生长因子、细胞黏附分子的表达均具有重要的调节调控作用[3]。现将lncRNA对胃癌微环境的影响作用综述如下：

1、胃癌微环境的概念

肿瘤微环境的概念最早于上个世纪七十年代末期由Lord[4]等人提出，其演化至目前的概念经过许多学者与科研工作者的修改。肿瘤微环境是指：肿瘤细胞、组织所处的复杂综合环境，该环境具有缺氧、酸中毒、间质高压、细胞因子和特殊蛋白酶高水平表达等特点[5]。研究表明肿瘤微环境中的大量蛋白水解酶、血管内皮生长因子（vascularendothelialgrowthfactor，VEGF）及免疫炎症反应共同作用于肿瘤细胞，引起细胞生物学行为的改变，藉此来影响肿瘤细胞的生长、侵袭、转移等。胃癌细胞可以通过向微环境中分泌VEGF、某些特殊蛋白酶（如金属蛋白酶）、黏附分子来促进血管的生长、破坏细胞外基质和基底膜、影响肿瘤细胞的黏附能力等来改变上述胃癌生物学行为的改变[6]。

2、胃癌微环境的特征

肿瘤的发生发展涉及到多个基因、蛋白以及局部微环境的改变，而在胃癌的进展过程中，其所处的微环境十分有利于胃癌的各种生物学行为的进行，有利于胃癌的生长、侵袭、转移，其所处微环境的特征如下：

2.1酸性微环境

前已述，酸中毒微环境是肿瘤细胞微环境的一大特征。肿瘤的一大特点是其代谢速度快、生长快，因此肿瘤细胞内的耗氧速度比正常组织更快，而导致其组织内二氧化碳的产生量大大增加，由于二氧化碳呈脂溶性，故二氧化碳蓄积后游离到细胞外与水结合生成碳酸，由此形成了胃癌组织细胞内相对碱性而细胞外液相对酸性的微环境。Schlappack等[7]在1991年的关于肿瘤转移的相关研究中发现：将处于弱酸性环境（PH<7.35）肿瘤细胞注射到动物体内，其肺部转移结节数量与生长速度要明显快于处于正常微环境中的肿瘤细胞。有学者提出肿瘤细胞的生长和转移能力在酸性的环境明显要高于处于正常环境中的肿瘤细胞，其可能原因为：缺氧的肿瘤细胞酸化后导致细胞外基质降解且引起局部正常细胞不能耐受这种环境而死亡，对肿瘤细胞的限制减弱，且为肿瘤生长腾出了空间。我国高燕[8]等人通过实验发现，在一定的酸性培养环境下的肿瘤细胞出现增殖抑制，但凋亡不明显。但目前对于局部微环境PH对肿瘤细胞生物学行为的影响的具体作用尚不十分清楚，但多数学者都认为肿瘤酸性微环境的形成是肿瘤细胞为侵袭且为了与正常细胞争夺生存空间而形成的。

2.2低氧微环境

前已述，胃癌的高代谢状态导致了其局部组织处于相对缺氧的状态，而胃癌组织能够通过在微环境中调节某些转录因子来使其自身适应这种低氧环境。Thomlinson等[9]人在1955年即已发现低氧微环境是肿瘤细胞的一种普遍性特点，而随着科学技术的进步，对于局部低氧微环境的监测技术的提高，关于低氧微环境与肿瘤的关系的相关研究亦越来越多。目前的观点认为：低氧环境的形成以及对血管生长的调控是引起肿瘤转移的两个始动因素。目前发现，HIF-1是肿瘤低氧微环境中最重要的转录因子，而在相关研究中亦发现：局部缺氧的胃组织中的HIF-1a存在过表达的现象，且对肿瘤的生长以及VEGF的表达均起着重要的作用。

2.3免疫炎性反应

肿瘤虽为自身正常组织所分化而成，但毕竟属“病态性”组织，因此一旦肿瘤形成，则一直处于局部免疫反应的微环境中，而肿瘤组织间可聚集大量的免疫抑制细胞，如MDSC、调节性T细胞等，其可以协助肿瘤细胞逃过免疫系统的监视及杀灭作用。目前的观点认为：肿瘤通过清除、平衡、逃逸等三个过程来逃过免疫系统的作用。而胃癌的免疫逃逸机制对于胃癌的局部侵袭及淋巴道、血液转移起着重要的作用，并且对胃癌的治疗过程和复发过程均具有重要的影响作用[10]。PeinadoH、LavotshkinS等人[11]研究发现，当机体免疫功能出现缺陷时能加速胃癌的恶变与转移过程。

