综述：非编码 RNA 在癌症干细胞调控中作为 “起搏器” 的作用：一篇综述文章

《Journal of the Egyptian National Cancer Institute》：Role of noncoding RNA as a pacemaker in cancer stem cell regulation: a review article

本文聚焦非编码 RNA（ncRNA）对癌症干细胞（CSCs）的调控作用，探讨其潜在治疗价值，值得关注。

　　

癌症干细胞研究背景

癌症是全球主要死因，传统癌症治疗手段如手术、化疗和放疗常面临高失败率与复发问题。癌症干细胞（CSCs）理论的出现为解释这一现象提供了新视角。CSCs 是肿瘤中一小部分具有干细胞特性的细胞，它们拥有自我更新、分化和多能性，在肿瘤发展和复发中扮演关键角色。CSCs 的分子信号通路异常，像 JAK/STAT、Wnt、NF-κB 和 PI3K/Akt/mTOR 等通路，这些通路的失调影响了 CSCs 的自我更新、增殖、存活和分化。

人体基因组约 90% 转录为 RNA，但仅有 1.5 - 2.0% 是蛋白质编码基因，其余大部分为非编码 RNA（ncRNA）。ncRNA 根据转录本大小可分为小于 200bp 的小 ncRNA，如 Piwi 相关 RNA（piRNAs）、微小 RNA（miRNA）和小核仁 RNA（snoRNAs），以及大于 200bp 的长链非编码 RNA（lncRNA）。越来越多研究表明 lncRNA 参与肿瘤相关通路，在 CSCs 中发挥重要作用。本综述旨在探索 ncRNA 在不同癌症 CSCs 中的功能，以及其潜在的治疗应用。

癌症干细胞的发现

1997 年，科学家成功从白血病患者体内提取出表面标记为 CD34⁺但 CD38^-的独特白血病细胞，这些细胞能在 NOD/SCID 小鼠体内引发肿瘤，这一发现开启了癌症干细胞的研究大门。随后，实体肿瘤 CSCs 在乳腺癌（CD44⁺CD24^-/lowLin^-）中被识别，之后又在结直肠癌、脑癌等多种癌症中分离得到。

癌症干细胞与正常干细胞的区别

癌症干细胞（CSCs）和正常干细胞（NSCs）都具备自我更新和分化能力。NSCs 能不对称分裂，产生新的干细胞和祖细胞，在个体一生中维持干细胞群体。NSCs 分为胚胎干细胞（ESCs）和成体干细胞（ASCs），ESCs 位于囊胚内细胞团，具有多能性，可分化为成熟机体的各种细胞；ASCs 则是组织特异性细胞，能产生特定组织的有限种类细胞。诱导多能干细胞（iPS）是通过将组织特异性细胞转化为类似 ESCs 的细胞，在研究正常发育、疾病进展和测试新疗法方面具有重要意义。

虽然 CSCs 和 NSCs 有相似之处，但 CSCs 是肿瘤发生和复发的根源。研究 NSCs 有助于理解 CSCs 的本质，为癌症治疗提供新的方向。

癌症干细胞的起源

关于 CSCs 的起源有多种理论。一种理论认为 CSCs 源于已存在的干细胞，这些 NSCs 经过多次肿瘤形成和转移相关的突变后转化为 CSCs；另一种理论提出 CSCs 起源于祖细胞或前体细胞，这些半分化细胞在胎儿和成人组织中频繁分裂，基因突变更容易积累，从而引发肿瘤；还有理论认为 CSCs 可能由成熟分化细胞去分化产生，获得干细胞样特征。这些理论表明，多种遗传改变可能参与了细胞向干细胞样细胞的转化过程，组织中的许多细胞可能具有致瘤潜力。

癌症干细胞的特征

CSCs 具有高干性，这源于其高表达干细胞基因，并且能够形成细胞球。传统的化疗和放疗难以根除 CSCs，因为它们高表达抗凋亡蛋白和多药耐药转运体 ABC。CSCs 是癌症对传统疗法产生耐药性的主要原因。此外，CSCs 在 Notch、Hedgehog（HH）和 Wnt 等多种信号通路中存在异常。众多研究尝试通过靶向 CSC 特异性标记、相关信号通路和微环境来消除 CSCs，但由于 CSCs 的异质性，单一 CSC 标记难以有效区分 CSCs 和非 CSCs，抑制单一信号通路也无法显著影响所有 CSCs，这些靶向策略存在一定局限性。

