近年來，雖然癌癥的診斷和治療取得了長足進步，但轉移性癌癥患者的預后仍然很差，轉移性疾病占癌癥相關死亡的絕大多數。癌細胞從原發性腫瘤向遠處器官的擴散是一個有序的、多步驟過程，稱為侵襲轉移級聯反應。在過去的十年中，長非編碼RNA（lncRNAs）的發現和表征揭示了其調控作用的多樣性，在整個轉移級聯反應中也具有關鍵作用。

近日，美國加州大學、華盛頓大學等研究團隊聯合在Nature Reviews Cancer上發表了題為“Long noncoding RNAs in cancer metastasis”的綜述文章。文章針對lncRNAs在腫瘤轉移中的研究現狀，回顧了lncRNAs如何通過在促轉移步驟中發揮作用，如何通過影響轉移性腫瘤的微環境來促進轉移，證明了lncRNAs在腫瘤轉移中的作用。研究團隊闡明了lncRNAs功能的新發現，還討論了lncRNAs在生物學中面臨的爭議和挑戰，提出了該領域的未來研究方向。小編對該綜述內容進行了簡要整理。

文章發表于Nature Reviews Cancer

數以萬計的lncRNAs已通過高通量RNA測序鑒定出來。經修飾的反義寡核苷酸（ASO）和 CRISPR-Cas9及其衍生物等新工具改變了lncRNA研究的方式。通過對腫瘤樣本的差異表達分析和比較轉錄組學研究，揭示了多種lncRNAs表型和機制多樣性。已有研究結果顯示，LncRNAs在基因調控中起著重要作用，包括調節基因激活、X染色體失活、選擇性剪接和翻譯后調控。LncRNAs通過多種不同的機制發揮這些功能（圖1）。

LncRNAs作為癌癥通路的關鍵調節因子，同時也是疾病的生物標志物。LncRNAs已經在癌癥的大多數經典標志背景下進行了描述——持續增殖信號、逃避生長抑制因子、抵抗細胞死亡、基因組永生式復制、誘導血管生成以及激活侵襲和轉移（圖1）。重要的是，與蛋白質編碼基因一樣，基因改變是腫瘤發生的基礎，lncRNA也會在惡性腫瘤中發生擴增、刪失或突變。很多lncRNA位于腫瘤基因組中重復發生拷貝數變異的區域，其中包括FAL1，其基因組的擴增可抑制生長抑制基因CDKN1A。lncRNAs涉及的遺傳和表觀遺傳改變可能解釋了早期癌癥基因組中驅動突變的罕見性，目前相關研究集中在蛋白質編碼基因上。與蛋白質編碼基因不同的是，lncRNAs的調控機制是多種多樣的。

圖1.癌癥中的lncRNAs。來源：Nature Reviews Cancer

局部侵襲與EMT

局部侵襲周圍的正常組織是腫瘤轉移的必要步驟。上皮間充質轉化（EMT）是胚胎發育和組織穩態中正常激活的過程，可以確保組織和器官適當形態的發生，對執行侵襲轉移級聯反應至關重要。通過激活主要調節因子如SNAI1、TWIST1和ZEB1，具有上皮表型的癌癥細胞被賦予間充質細胞的特征，允許侵襲、內滲和向遠處擴散（圖2）。

圖2.lncRNAs參與侵襲轉移級聯反應的多個過程。來源：Nature Reviews Cancer

H19

H19是最早被詳細研究的lncRNAs之一。H19在多種癌癥中過表達，并參與腫瘤細胞侵襲（圖3）。一直以來，H19在間充質亞型結直腸癌細胞中的表達高于上皮亞型。但在循環腫瘤細胞（CTCs）中，H19對miRNA let-7b有不同的吸附作用，導致CYTH3的去表達，從而促進間充質表型，突出了環境背景對lncRNA功能的顯著影響。表明H19在細胞和環境的基礎上協調了癌細胞轉移起始和定植的逐步級聯，具有潛在的不同作用機制。

lncRNAs與已知的EMT主調節因子（如TGFβ）相互作用, 以增強或抑制轉移潛能。這些相互作用可能通過核糖核蛋白復合物直接發生，也可能通過表觀遺傳調控因子或miRNA隔離間接發生。與lncRNAs干擾TGFβ信號和轉錄EMT途徑相反，STAT3、shRNA等通過替代途徑調控EMT（圖3）。

