長鏈非編碼RNA在消化道腫瘤中的研究進展

楊春霞　錢科卿

[摘 要] 長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）是最近被發(fā)現(xiàn)的一類轉(zhuǎn)錄本長度超過200nt的非編碼RNA分子，缺乏序列保守性，幾乎無蛋白編碼功能，在哺乳動物基因組普遍被轉(zhuǎn)錄。它能在多個層面（表觀遺傳學(xué)、轉(zhuǎn)錄水平、轉(zhuǎn)錄后水平）上調(diào)控基因表達，參與各種各樣的生物學(xué)過程，在細胞分化與增殖、胚胎發(fā)育、組織再生、代謝、腫瘤、阿滋海默病、亨廷頓氏舞蹈癥和心血管疾病中起著重要的作用。目前，已報道lncRNAs具有多種生物學(xué)功能和與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展、轉(zhuǎn)移和預(yù)后等密切相關(guān)。本文對lncRNAs的生物學(xué)功能、作用機制和相關(guān)分子在人類消化道腫瘤中的潛在作用進行綜述。

[關(guān)鍵詞] LncRNAs； 腫瘤；功能；分子機制

中圖分類號：R735 文獻標識碼：A 文章編號：2095-5200（2015）03-012-04

人類基因組中只有不到2%可以編碼蛋白，絕大部分基因被轉(zhuǎn)錄成非編碼RNA（non-coding RNAs，ncRNAs）[1]。ncRNAs 依據(jù)其長度可分為短鏈非編碼RNA（microRNA、siRNA 和piRNA等）和長鏈非編碼RNA（long non-coding RNAs，lncRNAs）。其中，lncRNAs是最常見和功能多樣化的一類。關(guān)于長鏈非編碼RNA與人類疾病關(guān)系的闡述僅處于起步階段。盡管已經(jīng)有研究揭示了一小部分lncRNAs的功能，如HOTAIR， Xist 和Malat，但大部分的lncRNAs功能還是未知的。lncRNAs廣泛分布于不同的組織中且某些lncRNAs被發(fā)現(xiàn)偏好表達于特定的組織。lncRNAs多富集于細胞核內(nèi)并參與基因表達的表觀遺傳學(xué)調(diào)控。尤其，一些lncRNAs可結(jié)合到多種染色質(zhì)調(diào)節(jié)蛋白從而介導(dǎo)它們對特定基因靶物的募集。近年的研究還表明，許多l(xiāng)ncRNAs滯留在不同亞細胞器中[2]，提示lncRNAs可能在其所在亞細胞器中發(fā)揮著潛在的功能，有待進一步研究。一般而言，lncRNA 主要從表觀遺傳學(xué)調(diào)控、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控3 個層面實現(xiàn)對基因表達的調(diào)控[3]。目前對細胞核內(nèi)lncRNAs 的研究已經(jīng)較為深入，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)lncRNAs 廣泛參與了基因組調(diào)節(jié)，如X 染色體的沉默、基因組印記以及染色質(zhì)修飾、轉(zhuǎn)錄激活、轉(zhuǎn)錄干擾、核內(nèi)運輸?shù)榷喾N對生長發(fā)育等生命過程重要的調(diào)控，并與包括腫瘤在內(nèi)的許多疾病有著密切的聯(lián)系[4]。

1 長鏈非編碼RNA概述

LncRNAs長度超過200 nt，它們可能定位于細胞核內(nèi)和細胞質(zhì)中，由RNA 聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄生成，其表達具有時空特異性，缺乏有意義的開放閱讀框（ORF），二級結(jié)構(gòu)具有保守性。根據(jù)lncRNA與鄰近蛋白編碼基因的結(jié)構(gòu)關(guān)系，將1ncRNA分為5類：正義（Sense）、反義（Antisense）、雙向（Bidirectional）、基因間（Intergenic）及基因內(nèi)（Intronic）[5]。由于存在上述多種結(jié)構(gòu)特點，lncRNA被認為可能有著多種不同的起源，目前認為LncRNA的起源主要有以下5種[6]：（1）染色質(zhì)重組：由原來缺乏外顯子的序列轉(zhuǎn)變而成 ；（2）蛋白編碼基因的結(jié)構(gòu)中斷從而形成一段lncRNA；（3）鄰近的復(fù)制子串聯(lián)產(chǎn)生lncRNA；（4）非編碼RNA在復(fù)制過程中反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生逆轉(zhuǎn)錄基因或逆轉(zhuǎn)錄假基因；（5）基因中插入轉(zhuǎn)座子而產(chǎn)生有功能的非編碼RNA。雖然lncRNA來源不一， 但研究顯示它們在基因表達的調(diào)控方面有相似作用。

