长链非编码RNA是一类长度大于200个碱基但无蛋白编码功能的RNA,可通过参与遗传、转录和转录后调控等多个层面调节疾病的发生、发展。HOXD-AS1是一种新型长链非编码RNA,位于染色体2q31.1上,毗邻HOXD1基因及HOXD3基因,有7个外显子,拥有以CpG岛及H3K27乙酰化为特征的转录起始区[1]。HOXD-AS1在进化的过程中高度保守,且在多种组织中均有表达,其中在肾脏、结肠和睾丸的表达水平最高,而在肝脏、心脏、胰腺和胃的表达水平较低[2]。HOXD-AS1在许多疾病,尤其是在肿瘤的发生、发展中发挥重要作用。 HOXD-AS1可通过影响转录因子的表型、信号通路中蛋白的活性、或与其他RNA结合情况等,从而影响靶蛋白或靶RNA的作用或丰度,参与多种疾病的发生、发展过程。
一、HOXD-AS1对信号通路的影响
HOXD-AS1可通过影响丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）、非受体型蛋白酪氨酸激酶/信号转导与转录激活因子（JAK/STAT）及磷脂酰肌醇-3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）等信号通路参与多种疾病的发生、发展过程。
1. HOXD-AS1与MAPK信号通路
MAPK信号通路是被广泛研究的经典信号通路,其包括细胞外调节激酶1/2（ERK1/2）、p38激酶和c-Jun N-末端激酶（JNK）等成员,参与多种疾病的发生、发展过程。在肿瘤中,MAPK信号通路可与多种不同的信号通路[PI3K、Wnt、转化生长因子-β（TGF-β）等]交联影响肿瘤的发生,且通路中的某些蛋白可成为一些药物的作用靶点,因此MAPK信号通路与肿瘤发生、发展密切相关[3]。
有研究者发现,HOXD-AS1与MAPK信号通路有关。Yang等[4]在结肠癌细胞研究中发现,HOXD-AS1可通过与PRC2（多梳家族蛋白）结合形成RNA/蛋白复合物,该复合物显著抑制编码基因同源异型盒基因D3（HOXD3）的转录。毗邻HOXD-AS1的HOXD3可通过促进整联蛋白β3（Integrinβ3）的转录,促进ERK及Akt蛋白磷酸化。但在结肠癌组织及细胞中,HOXD-AS1的表达下调,由此形成的HOXD-AS1/PRC2复合物减少,抑制HOXD3转录作用降低,因而HOXD3表达增加,进而使MAPK/Akt通路活化,促进结肠癌细胞的增殖及转移。在肝细胞癌中,HOXD-AS1表达增多,且高表达的HOXD-AS1与肝癌细胞的转移显著相关。Lu等[5]研究发现,过表达HOXD-AS1使MEK及ERK蛋白磷酸化表达显著增多,同时肝细胞凋亡受到显著抑制;而沉默HOXD-AS1可抑制MEK及ERK的磷酸化,而且肝细胞的增殖受到显著抑制,但促进肝细胞的凋亡[6]。以上实验表明,HOXD-AS1可通过MAPK通路影响肝癌细胞的增殖及凋亡。
在宫颈癌细胞中HOXD-AS1表达显著上调。将沉默HOXD-AS1的宫颈癌细胞注射至裸鼠的体内实验,发现肿瘤的增殖受到抑制,且Ras蛋白表达和ERK1/2的磷酸化也受到抑制,表明HOXD-AS1可通过Ras/ERK通路促进子宫颈癌细胞增殖[7]。在良性疾病子痫患者的胎盘组织中,HOXD-AS1的表达量在正常妊娠者、晚期子痫患者、早期子痫患者中逐渐升高,高表达的HOXD-AS1与子痫的不良预后显著相关,并可抑制滋养层细胞的增殖。同时通过过表达及沉默HOXD-AS1的滋养层细胞实验,发现HOXD-AS1可促进ERK或抑制p38、JNK的磷酸化[8]。因此HOXD-AS1也可通过活化MAPK信号通路影响胚泡转移、胎盘发育及母婴循环的建立。
2. HOXD-AS1与JAK-STAT信号通路
JAK2是JAK家族成员之一,是细胞因子和激素信号传导的重要细胞内介质。JAK2可诱导下游信号通路的激活,包括STAT级联,其中STAT3为其成员之一。在正常细胞中,STAT蛋白的激活短暂,然而在大量原发肿瘤和癌症衍生细胞系中,由于酪氨酸激酶的持续激活及调控STAT蛋白去磷酸化的负调节因子减少,导致STAT蛋白（尤其是STAT3）的持续激活。激活的STAT蛋白快速移位至细胞核,与靶基因启动子区域的识别序列结合,并调控其转录,在调控细胞增殖、分化和凋亡过程中的重要作用[9]。
Zheng等[10]研究发现,在胃癌细胞中HOXD-AS1的表达水平升高,且与胃癌的严重程度呈显著正相关。通过体内、外过表达或抑制HOXD-AS1实验,发现HOXD-AS1可促进胃癌细胞增殖且促进JAK2、STAT3磷酸化。在骨肉瘤组织和细胞中,HOXD-AS1的表达量也显著上调,其通过促进STAT3及其下游蛋白Bcl2、基质金属蛋白酶-2（MMP-2）等基因的表达,促进骨肉瘤细胞的增殖和侵袭[11]。Wang等[12]通过荧光酶试验研究发现,在肝癌细胞中STAT3可特异地与HOXD-AS1启动子结合,促进HOXD-AS1转录,进而增加肝癌细胞的侵袭力。因此认为,HOXD-AS1可通过JAK/STAT信号通路促进肝癌、胃癌和骨肉瘤等肿瘤的增殖,导致疾病的恶化。
