長鏈非編碼RNA在消化系統(tǒng)腫瘤中的研究進展

王詩怡 范一宏 呂 賓 李善高

浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院消化內(nèi)科(310006)

人類基因組中的DNA約93%被轉(zhuǎn)錄為RNA，其中僅2%可翻譯成蛋白轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，其余98%均為編碼能力極低或無編碼功能的非編碼RNA(noncoding RNA, ncRNA)，其中轉(zhuǎn)錄本長度超過200 bp的一組ncRNA稱為長鏈非編碼RNA(long noncoding RNA, lncRNA)[1]。長期以來，lncRNA被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄過程中的暗物質(zhì)而未受重視。近年來，隨著對微RNA(miRNA)研究的深入，越來越多的研究顯示，lncRNA在表觀遺傳學(xué)調(diào)控以及轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控等方面發(fā)揮重要作用，參與調(diào)節(jié)機體多種生理和病理生理過程[2]。本文就lncRNA在消化系統(tǒng)腫瘤中的研究進展作一綜述。

一、lncRNA的概況和分類

lncRNA位于細(xì)胞核或細(xì)胞質(zhì)中，多由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄。lncRNA轉(zhuǎn)錄水平低于蛋白編碼基因，具有組織特異性，參與表觀遺傳、可變剪接、入核轉(zhuǎn)運等過程，也可作為mRNA的調(diào)控分子發(fā)揮作用[3]。根據(jù)lncRNA相對于蛋白編碼基因的位置，可將其分為5類：①正義lncRNA：lncRNA與正義鏈上另一轉(zhuǎn)錄物的一個或多個外顯子相重疊；②反義lncRNA：lncRNA與反義鏈上轉(zhuǎn)錄物的外顯子相重疊；③雙向lncRNA：lncRNA可同時向同一條鏈上蛋白編碼基因轉(zhuǎn)錄方向相同或相反方向轉(zhuǎn)錄；④內(nèi)含子lncRNA：lncRNA由轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的一個內(nèi)含子區(qū)域轉(zhuǎn)錄得到；⑤基因間lncRNA：lncRNA位于兩個基因之間[4]。

二、lncRNA的作用方式

目前已發(fā)現(xiàn)有數(shù)千個lncRNA參與哺乳動物的基因活動，以不同方式作用于蛋白編碼基因，改變其生物學(xué)功能[5]。lncRNA的主要作用為：①在蛋白編碼基因上游啟動子區(qū)發(fā)生轉(zhuǎn)錄，干擾下游基因表達(dá)；②抑制RNA 聚合酶Ⅱ、介導(dǎo)染色質(zhì)重構(gòu)以及組蛋白修飾，從而影響蛋白編碼基因表達(dá)；③與蛋白編碼基因的轉(zhuǎn)錄本形成互補雙鏈，干擾mRNA剪切，或在Dicer酶的作用下產(chǎn)生內(nèi)源性siRNA，調(diào)控基因表達(dá)；④結(jié)合于特定蛋白質(zhì)，改變該蛋白質(zhì)的胞質(zhì)定位，并調(diào)節(jié)其活性；⑤作為結(jié)構(gòu)組分介導(dǎo)核酸-蛋白質(zhì)復(fù)合體的形成；⑥作為小分子RNA(如miRNA)的前體分子，通過小分子RNA發(fā)揮基因調(diào)控作用[6]。