2 LncRNA的基本功能

至今，lncRNAs已被證實與基因表達調(diào)控的多種生物學(xué)過程有關(guān)，主要表現(xiàn)在：順式作用、反式作用、調(diào)控核染色質(zhì)修飾，X染色體的失活（Xi）、基因印跡、核分割、核-質(zhì)轉(zhuǎn)運、RNA拼接和翻譯控制[7]。下面對lncRNAs部分功能進行重點探討。

2.1 通過lncRNAs的順式和反式作用調(diào)控基因表達

至今，Xist是被研究得最透徹的lncRNAs之一，其在女性的體細胞中，對X染色體的失活（Xi）的啟動和加速有作用。X染色體隨機失活是X失活中心（X inactivation center，Xic）調(diào)控的，Xic是一個順式作用位點。Repeat A（Rep A）是由基因Xist5端編碼的大小為1.6 kb的lncRNA，可定位于Xic，能招募并結(jié)合染色質(zhì)重構(gòu)復(fù)合體2（PRC2），激活XIST的表達。Xist由擬失活的X染色體轉(zhuǎn)錄，隨之附著于該條X染色體，招募DNA甲基化酶和組蛋白去乙?；?，通過染色體修飾，使之固縮為異染色質(zhì)，導(dǎo)致基因沉默。Xist 的反義轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物Tsix也是一個lncRNA分子，對Xist 起負調(diào)控作用，阻止染色體失活[8]。轉(zhuǎn)錄自HOXC 基因座的lincRNA HOTAIR，以反式方式調(diào)節(jié)著人類HOXD基因表達， 它能夠募集染色質(zhì)重構(gòu)復(fù)合體2（PRC2）并將其定位到HOXD 位點， 進而誘導(dǎo)HOXD基因座上長達40 kb的轉(zhuǎn)錄本發(fā)生表觀遺傳沉默[9]。

2.2 lncRNAs參與調(diào)控前體mRNA的選擇性剪接

LncRNA MALAT1（metastasisassociated lung adenocarcinoma transcript 1），是一個與腫瘤轉(zhuǎn)移相關(guān)的基因，被證實在mRNA前體的可變剪接中起著至關(guān)重要的作用。MALAT1首先定位于核斑點上，這些位置存在的一些蛋白質(zhì)被認為是與選擇性剪接有關(guān)。此外，MALAT1的缺失足以改變mRNA的一系列選擇性剪接模式。似乎MALAT1形成了幾種蛋白質(zhì)分子骨架存在于核的旁斑，并可以調(diào)節(jié)SR蛋白質(zhì)的磷酸化。通過調(diào)節(jié)SR蛋白質(zhì)的磷酸化，MALAT1因此可在細胞水平上影響SR蛋白質(zhì)的活性和參與隨后的前體mRNA的剪接過程[10]。最后，我們?nèi)孕枰^續(xù)研究確定其他的lncRNAs是否也在選擇性剪切中起到重要的作用。

2.3 lncRNA調(diào)節(jié)細胞周期和凋亡

lncRNAs也被證實主要通過調(diào)節(jié)細胞周期和凋亡來控制細胞生長。Gas5（growth arrest-specific transcript 5）非編碼RNA富集于生長停滯細胞內(nèi)并通過抑制基因?qū)μ瞧べ|(zhì)激素的應(yīng)答來致敏哺乳類細胞走向凋亡。Gas5通過“糖皮質(zhì)激素應(yīng)答元件”（GRE）與糖皮質(zhì)激素受體（GR）的DNA結(jié)合域（DBD）相互作用并通過競爭靶基因的GREs來抑制GR誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄活性。由p53激活的長基因間非編碼RNA-p21（lincRNA-p21）在p53途徑和觸發(fā)凋亡中起重要的作用。lincRNA-p21介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄抑制是通過其結(jié)合至核內(nèi)不均一核糖核蛋白K（hnRNP-K）來實現(xiàn)的。定位于CDKN1A轉(zhuǎn)錄起始點（TSS）上游大約5kb的PANDA lncRNA為CDKN1A反義轉(zhuǎn)錄體并參與DNA損傷應(yīng)答。p53在DNA損傷后激活CDKN1A 、PANDA 和lincRNA-p21的轉(zhuǎn)錄。PANDA與轉(zhuǎn)錄因子NF-YA的結(jié)合阻斷了凋亡。這三種激活的基因可協(xié)同抑制細胞的周期和存活[11]。