癌症干细胞的信号通路

调控 CSCs 的分子信号通路出现异常，影响其自我更新、增殖、存活和分化。评估干细胞特性的方法包括检测细胞表面蛋白（如 CD44 和 CD133）、细胞内标记（如醛脱氢酶 ALDH）、干性相关基因（如 OCT4 和 SOX2）以及进行表型测试（如肿瘤球形成和体内连续肿瘤移植）。主要的 CSC 信号通路包括 JAK/STAT、Wnt、NF-κB 和 PI3K/Akt/mTOR 等。

• JAK/STAT 信号通路：当细胞因子（如白细胞介素和干扰素）与受体结合，会激活 JAK/STAT 信号通路。受体寡聚化使 JAK 蛋白磷酸化，进而磷酸化 STAT 蛋白，使其二聚化并进入细胞核启动靶基因转录。该通路在维持胚胎干细胞自我更新、造血和神经发生中起作用。前列腺癌干细胞中与 JAK/STAT 信号相关的基因表达升高，阻断 CSCs 中的 STAT3 可抑制其增殖和肿瘤球形成，降低神经元中干细胞基因的表达。在白血病 CSCs 中，JAK/STAT 信号持续激活，使用 JAK1/2 抑制剂可降低 CSCs 的存活率。
• Wnt 信号通路：Wnt 信号通路参与 CSCs 的调控，它包含经典通路（涉及 β -catenin、TCF 和 LEF）、非经典通路（独立于 β -catenin）和非经典 Wnt - 钙通路。经典 Wnt 通路与干细胞的扩增和维持有关，参与祖细胞的增殖和分化。SAM68 通过 Wnt β -catenin 通路特异性靶向 CSCs，驱虫药 Niclosamide 可抑制 Wnt β -catenin 通路，对卵巢 CSCs 具有抗癌作用。
• Notch 信号通路：Notch 受体家族有四个成员（Notch 1 - 4），能与五种不同配体相互作用。Notch 通路相关的关键 CSC 标记包括 CD133、Musashi - 1、CD44 等。在不同癌症中，Notch 的表达水平不同，如在脑、胰腺肿瘤和乳腺癌中，Notch 1、2 和 3 水平升高，而在结直肠癌中表达降低。在乳腺癌中，Notch 基因的作用因肿瘤分子亚型而异，Notch1 可促进 HER2 转录，增加乳腺和乳腺癌 CSCs；Notch2 和 Notch3 有助于祖细胞向腔上皮细胞转化，Notch3 还能增强侵袭能力；Notch4 在乳腺癌 CSC 群体中占主导，存在于基底细胞中。Notch 信号激活与上皮 - 间质转化（EMT）相关，可促进肿瘤转移。
• PI3K/Akt/mTOR 信号通路：PI3K 信号通路在多种癌症中过度活跃，对 CSCs 的肿瘤发展和干性调节至关重要。PTEN 是肿瘤生长的重要抑制因子，其基因改变会导致细胞抗凋亡和迁移能力增强。抑制该通路可减轻卵巢癌和肺癌细胞的化疗耐药性和干性，是胶质母细胞瘤的潜在治疗靶点。

非编码 RNA（ncRNA）概述

1958 年，弗朗西斯?克里克提出中心法则，揭示了 DNA 到蛋白质的合成过程。过去人们认为蛋白质是遗传信息的主要功能终产物，而如今研究发现，哺乳动物和其他复杂生物体基因组中有很大一部分转录为 ncRNA，许多 ncRNA 会经过剪接和进一步加工。