圖3.lncRNAs通過多種途徑調控腫瘤轉移。來源：Nature Reviews Cancer

EMT中其他競爭性內源性lncRNAs

另外幾個lncRNAs也與EMT有關。其中，前轉換相關RNA（PTAR）已被證明與卵巢癌的間充質亞型相關，并且PTAR作為針對miR-101的ceRNA，可抑制ZEB1的表達。lncRNA-PNUTS是從一個產生lncRNA變體（lncRNA-PNUTS）和mRNA變體（PNUTS）的基因座轉錄而來的。當lncRNA起ceRNA的作用時，mRNA產生蛋白磷酸酶的調節因子1。LncRNA被TGF-β激活（lncRNA-ATB）為另一種ceRNA，可作為TGFβ–ZEB1/ZEB2軸的調節因子。作為TGF-β的轉錄靶點, lncRNA-ATB競爭性地結合到miR-200家族，導致ZEB1/ZEB2的上調。同樣在HCC細胞中，lncRNA ZFAS1在基因組DNA水平擴增。LncRNA NORAD最初是通過分離細胞質Pumilio蛋白來維持基因組穩定性，在癌癥的侵襲和轉移中發揮作用（圖4）。

如上所述，PTAR、lncRNA-PNUTS和lncRNA-ATB已被證明在多種癌癥類型中發揮作用。當這些lncRNAs被進一步探究時，研究人員發現在不同癌癥類型中均具有的其他機制。

圖4.轉移相關的lncRNAs受多種上游機制調控。來源：Nature Reviews Cancer

癌細胞轉移定植的調控

惡性腫瘤細胞通過侵襲性和間充質表型轉化逃脫原發腫瘤，必須通過血液內滲進入血液循環，并在遠端外滲并定居。其中一些lncRNAs參與了促進轉移癌細胞在遠端器官位點定植和擴增。

MALAT1在轉移定植中的作用

MALAT1是最早在腫瘤轉移過程中被描述的lncRNAs之一，與肺癌轉移相關。在多瘤病毒中間T抗原（PyMT）模型中，啟動子缺失或ASO介導的MALAT1基因敲除導致肺轉移形成減少。MALAT1可以通過定位于核斑點和基于這些初始表征改變共轉錄選擇性剪接來調節這些功能。在轉移性非小細胞肺癌的小鼠模型中，皮下注射MALAT1 ASO可減輕肺結節的負擔，表明MALAT1具有靶向治療轉移性肺癌的潛力。在一項研究中，研究人員發現MALAT1可以結合并滅活前轉移TEAD轉錄因子家族的轉錄活性，這可能導致ITGB4和VEGFA表達的降低。以上不同的結果表明，lncRNA功能的表型可能不僅取決于細胞環境，還取決于作用的主導機制。

HOTAIR促進轉移定植

HOX基因的lncRNA HOTAIR是一個研究相對成熟的癌細胞轉移調節因子，也是最早進行癌癥轉移研究的lncRNAs之一，被發現促進不同類型癌癥的轉移。在結直腸癌患者中，HOTAIR高表達與肝轉移相關。HOTAIR在非轉移性SK-BR3乳腺癌細胞和具有轉移能力的MDA-MB-231細胞中的異位表達可導致小鼠尾靜脈注射后肺定植，且MDA-MB-231細胞表現出持續的癌細胞轉移定植和擴張。

特定位點向性的調控

因為特定的器官環境更適合播散性腫瘤細胞的存活，因此轉移癌細胞表現出位置特異性。乳腺癌是女性最常見的惡性腫瘤，對于該類型腫瘤是如何引起遠端器官的非隨機性轉移我們還知之甚少。已有研究發現，某些lncRNAs對這些器官具有誘導性，其原理可能適用于其他原發性惡性腫瘤中的lncRNAs（圖5）。

骨轉移

在原發性乳腺癌的骨轉移瘤中，惡性腫瘤細胞分泌的CTGF通過激活破骨細胞中的YAP通路，誘導分化和骨溶解，從而促進骨轉移定植。使用高通量RNA干擾（RNAi）篩選，結果表明，在MCF-7乳腺癌細胞中，YAP1的激活可能需要lncRNA MAYA 。有研究顯示，人乳腺癌骨轉移細胞（BoM-1833）中MAYA基因的敲除導致CTGF分泌的減少，從而損害癌細胞誘導的破骨細胞分化和骨吸收。表明靶向MAYA的治療方法是治療骨轉移的一個潛在有效方法。

腦轉移

與骨轉移相比，轉移到中樞神經系統的乳腺癌細胞可利用不同的途徑來實現位點特異性定植。來源于原發性乳腺癌的腦轉移瘤表達L1細胞粘附分子(L1CAM)來拉攏（co-opt）血管內皮，使轉移瘤在整個大腦內生長。

