長(zhǎng)鏈非編碼RNA 相關(guān)的競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性RNA 網(wǎng)絡(luò)中結(jié)腸腺癌潛在生物標(biāo)志物的研究進(jìn)展

童曼曼，劉熙稱，孫曉宇，何行

吉林大學(xué)第一醫(yī)院急診科，長(zhǎng)春 130021

近年來，非編碼 RNA（non-coding RNA，ncRNA）是惡性腫瘤研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)，ncRNA沒有編碼蛋白質(zhì)的能力，主要包括核糖體RNA（ribosomal RNA，rRNA）、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA（transfer RNA，tRNA）、小核仁RNA（small nucleolar RNA，snoRNA）、微小RNA（microRNA，miRNA）和長(zhǎng)鏈非編碼 RNA（long non-coding RNA，lncRNA）。它們的共同特征是從基因組轉(zhuǎn)錄而來，但是卻不能翻譯成蛋白質(zhì)，僅能在RNA水平上發(fā)揮其生物學(xué)功能。研究證實(shí)，ncRNA在腫瘤發(fā)生和發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，尤其是miRNA和lncRNA，其多樣性及復(fù)雜的作用機(jī)制與惡性腫瘤密切相關(guān)[1]。miRNA是內(nèi)源性小分子RNA，通過與靶mRNA結(jié)合來調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的表達(dá)。lncRNA具有200多個(gè)核苷酸，廣泛分布于基因組中，是潛在的腫瘤治療靶標(biāo)和生物標(biāo)志物。2011年Salmena等[2]首次提出了競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性 RNA（competitive endogenous RNA，ceRNA）假說，該假說提出了一種新型的大規(guī)模調(diào)節(jié)性RNA網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)通過轉(zhuǎn)錄組中的miRNA反應(yīng)元件在mRNA和ncRNA之間相互影響。隨后幾年，該假說得到了許多后續(xù)實(shí)驗(yàn)證據(jù)的不斷支持。在ceRNA網(wǎng)絡(luò)中，lncRNA的作用是通過影響miRNA參與細(xì)胞生物學(xué)調(diào)控，從而在腫瘤發(fā)生發(fā)展中起到關(guān)鍵作用。結(jié)腸腺癌（colon adenocarcinoma，COAD）是結(jié)腸癌的一種亞型，是全世界惡性腫瘤相關(guān)死亡原因的第一名，結(jié)腸癌的發(fā)病率和病死率均逐年增加，盡早發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌尤為重要，盡管腸鏡檢查是結(jié)腸癌早期診斷的最可靠方法，但有創(chuàng)性和不適感限制了其廣泛使用[3]。因此，尋找早期診斷COAD的準(zhǔn)確且無創(chuàng)的生物標(biāo)志物意義重大。COAD的預(yù)后評(píng)估有助于優(yōu)化治療方案的選擇，因此，尋找新的生物標(biāo)志物，并研究COAD發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)制具有重要意義。本文對(duì)COAD中充當(dāng)ceRNA的lncRNA進(jìn)行綜述，以期能夠探索COAD遺傳層面的分子機(jī)制和開發(fā)新的生物標(biāo)志物及治療靶標(biāo)，為COAD的治療和藥物設(shè)計(jì)提供新的線索。

1 早期COAD 的潛在生物標(biāo)志物

Liu等[4]研究納入3例早期COAD患者和3例結(jié)腸上皮內(nèi)瘤變患者，并構(gòu)建DEmiRNADElncRNA-DEmRNA共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)，通過RNA測(cè)序獲得了5個(gè)具有早期潛在診斷價(jià)值的差異表達(dá)的lncRNA（differentiallyexpressedlncRNA，DElncRNA）：ELFN1反義 RNA1（ELFN1 antisense RNA 1，ELFN1-AS1）、長(zhǎng)基因間非蛋白編碼RNA 1234（long intergenic non-protein coding RNA 1234，LINC01234）、小核RNA宿主基因17（small nucleolar RNA host gene 17，SNHG17）、尿路上皮癌相關(guān)蛋 白 1（urothelial cancer associated 1，UCA1）和LOC101929549。該研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-153-3p-SNHG17-Ⅺ型膠原蛋白α1鏈（collagen typeⅪalpha 1 chain，COL11A1）/胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白3（insulin like growth factorbinding protein 3，IGFBP3）/KLF 轉(zhuǎn)錄因子 6（KLF transcription factor 6，KLF6）相互作用在早期COAD中起重要作用。