2001 年，在线虫中发现的 lin - 4 和 let - 7 等小 RNA 开启了 ncRNA 研究的新时代，这些 ncRNA 没有蛋白质编码区域，但在生长发育中具有关键功能。ncRNA 根据转录本大小分为小 ncRNA 和 lncRNA，小 ncRNA 包括 piRNAs、miRNA 和 snoRNAs 等。

miRNA 与 CSCs 的关系

miRNA 是长度为 20 - 25 个核苷酸的小 RNA，通过与 mRNA 的 3` 端碱基配对调控翻译过程。miRNA 的生物发生始于细胞核，由 RNA 聚合酶 II 转录生成初级 miRNA（pri - miRNA），经 Drosha 核酸内切酶切割形成约 70 个核苷酸的前体 miRNA（pre - miRNA），再转运到细胞质中，由 dicer - 1 核酸内切酶进一步切割，最终形成成熟 miRNA。

研究发现 miRNA 异常表达与肿瘤进展相关。许多 miRNA 在干细胞功能中起关键作用，例如在小鼠模型中，缺乏参与 pre - miRNA 加工的 Dicer - 1 会导致动物发育过程中过早死亡，胚胎内干细胞数量减少。在 CSCs 中，miRNA 可作为肿瘤发生、转移、分化和 EMT 的抑制因子或激活剂。let - 7 家族通过靶向多个通路在癌症发展中起重要作用，其在 CSCs 中的表达低于亲本细胞，能抑制乳腺癌细胞分裂和乳腺球形成；miR - 21 在多种癌症和 CSCs 中高表达，与缺氧诱导因子（HIF - 1α）共同调节乳腺癌 CSCs 的增殖；miR - 26 可抑制多梳蛋白 EZH2，影响 CSCs 的血管生成、侵袭和自我更新能力；miR - 34a 能降低 CSC 基因的表达，抑制肿瘤增殖，还可通过影响凋亡和自我更新通路抑制 CSCs 的自我更新特性；miR - 200 家族成员在癌症进展中也发挥重要作用，如 miR - 200c 可下调与 CSC 和 EMT 表型相关的基因。

lncRNA 与 CSCs 的关系

许多 lncRNA 在癌症 CSCs 的不同发育阶段发挥调控作用。如 lncRNA ROR 在多种癌症中上调，它靶向多能干细胞表型的重要转录因子 SOX2、OCT4 和 NANOG，影响 DNA 和干细胞的自我更新，与胃癌 CSC 的分化和自我更新相关；HOTAIR 转录自 HOXC 基因簇的反义链，在多种癌症中上调，与肿瘤转移有关，能增强 CSCs 的自我更新能力，敲除 HOTAIR 可抑制肿瘤生长；H19 是母系表达基因，与雌激素调节有关，异常表达会促进多种癌症发展，增加肿瘤的致瘤性和肝转移能力；LINC01426 在肺腺癌中上调，影响 Shh 泛素化，激活肺 CSCs 中的 Hedgehog 通路，促进细胞增殖和迁移；LINC01106 可诱导结直肠癌细胞的增殖、迁移和干细胞样表型；SCIRT 调节与自我更新和细胞周期相关的基因转录，抑制乳腺癌 CSCs 的迁移；FGF13AS1 通过反馈环抑制乳腺癌细胞的糖酵解活性和干细胞样特性。

snoRNA 与 CSCs 的关系

越来越多证据表明 snoRNA 在癌症发展中具有重要作用，其突变和异常表达与癌症相关，可能成为癌症的生物标志物或潜在治疗靶点。在白血病中，C/D 盒 snoRNA 参与癌融合基因 AML1 - ETO 诱导的自我更新过程，敲低相关 snoRNA 可破坏白血病细胞的克隆形成能力，延缓白血病的发生；在肺癌 CSCs 中，SNORA3、SNORA43 和 SNORD78 等 snoRNA 上调，与患者生存率呈负相关，沉默 SNORA42 可抑制 CSCs 的自我更新和肿瘤形成能力；在卵巢 CSCs 中，SNORD89 高表达，与患者不良预后相关，敲除 SNORD89 可逆转其促进 CSCs 增殖、侵袭和迁移的作用；在结直肠癌中，SNORD1C 通过激活 Wnt 信号通路维持干细胞特性和对 5 - FU 的耐药性，敲低 SNORD1C 可抑制细胞增殖和迁移，促进细胞凋亡。

