反义lncRNA（antisense lncRNA）由蛋白编码基因互补的DNA链转录，其转录方向相反，并与正向基因至少有一个外显子重叠。

内含子lncRNA（intronic lncRNA）位于蛋白质编码基因内含子区域，且与其外显子没有重叠的转录本。

双向lncRNA（bidirectional lncRNA）与蛋白编码基因共享启动子，但转录方向与蛋白质编码基因相反。

基因间lncRNA（long intergenic ncRNA，lincRNA）位于两个蛋白质编码基因之间，能够独立转录。

图2 LncRNA的基因组定位

图片来源：Annu Rev Biochem

三、LncRNA作用模式

LncRNA 的作用模式有很多种分类方法，简单来说主要分为四大类: 信号（signal）、诱饵（decoy）、引导（guide）、支架（scaffold）。

1.信号（signal）

LncRNA的第一种作用是调控下游基因转录。研究表明，在不同的刺激条件和信号通路下，lncRNA将会被特异性地转录，并作为信号传导分子参与特殊信号通路的传导。

一些lncRNA被转录后，具有调控下游基因转录的作用。利用RNA进行调控，由于不涉及蛋白质的翻译，因此具有更好的反应速度，对于机体的某些急性反应可以作出更迅速的响应。

2.诱饵（decoy）

LncRNA的第二种作用是分子阻断剂。这一类lncRNA被转录后，它能与DNA结合蛋白（如转录因子）结合，从而阻断该蛋白分子的作用，进而对下游基因的表达进行调控。

此外，lncRNA还可以作为“海绵”吸附microRNA，阻断microRNA对其下游靶mRNA的抑制作用，进而间接调控基因的表达（即ceRNA机制）。

3.引导（guide）

第三种作用模式是lncRNA与蛋白结合（通常是转录因子），然后将蛋白复合物定位到特定的DNA序列上。

这种作用模式可能通过lncRNA与DNA的相互作用实现，也可能通过与DNA结合蛋白的相互作用实现。

研究发现lncRNA介导的这种转录调控作用可以是顺式作用模式，也可以是反式作用机制。

4.支架（scaffold）

LncRNA 还可以起到一个“中心平台”的作用，使两个或多个蛋白结合在这个lncRNA分子上形成复合物。在细胞中，当多条信号通路同时被激活，这些下游的效应分子可以结合到同一条lncRNA分子上，实现不同信号通路之间的信息交汇和整合。

图3 LncRNA的作用模式

图片来源：Annu Rev Immunol

四、LncRNA与肿瘤

美国麻省理工学院 Whitehead 研究所的著名肿瘤学家 Robert A. Weinberg 教授，于2011年在 Cell 杂志发表了题为“Hallmarks of Cancer: The Next Generation”的综述，该综述是其2000年发表的综述“Hallmarks of Cancer”的更新。

这两篇综述将癌症的特点概括为十个关键词，分别是：

1）无限增殖能力/细胞永生化（enabling replicative immortality），

2）持续的增殖信号（sustaining proliferative signaling），

3）生长抑制信号丢失或受阻（evading growth suppressors），

4）抵抗死亡（resisting cell death），

5）侵袭和转移（tissue invasion and metastasis），

6）血管新生（inducing angiogenesis），

7）基因组不稳定性（genome instability and mutation），

8）肿瘤微环境改变/炎症反应（tumor-promoting inflammation），

9）代谢重编程（deregulating cell energetics）

10）免疫逃逸（avoiding immune destruction）。

大量的研究表明lncRNA参与了肿瘤这十个特征的调节。

图4 肿瘤十大特征

图片来源：Cell

1.lncRNA与肿瘤增殖

无限增殖能力是肿瘤细胞最大的特点之一，lncRNA在其中扮演了重要角色。例如lncRNA EPIC1可以通过它的129-283 nt区域与MYC蛋白相互作用，共同调控MYC靶基因的转录，从而促进肿瘤细胞周期进程。

图5 LncRNA EPIC1功能示意图

图片来源：Cancer Cell

2.lncRNA与细胞永生化

肿瘤细胞要形成肉眼可见的肿瘤必须要有无限复制的潜能，保护染色体末端的端粒在无限增殖能力中起着核心作用。

LncRNA TERRA可以顺式结合端粒，也可以反式结合基因靶标。TERRA和染色质重塑蛋白ATRX共享数百个靶基因，并且在这些基因座上具有功能拮抗作用。

在端粒上，TERRA与端粒DNA竞争性结合ATRX，从而抑制ATRX的定位并确保端粒稳定性。

图6 LncRNA TERRA功能示意图

图片来源：Cell

3.lncRNA与肿瘤抑制因子

除了需要获得增殖促进信号，肿瘤还需要能逃避阻滞细胞的增殖作用的调控因素，很多研究发现lncRNA在调控肿瘤抑制因子和生长阻滞通路中发挥了重要作用。例如lncRNA MEG3能通过激活P53的表达来起到肿瘤抑制作用。