miRNA-153能夠通過誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶9（與結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移相關(guān)的效應(yīng)物）的產(chǎn)生間接促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞侵襲，在DElncRNA-DEmiRNA共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)中，SNHG17與miRNA-153-3p在早期COAD中共表達(dá)。COL11A1編碼Ⅺ型膠原（一種次要纖維狀膠原）的兩個(gè)α鏈之一，前膠原11A1是COL11A1的主要產(chǎn)物，COAD基質(zhì)細(xì)胞中COL11A1表達(dá)上調(diào)，而前膠原11A1的表達(dá)上調(diào)與淋巴結(jié)受累和COAD遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移有關(guān)[5]。IGFBP3是胰島素樣生長(zhǎng)因子結(jié)合蛋白（insulin like growth factor binding protein，IGFBP）家族成員，該家族可調(diào)節(jié)胰島素樣生長(zhǎng)因子（insulin like growth factor，IGF）的表達(dá)并與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）相互作用，IGFBP3缺失后可通過抑制p53依賴性細(xì)胞凋亡促進(jìn)COAD的發(fā)展。KLF6是一種鋅指轉(zhuǎn)錄因子，其表達(dá)缺失是結(jié)腸癌中的常見事件和早期事件，可通過上調(diào)細(xì)胞周期抑制劑p21的表達(dá)抑制腫瘤細(xì)胞增殖。

除SNHG17外，早期COAD中的3個(gè)DElncRNA（ELFN1-AS1、UCA1和LINC01234）也與COL11A1、IGFBP3和KLF6共表達(dá)，通過調(diào)節(jié)這些結(jié)腸癌相關(guān)基因的表達(dá)參與早期COAD的進(jìn)展[4]。ELFN1-AS1是與KLF6和N-乙酰半乳糖胺基轉(zhuǎn)移酶（N-acetylgalactosaminyl transferase，GALNT）8共 表 達(dá) 的DElncRNA，更值得關(guān)注的是其可作為早期COAD中DElncRNA-DEmRNA共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)和DEmiRNADElncRNA-DEmRNA相互作用網(wǎng)絡(luò)的中樞l(wèi)ncRNA。GALNT引起的糖基化異常是人類惡性腫瘤中發(fā)生的病理現(xiàn)象，GALNT8作為GALNT成員，在早期COAD中表達(dá)下調(diào)[6]。

UCA1可通過促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖在結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用，結(jié)直腸癌中可觀察到UCA1表達(dá)上調(diào)，提示其對(duì)結(jié)直腸癌具有潛在的診斷價(jià)值。UCA1表達(dá)水平還與大腸癌患者的腫瘤大小、浸潤(rùn)深度和預(yù)后密切相關(guān)。此外，UCA1和LINC01234還是早期COAD中最先上調(diào)的兩個(gè)DElncRNA。而LINC01234和SNHG17則是DEmiRNA-DElncRNA-DEmRNA相互作用網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)中樞l(wèi)ncRNA。LOC101929549通過順式調(diào)節(jié)GALNT8和KLF6的表達(dá)在COAD中發(fā)揮重要作用。