2.4胃癌微环境中的主要生长因子和水解酶

除了酸中毒、低氧以及局部免疫异常的微环境对肿瘤具有影响作用以外，部分生长因子及一些特殊的蛋白酶也是胃癌微环境中的特征性表现。目前研究的与肿瘤生长、侵袭、转移有关的生长有关的最为清楚的生长因子是VEGF，其为一种具有高度特异性并且能够有效促血管内皮细胞发生生长的因子。VEGF因子的基因位于6号染色体（6p21.3），VEGF基因经过转录以后会被剪切成4个不同长度的mRNA片段，然后经过翻译、编码形成相应长度的氨基酸链，经过一系列的生物过程形VEGF单体。VEGF在体内并无生物学活性，但其与VEGF受体结合后能够使血管内皮细胞内的Ca2+浓度迅速增加，从而引起磷酸肌醇特异性的磷酸酯酶途径，产生生物学效应。VEGF在人体中主要的生物学效应是促进细胞的有丝分裂，并可以提高微小血管的通透性，从而促进血管内皮细胞的的分化与增生，使血管向周围生长，从而起到调控血管的生成以及维持血管内皮功能[9]。目前研究认为，肿瘤的生长、转移必然伴随着新生血管的形成，因此恶性肿瘤组织中VEGF必然处于高水平。蛋白水解酶中的基质金属蛋白酶（matrixmetalloproteinases，MMPs）是胃癌肿瘤中较为特殊的一种蛋白，其能降解细胞外基质，Deryugina等人[12]研究发现MMPs不仅降解细胞外基质，并且对于VEGF的表达也具有上调作用。

3、lncRNA概述

3.1lncRNA的分类与特点

根据基因簇谱分析结果，真核生物的所有基因中仅有1.5%左右的基因具有编码蛋白质的作用，而剩下的基因均不具有编码能力。这些不具有编码能力的基因可转录成RNA，称为非编码RNA（non-codingRNA，ncRNA），ncRNA对于生物的主要在于调节各种生理生化过程，已经有研究证实其在疾病的发生发展过程中也具有重要的作用。ncRNA中有一种RNA长度大于200nt且不具备开放读码框，这类RNA对于人体的各项生理过程具有重要作用，因此称为长链非编码RNA。根据IncRNA与其邻近的编码基因所处位置关系，可以分为七个类型[13-14]：①反向IncRNA：即IncRNA与编码基因具有相同的启动子，但是两者的转录方向相反；②正向IncRNA：其与反向IncRNA相反，其转录方向与编码基因相同；③基因间IncRNA：顾名思义其位于两个编码基因之间；④内含子IncRNA：即其由某一编码基因的内含子序列编码形成；⑤重叠IncRNA：即与编码基因重叠，可在同一条链上，也可以位于编码基因的互补链上；⑥单向-双向增强IncRNA：可以表现为单向或者双向增强子的lncRNA；⑦微IncRNA（miRNA）宿主基因：这类IncRNA是miRNA的前体，经过基因工具的一系列剪切编辑后可转录成为miRNA。

3.2IncRNA的可能作用机制

随着基因研究的不断深入，目前对于IncRNA对细胞的作用机制也有一定的研究，其可能机制主要有三种[15-16]：①IncRNA与DNA相互作用：IncRNA与DNA作用主要有两种方法，一是调节基因转录的组蛋白相结合，影响基因的转录过程，另外一种方式是直接结合到宿主基因的目标区域上影响基因的复制、转录等过程；②IncRNA与RNA相互作用：根据前面所提的分类可以发现，IncRNA本身就与编码基因之间存在着千丝万缕的关系，因此某些IncRNA与编码基因之间的互补关系则成为IncRNA成为mRNA的天然反义转录物，另外由于IncRNA是miRNA的前体物，因此IncRNA也可通过影响miRNA的生成来对细胞起到调节的作用；③IncRNA与蛋白质的相互作用：关于IncRNA与蛋白质的相互作用机制较为复杂，主要有如下几种：I.IncRNA通过与组蛋白修饰复合物作用，研究资料表明基因间IncRNA是与组蛋白修饰复合物发生作用最多的一种IncRNA；II.IncRNA可与P53蛋白和c-myc作用，P53和c-myc是人体内的较为重要调控细胞周期的蛋白，IncRNA可与这两种蛋白结合来达到影响细胞周期调控的作用；III.IncRNA转录成微肽：IncRNA可通过转录成微肽来调节细胞的生理活动，其中研究的较为透彻的是IncRNA转录成MLN可以提高心肌肌浆网Ca2+-ATP酶从而影响心肌肌浆网对Ca2+的释放和回收来达到影响心肌收缩活动的作用；IV.其他：IncRNA还可以其他一些蛋白质结合，如YBX1蛋白、ISM1蛋白，等等，这些蛋白质与IncRNA结合后都或多或少在胃癌的进展过程中起到一定的作用，在此处不再赘述。