4.lncRNA与肿瘤细胞的凋亡

细胞凋亡是细胞程序性死亡的一种生理过程，是细胞发育和维持体内平衡中不可缺少的一环，而凋亡通路的异常是肿瘤细胞的一个重要特征。

LncRNA Gas5能作为诱饵和糖皮质激素受体的DNA结合域结合，从而阻断糖皮质激素的作用，进而促进细胞的凋亡。

图7 LncRNA在癌症表型中的作用

图片来源：Cancer Cell

5.lncRNA与肿瘤血管形成

肿瘤生长需要消耗大量营养物质和氧为其提供能量，还要具备排泄代谢废物和二氧化碳的能力，因此肿瘤的血管生成作用是肿瘤持续生长的重要基础。

例如，lncRNA MVIH能通过抑制磷酸甘油酸酯激酶1（PGK1）的分泌来促进肿瘤的血管生成作用。

6.lncRNA与肿瘤侵袭和转移

侵袭和转移是恶性肿瘤最主要的生物学特征，也是导致患者死亡的主要原因，lncRNA在多个层面参与其中。

在肝癌中，转化生长因子β（TGF-β）能诱导lncRNA-ATB的表达，lncRNA-ATB能作为竞争性内源RNA（completing endogenous RNA，ceRNA）上调上皮间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）相关蛋白ZEB1/2的表达进而促进肝癌的侵袭能力；

lncRNA-ATB还可以与IL11 mRNA相互作用来增加其稳定性，进而促进肿瘤定植（tumor colonization）。

图8 LncRNA-ATB功能示意图

图片来源：Cancer Cell

7.lncRNA与肿瘤能量代谢

肿瘤细胞代谢旺盛，为适应快速大量的增殖、迁移和侵袭等功能，需要消耗大量的能量。

因此，和正常细胞相比，肿瘤细胞代谢模式发生了明显的改变，转向无氧糖酵解（Warburg 效应）。

LncRNA PCGEM1能引导c-Myc结合到代谢相关基因的启动子上来促进其表达，进而促进肿瘤细胞的葡萄糖摄取和无氧糖酵解，调节肿瘤的代谢重编程。

8.lncRNA与促癌性炎症反应

炎症与癌症的发生有着紧密的联系。在乳腺癌中，LncRNA NKILA可以和NF-κB/IκB形成复合物来抑制NF-κB信号通路以及癌症相关炎症，LncRNA NKILA的低表达和乳腺癌的转移以及病人的不良预后相关。

图9 LncRNA NKILA功能示意图

图片来源：Cancer Cell

9.lncRNA与肿瘤基因组的不稳定性

基因组的不稳定以及由此而导致的突变性能够使癌细胞发生基因改变，进而促进肿瘤的进展。

PUMILIO蛋白能降低有丝分裂、DNA修复和复制相关基因mRNA的稳定性或抑制其翻译，lncRNA NORAD能通过将PUMILIO蛋白与其靶mRNA分隔开来增强基因组的稳定性。

图10 LncRNA NORAD功能示意图

图片来源：Cell

10.lncRNA与肿瘤免疫逃逸

发生肿瘤性转化的细胞可以引起机体的免疫反应。然而，肿瘤能通过免疫逃逸和诱导免疫抑制来避开免疫系统的清除，从而避免自身被消灭。

例如在肝癌中，lncRNA EGFR能通过刺激调节性T细胞分化以及抑制杀伤性T细胞的活性来介导肿瘤的免疫逃逸机制。

图11 与癌症特征相关的lncRNA

图片来源：Pharmacol Ther

五、LncRNA与肿瘤治疗研究

和正常组织相比，大量的lncRNA被发现在肿瘤组织中差异表达，lncRNA广泛地参与到肿瘤的发生发展过程。因此，通过靶向lncRNA进行肿瘤治疗是一种十分具有前景的方法。

我们可以通过调控lncRNA表达水平来达到治疗的目的。基于这一点，我们可以考虑通过小干扰RNAs（small interfering RNAs, siRNAs）或反义寡核苷酸（antisense oligonucleotide, ASO）等技术来沉默lncRNA，利用AntagoNATs干扰自然反义转录本（natural antisense trans, NATs）进而上调特异性正义mRNA。

另外还可以考虑使用小分子抑制剂或者lncRNA模拟物（mimics）等来达到治疗的目的。尽管如此，lncRNA应用于治疗当中仍需面对很多挑战，比如药物毒性作用和脱靶效应，安全高效的运载体的构建等等。

图12 AntagoNATs示意图

图片来源：Nat Rev Drug Discov

六、总结

LncRNA可以通过与DNA, mRNA, ncRNAs以及蛋白质相互作用来调控机体一系列生理或病理过程。

大量的研究表明lncRNA可以对多个肿瘤生物学过程进行调控，在肿瘤的发生发展过程中扮演了重要的角色，但其详细的调控机制以及在肿瘤治疗中的应用转化仍有待深入探索。

图13 肿瘤相关lncRNA的基本研究思路

图片来源：Nat Med

参考文献

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[10]J. L. Rinn, H. Y. Chang, Genome regulation by long noncoding RNAs. Annu Rev Biochem 81, 145-166 (2012).

撰文 丨summer

排版 丨萌董董

主编丨尤兰达返回搜狐，查看更多