2 COAD 預(yù)后的潛在生物標(biāo)志物

Zhang等[7]從癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）數(shù)據(jù)庫(kù)中提取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，分析生物學(xué)過程中COAD特異性mRNA的表達(dá)，通過構(gòu)建COAD特異性mRNA、miRNA和lncRNA的ceRNA網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步分析涉及l(fā)ncRNA的COAD表達(dá)模式與臨床特征之間的相關(guān)性，最終證實(shí)了3種與某些臨床特征相關(guān)的lncRNA[長(zhǎng)基因間非蛋白編碼 RNA 335（long intergenic non-protein coding RNA 355，LINC00355）、肝細(xì)胞癌上調(diào)的長(zhǎng)鏈非編碼RNA（hepatocellular carcinoma up-regulated long non-coding RNA，HULC）和IGF2反義RNA（IGF2 antisense RNA，IGF2-AS）]，確定了4種與總生存期（overall survival，OS）呈負(fù)相關(guān)的lncRNA[HOX 轉(zhuǎn)錄反義 RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）、LINC00355、KCNQ1反義鏈/反義轉(zhuǎn)錄 1（KCNQ1 opposite strand/antisense transcript 1，KCNQ1OT1）和TSSC1內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄本1（TSSC1 intronic transcript 1，TSSC1-IT1）]，并且這4種lncRNA主要集中在絲裂原激活蛋白激酶（mitogen activation protein kinase，MAPK）途徑中。通過對(duì)lncRNA與直腸癌關(guān)鍵臨床特征進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，LINC00355與腫瘤分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移有關(guān)，HULC與腫瘤分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)，而IGF2-AS與遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移有關(guān)。

HULC能夠與zeste2多梳抑制復(fù)合物2亞基增強(qiáng)子（enhancer of zeste 2 polycomb repressive complex 2 subunit，EZH2）相互作用，通過表觀遺傳調(diào)控抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞中裸角質(zhì)層2（naked cuticle 2，NKD2）的表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、遷移、侵襲并誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡。NKD2是裸角質(zhì)層（naked cuticle，NKD）家族成員之一，經(jīng)常被甲基化，并通過充當(dāng)WNT信號(hào)的負(fù)調(diào)節(jié)劑，抑制腫瘤生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移。HULC在結(jié)直腸癌中過表達(dá)，其水平升高與預(yù)后不良和生存期縮短有關(guān)，而敲除HULC會(huì)在體外促進(jìn)腫瘤細(xì)胞凋亡，并在體內(nèi)抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞的致瘤性。

LINC00355不僅有助于ceRNA網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控，而且在結(jié)直腸癌多個(gè)病理階段中其表達(dá)均表現(xiàn)出顯著變化，LINC00355被認(rèn)為是有希望的結(jié)直腸癌治療靶標(biāo)[8]。IGF2-AS是針對(duì)IGF2的反義lncRNA，并已被證實(shí)可促進(jìn)丙型肝炎病毒的復(fù)制。IGF2的過表達(dá)是結(jié)直腸癌發(fā)生的公認(rèn)危險(xiǎn)因素之一，其是腫瘤分期的標(biāo)志物，也是結(jié)直腸癌發(fā)生的關(guān)鍵因素[9]。 與 癌 胚 抗 原（carcino embryonic antigen，CEA）和糖類抗原19-9（carbohydrate antigen 19-9，CA19-9）的組合相比，某些形式的RNA（如lncRNA 91H、PVT-1和MEG3）診斷早期結(jié)直腸癌的靈敏度更高，可用于結(jié)直腸癌的早期診斷[10]。