Lnc-BM是一種在腦轉移瘤中富集的lncRNA，而非來源于原位導入乳腺癌細胞的肺或骨轉移瘤（圖5）。Lnc-BM的表達與患者的生存期成反比，并與腫瘤在中樞神經系統中的復發呈正相關。通過心內注射去除lnc-BM的乳腺癌細胞（通過RNAi或CRISPR-Cas9）的小鼠，其腦轉移的負荷降低，且癌細胞在腦內血管部位的增殖也減少。從機制上講，lnc-BM通過STAT1/3的磷酸化激活ICAM1的表達，從而允許惡性細胞以類似于L1CAM的方式募集腦內皮細胞。一旦癌細胞在腦內定植，lnc-BM就可介導JAK2的激活，通過CCL2招募巨噬細胞，從而調節有利于腦轉移的多種信號通路。

圖5.lncRNAs在轉移部位特異性取向中的作用。來源：Nature Reviews Cancer

由于lncRNAs的表達和功能通常具有細胞類型的特異性（除了MALAT1和XIST等明顯的例外），因此，lncRNAs可在癌癥轉移的器官特異性傾向中發揮重要作用也許并不奇怪。但目前還不清楚特定部位的lncRNA調控過程是否在轉移性定植前就被觸發，從而主導細胞命運?；蛘哒f，lncRNAs可能通過微環境對轉移性克隆的維持產生影響。

轉移微環境中的lncRNAs

轉移細胞到達遠處器官后，形成TME并與之相互作用，TME包括多種過程，包括血管生成、抑制和/或協同先天性和適應性免疫系統。轉移細胞的生長需要建立和維持支持性微環境，包括常駐基質細胞、先天和適應性免疫細胞。通過抑制免疫系統、血管生成的招募、旁分泌信號和前轉移細胞外基質的沉積，TME以多種方式促進癌癥轉移。lncRNAs在腫瘤和轉移微環境中的作用正在顯現（圖6）。

微環境中NF-κB相關的lncRNAs

最初發現NF-κB-interacting lncRNA（NKILA）是一種細胞質lncRNA，可直接抑制乳腺癌細胞內的NF-κB復合物，下調后導致轉移潛能增加（圖6a）。在乳腺腫瘤浸潤的T細胞中，NKILA抑制NF-κB信號轉導，導致激活誘導的T細胞死亡。NKILA在腫瘤細胞和免疫細胞中負調控NF-κB通路，lncRNA CamK-A在乳腺癌細胞中通過IκB降解來激活NF-κB通路，以應對缺氧誘導的鈣流入（圖6b）。

lncRNAs對免疫細胞的調節

在CD4+T細胞中，lnc-EGFR與細胞質EGFR結合，從而穩定其下游信號轉導。在膀胱癌中，LNMAT1在淋巴結陽性膀胱癌中過度表達，是膀胱癌患者總生存率的一項預后指標。LNMAT1的功能不是腫瘤細胞固有的，因為來自LNMAT1轉導的膀胱癌細胞的條件培養基能夠刺激巨噬細胞活化，并且這種效應可以被CCL2中和抗體消除（圖6c）。

LncRNAs是祖細胞、先天和適應性免疫細胞分化和功能的關鍵調節因子。同時，lncRNAs對于神經、肺、心臟和胚胎組織的發育和生理功能也是必要的。由于所有這些細胞類型都能影響轉移性微環境或轉移前生態環境，因此或有更多的lncRNAs也會參與其中。

lncRNAs在轉移中的轉化潛力

由于轉移性癌癥患者的存活率較低，對治療的抵抗仍然是該類患者治療過程中的一個主要障礙。改善癌癥治療的一個重要方法是利用組織和癌癥特異性表達譜來，開發可預測從原發疾病到轉移性疾病進展的生物標志物。

圖6.lncRNAs與腫瘤微環境。來源：Nature Reviews Cancer

lncRNAs作為新的診斷和預后工具

目前lncRNA PCA3已被確定為前列腺癌的無創性早期診斷標志物，具有可靠的檢測特性用于臨床。有研究結果顯示，lncRNA SChLAP1的過表達對前列腺切除術后10年內發生前列腺癌轉移具有獨立預測作用。在手術時將SChLAP1的檢測應用于患者的風險分層，有助于精準醫療策略的實施。但是也有研究表明，SChLAP1在前列腺癌轉移中的作用機制與SWI/SNF無關。SChLAP1的機制有可能是背景或細胞類型的特異性，同時仍然保持作為臨床預后指標的效用。

在轉移性腎細胞癌（RCC）患者中，與lncARSR表達水平低的腫瘤相比，lncARSR高表達預示患者的總生存期較短。lncARSR可通過隔離miR-34和miR-449，導致AXL和MET表達發生去抑制（derepression），從而導致對舒尼替尼的抗性。

