本文作者：范方田1,2沈存思1裴昌松3张蕾1郑仕中1,4王爱云1,4陆茵1,4作者单位：1南京中医药大学药学院2合肥职业技术学院生物系3徐州医学院第二附属医院泌尿外科4江苏省中药药效与安全性评价重点实验室

乳动物中HOTAIR的序列和进化特征

1编码人HOTAIR基因外显子序列

最新研究[20,21]表明，编码HOTAIR基因的DNA序列位于12号染色体的HOXC11基因与HOXC12基因之间。分子克隆和Northern印迹法证实，HOTAIR是长度为2158nt、迭接的多聚核核苷酸转录产物，RT-PCR研究证实编码HTOAIR的DNA链中只有一条可以被转录，而且与HOXC基因不在同一条DNA链上。编码HOTAIR的序列中包括5个短外显子和1个长外显子（图1）。Rinn等[5]应用TilingArray和RT-PCR对人体11处成纤维细胞进行的研究得出了HOTAIR倾向于在人体的后部和末端表达的相同结论，与HOX基因的表达一致，由此提示HOTAIR的表达调控与HOX基因的表达调控一致。至于HOTAIR的转录的调控机制，目前尚不清楚，仍有待进一步研究。

2哺乳动物HOTAIR基因外显子序列

lncRNAs常被认为是一类有着不同序列却能维持保守结构的分子。He等[20]对10种哺乳动物（人、黑猩猩、恒河猴、大猩猩、狗、牛、马、海豚、小鼠和大鼠）和3种非哺乳脊椎动物（鸭嘴兽、鸡和斑马鱼）进行了HOTAIR基因序列的比对研究，结果发现这些动物的HOTAIR基因序列存在明显差异，除灵长类动物外，其余脊柱动物HOTAIR基因外显子均存在明显差异，说明种属间HOTAIR基因存在较大差异，同源HOTAIR基因外显子的保守性也较差；进一步的研究发现，只有在哺乳动物的HOXC11基因和HOXC12基因之间同时存在6个HOTAIR基因的外显子[21]，而有趣的是单个HOTAIR基因外显子普遍存在于哺乳和非哺乳脊椎动物的基因组中（图1），由此提示HOTAIR的作用对哺乳动物非常重要；He等[20]还对13种动物HOTAIR的进化动力学进行了研究，发现同源HOTAIR基因外显子表现出不同的进化动力学过程，例如外显子3、4和5进化过程比较缓慢，相对比较保守，而外显子1和2则进化速度比较快；另外，哺乳动物中HOTAIR基因序列的进化过程明显快于邻近的HOXC基因。以上研究结果提示，HOTAIR可能是一个比较新的基因，其中的某些外显子正处于快速的进化过程中。