Wang等[11]全面分析了COAD中蛋白質(zhì)編碼和非編碼RNA的測(cè)序數(shù)據(jù)，所構(gòu)建的COAD特異性ceRNA網(wǎng)絡(luò)突出強(qiáng)調(diào)了KCNQ1OT1-hsa-miRNA-183-程序性死亡受體 4（programmed cell death 4，PDCD4）、KCNQ1OT1-hsa-miRNA-424-原肌球蛋白2β（tropomyosin 2 beta，TPM2）、HOTAIR-hsa-miRNA-143-纖溶酶原激活物抑制劑1（plasminogen activator inhibitor 1，SERPINE1）之間的相互作用。KCNQ1OT1是KCNQ1基因的反義分子，其在結(jié)直腸癌中的轉(zhuǎn)錄頻率很高，并且通過與β-聯(lián)蛋白（βcatenin）結(jié)合促進(jìn)KCNQ1OT1啟動(dòng)。miRNA-183通過降解ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運(yùn)體A1（ATP-binding cassette transporter A1，ABCA1）促進(jìn)結(jié)腸癌細(xì)胞增殖并抑制其凋亡，還可以通過結(jié)合其3'非翻譯區(qū)（untranslated region，UTR）調(diào)節(jié)早期生長(zhǎng)反應(yīng)因子1（early growth response factor 1，EGR1）和磷酸酶張力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）的表達(dá)，miRNA-183-EGR1-PTEN失調(diào)是結(jié)腸癌發(fā)生的關(guān)鍵。此外，miRNA-21還可通過靶向PDCD4促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。KCNQ1OT1過表達(dá)可促進(jìn)miRNA-183表達(dá)，從而導(dǎo)致PDCD4表達(dá)下調(diào)，這可能是COAD發(fā)展的重要機(jī)制。

TPM2在結(jié)腸癌中通常被異常的DNA甲基化沉默，其下調(diào)與結(jié)腸癌中RhoA激活和腫瘤細(xì)胞增殖相關(guān)。HOTAIR是一種經(jīng)過充分研究的lncRNA，已被廣泛報(bào)道是多種惡性腫瘤的致癌分子，通過上調(diào)結(jié)直腸腺癌中miRNA-93的表達(dá)和下調(diào)自噬相關(guān)蛋白12（autophagy related 12，ATG12）的表達(dá)，降低細(xì)胞活力，促進(jìn)細(xì)胞凋亡并抑制細(xì)胞自噬，與結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移和預(yù)后不良顯著相關(guān)。此外，HOTAIR敲除還可通過調(diào)節(jié)miRNA-93/ATG12通路增強(qiáng)放療敏感性，是放療抗性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑和潛在的生物標(biāo)志物[12]。

SERPINE1基因在大腸癌和高度增殖的結(jié)腸癌細(xì)胞系中表達(dá)增加，并且與腫瘤的侵襲性有關(guān)。miRNA-143可以調(diào)節(jié)結(jié)直腸腺癌細(xì)胞增殖和凋亡，miRNA-143被lncRNA HOTAIR上調(diào)并靶向lncRNA HOTAIR，而SERPINE1被miRNA-143上調(diào)并靶向miRNA-143，證明HOTAIR-miRNA-143-SERPINE1相互作用可能是COAD發(fā)展的另一重要機(jī)制。Rho鳥嘌呤核苷酸交換因子26（encoding Rho guanine nucleotide exchange factor 26，ARHGEF26）-AS1是編碼ARHGEF26的反義RNA，可以影響白細(xì)胞的跨內(nèi)皮遷移，重要的是ARHGEF26-AS1可以被miRNA-143下調(diào)，提示ARHGEF26-AS1和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)可能在COAD中發(fā)揮重要作用[11]。

3 COAD 復(fù)發(fā)的潛在生物標(biāo)志物

Chen等[13]通過建立用于預(yù)測(cè)COAD復(fù)發(fā)的lncRNA-miRNA-mRNA ceRNA網(wǎng)絡(luò)，鑒定出5種用于預(yù)測(cè)COAD復(fù)發(fā)的生物標(biāo)志物[癌易感性候選基 因 2（cancer susceptibility candidate 2，CASC2）、AL078459.1、AL390066.1、STK4 反義 RNA1（STK4 antisense RNA1，STK4-AS1）和HOXA簇反義RNA3（HOXAcluster antisense RNA3，HOXA-AS3）]。