2.4 lncRNA調(diào)節(jié)蛋白翻譯

最近的研究揭示了lncRNA還參與蛋白的翻譯。與鼠泛肽羧基末端水解酶L1（UCHL1）反義的lncRNA能特異性增加UCHL1蛋白的合成。這依賴于嵌入的SINEB2重復(fù)。BACE-AS是BACE1（β-site APP cleaving enzyme 1）的自然反義轉(zhuǎn)錄體。BACE-AS 和BACE1 mRNA之間的堿基對能增強BACE1 mRNA的穩(wěn)定性，從而增多BACE1蛋白的數(shù)量，參與形成阿滋海默病[12]。

3 LncRNA的作用機制

本文依據(jù)lncRNAs的不同亞細胞定位，總結(jié)其發(fā)揮各自的效應(yīng)的不同的調(diào)控機制。

首先在細胞質(zhì)中l(wèi)ncRNAs可以通過以下機制發(fā)揮作用：（1）LncRNAs在Dicer酶的作用下被加工成小的、單鏈或者雙鏈RNAs分子，可以作為內(nèi)源性小干擾RNA（si-RNA）靶定其他的RNAs分子，隨后導(dǎo)致靶RNAs分子的降解。（2）LncRNAs可以做為“miRNA海綿”，吸附結(jié)合miRNA分子，競爭性抑制這些小的調(diào)控性RNA分子的活性，從而影響這些miRNA分子的靶基因的表達 [13] 。（3）對于細胞子結(jié)構(gòu)及蛋白復(fù)合體的形成非常重要，發(fā)揮類似“腳手架”的功能。（4）與特定蛋白質(zhì)結(jié)合，調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的活性以及影響蛋白質(zhì)的細胞定位。（5）可作為小分子RNA（如m iRNA、piRNA、m ascRNA）的前體分子 。

其次在細胞核內(nèi)lncRNAs主要存在以下作用方式：（1）lncRNAs可以通過募集轉(zhuǎn)錄因子到靶基因的啟動區(qū)而激活基因的表達；然而，他們同樣可以與DNA形成RNA-DNA三鏈結(jié)構(gòu)（RNA-DNA-Triplexes），阻斷轉(zhuǎn)錄因子與靶基因啟動子區(qū)的結(jié)合，從而抑制基因的表達。（2） LncRNAs參與調(diào)控mRNA前體分子（pre-mRNAs）的可變剪接，增加轉(zhuǎn)錄組 的復(fù)雜性。（3）LncRNAs參與控制常染色質(zhì)和異染色質(zhì)之間的平衡。抑制RNA 聚合酶Ⅱ，或與染色質(zhì)重塑復(fù)合體相互作用，參與染色質(zhì)的重塑和組蛋白的修飾。

4 LncRNA與消化道腫瘤

在許多疾病中存在LncRNAs的異常表達，尤其在腫瘤中。近來很多研究已證實LncRNAs與人類腫瘤密切相關(guān)。因其在致癌和腫瘤抑制途徑中顯示出的重要作用而成為近來腫瘤研究的新熱點。下面將簡要介紹LncRNAs在幾種常見消化道腫瘤中的研究新進展。

4.1 LncRNAs與肝癌

肝癌的死亡率僅次于胃癌和食管癌，是我國第三大常見的惡性腫瘤。肝癌中高表達基因（highly up—regulated in livercancer，HULC）在原發(fā)性肝癌以及直腸癌肝轉(zhuǎn)移的繼發(fā)性肝癌中呈現(xiàn)特異性高表達，而且能夠在肝癌患者的血液中檢測到，因此被認為是一種潛在的肝癌標志物。在肝癌細胞中，轉(zhuǎn)錄因子CREB可以通過與miR-372相互作用上調(diào)HULC的表達，同時HULC可以作為一種“miRNA海綿”吸附miR-372[13，14]。除HULC外，在肝癌中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種與肝癌密切相關(guān)的lncRNA，如HOTAIR，HEIH，MALAT，MEG3等。EGLN2可通過調(diào)節(jié)缺氧誘導(dǎo)因子的降解來影響腫瘤的生成。Zhu等發(fā)現(xiàn)與RAB4B（Ras-related GTP-binding protein 4b）和EGLN2（Prolyl hydroxylase 1）有重疊序列的RERT-lncRNA的表達受rs10680577調(diào)控，其過表達可以上調(diào)EGLN2，從而參與肝細胞癌的形成。研究得出的rs10680577和RERT-lncRNA表達之間的關(guān)聯(lián)表明lncRNAs內(nèi)部的遺傳變異可能在調(diào)節(jié)lncRNAs的結(jié)構(gòu)和表達中發(fā)揮了重要作用[15]。