piRNA 与 CSCs 的关系

piRNA 是一类与 PIWI 蛋白相互作用的小非编码 RNA，在果蝇中首次被发现。人类有四种 PIWI 蛋白（PIWIL1 - 4），它们高度保守。piRNA 的表达变化与多种恶性肿瘤的发展和扩散相关。piR - 823 影响血液系统恶性肿瘤、胃癌、结直肠癌和食管鳞状细胞癌的发展；piR - 004800 通过调节 PI3K/AKT/mTOR 通路影响肿瘤细胞的增殖和存活；piR - Hep1 在肝癌中上调，激活 PI3K/AKT 通路；在乳腺癌 CSCs 中，piR - 823 过表达促进细胞增殖和干性基因表达，piR - 2158 过表达则抑制细胞增殖、迁移和侵袭，降低 CSC 标记物的表达；PIWIL2 的下调会导致细胞凋亡增加，抑制癌细胞的增殖和侵袭。

非编码 RNA 作为有前景的治疗靶点

ncRNA 的异常表达与癌症等多种疾病相关，癌症细胞与正常细胞的 miRNA 表达谱存在差异，且肿瘤中存在具有自我更新能力的 CSC 亚群。ncRNA 的异常表达与 CSC 的调控相关，使其成为 CSC 治疗的重要潜在靶点。针对 ncRNA 的治疗策略主要有两种：一是使用 miRNA 模拟物或表达载体恢复肿瘤抑制性 ncRNA 的功能，如 miR - 34a 模拟物可阻断细胞周期 G1 期，增强 caspase - 3 激活，抑制 bcl - 2、Notch 和 HMGA2，在胰腺癌中抑制癌细胞增殖和肿瘤球形成；二是使用锁定核酸（LNA antimiRs）、微小 LNA 抗 miR、antagomirs、miRNA 海绵和 siRNA 等方法阻断致癌 ncRNA 的活性，如 antagomiR - miR - 21 可下调 miR - 21 的表达，抑制肿瘤生长。然而，由于 lncRNA 的结构复杂，存在于细胞核中，更易降解，其作用机制也不太明确，因此将这些策略应用于 lncRNA 治疗比 miRNA 更具挑战性，但通过 RNA 干扰下调 lncRNA 功能是常用的方法。

使用非编码 RNA 作为癌症治疗面临的挑战

目前，使用 ncRNA 作为癌症治疗面临诸多挑战。其中关键问题是如何将寡核苷酸安全、有效地递送至恶性组织。未修饰的寡核苷酸易被免疫系统攻击，在循环中不稳定；而对其进行修饰虽可能提高靶向亲和力和稳定性，但需要额外的递送系统。选择递送系统时需要考虑多种因素，如对血清核酸酶的抗性、逃避先天免疫反应的能力、避免与血清蛋白和非靶细胞的非特异性相互作用、防止肾脏清除、从循环中释放进入靶组织、促进细胞摄取以及整合到 RNA 干扰或其他相关细胞机制中。近年来研究发现，miRNA 可包裹在多囊泡体中，以细胞外囊泡（外泌体）的形式释放到细胞外环境，外泌体在靶向结直肠癌 CSCs 方面展现出潜力，但仍需深入研究其在不同癌症中的功能。此外，ncRNA 治疗还存在脱靶问题，miRNA 能靶向多个 mRNA，模型系统中的靶点在临床应用中可能并不适用；lncRNA 由于机制不明且组织特异性强，面临的挑战更大。

结论

越来越多证据表明，具有自我更新和分化能力的 CSCs 在癌症的发生、发展和转移中起着关键作用。近期研究发现，ncRNA 通过作为癌症促进剂或抑制剂调节 CSC 的进展。本综述详细讨论了 CSCs 与不同类型 ncRNA 之间的关系，以及将 ncRNA 作为癌症潜在靶向治疗的优缺点。然而，该领域仍有许多调节机制有待揭示，需要进一步深入研究，以更好地理解 ncRNA 在癌症治疗中的作用，为癌症治疗开辟新的道路。