CASC2是在多種惡性腫瘤中下調(diào)的lncRNA，其表達(dá)降低與TNM分期較晚顯著相關(guān)，可通過阻止G0/G1～S期轉(zhuǎn)變并抑制體內(nèi)腫瘤生長(zhǎng)，從而抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的體外增殖。此外，生物信息學(xué)分析表明，3種 miRNA（miRNA-18a、miRNA-18b、miRNA-4733）含有CASC2結(jié)合位點(diǎn)。熒光素酶實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了CASC2和miRNA-18a之間的相互作用。重要的是，原發(fā)性大腸癌組織中CASC2和miRNA-18a水平呈負(fù)相關(guān)。CASC2通過使miRNA-18a海綿化降低STAT3蛋白質(zhì)抑制劑（protein inhibitor of activated STAT3，PIAS3）的表達(dá)，從而抑制信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子（signal transduction and activator of transcription，STAT）下游基因的表達(dá)[14]。大腸癌組織的臨床樣本分析也支持CASC2和PIAS3之間的關(guān)系。這些結(jié)果表明，CASC2在大腸癌的發(fā)展中具有關(guān)鍵作用。另有研究發(fā)現(xiàn)，hsa-miRNA-21對(duì)CASC2的調(diào)控也可以促進(jìn)結(jié)直腸腺癌細(xì)胞的增殖和遷移[15]。

HOXA-AS3是神經(jīng)膠質(zhì)瘤組織中最顯著上調(diào)的lncRNA之一，作為神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者的獨(dú)立預(yù)后因素，HOXA-AS3沉默通過改變細(xì)胞周期進(jìn)程和促進(jìn)細(xì)胞凋亡而導(dǎo)致細(xì)胞增殖停滯，并抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘤細(xì)胞的遷移[16]。絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶4（serine/threonine-protein kinase 4，STK4）-AS1與腫瘤抑制因子STK4相關(guān)，而STK4的下調(diào)與結(jié)直腸癌的侵襲和遷移有關(guān)。STK4被認(rèn)為是潛在的腫瘤抑制因子，不僅可作為患者預(yù)后的預(yù)測(cè)因子，還可抑制結(jié)直腸腺癌轉(zhuǎn)移，STK4表達(dá)缺失與COAD患者預(yù)后不良有關(guān)。對(duì)于lncRNA AL078459.1和AL390066.1，目前尚未在腫瘤中報(bào)道任何功能性作用。

4 未來展望

迄今為止，關(guān)于lncRNA及其相關(guān)的ceRNA網(wǎng)絡(luò)在COAD中價(jià)值的研究報(bào)道甚少。Yue等[17]證明長(zhǎng)基因間非編碼RNA 152（long intergenic noncoding RNA 152，LINC00152）通過充當(dāng)ceRNA來海綿化miRNA-193a-3p從而調(diào)控erb-b2受體酪氨酸激酶 4（erb-b2 receptor tyrosine kinase 4，ERBB4）的表達(dá)，與結(jié)腸癌的預(yù)后不良相關(guān)。Fang等[18]研究報(bào)道，lncRNA HNF1A-AS1通過充當(dāng)ceRNA來調(diào)節(jié)miRNA-34a的表達(dá)，在結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移中發(fā)揮癌基因的作用，可能是一種新的預(yù)后生物標(biāo)志物，并可能成為結(jié)腸癌的潛在治療靶標(biāo)。Su等[19]揭示lncRNA BLACAT1可以通過與EZH2結(jié)合而抑制p15的表達(dá)，并且是結(jié)直腸癌預(yù)后不良的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。本文通過對(duì)lncRNA相關(guān)的ceRNA網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面分析，重點(diǎn)關(guān)注COAD發(fā)展過程中新的潛在生物標(biāo)志物和可能的治療靶點(diǎn)，未來需通過大規(guī)模的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床研究證實(shí)這種關(guān)聯(lián)，將這種潛在的生物標(biāo)志物應(yīng)用于COAD的早期診斷、預(yù)后預(yù)測(cè)。

5 小結(jié)

綜上所述，COAD的診斷、治療及預(yù)后是目前臨床研究的熱點(diǎn)，對(duì)lncRNA相關(guān)的ceRNA網(wǎng)絡(luò)中COAD潛在的生物標(biāo)志物進(jìn)行全面分析，能夠?yàn)榕R床中COAD的早期診斷、治療優(yōu)化、預(yù)后評(píng)估提供一定的幫助。