天然产物通过调控非编码RNA发挥抗癌作用的机制与治疗进展

《Pharmaceuticals》：Mechanisms and Therapeutic Advances of Natural Products Regulating Non-Coding RNAs in Cancer

非编码RNA（non-coding RNAs, ncRNAs），包括微小RNA（microRNAs）、长链非编码RNA（long non-coding RNAs）、环状RNA（circular RNAs）、tRNA衍生片段（tRNA-derived fragments）、PIWI相互作用RNA（PIWI-interacting RNAs）以及小核仁RNA（small nucleolar RNAs），已被鉴定为基因表达的关键调控因子和癌症进展的重要驱动因素。天然产物凭借其结构多样性和多靶点作用能力，代表了通过调控上述ncRNA网络进行抗癌药物发现的极具前景的资源库。本综述全面概述了天然产物在癌症中对ncRNAs的调控作用。与既往聚焦于单一ncRNA类别或单一天然产物类别的综述相比，本综述提供了一个整合ncRNA生物学、天然产物药理学及癌症治疗递送策略的框架。首先，系统描述了主要ncRNA类别的生物发生、分类及分子功能，随后讨论了各类ncRNA在不同癌症类型中的失调及其对肿瘤发病机制的贡献。继而综述了代表性天然产物（包括多酚类、黄酮类、萜类及生物碱类）对这些ncRNA网络的调控作用，从而影响肿瘤进展的多个标志性特征，涵盖细胞增殖、程序性细胞死亡、转移播散、肿瘤微环境重塑及治疗耐药。本文还讨论了ncRNAs作为天然产物基础治疗中诊断、预后及药效学生物标志物的潜力，以及新兴的基于纳米颗粒的递送策略用于天然产物与ncRNA治疗制剂的共递送；然而，本文所总结的大多数证据仍处于临床前阶段，临床转化需要严格的药理学及临床验证。最后，本文探讨了天然产物–ncRNA抗癌策略临床转化当前面临的挑战及未来前景。

主体内容总结

1. 引言

癌症仍是全球范围内导致死亡的主要原因之一，对全球健康构成重大负担。GLOBOCAN 2024估计2024年全球新发癌症病例约2060万例，癌症死亡约980万例。尽管手术、化疗、靶向治疗、免疫治疗及放疗在过去数十年取得重大进展，癌症的临床管理仍面临获得性耐药、显著的瘤内异质性和转移播散等挑战。天然产物因其结构多样性、多靶点能力、安全性特征及调控广泛细胞信号通路的潜力，在抗癌药物发现中受到日益关注。姜黄素、白藜芦醇、表没食子儿茶素没食子酸酯等多酚类，黄芩素、槲皮素等黄酮类，以及人参皂苷、青蒿素衍生物等萜类，已通过多种分子机制显示出广谱抗肿瘤活性。然而，天然产物发挥抗癌作用的确切分子机制仍未完全阐明。

非编码RNA（ncRNAs）是一类异质性RNA转录本，在转录、转录后及表观遗传水平作为基因表达的关键调控因子。根据转录本大小、结构特征及生物发生途径，ncRNAs主要分为几大类。微小RNA（miRNAs）长度约19至25个核苷酸，通过互补碱基配对引导RNA诱导沉默复合体（RISC）靶向mRNA，主要导致翻译抑制或mRNA去稳定化。长链非编码RNA（lncRNAs）为超过200个核苷酸的转录本，通过分子支架、转录诱饵及竞争性内源RNA（ceRNA）网络等多种机制调控染色质结构、转录过程及转录后活动。环状RNA（circRNAs）通过前体mRNA反向剪接形成共价闭合环状结构，高度稳定，可作为miRNA海绵、蛋白支架、转录调控因子，甚至通过N6-甲基腺苷修饰或内部核糖体进入位点介导非帽依赖性翻译的模板。此外，tRNA衍生片段（tsRNAs）、PIWI相互作用RNA（piRNAs）及小核仁RNA（snoRNAs）等调控性ncRNAs通过翻译控制、转座子沉默及位点特异性RNA修饰拓展了ncRNA调控图谱。