HOTAIR的功能

细胞完全分化后，大部分基因处于沉默状态，这种沉默主要是由多梳蛋白和lncRNAs介导的组蛋白甲基化，而不是由海量的负性转录因子决定的[22]。近年来的研究表明，lncRNAs能通过染色体修饰的模式来调控相关基因的表达。一般认为，lncRNAs通过染色体修饰复合物来发挥作用，但是尚不十分清楚该功能的分子作用机制[7,22-24]。多梳抑制复合体和组蛋白去甲基化酶复合体[赖氨酸特异性去甲基化酶1/RE1-沉默转录因子共阻抑蛋白/REST]被认为对多数基因的转录调控起着重要的作用，两者通过组蛋白甲基化和去甲基化来调控基因的转录过程，但一直不清楚两者靶向目的基因的机制。HOTAIR是第一个被发现的通过反式作用调节基因表达的lncRNA，有报道称其能通过召集PRC2和LSD1来沉默HOXD基因座的转录[5,25,26]。基于此，Tsai等[27]对HOTAIR、PRC2和LSD1这三者的相互关系进行了研究，结果表明包皮成纤维细胞中的HOTAIR5’端结构域能与PRC2复合体结合，而3’端结构域能与LSD1/REST/CoREST复合体结合。HOTAIR基因敲除和过表达研究的结果表明，HOTAIR对PRC2和LSD1的相互作用是必需的。Tsai等[27]进一步通过染色质免疫共沉淀（chromatinimmunoprecipitation，ChIP）的方法，对HOX基因座和人的全基因组启动子区PRC2和LSD1的占据情况进行了分析，结果发现HOTAIR基因敲除后HOXD基因座的转录明显上调，并且伴随组蛋白H3第4位赖氨酸二甲基化表达的上调以及组蛋白H3第27位赖氨酸三甲基化、LSD1和PRC2的表达下调。在全基因组的启动子中有721个启动子同时结合LSD1和PRC2，当HOTAIR同时结合这2个复合体时，可特异性介导靶向富含GC的基因位点。Tsai等[27]的研究还证实，HOTAIR能作为PRC2和LSD1这2个复合体的支架，介导这2种复合物至特异性的基因组位点，使该处染色体上的组蛋白H3K27发生三甲基化和组蛋白H3K4去甲基化，从而使染色体处于封闭状态而使其基因沉默。值得注意的是，LSD1和PRC2调控的靶基因极为广泛，因此改变HOTAIR的表达水平有可能导致极其复杂的生物学效应。

HOTAIR与肿瘤的关系

1HOTAIR与乳腺癌

Gupta等[28]对HOTAIR与乳腺癌转移的相关性进行了系统研究。临床研究表明，HOTAIR在乳腺癌原发灶和转移灶组织标本中的表达均升高；定量PCR检测结果显示，转移灶中HOTAIR的表达水平高出正常上皮组织含量的200～2000倍，提示HOTAIR对乳腺癌的预测具有重要意义。临床回顾性研究表明，HOTAIR在原发灶中的表达水平是预测肿瘤转移和患者死亡的重要指标，且预测结果独立于临床已知的危险因素（如肿瘤大小、分期和雌激素受体的阴性或阳性表达等），提示HOTAIR作为乳腺癌转移的指标能够弥补现有预测指标的不足，并能形成互补，丰富乳腺癌的诊断指标。另外，基于HOTAIR在乳腺癌转移灶中高表达的特点，可以考虑将其作为乳腺癌转移的特异性指标。Gupta等[28]对HOTAIR在乳腺癌转移中的作用也进行了系统研究，结果表明体外上调HOTAIR表达水平能够促进4种乳腺癌细胞的侵袭能力；相反，沉默内源性HOTAIR的表达，即能抑制肿瘤细胞的侵袭力，提示HOTAIR的高表达可能是导致部分乳腺癌转移的重要原因。进一步的体内研究表明，静脉注射高表达HOTAIR的MDA-MB-231细胞，可使肺转移率较对照亲本MDA-MB-231细胞的高出10倍，可能与HOTAIR高表达导致无转移活性的SK-BR3细胞向肺脏大量转移有关，进一步证实了乳腺癌转移与HOTAIR紧密相关。为了探讨HOTAIR介导乳腺癌转移的机制，Gupta等[28]通过ChIP实验对人类全基因组启动子区PRC2占据情况进行了分析，结果显示高表达HOTAIR诱导H3K27me3和PRC2占据了854个基因（其中包括乳腺癌抑制基因，如HOXD10、PRG1、JAM2和EPHA1等），从而抑制了这些基因的表达（图2）。研究还发现，肿瘤侵袭力提高依赖于HOTAIR和PRC2之间的协同作用。依据上述研究结果，一方面HOTAIR可以作为乳腺癌转移和预后的特异性指标，在某些情况下甚至还可以作为是否进行预防性放疗和化疗的指标；另一方面可以针对这一靶点开发针对特定表型肿瘤的药物。

