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长链非编码RNA在胶质瘤替莫唑胺耐药中的研究进展

作者:脑胶质瘤 来源:www.naojiaozhiliu.com发布时间:2021-01-25 21:34

胶质瘤是成人最常见的原发性脑肿瘤,约占脑肿瘤患者的80%,随着医疗水平和医疗技术的不断发展与进步,虽然人们对脑胶质瘤的诊断和治疗方面都有着极大的进展,但其仍然是目前医学界存在的主要挑战之一。而其中的化疗药物耐药,是当今阻碍胶质瘤治疗的一大绊脚石,因此了解胶质瘤产生耐药性的分子机制及其调控过程也是一大研究热点。

 

替莫唑胺(temozolomide,TMZ)是一种口服烷化剂,是具有良好的抗肿瘤活性的DNA甲基化试剂,其不但能穿过血脑屏障,且在胃酸pH下稳定,有利于口服后有效吸收,目前为治疗脑胶质瘤的一线化疗药物。该药的作用机制为鸟嘌呤的N7和O6位的甲基化,从而诱导胶质瘤细胞中DNA的断裂,触发胶质瘤细胞凋亡。

 

早在十年前就有人发现TMZ配合放射性治疗能够有效的延长胶质瘤患者的总生存期,这证明了TMZ对胶质瘤患者有着重要的治疗作用。长链非编码RNA(LncRNA)是长度大于200nt的一种非编码RNA(NcRNA),且很多研究表明,LncRNA具有表观遗传、mRNA加工和转录后基因表达调控等功能,也可调节相关的肿瘤信号通路发挥各种作用。

 

对周围健康或正常的组织而言,LncRNA的异常表达与癌症发生发展有一定关联,最近,大量的文献证据表明LncRNA在脑胶质瘤对TMZ的耐药中起着正向或负向的调控作用。随着不断地深入研究,由LncRNA作为热点的研究对TMZ耐药的发生有了新的解释,因此,研究TMZ发生耐药的机制及其发生耐药的调控因素,并找到是解决胶质瘤细胞发生TMZ耐药的方法,是提高患者生活质量的一条有效道路。

 

本文主要总结了目前已研究的LncRNAs在胶质瘤中的作用及其可能的作用机制,列举与TMZ耐药性相关的多条细胞信号通路,这些发现可能为我们在胶质瘤化疗中解决获得性TMZ耐药提供新的可能。

 

1.LncRNA与脑胶质瘤

 

LncRNA的研究在近几年开始成为了当代医学界的热点研究内容之一。多项研究数据表明,LncRNA在多种人类肿瘤中均发生差异性表达,且表达的LncRNA与肿瘤的转移和预后有关,如lncRNAFOXD2-AS1。故LncRNA存在作为预测肿瘤发生发展的生物标记物,并且有成为治疗靶点的可能性。如今LncRNA已被认为是癌症基因表达的重要调节因子。有研究表明,LncRNA的表达失调与胶质瘤有着密切关联,如Fei等发现LncRNASNHG3表达与胶质瘤患着的预后有着密不可分的联系。

 

2.LncRNA与TMZ化疗耐药性

 

TMZ耐药仍然是当前胶质瘤治疗失败的主要原因,这严重影响了患者的生活水平和质量。目前其被广泛认知的耐药机制主要和O6-甲基鸟嘌呤DNA甲基转移酶(O6-methylguanine-DNA methyl transferase,MGMT)有关,同时也与调控细胞调亡的相关蛋白有关。LncRNA被认为可通过多种分子机制来影响胶质瘤细胞的耐药,为攻克这些障碍,并能够在治疗胶质瘤方面取得进一步发展,必须更加深刻的了解其耐药机制。

 

3.LncRNA与胶质瘤TMZ耐药的作用途径

 

3.1作为miRNA的内源竞争性RNA影响TMZ耐药性

 

内源竞争性RNA(ceRNA),包括了许多种类的RNA,其中NcRNA是重要的一员,包括LncRNA,circRNA和miRNA。LncRNA做为ceRNA中的一员,可与miRNA发生结合,并通过一系列复杂的通讯网络,最终干扰相关mRNA来进行基因表达的调控。大量文献表明,LncRNA可与其特定的miRNA在某个区域有互补的碱基序列段,为两者发生结合提供了可能性,而两者相互结合可能是导致TMZ耐药性增加或减少的原因。

 

Liu等通过研究发现,miR-10a中有个名为“seed”的序列,而其研究的LncRNARP11-838N2.4中,存在一段碱基序列,可与“seed”序列进行互补,为两者发生配对结合提供了可能;Wu等发现,LncRNA-TALC可通过竞争性结合miR-20b-3p尾端的MET基因,以调节c-Met途径影响相关蛋白酶的表达以达到影响TMZ耐药性的目的。