三、lncRNA與消化系統(tǒng)腫瘤

1. 食管癌：食管癌是我國發(fā)病率較高的惡性腫瘤，晚期多伴有進食困難，嚴(yán)重影響生活質(zhì)量，早期診斷尤為重要。Barrett食管(BE)是指食管下段復(fù)層鱗狀上皮被化生性柱狀上 皮所取代的病理現(xiàn)象，是一種癌前病變，與食管腺癌(EAC)的發(fā)生密切相關(guān)[7]。Wu等[8]采用HELP-tagging第二代測序技術(shù)對BE的甲基化譜進行研究，發(fā)現(xiàn)與正常食管組織相比，lncRNA AFAP1-AS1在BE和EAC組織中均存在顯著低甲基化和過表達(dá)，采用siRNA干擾技術(shù)下調(diào)AFAP1-AS1表達(dá)可抑制EAC細(xì)胞增殖，并降低其集落形成能力，同時誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，降低細(xì)胞遷移和侵襲能力。HOTAIR是近年來備受關(guān)注的與腫瘤密切相關(guān)的lncRNA。HOTAIR轉(zhuǎn)錄于HOXC位點，能同時結(jié)合多梳抑制復(fù)合體2(PRC2)和組蛋白去甲基化酶復(fù)合體，并介導(dǎo)這兩種復(fù)合體結(jié)合至特異的基因組位點，沉默抑癌基因HOXD轉(zhuǎn)錄，從而促進腫瘤進展和轉(zhuǎn)移[9]。有學(xué)者指出，HOTAIR表達(dá)水平與食管癌、乳腺癌、結(jié)腸癌、肝癌等腫瘤的轉(zhuǎn)移、復(fù)發(fā)以及預(yù)后密切相關(guān)[10]。Lv等[11]通過原位雜交和實時定量PCR技術(shù)檢測食管鱗狀細(xì)胞癌(ESCC)組織和正常食管組織的HOTAIR水平，發(fā)現(xiàn)ESCC組織中HOTAIR表達(dá)水平顯著升高，與ESCC的臨床分期、TNM分期、組織分化程度和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)；HOTAIR低表達(dá)患者的5年生存率較高表達(dá)者顯著升高。

2. 胃癌：目前關(guān)于lncRNA在胃癌中的研究較少。Arita等[12]對lncRNA H19的研究顯示，其血漿水平在胃癌患者中顯著升高，而在胃癌根治術(shù)后患者的血漿中顯著降低，提示H19可用于胃癌早期診斷和術(shù)后檢測。胃腸道間質(zhì)瘤(GIST)是常見的間質(zhì)性腫瘤。Niinuma等[13]采用基因芯片檢測了56例GIST標(biāo)本，結(jié)果顯示HOTAIR在GIST中的表達(dá)顯著升高，表達(dá)水平與腫瘤分級、轉(zhuǎn)移以及預(yù)后密切相關(guān)；以siRNA沉默HOTAIR基因后，GIST細(xì)胞侵襲能力減弱。

3. 結(jié)直腸癌(CRC)：隨著生活習(xí)慣、飲食結(jié)構(gòu)的改變以及人口老齡化進程的加快，CRC在我國的發(fā)病率呈逐年升高趨勢。Tsang等[14]的研究發(fā)現(xiàn)，在人結(jié)腸癌細(xì)胞株和CRC組織中，H19和miRNA-675表達(dá)升高，兩者可作用于抑癌基因Rb以抑制其表達(dá)，從而促進腫瘤生長。然而，Yoshimizu等[15]對畸胎瘤、結(jié)腸癌、肝癌三種模型小鼠的研究發(fā)現(xiàn)，H19表達(dá)缺失可致小鼠畸胎瘤增大，結(jié)腸息肉增多，肝腫瘤形成加速，提示H19亦可作為腫瘤抑制因子發(fā)揮作用。由此可見，H19在腫瘤形成過程中具有雙向調(diào)節(jié)功能，其促癌、抑癌的轉(zhuǎn)換機制有待進一步研究。

早發(fā)現(xiàn)、早診斷是治療CRC的關(guān)鍵。目前，諸多研究顯示lncRNA可作為腫瘤標(biāo)記物用于CRC的輔助診斷以及預(yù)后判斷。Kogo等[16]發(fā)現(xiàn)，CRC Ⅳ期組織中的HOTAIR表達(dá)水平較癌旁正常組織明顯升高，HOTAIR高表達(dá)的組織分化程度低、腫瘤浸潤深、易發(fā)生肝轉(zhuǎn)移，提示HOTAIR可作為判斷CRC預(yù)后的指標(biāo)。此外，尚有研究[17-19]顯示LOC285194、PCAT-1、uc.73以及uc.388可作為CRC早期診斷和預(yù)后判斷的潛在生物學(xué)標(biāo)記物。