2. 非编码RNA的生物学功能与分类

2.1 微小RNA

miRNA生物发生是精密的多步骤途径。经典途径始于RNA聚合酶II转录产生初级miRNA转录本（pri-miRNAs），核内Microprocessor复合体（由RNase III酶Drosha及其辅因子DGCR8组成）切割茎环连接处，产生约60–70个核苷酸的前体miRNA（pre-miRNAs）。pre-miRNAs经Exportin-5以Ran-GTP依赖方式转运至细胞质，由Dicer识别并切割产生约22个碱基对的成熟miRNA双链体，随后装载至Argonaute（AGO）蛋白。miRNA基因沉默主要通过种子区（第2–8位核苷酸）与靶mRNA的3′非翻译区（UTR）互补配对实现，机制包括翻译抑制和mRNA去稳定化。此外，miRNAs还可靶向5′UTR、编码序列及启动子区域，并可在核内发挥转录水平调控功能。

2.2 长链非编码RNA

lncRNAs根据基因组位置分为基因间lncRNAs（lincRNAs）、反义lncRNAs、内含子lncRNAs、正义/反义重叠lncRNAs及增强子RNAs（eRNAs）。lncRNAs由RNA聚合酶II转录，经5′加帽、剪接和多聚腺苷酸化等共转录加工，但通常外显子较少、丰度较低，且表达更具组织和细胞类型特异性。在染色质水平，lncRNAs可作为分子支架招募染色质修饰复合体（如PRC2）至特定基因组位点，介导H3K27me3沉积和转录沉默；也可通过形成RNA-DNA三链结构或稳定增强子-启动子成环发挥转录增强子功能。在转录后水平，lncRNAs可通过ceRNA或miRNA海绵机制竞争性抑制miRNA介导的抑制，也可通过直接碱基配对或招募RNA结合蛋白调控mRNA稳定性。部分lncRNAs还含有短开放阅读框（sORFs），可编码功能性微肽。

2.3 环状RNA

circRNAs通过反向剪接形成共价闭合环状结构，具有显著稳定性和抵抗外切酶降解的能力。生物发生主要有三种模型：内含子配对驱动环化、RNA结合蛋白（RBP）介导环化及套索驱动环化。circRNAs最经典的功能是作为miRNA海绵，如CDR1as/ciRS-7含有超过70个保守的miR-7结合位点。circRNAs还可与蛋白质动态互作，发挥蛋白海绵、支架、诱饵及招募者功能。核内定位的外显子-内含子circRNAs（EIciRNAs）可结合U1 snRNP和RNA聚合酶II促进亲本基因转录。部分含开放阅读框的circRNAs可通过内部核糖体进入位点（IRESs）或m6A介导的非帽依赖性机制翻译功能蛋白或多肽。circRNAs还可通过包装进入细胞外囊泡（EVs）特别是外泌体，参与细胞间通讯。

2.4 其他非编码RNA

tsRNAs分为应激条件下血管生成素切割反密码子环产生的tRNA halves（tiRNAs，约30–40个核苷酸）和Dicer或其他核酸酶在特定位点产生的tRNA衍生小RNA片段（tRFs，14–30个核苷酸）。tsRNAs可通过miRNA样方式介导基因沉默、竞争翻译起始因子调控翻译，并参与逆转录转座子活性调控。piRNAs长度为24–31个核苷酸，特异性结合PIWI蛋白，通过初级加工和乒乓循环两条途径生成，主要功能为转录及转录后水平抑制转座元件。snoRNAs分为H/ACA盒和C/D盒两类，分别指导假尿苷化和2′-O-甲基化，此外还可调控前体mRNA可变剪接。其他ncRNAs还包括vault RNAs和Y RNAs等。