4、IncRNA对胃癌微环境的调节作用

据前所述，IncRNA不仅仅在胃癌的进展过程中起作用，且在其他肿瘤亦起着重要作用，因此笔者在这里将IncRNA在其他肿瘤以及胃癌的微环境的影响过程中均作一定叙述。

4.1IncRNA调节肿瘤微环境中的MMPs

蛋白水解酶中的基质金属蛋白酶（matrixmetalloproteinases，MMPs）是肿瘤中较为特殊的一种蛋白，其能降解细胞外基质，使细胞外基质和基底膜的结构被破坏，从而引起肿瘤微环境发生改变。我国有学者[17]研究发现IncRNA在子宫颈癌中高度表达，其表达后引起MMP-9蛋白的表达，该蛋白通过破坏细胞外基质来达到影响宫颈癌的转移和浸润。

4.2IncRNA调节微环境中的VEGF

VEGF因子的基因位于6号染色体（6p21.3），VEGF基因经过转录以后会被剪切成4个不同长度的mRNA片段，然后经过翻译、编码形成相应长度的氨基酸链，经过一系列的生物过程形VEGF单体。VEGF在体内并无生物学活性，但其与VEGF受体结合后能够使血管内皮细胞内的Ca2+浓度迅速增加，从而引起磷酸肌醇特异性的磷酸酯酶途径，产生生物学效应。VEGF在人体中主要的生物学效应是促进细胞的有丝分裂，并可以提高微小血管的通透性，从而促进血管内皮细胞的的分化与增生，使血管向周围生长，从而起到调控血管的生成以及维持血管内皮功能[9]。目前研究认为，肿瘤的生长、转移必然伴随着新生血管的形成，因此恶性肿瘤组织中VEGF必然处于高水平。在Kim[18]等人的研究中，高表达IncRNA的宫颈癌细胞，其VEGF也相应的高表达，而Kong[19]等人对lncRNA基因的分析发现，在FOXC1基因启动子上游有有一个lncRNA转录体，将其简称为FOXCUT，而在口腔鳞癌组织中发现了FOXC1的表达，并且与FOXCUT的表达水平明显相关，而在降低FOXCUT的表达后FOXC1的表达也相应的降低了，且口腔鳞癌中的VEGF-A、MMP2、MMP9和MMP7也降低了，这无疑于说明了lncRNA对VEGF的调节作用。

4.3lncRNA对胃癌微环境中的细胞黏附分子的调节作用

细胞黏附分子（celladhesionmolecule，CAM）一般表达与肿瘤细胞表明，使肿瘤细胞的黏附能力较正常细胞更高，这也是区分正常细胞和肿瘤细胞的一个特征。黏附分子中较为重要的一员是黏附蛋白E（E-cadherin），而目前的研究结果均显示E-cadherin在胃癌中呈低表达，且表达水平越低则胃癌转移能力越强，目前认为EZH2可以使E-cadherin的启动子部分甲基化而引起E-cadherin表达降低，而lncRNA对于该过程具有重要作用[20]。由此可见lncRNA对胃癌微环境中的细胞黏附分子也具有重要的调节作用。

4.4其他

胃癌组织中的lncRNA以HOTAIR、H19、GPLINC、HULC、FENDRR、MEG3形式对胃癌微环境不一而足的起到各种各样的作用，导致其侵袭性和转移能力的改变。

5、展望

综上所述，胃癌微环境是一个极其复杂的环境，受到多种因素的影响，以低氧、酸中毒、间质高压、免疫炎性反应等为特征。微环境对胃癌的生长、侵袭、转移起着重要的作用。lncRNA可通过影响胃癌微环境中的金属水解蛋白酶、血管内皮生长因子、黏附蛋白以及其他一些作用因子来影响胃癌微环境。但是目前人们对微环境的认识仍然不足，并且缺乏lncRNA对于微环境的影响的具体的认识。因此综上所述，lncRNA对于胃癌微环境具有重要的调节作用，但进一步的机制仍待人们发现和挖掘。

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作者简介：周小表，硕士研究生在读，研究方向：恶性肿瘤发病机制及防治。

通讯作者：张志伟，医学博士，副教授，研究方向：恶性肿瘤发病机制及防治。

基金项目：湖南省高校创新平台基金（编号12K094、13K083）；湖南省科技厅项目（编号2015SK20203）；湖南省研究生科研创新项目（编号.CX2016B478）；南华大学博士科研启动基金（2016XQD21）