 

Du等发现,LncRNA-XIST也被证实可与miR-29c中的某一序列区域存在互补区域,并抑制了miR-29c在肿瘤细胞中的表达,从而影响了胶质瘤细胞的TMZ耐药。因此认为LncRNA可作为ceRNA与miRNA进行竞争性抑制,进一步调控相关蛋白活性、调节相关信号通路等来调节TMZ的化学敏感性。在近五年的相关研究中,LncRNA均能发现其对应的miRNA,这进一步证实了ceRNA理论的可能性。

 

3.2通过调控代谢关键酶活性影响TMZ耐药性

 

TMZ反应应答的主要预测因子被认为和MGMT活性、表达量有着密切的联系。MGMT可调节O6-甲基鸟嘌呤DNA残基,纠正DNA复制过程中O6-甲基鸟嘌呤与胸腺嘧啶的错配情况,而TMZ可与O6-甲基鸟嘌呤形成加合物,以诱导错配发生,激活DNA错配修复途径(mismatch repair,MMR),从而诱导胶质瘤细胞中DNA的断裂,触发细胞凋亡。这表明由TMZ引起的启动子甲基化损伤可被MGMT修复,以此起到影响TMZ耐药的作用,即下调MGMT活性在抑制TMZ耐药性中起到了关键的作用。

 

通过总结得出,LncRNA可通过各种相关作用途径来改变胶质瘤细胞中的MGMT活性,从而起到影响胶质瘤对TMZ的敏感性。如转移相关肺腺癌转录本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1,MALAT1),Gutschner等发现其与肿瘤息息相关,包括与肿瘤细胞的侵袭和转移,手术后肿瘤的复发情况,肿瘤发生药物耐药及患者临床预后评估等方面有着密切的关系。其后的研究发现MALAT1也与胶质瘤有关。

 

在最近的研究报告中,实验人员发现高表达的MALAT1与胶质瘤的TMZ耐药有一定联系。有研究指出MALAT1作为miRNA-101的ceRNA,直接调控多功能蛋白酶GSK3β和MGMT的表达以达到调控胶质瘤对TMZ的耐药性。因此,认为LncRNAMALAT1存在通过调控代谢关键酶活性的方式来影响TMZ耐药性的具有潜在的可能性。也有研究发现,LncRNAFoxD2-AS1也可导致的胶质瘤TMZ耐药,通过实验证明,FoxD2-AS1的表达上升,则MGMT启动子区域的甲基化程度也加深,最终使胶质瘤细胞对TMZ的耐药性增加。

 

除MGMT之外,还有某些蛋白酶如核酸错配修复蛋白酶等对TMZ的抗药性起到关键性作用。通过上述研究成果,初步得出LncRNA可通过改变相关关键蛋白的转录序列的表观遗传学等方式调控这些蛋白的表达,从而对胶质瘤细胞对TMZ的化学敏感性进行调节。

 

3.3通过调控DNA损伤修复途径影响TMZ耐药

 

DNA损伤修复有几种形式,如重组、错配、切除和直接修复等,而TMZ的治疗作用主要为此途径中的错配修复发挥效果:TMZ造成胶质瘤细胞DNA烷基化,在复制过程中O6-甲基鸟嘌呤不与正常时的胞嘧啶发生碱基配对,而是与胸腺嘧啶发生了错误配对,因此DNA启动MMR途径启动,进行错配修复,此时出现两种结果:修复成功和修复失败。修复成功的DNA具备了一定的抗性,对TMZ将拥有一定程度的免疫的作用;而修复失败时,因为DNA的碱基对错误配对,DNA双链无法稳定,最终导致了细胞的凋亡发生。有文献指出,因人体细胞有健全的DNAMMR系统,故TMZ可促进胶质瘤细胞发生调亡。

 

雷静等通过TCGA数据库数据分析,lncRNAC2-AS1与DNA错配修复相关基因如BRCA1、PD-L1、MSH6等表达密切相关,猜测LncRNA也可通过影响MMR途径来调控胶质瘤的TMZ耐药性。Zhang等研究LncRNASBF2-AS1时,证明了其缺失延迟了TMZ诱导的DNA损伤的修复过程。

 

Du等研究发现,LncRNAXIST也被证实通过XIST/miR-29c轴发挥功能,参与了DNAMMR途径。这进一步说明LncRNA可能通过影响DNAMMR途径来调控TMZ的化学耐药性。目前对LncRNA通过DNAMMR途径调控胶质瘤TMZ耐药性方面的研究还较少,故LncRNA能否通过DNA修复途径调控TMZ耐药还需要进一步的验证。