3. 非编码RNA在肿瘤进展中的调控功能

3.1 miRNAs在肿瘤发生中的作用

miRNAs通过靶向癌基因、抑癌基因及核心信号通路（如PI3K/AKT、Wnt/β-catenin、p53），在肿瘤发生中发挥促癌（oncomiRs）和抑癌双重作用。在肝细胞癌（HCC）中，miR-483-5p直接靶向IGF2和H19的增强子区域，通过eRNA-MED1复合体促进增强子-启动子染色质成环。在结直肠癌（CRC）中，核内miR-494-5p招募AGO蛋白至KAT2B增强子，改变局部组蛋白修饰并破坏MED1-p300-RNAP II共激活复合体组装。miRNAs还通过EV介导的细胞间通讯发挥作用，如卵巢癌中顺铂增强癌细胞EV分泌并富集miR-181a-5p，通过SIRT1抑制和FOXP3去抑制促进CD4?T细胞向免疫抑制性调节性T细胞（Tregs）分化。

3.2 lncRNAs在恶性肿瘤中的作用

lncRNAs通过ceRNA网络、表观遗传与转录调控、支架与诱饵功能发挥作用。乳腺癌中，癌症相关成纤维细胞（CAFs）分泌的外泌体lncRNA PRKCQ-AS1海绵miR-200a-3p，上调MKP1，抑制MAPK/JNK信号通路。HCC中，RAB30-DT直接结合剪接激酶SRPK1并促进其核转位，重塑细胞周期调控因子的可变剪接景观。CRC肝转移中，STEAP3-AS1与亲本基因STEAP3形成R环，通过BRG1/ERG/P300复合体改变MMP9染色质可及性。口腔癌中，HIF-1α诱导的lncRNA EUDAL通过竞争性结合c-Cbl和Grb2发挥诱饵功能，维持EGFR持续磷酸化，经STAT3/BNIP3自噬通路导致化疗耐药。

3.3 circRNAs在癌症发展中的作用

circRNAs通过miRNA海绵、RBP调控及翻译功能肽等机制参与癌症发展。HCC中，circTTC13海绵miR-513a-5p上调SLC7A11，抑制铁死亡并驱动索拉非尼耐药；circSMARCA5同时螯合miR-17-3p和miR-181b-5p以上调抑癌因子TIMP3。CRC中，circPHLPP2与RBP ILF3互作并增强其核定位，增加IL36γ转录，阻碍NK细胞浸润并导致抗PD-1耐药。CRC肝转移中，circ-YAP通过m6A介导的内部核糖体进入产生截短型YAP-220aa蛋白，竞争性结合LATS1促进YAP核转位和去磷酸化，形成自我放大的正反馈环促进转移。

3.4 其他非编码RNA在肿瘤发病中的作用

HCC中，SNORD17结合核仁蛋白NPM1和MYBBP1A，阻止p53核转位和转录激活，形成p53-SNORD17正反馈环。肺腺癌中，piRNA-137463通过涉及lncRNALOC100128494和miR-24-3p的多组分ceRNA网络调控胆固醇从头合成。前列腺癌中，piRNA PROPER通过m6A依赖的RNA环化机制连接5′UTR的EIF2S3与3′UTR的YTHDF2/YBX3，促进DUSP1 mRNA降解并激活p38 MAPK信号。HCC中，tRF-Glu-i-0545通过阻断VDAC2-Nedd4互作稳定VDAC2，促进铁死亡。膀胱癌中，METTL1生成m7G修饰的tsRNA加速癌症进展。

3.5 靶向ncRNA系统的工程化策略

寡核苷酸策略方面，适配体-RIBOTAC（ARIBOTAC）嵌合体将肿瘤特异性适配体介导的细胞识别与RNase L招募相结合，实现致癌miRNA的精准降解。疫苗与免疫策略方面，HCC靶向circGPC3疫苗联合TLR4激动剂增强CD8?T细胞与1型常规树突状细胞（cDC1）的相互作用。纳米颗粒递送系统方面，脑渗透性纳米颗粒联合MRI引导聚焦超声递送miR-382和miR-340，实现多靶点抑制。