3. HOXD-AS1与PI3K/AKT信号通路
二、HOXD-AS1对转录因子的影响
研究显示HOXD-AS1可通过调控转录因子的转录影响肿瘤细胞的增殖或侵袭力。Guo等[14]研究发现,在肺腺癌组织中HOXD-AS1表达下降,且HOXD-AS1表达较高的患者预后较好。HOXD-AS1在肺腺癌中可通过招募DNMT1（一种可使甲基转移到DNA碱基的酶）使转录因子E2F1启动子甲基化,从而抑制E2F1的表达,使肺腺癌细胞的增殖受阻。
三、HOXD-AS1对微小RNA（miR）的影响
大量研究发现,HOXD-AS1存在多个miR结合位点,在不同组织细胞中可通过与多种不同的miR竞争结合,调控下游靶蛋白的表达,由此调控细胞多种生物学过程。HOXD-AS1通过miRNA在上皮细胞-间充质转化（EMT）中发挥了重要作用。在结肠癌中HOXD-AS1可与AEG-1和EZH2竞争性与miR-217结合 ,由此抑制黏附分子（如E-cadherin）的表达及促进细胞角蛋白细胞骨架转化为波形蛋白,使肠黏膜上皮细胞形态上具有间充质细胞的特征[15]。在卵巢癌中同样有着类似的发现,HOXD-AS1与miR-133a-3p存在结合位点,并可通过相互结合,激活Wnt/β-catenin通路,从而抑制E-cadherin及促进波形蛋白的表达,加速卵巢EMT进程。Dong等[16]发现,HOXD-AS1可与PI3K调节亚基3（PI3KR3）竞争性结合miR-186-5p,调节PI3K活性,进而调节体内EMT等大量酶联反应,以此促进卵巢EMT。HOXD-AS1也可通过miRNA调控不同与肿瘤细胞转移相关蛋白的表达。在肝癌细胞中,HOXD-AS1可与Rho蛋白GTP酶活化蛋白竞争性结合miR-19a,从而激活Rho蛋白,促进肿瘤细胞的侵袭转移[5]。HOXD-AS1也可与转录因子SOX4竞争性结合miR-130a-3p,进而激活SOX4下游蛋白zeste基因增强子和MMP-2的表达,MMP蛋白家族能分解细胞外基质和基底膜,从而促进肝癌细胞的转移[12]。有研究显示,HOXD-AS1可与MMP-9竞争性结合miR-133b的结合位点,以此增强非小细胞肺癌细胞侵袭力,并在神经胶质瘤细胞中与E2F8竞争性结合miR-130a,导致与肿瘤转移相关的蛋白MMP-9、MMP-10、TWIST1、NM23表达升高[17,18]。HOXD-AS1还可通过miR调节细胞的增殖。在非小细胞肺癌中,HOXD-AS1可与pRB竞争性结合 miR-147a,pRB则可通过调节细胞周期促进肿瘤细胞的增殖[19]。因此,HOXD-AS1可通过与miR结合参与多种肿瘤的调节机制。
四、HOXD-AS1对下游蛋白的影响
许多研究显示,HOXD-AS1可通过调控蛋白的表达参与肿瘤的调节机制。Gu等[20]研究显示,在骨肉瘤中HOXD-AS1表达显著上调,并可招募组蛋白赖氨酸N-甲基转移酶（EZH2）至p57的启动子中,从而抑制p57的表达。P57是一种细胞周期素依赖的激酶抑制剂及抑癌基因,p57表达下调可促进骨肉瘤细胞的增殖。有研究发现,在已有淋巴结转移或远处转移的前列腺癌组织中,HOXD-AS1表达量上调,且其可通过招募WDR5催化靶基因启动子H3K4甲基化,使PLK1、AURKA、CDC25C和CCNB1等靶基因表达增多,这些靶蛋白均与细胞有丝分裂相关,促进细胞增殖[21]。Runt相关转录因子3（RUNX3）是RUNX家族的成员之一,可靶向结合DNA序列并调节基因的转录和表达。RUNX3具有抑癌基因的活性,在多种恶性肿瘤中呈低表达趋势并参与调控恶性肿瘤细胞增殖及血管新生过程[22]。在黑色素瘤细胞中,HOXD-AS1可通过与EZH2相互作用,从而抑制其下游蛋白RUNX的表达,促进细胞的增殖[23]。在骨肉瘤中,HOXD-AS1可以通过抑制RUNX3 mRNA和蛋白的表达,促进骨肉瘤细胞的增殖[24]。综上所述,HOXD-AS1可通过调控下游蛋白的表达从而参与恶性肿瘤病灶中的细胞增殖。
五、小结
综上所述,在良性或是恶性疾病中,HOXD-AS1可能通过MAPK、JAK/STAT等信号通路或干扰转录因子、miR与下游靶蛋白结合,影响不同细胞的生物学行为,尤其是细胞增殖与细胞的迁移。同时,HOXD-AS1在结肠癌、肝癌、子痫等疾病中均被发现其表达量与疾病的预后或严重程度呈显著相关性。由此可见,HOXD-AS1可能成为判断多种疾病严重程度、预后的重要指标,同时也可为多种疾病的治疗提供可能的靶点。