4.2 LncRNAs與食管癌

91H是一條位于H19 /IGF2 基因附近（NC_0000 11.9）長約119 392 bp 的lncRNA，目前已被證實與乳腺癌IGF2 異常表達密切相關(guān)[16]。高天翼等收集了232 例ESCC 患者癌組織和癌旁組織標本，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)lncRNA 91H 的表達水平與H19 ICR 區(qū)甲基化程度密切相關(guān)，同時其對IGF2 表達存在抑制作用。另外，ESCC患者的腫瘤浸潤深度、腫瘤等級以及TNM 分期越高，其91H 表達水平越低，提示91H 可以作為一個新的遺傳學(xué)標志，用于ESCC 的早期診斷以及腫瘤轉(zhuǎn)移的評估[17]。Chen等研究發(fā)現(xiàn)在78例食管鱗癌組織中，HOTAIR的表達量相對癌旁正常組織明顯升高，且HOTAIR的高表達與食管鱗癌病人的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及不良預(yù)后成正相關(guān)。si-RNA沉默HOTAIR的表達后，食管鱗癌細胞的侵襲和侵襲能力明顯下降，凋亡比例明顯增加。提示HOTAIR在食管鱗癌中可以作為一個潛在分子標志物及可能分子治療的靶

點[18]。LncRNA SPRY4-IT1（Gene ID：AK024556）被報道作為促癌因子在黑色素瘤中高表達，并且調(diào)控黑色素瘤細胞的生長和轉(zhuǎn)移[19]。謝海偉等研究發(fā)現(xiàn)在50例ESCC組織中SPRY4-IT1呈高表達，其表達水平與腫瘤大小、TNM分期有關(guān)，而與分化程度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、年齡、性別、吸煙、飲酒及腫瘤家族史無關(guān)。高表達SPRY4-IT1 者預(yù)后較低表達者差。進一步在細胞中檢測SPRY4-IT1表達水平，發(fā)現(xiàn)其在腫瘤細胞株中的表達水平明顯高于正常食管上皮細胞株。在KYSE30細胞株中用si-RNA干擾SPRY4-IT1的表達后能通過阻滯細胞周期，誘導(dǎo)細胞凋亡從而抑制ESCC細胞的生長。提示SPRY4-IT1有可能作為食管鱗癌的診斷、判斷預(yù)后的分子標志物及治療的分子靶點[20]。

4.3 LncRNAs與胃腸道腫瘤

Hui等[21]發(fā)現(xiàn)CCAT2在MSS CRC腫瘤組織中高表達并影響MYC的表達水平，但在正常的結(jié)腸組織中卻表達很低。CCAT2通過由MYC調(diào)控的 miR-17-5p和miR-20a來增強侵襲和轉(zhuǎn)移能力。提示其可能成為一種有效的診斷或預(yù)后標記物。Pibouin等[22]發(fā)現(xiàn)LncRNA-OCC-1（overexpressed in colon carcinoma-1）在結(jié)腸癌細胞系中過表達，提示其在結(jié)腸癌亞型的鑒別中具有一定參考價值。Wang等研究發(fā)現(xiàn)在膀胱癌中特異性高表達的lncRNA UCAl在直腸癌、胃癌也有表達，其表達率分別為60%和25%[23]。

5 結(jié)語

隨著人們對lncRNA 在哺乳動物進化及疾病發(fā)生發(fā)展中作用的關(guān)注，lncRNAs的機制已成為現(xiàn)代遺傳學(xué)研究的熱點問題。因此提高對lncRNAs等非編碼轉(zhuǎn)錄本的關(guān)注， 對真核細胞基因編程中的進化更新和功能性RNA 家族的擴大是很重要的，也會帶給我們關(guān)于進化、發(fā)育和疾病等老問題的新的答案。

目前關(guān)于lncRNAs在腫瘤中的證據(jù)大多來自于lncRNAs的差異表達，這可以為腫瘤的診斷和治療提供依據(jù)和靶點。然而，對于lncRNAs在各種腫瘤細胞的發(fā)生發(fā)展、增殖、凋亡、侵襲遷移等具體調(diào)控機制的了解還十分有限。相信隨著各種研究技術(shù)的不斷發(fā)展，研究者可以利用更多的手段從多個方面研究特定的lncRNAs的功能和調(diào)控機制，這不僅為臨床的靶向治療和新抗癌藥物的研制提供依據(jù)，而且可為探索腫瘤的生物標志物，為腫瘤的早診斷、早發(fā)現(xiàn)做出貢獻。

總之，lncRNAs在生物學(xué)和藥物中的潛在作用可能是巨大的，將需要許多年的深入研究才可以完全理解和應(yīng)用。隨著分子生物學(xué)相關(guān)技術(shù)的不斷發(fā)展，對lncRNAs 的研究會越來越深入和全面。

參 考 文 獻

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