4. 天然产物通过非编码RNA调控多种恶性肿瘤表型

4.1 调控ncRNA介导的癌细胞增殖

胰腺导管腺癌中，单萜吲哚生物碱衍生物BBIT20抑制miR-20a，诱导G2/M细胞周期阻滞和凋亡。骨肉瘤中，黄芩素上调lncRNA-NEF，灭活Wnt/β-catenin通路。HCC中，黄芩素通过上调miR-3178靶向组蛋白去乙酰化酶10（HDAC10），同时灭活FoxO3α/p27/CDK2/Cyclin和E1AKT/MDM2/p53/Bcl2/Bax信号通路，阻滞G1/S检查点。灯盏花素通过circSRBD1/miR-2682-5p/ESR1通路诱导G0/G1期阻滞。乳腺癌中，圣草酚靶向circ_0007503抑制PI3K/AKT轴。人参皂苷Rh2通过启动子低甲基化上调lncRNA STXBP5-AS1，螯合致癌miR-4425以去抑制抑癌因子RNF217。CRC中，槲皮素诱导转录因子Sp1蛋白酶体降解，下调miR-27a。

4.2 调控ncRNA介导的程序性细胞死亡

凋亡方面，查尔酮通过NOX4-IRE1α磺酸化调控环触发内质网应激诱导凋亡，激活的NOX4促进IRE1α依赖性衰减，选择性降解miR-23b。CRC中，姜黄素增强ROS/KEAP1/ARE/NRF2信号级联，导致NRF2依赖性反式激活miR-34a/b/c，以p53非依赖方式诱导凋亡和细胞衰老。HCC中，壳聚糖纳米颗粒共递送Oroxin B和miR-128-3p agomir，同时干扰PI3K-AKT和VEGF信号通路协同诱导凋亡。铁死亡方面，HCC中大黄素通过上调miR-4465靶向NFE2L3，抑制HMGCR/GPX4轴。肾细胞癌中，淫羊藿次苷II上调miR-324-3p直接靶向GPX4 mRNA的3′UTR。NSCLC中，莪术烯醇显著下调lncRNA H19，解除其对miR-19b-3p的螯合，恢复铁蛋白重链1（FTH1）表达。焦亡方面，天然产物(-)-Gomisin M1的结构优化衍生物13j通过破坏TRBP-Dicer互作全局调控miRNA生物合成，同时诱导凋亡和焦亡。自噬方面，胶质瘤中飞燕草素-3-芸香苷上调miR-20b-5p抑制Atg7。卵巢癌中，小檗碱通过破坏LINC01123与P65的物理互作，降低P65蛋白稳定性并损害MAPK10转录，同时抑制自噬和糖酵解。

4.3 调控ncRNA介导的肿瘤转移与侵袭

鼻咽癌中，白屈菜红碱通过转录抑制pri-miR-21恢复PTEN，灭活PI3K/AKT信号，逆转上皮-间质转化（EMT）。CRC中，姜黄素通过诱导ROS/NRF2/KEAP1/miR-34a/b/c通路抑制肺转移形成，促进间质-上皮转化（MET）。卵巢癌中，双氢青蒿素通过上调miR-200b抑制腹膜播散，同时抑制BMI-1和VEGF-A。骨肉瘤中，黄芩素通过lncRNA-NEF上调和Wnt/β-catenin灭活抑制侵袭转移。CRC中，山奈酚通过下调circ_0000345减弱JMJD2C/β-catenin信号。HCC中，榄香烯通过抑制RNA结合蛋白HNRNPU和HNRNPC下调促转移circBPTF（hsa_circ_0045431）的生物发生。