值得注意的是，迄今為止所討論的生物標志物的發現可能仍處于早期階段。許多具有癌癥或組織特異性表達的lncRNAs可能并沒有足以作為可靠生物標志物使用的高表達水平。展望未來，越來越多的轉錄組測序數據將及大地促進lncRNA生物標志物的發現。

目前只有一部分芯片平臺包含有監測RAMS11和SChLAP1表達的探針，以能夠在具有長期臨床結局數據的患者人群中進行獨立驗證。但許多lncRNAs不會被任何現有的芯片平臺所捕獲到。此外，lncRNA生物標志物的開發還需要較長時間的隨訪和臨床信息記錄。由于患者病情發展和對治療反應的復雜機制，單一的lncRNA可能不是最有用的生物標志物，而是需要與蛋白編碼基因一起來進行評估。

lncRNAs的靶向治療

通過體內轉移性疾病的臨床前模型，lncRNAs已經顯示出了作為癌癥治療靶標的前景。例如上文提到的lncRNAs MAYA、MALAT1和lncARSR，都是使用ASO進行體內沉默的靶標，以減輕小鼠模型中轉移性疾病的負荷。但當使用ASO療法靶向lncRNAs時，確保只發生最小的脫靶效應至關重要，鑒于體內lncRNA轉錄本的豐度通常較低，這可能會帶來進一步的研究問題。

新的研究證據表明，除了RNase H所介導的成熟RNA發生降解外，ASO還可通過過早的轉錄終止來破壞目標RNA，因此在預測ASO療法的活性時需要考慮這一點。某些ASO也被觀察到有肝毒性，ASO的化學修飾已被證明可以減輕這種毒性和脫靶效應。

雖然面臨上述挑戰，但令人欣慰的是，在癌癥小鼠模型和臨床試驗中，蛋白編碼基因已成為靶標，如脊髓性肌肉萎縮癥患者的SMN2、難治性淋巴瘤的STAT3和克羅恩病的SMAD7。未來，靶向lncRNAs治療癌癥轉移的愿景也變得很有希望。

目前的局限性

雖然許多研究證明了lncRNAs在整個轉移過程中的作用，但在細胞轉化和遠處定植之間的侵襲-轉移級聯反應步驟中，包括外滲、血源性擴散、內滲和微轉移的形成，lncRNAs的作用還未明確。此外，文中討論的大多數lncRNA都能增強轉移潛能，這些觀察結果能否代表lncRNA生物學的固有屬性很難確定，lncRNA在不同癌癥類型轉移中的作用也難以概括。因此，需要對lncRNA進行更多的研究。

同時，為什么看似不同的lncRNA會在幾個穩定的蛋白質編碼通路上聚集，而不是作為獨立的轉移調節因子發揮作用？幾十年來，人們對蛋白編碼基因的研究集中于關鍵的轉移調節基因，對許多lncRNAs研究仍處于比較初級的階段，類似的lncRNA還沒有被發現和獨立驗證。此外，多種RNA種類與蛋白編碼基因相互作用時有可能發揮著類似的角色。即使是由基因組中不同位置產生的具有不同序列的lncRNAs，也可以影響一組類似的有效轉移通路。

結 語

綜上，LncRNAs不僅是癌癥標志的重要調節因子，在癌癥轉移機制中也具有關鍵作用。近年來，隨著更多的lncRNAs被表征，通過與促進或抗轉移的蛋白復合物一起發揮作用，或直接與其他RNA類型或DNA相互作用（如RNA-DNA三螺旋），lncRNAs可通過不同的機制對癌癥通路產生影響。但懸而未決的問題依然存在，例如lncRNAs在CTCs中的作用、在轉移前生態環境的形成和在基質細胞中的特定功能。未來的研究需要進一步明確lncRNAs參與轉移的機制。

展望未來，除了選擇合適的模型來滅活lncRNA，實驗室進行適當的基因回復實驗以及不同研究結果的獨立驗證都是必要的。了解各種方法對解釋lncRNA功能的影響也至關重要，同時我們需要對lncRNA功能的各種可能性保持開放的心態。

LncRNAs作為新的診斷和預后工具，已成為一種新型治療靶點，為組織癌癥轉移的臨床治療提供了新機會。隨著lncRNAs體內靶向技術的成熟，將極大地促進可靶向轉移瘤lncRNA療法的實現。

參考文獻：Liu, S.J., Dang, H.X., Lim, D.A. et al. Long noncoding RNAs in cancer metastasis. Nat Rev Cancer (2021). https://doi.org/10.1038/s41568-021-00353-1

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Nature Reviews Cancer综述：长非编码RNA在肿瘤转移中的作用的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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