(完整版)lncRNA相关信号通路年终大盘点

lncRNA相关信号通路年终大盘点

作者：子非鱼转载请注明：解螺旋·临床医生科研成长平台年底已至，lncRNA又是红火了一年。确实，自从二代测序技术越发的成熟，lncRNA就带上了主角光环，从落魄的转录噪音逆袭为人人追捧的明星分子。关于它，总是有着层出不穷的新进展以及聊不完的新话题。而今年lncRNA 自然也是不负众望，在科研最前线混得风生水起。且不说最新挖掘出的编码小肽的潜力，单单依凭着庞大的家族成员、细胞特异性分布以及进化保守性的特点，就可成为疾病诊断、预后随访的biomarker，又或者作为针对某些特异性通路的关键节点分子来开发靶向药物。

lncRNA新型诊断、预后的biomarker

随着全基因组测序技术的成熟以及成本的降低，通过比较癌变肿瘤组织和正常组织，就可获得数以千计的表达具有显著性差异的lncRNA，且这些lncRNA会被证实成为肿瘤分析、肿瘤进展、肿瘤转移及预后的分子标记物。

相比于血清中PSA（经典诊断前列腺癌指标），前列腺癌细胞中特异性表达的lncRNA：PCA3，对前列腺癌患者诊断具有更高的敏感性和特异性，因而也成为首个被FDA通过的基于lncRNA分子的诊断检测指标。

明星分子HOTAIR的表达水平高低，可以成为乳腺癌转移进

展的biomarker。而后续的跟踪研究发现HOTAIR的异常表达和26种肿瘤的进展都有相关性，且其表达和卵巢癌病人对两种铂类化疗药物的敏感性相关。

此外，lncRNA表达谱还与肿瘤的亚型相关，可以预测肿瘤的进展以及肿瘤治疗的反应性。在进行根治性前列腺切除术治疗的男性患者中，SCHLAP1的表达升高，则前列腺癌转移的几率比低表达的患者要高出2.45倍。当卵巢癌患者HOTAIR高表达后，其在接受卡铂治疗后预后较差，但顺铂治疗后临床反应却是相当良好，可作为卵巢癌患者选择铂类药物的分子依据。

lncRNA信号通路网络的重心所在

lncRNA神通广大早已经是不争的事实，而它之所以无所不能，就在于lncRNA与细胞内盘综错杂的信号通路网络有着千丝万缕的关系。

1lncRNA与基因表达

正所谓，牵一发而动全身。lncRNA的定位以及表达水平对细胞生理功能的行使都起着重要作用。

核内的lncRNA通过与染色质相互作用来大展宏图，或调控转录，又或者调控RNA加工过程；而胞浆内的lncRNA则在与mRNA/蛋白质结盟后，以调控其稳定性、翻译水平以及信号传导通路等机制来大施拳脚。显然，lncRNA主要通过转录水平和转录后水平来调控基因表达。

在转录层面上，lncRNA调控基因转录的最常见机制是lncRNA竞争性与转录复合物（转录因子/转录调控因子）或DNA元件（启动子/增强子）发生直接的相互作用。比如GAS5与糖皮质激素受体竞争性结合DNA上的糖皮质激素反应元件；PANDA也可竞争性结合转录因子NFYA，阻断其与下游靶DNA结合，进而阻断下游信号通路的传递。

还有一些lncRNA则起到scaffold的平台作用，在招募染色质修饰酶后，并以表观遗传方式影响染色质的结构，进而促进或抑制很多基因的表达。HOTAIR在与转录抑制因子PRC2结合后，可招募组蛋白修饰酶来改变组蛋白H3

（K27）甲基化，从而影响下游基因表达促进肿瘤细胞侵袭。

而另一种lncRNA调控基因表达的方式是转录后的调控机制，主要涉及调控mRNA稳定性、mRNA的剪切和修饰、mRNA的翻译过程、蛋白稳定性以及调控蛋白在亚细胞的定位。

已有研究发现lncROR可以与AUF1、hnRNP协同作用，结合到c-Myc的3’UTR区域有一个富含AU的元件(ARE)，进而影响c-Myc mRNA的稳定性。而MALAT1则可与富含丝氨酸、精氨酸的蛋白相互作用，并调控下游很多基因的选择性剪切，还能影响这些基因在细胞核内的定位。lncRNA 可与mRNA的5’和3’非翻译区内含有翻译调控序列相互结

合，进而调控mRNA的翻译过程。

不同的lncRNA分子可以有相同的靶分子，这点与microRNA相似，比如编码基因Ezh2就是多个lncRNA分子的靶分子。而此现象现阶段研究的较少，究竟这些lncRNA 是同时结合靶分子来共同调节其功能的，还是在不同的信号条件下由不同的lncRNA分子与靶分子结合，并介导靶分子下游不同的基因表达，目前还尚不清楚。

2lncRNA与P53通路

通常细胞会从翻译水平、翻译后修饰水平和蛋白稳定性这三个维度来精确调控P53在细胞内的表达量。而除了常规的蛋白因子外，lncRNA在p53调控途径中也起到了非常重要作用。

通常正常生理条件下，p53的表达量是非常低的，但在DNA损伤条件下，lncRNA-DINO对p53依赖型的基因表达、细胞周期停滞和凋亡是必要的。p53蛋白与DINO直接作用后可提高其稳定性，进而转录激活下游基因包括DINO的表达。而DINO水平增加又反过来结合并稳定p53蛋白，从而形成一个正反馈环路，将这个损伤信号在核内进行级联放大。

而为了确保p53的正常表达水平，lncRNA-ROR可与p53 mRNA竞争性结合RNA结合蛋白hnRNPI，进而抑制p53蛋白翻译。可不愿坐以待毙p53也会使出一些凌厉的反击