4.4 调控ncRNA介导的肿瘤微环境重塑

肿瘤血管生成方面，卵巢癌中双氢青蒿素通过miR-200b上调抑制VEGF-A/VEGFR2介导的新血管形成。胰腺导管腺癌中，人参皂苷Rg3通过外泌体介导策略增加miR-204水平，下调DVL3，损害干性依赖的血管生成拟态（VM）形成。癌症干细胞干性方面，宫颈癌中蔓荆子黄素上调miR-342-3p，下调CD133、CD49f、Nanog和Sox2等干性标志物。乳腺癌中，丹参酮IIA通过miR-125b调控减少CD24?/CD44?亚群。肿瘤代谢方面，卵巢癌中小檗碱通过LINC01123/P65/MAPK10通路抑制糖酵解。肿瘤免疫逃逸方面，胃癌中绿茶来源的EGCG通过STAT3靶向转录抑制PLXNC1，阻断肿瘤来源外泌体介导的致癌miR-92b-5p转移，抑制M2巨噬细胞极化。乳腺癌中，白藜芦醇通过下调miR-17-5p激活MINK1/JNK/c-Jun轴，上调NKG2D配体ULBP2。CRC肝转移中，人参皂苷Rb1通过抑制肿瘤来源EV中circ-0034880的生物发生，抑制SPP1高表达CD206?促肿瘤巨噬细胞活化。

4.5 调控ncRNA介导的肿瘤耐药

鼻咽癌中，白屈菜红碱靶向miR-21/PTEN/PI3K/AKT轴，重新表达PTEN。CRC中，芒柄花素通过上调miR-490-3p靶向ABCC2（编码多药耐药蛋白MRP2）的3′UTR，与5-氟尿嘧啶发挥协同作用。三阴性乳腺癌中，五没食子酰葡萄糖通过恢复miR-200c-3p表达逆转多柔比星耐药。NSCLC中，槲皮素通过DDB2-AS1/miR-4728-5p/p53通路逆转顺铂耐药，激活p53并抑制xCT/GPX4铁死亡防御系统。前列腺癌中，槲皮素靶向辐射诱导的ARv7介导circNHS/miR-512-5p/XRCC5通路增强放射敏感性。乳腺癌中，芦丁上调miR-129-1-3p直接靶向GRIN2D，增强吡柔比星敏感性并减轻其心脏毒性。

5. 非编码RNA作为天然产物抗癌治疗的生物标志物与靶点

5.1 ncRNAs的诊断与预后价值

PCA3是首个获FDA批准的用于癌症诊断的ncRNA生物标志物，可在尿液中检测。CRC患者血清miR-203水平升高与肝及全身转移风险增加相关。HOTAIR在肿瘤组织中的过表达与乳腺癌、结肠癌和肝癌的转移、复发及不良预后相关。在天然产物研究范围内，HCC中黄芩素诱导的miR-3178上调和灯盏花素诱导的circSRBD1下调均与细胞周期阻滞和凋亡改善相关。CRC中，姜黄素诱导的miR-34a/b/c上调可作为机制指标和治疗反应预测因子，芒柄花素疗效与miR-490-3p水平密切相关。

5.2 靶向ncRNAs的治疗策略

RNA治疗递送平台分为病毒和非病毒系统，包括脂质纳米颗粒（LNPs）、GalNAc偶联siRNAs、聚合物和无机纳米颗粒、细胞外囊泡载体及病毒载体。天然产物递送面临水溶性差、代谢结合快和口服生物利用度低等挑战，前药设计、纳米晶体、聚合物胶束、环糊精包合物、自乳化递送系统、磷脂复合物及金属配位等策略已用于改善植物化学物的溶解性和系统暴露。共递送平台提供双重解决方案：纳米载体同时增溶水溶性差的天然产物并保护易降解的ncRNA治疗制剂免受核酸酶降解。自杀基因治疗策略中，HSV-TK/GCV或胞嘧啶脱氨酶/5-FC系统通过旁观者杀伤效应放大疗效，ncRNAs可通过调控缝隙连接蛋白和EV介导的细胞间通讯调节旁观者杀伤。靶向策略包括递送siRNA或antagomiR沉默致癌ncRNAs，以及递送miRNA mimics恢复抑癌ncRNA功能。