 

3.4通过调控上皮细胞间充质转化作用影响TMZ耐药性

 

上皮细胞间充质转化(epithelial mesenchymal transiton,EMT),指在一定情况下,上皮细胞向间充质细胞转分化,失去黏附能力,使其拥有间质细胞的表型、形态和迁徙能力等特性的过程,并且EMT与细胞的微环境有着密不可分的联系。有文献报道EMT涉及多种细胞内外信号通路和分子机制。

 

EMT与肿瘤的关系也是当今科学研究的热点,目前已知发生在肿瘤的进展、转移和耐药中起重要作用。越来越多的LncRNAs被发现和EMT的调控存在一定的联系,其中包括促进EMT进程和抑制EMT进程,而其影响方式主要也是通过充当参与EMT调控的miRNA的ceRNA发挥作用。有文献总结EMT与癌症的耐药性相关,因此LncRNA被认为可通过影响EMT过程来调控胶质瘤细胞对TMZ的耐药性。

 

H19是一种LncRNA,最初被描述为癌胚转录本,已经有很多研究证实了其与肿瘤的发生、发展、耐药、治疗及其预后等有着一定的联系。该基因位于染色体11p15.5上,仅在母体等位基因中表达。在LncRNAH19与TMZ耐药性的相关研究中,H19被发现可通过Wnt/β-Catenin通路来影响EMT的进程,从而达到影响TMZ耐药的关系。

 

也有研究证实,MLATA1的表达与EMT有关。这为LncRNA通过调控EMT的途径来影响TMZ在胶质瘤耐药中的敏感性提供了依据。目前关于LncRNA通过调控EMT影响胶质瘤TMZ耐药性的研究也较少,但其提供了一定的可能性,因此仍然需要大量的研究来进一步为理论的可能性提供支持。

 

3.5通过调控各种信号通路影响TMZ耐药性

 

LncRNA涉及TMZ耐药性的信号通路十分复杂,且现在尚未建立起相关的细胞信号通路网络。从目前研究来看,很多细胞信号通路如Wnt/β-Catenin通路、PTEN/PI3K/AKT通路、NF-κB通路等在肿瘤耐药的发生或抗耐药的发生中起到一定的作用。Liao等研究发现,LncRNACASC2通过与miR-181a的3’尾端的非编码区结合,以此来调节PTEN通路,即通过CASC2与miR-181a结合以降低其表达,进而上调PTEN的表达,最后下调p-AKT的表达,激活了PTEN/PI3K/AKT细胞信号通路,故而调节了胶质瘤细胞对TMZ的化疗敏感性。

 

这一研究证据表明了lncRNACASC2可调节相关信号通路导致了TMZ耐药。上述的介绍中提到,H19被发现可通过Wnt/β-Catenin通路来影响EMT的进程,从而达到影响TMZ耐药的目的。Duan等研究证明,用相关抑制剂阻断NF-κB通路的激活可明显的消除由H19过表达而引起的TMZ耐药性,虽然H19导致胶质瘤TMZ耐药的具体机制尚不明确,但这说明了H19也可通过调控复杂的细胞信号通路,正如NF-κB信号通路和PTEN/PI3K/AKT细胞信号通路,来达到调节胶质瘤对TMZ的耐药性的作用。

 

除上述提到的细胞信号通路之外,还有很多参与调控胶质瘤细胞对TMZ耐药性的相关通路,以及各个细胞信号通路之间有怎样的相互联系,以上都需要大量的研究来证明,以便更好的为调控胶质瘤的TMZ化疗敏感性提供基础理论可能,并且为其开发药物治疗提供新靶点。

 

4.结语

 

如今大量研究证实LncRNA与许多肿瘤的发生发展、转移、耐药和预后等方面有关,并在近几年迅速成为研究热点之一。通过学习总结,发现许多LncRNAs可作为miRNA的ceRNA调控相关的基因表达,并以这种形式调控相关基因影响关键蛋白表达,进而调控相关细胞生物进程和相关细胞信号通路,最终导致胶质瘤对TMZ的化疗敏感性发生改变。

 

通过总结上述的研究,看出近年来发表的关于LncRNA在TMZ耐药性中的作用的文章逐年上升,这说明研究者对其的关注度正在不断增加。目前,虽然部分LncRNA已被证实与TMZ耐药相关,也有公司成功的将LncRNA初步运用于临床,但其仍然需要大量的研究实验来揭示LncRNA发挥其功能的相关机制,以提高胶质瘤对化疗药物TMZ的敏感性,为人类攻克肿瘤的路上再进一步。

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