手段，即激活下游microRNA-145基因的表达，来直接靶向抑制lncROR，进而提高自身表达量。

此外，p53也可与编码基因的含有p53结合位点的启动子区域结合，进而调控lncRNA的转录水平。而另一类被称为P53 eRNA的lncRNA的转录表达调控，虽然是以p53依赖的方式进行的，但是其编码基因并不一定含有典型的p53结合位点。显然，这也就扩展p53调控基因的范围。

3lncRNA与NF-kB通路

NF-kB是一种广泛表达的多效转录因子，由p50、p65和IkB组成的异源三聚体，可介导多种生物学过程，如炎症、细胞增殖、肿瘤转移等。其中，亚基p65和p50形成的异源二聚体可进入核内激活下游基因的转录；而P50所形成的同源二聚体则会抑制基因转录。

lncRNA-LETHE则以典型的负反馈作用机制调节该信号通路，即激活的NF-kB可促进LETHE的表达水平，而LETHE 与p65直接相互作用后可抑制该通路。

而定位于胞浆内的NKILA在与NF-kB、IkB形成一个超级复合物后，通过抑制IKB磷酸化而防止IKB降解，从而抑制了NF-kB通路的传导；定位于核内的lncRNA-PACER，可以直接结合游离的p50，抑制同源二聚体的形成，促进形成异源二聚体，提升转录增强效应，提高COX-2表达水平。

此外还有些lncRNA则作为下游的效应分子，以间接的作用

方式来调节信号通路。卵巢癌中HOTAIR既可通过PRC复合物抑制IKB-α的转录来激活通路，也可通过PKA、MMSK1/MMSK2激活通路。而MALAT1与P65-p50异源二聚体相互结合，却是抑制下游TNFɑ/IL-6的表达。

4lncRNA与AKT通路

Akt通路也可调控多个生物过程，包括细胞存活、增殖、生长和糖原代谢，同样也影响着肿瘤的发生发展过程。通常生长因子（GF）与受体酪氨酸激酶（RTK）相互结合后，可通过PI3K促使PIP2形成第二信使PIP3（磷酸酶PTEN则其相反作用），活化通路中的关键分子如AKT、mTOR，并激活下游基因的转录。

lnRNA-AK023948是AKT信号通路的正向调控分子，当其被敲除后可显著抑制AKT的活性，而再次将其进行重新过表达后可激活AKT的活性。机制上，AK023948可以和ATP 依赖的RNA解旋酶（RHA）以及PI3K的调节亚基p85β相互作用，有助于PI3K的稳定性，进而激活了激活AKT通路。

Link-A可在单核苷酸水平上直接与AKT的pleckstrin同源结构域和PIP3相互作用，介导了AKT-PIP3的相互作用和AKT 的激活。后续研究发现Link-A是脂类结合lncRNA分子，而它介导的AKT超活化可导致肿瘤发生以及对AKT抑制剂的抗性。

AKT通路调控复杂性在于不仅有很多lncRNA参与调控AKT 通路，如FEREL4可促进PTEN表达从而达到抑制AKT通路的功效，而MALAT1通过激活AKT信号通路促进肿瘤增殖转移；

而且NF-KB通路也是AKT通路下游效应通路之一，这也就意味着一旦AKT通路被激活，下游NF-KB通路也可能被激活。而这两种信号通路交织在一起也使得lncRNA机制研究难度呈几何指数增长。

5lncRNA与NOTCH通路

NOTCH通路是一条进化上保守的信号通路，在细胞所起作用非常广泛，如维持干细胞干性、促进肿瘤发生发展等。其实，很多lncRNA分子的表达都会受到notch信号通路调控的。

在急性T淋巴细胞白血病（T-ALL）中，NOTCH通路的活化，可上调lncRNA-LUNAR1的表达，进而以顺势激活（cis）的方式维持细胞IGF1R的高表达水平，导致细胞快速增殖。且当T-ALL发病后，lncRNA-NALT也会受到NOTCH通路的影响，其表达水平也是明显升高的，并随后通过转录激活的方式来显著促进细胞恶性增殖。

另外，Notch1激活后，还可以特异性诱导下游的lncRNA-TUG1表达上升，在胶质瘤干细胞内促进干细胞的自我更新，提示Notch信号通路参与干细胞干性维持的调控作

用。不过，目前lncRNA对NOTCH信号通路的调控影响，研究还是比较少的。

5lncRNA与其他信号通路

肿瘤细胞中，Wnt/β-catenin通路在被异常激活后，可促使β-catenin蛋白入核，并与T细胞转录因子/淋巴样增强因子（TCF/LEF）相互作用，激活下游靶基因的表达，如c-myc 基因，可导致细胞恶性增殖和肿瘤发生。

其中，lncRNA-ROR可通过与AUF1相互作用来增强c-Myc 的稳定性；lncRNA-MYU则通过与hnRNPk的直接相互作用，稳定CDK6的表达水平，促使细胞从G1期向S期转变，促进细胞周期进展。

而研究发现，激酶Brk/LRRK2是可以介导HIF-1ɑ的下游信号通路的，其中，LINK-A也参与了该通路的调控。深入研究后发现，LINK-A介导了Brk与EGFR/GPNMB复合物的相互作用，且提高了Brk激酶活性，促进了HIF-1ɑ蛋白565位酪氨酸的磷酸化，在空间位阻的影响下抑制了564位脯氨酸羟基化，进而提高了HIF-1a的稳定性。

而HIF-1a的高表达水平，也使得氧气量即便恢复正常，HIF-1ɑ下游的基因转录处于一种紊乱的状态。