2HOTAIR与肝癌

鉴于HOTAIR在乳腺癌转移中的重要作用，Yang等[29]对HOTAIR与肝癌转移之间的关系进行了研究。临床研究表明，随机抽取的50例肝癌组织的定量PCR检测结果显示，HOTAIR在64%的原发灶中呈现高表达，并且原发灶中的HOTAIR表达水平与肝癌转移患者的复发率和预后紧密相关，这些足以提示HOTAIR在肝癌的转移和复发预测中具有重要的意义。基于以上临床研究的结果，Yang等[29]进一步开展了体外实验，发现4种肝癌细胞株（SMMC-7721、HepG2、Bel-7402和HCCLM3）中的HOTAIR均呈现高表达，而改变HOTAIR的表达水平可明显影响HepG2细胞的活力和细胞凋亡，下调HOTAIR的表达水平可明显提高HepG2细胞对化疗药物顺铂和多柔比星的敏感性，这表明肝癌对铂类制剂和多柔比星的耐药性与HOTAIR具有相关性，但其具体的作用机制还有待进一步研究。该实验还表明，HOTAIR表达水平与HepG2细胞的转移能力呈正相关。HOTAIR与肝癌的研究，一方面揭示了HOTAIR与肝癌转移和复发之间的关系，另一方面是发现了HOTAIR还可以介导肿瘤的耐药，由此为临床解决顺铂和多柔比星的耐药问题提供了新的研究方向。

3HOTAIR与结肠癌

Kogo等[30]对结肠癌预后与HOTAIR之间的关系也进行了类似的研究，同样发现结肠癌组织中HOTAIR的表达水平与结肠癌术后的预后呈正相关，且与肝转移具有良好的相关性。相关作用机制的研究同样表明，结肠癌高表达HOTAIR可以促使PCR2靶向于基因组中的相关基因，并使这些基因沉默；高表达HOTAIR的结肠癌HCT116细胞的转移能力增强，而沉默HOTAIR的表达会降低SW480细胞的侵袭能力。最近，Niinuma等[31]的研究也发现，HOTAIR同样会影响胃肠间质瘤的转移和侵袭能力，说明HOTAIR不仅与上皮来源肿瘤的转移和侵袭能力相关，而且与间质瘤的转移也相关。这项研究拓宽了HOTAIR介导肿瘤转移的范围，提示HOTAIR在调控肿瘤的转移中具有普遍意义。

结语和展望

随着人们对lncRNAs在哺乳动物进化以及疾病发生和发展中的作用日益关注，lncRNAs的作用机制已成为现代遗传学研究的热点问题。一般认为，lncRNAs通过染色体修饰复合物来发挥作用，PRC2是一种重要的基因抑制性复合物。以往的研究表明，PRC2的亚型EZH2在多种肿瘤中表达异常，且与多个肿瘤抑制基因的沉默相关。在开展HOTAIR研究之前，一直未阐明这种抑制性复合物靶向于特定基因的分子机制。针对HOTAIR的研究，一方面阐明了lncRNAs调控基因表达的分子机制，为lncRNAs其他功能的研究提供了参考思路[26,32]；另一方面也揭示了HOTAIR与相关肿瘤之间的关系，为相关肿瘤提供了潜在的预测指标和新的治疗靶点[11]。当然，目前对HOTAIR的研究尚不全面，例如尚不清楚HOTAIR的来源，也未明确导致HOTAIR异常表达的转录因素或突变情况，以及HOTAI的转录是否受其他表观遗传学因素调控等。虽然已有研究表明，HOTAIR与乳腺癌、肝癌和结肠癌的转移和复发密切相关，但其与其他类型肿瘤的相关性研究尚未见报道。另外，HOTAIR异常表达与相关肿瘤转移和复发特点之间的关系，仍有待进一步的实验予以证明。综上所述，笔者认为包括HOTAIR在内的lncRNAs有望成为预测肿瘤复发的新指标以及治疗的新靶点。