4. 胰腺癌：胰腺癌是消化道常見惡性腫瘤之一，以胰腺導(dǎo)管腺癌(PDAC)最為多見，惡性程度高，治療手段有限。Tahira等[20]應(yīng)用cDNA基因芯片技術(shù)對38例PDAC組織、癌旁組織以及轉(zhuǎn)移灶組織進行基因表達(dá)譜分析，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)移灶中MAPK通路相關(guān)基因的lncRNA豐度明顯升高，進一步的研究顯示，lncRNA PP3CB、MAP3K14、DAPK1在轉(zhuǎn)移灶組織中的表達(dá)較PDAC組織明顯升高，提示lncRNA高表達(dá)參與了PDAC的轉(zhuǎn)移過程。Kim等[21]通過基因組富集分析發(fā)現(xiàn)，高表達(dá)HOTAIR的胰腺癌患者更易發(fā)生腫瘤浸潤和區(qū)域淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移，生存率低，預(yù)后差；采用siRNA抑制胰腺癌細(xì)胞株的HOTAIR表達(dá)，可致細(xì)胞增殖減慢，細(xì)胞周期延長，細(xì)胞凋亡增加。進一步的基因芯片分析顯示，胰腺癌組織中的HOTAIR可靶向抑制干擾素和細(xì)胞周期相關(guān)基因表達(dá)。上述研究提示lncRNA在胰腺癌轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用。

PVT1是一個定位于染色體8q24的lncRNA，You等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，PVT1基因失活可增加胰腺癌細(xì)胞株對化療藥物吉西他濱的敏感性；PVT1可作為促癌因子，促進腫瘤細(xì)胞增殖。BC-819是一種新型抗腫瘤藥物，可特異性結(jié)合于腫瘤細(xì)胞內(nèi)過表達(dá)的H19，形成DTA-H19質(zhì)粒，繼而分泌白喉毒素，從而破壞腫瘤細(xì)胞，但不影響正常細(xì)胞。目前該制劑用于治療非小細(xì)胞肺癌、結(jié)腸癌、卵巢癌等的臨床試驗均取得良好效果[23]。Scaiewicz等[24]的研究顯示，在PDAC細(xì)胞株CRL-1469裸鼠移植瘤模型中，瘤內(nèi)注射BC-819可明顯縮小腫瘤直徑。一項Ⅰ/Ⅱa期臨床試驗顯示，對9例不能切除的胰腺癌患者在內(nèi)鏡超聲或CT引導(dǎo)下予每周2次瘤內(nèi)注射BC-819，治療1個月后88.9%的患者腫瘤體積未明顯增長，治療3個月后60%的患者腫瘤縮小且未發(fā)生轉(zhuǎn)移[25]。Sorin等[26]的研究顯示，BC-819聯(lián)合化療藥物如吉西他濱治療胰腺癌較單用吉西他濱具有更好的療效，有望作為胰腺癌治療的新手段。

5. 肝癌：目前關(guān)于肝癌中l(wèi)ncRNA的研究較多，已發(fā)現(xiàn)多種lncRNA如HULC、lncRNA-Dreh、H19、HEIN、HOTAIR、MALAT1、MEG3等與肝癌有關(guān)。乙型肝炎病毒(HBV)感染與肝細(xì)胞癌的發(fā)生密切相關(guān)，乙型肝炎病毒X蛋白(HBx)在肝細(xì)胞癌形成過程中起關(guān)鍵作用，其作為HBV復(fù)制的必需因子，可在基因轉(zhuǎn)錄、細(xì)胞周期、細(xì)胞信號通路等多個環(huán)節(jié)參與促進肝細(xì)胞癌發(fā)生[27]。Huang等[28]應(yīng)用微陣列分析篩選出HBx相關(guān)性lncRNA lncRNA-Dreh，發(fā)現(xiàn)其可通過下調(diào)HBx表達(dá)抑制肝癌細(xì)胞生長、轉(zhuǎn)移，從而抑制HBV相關(guān)性肝細(xì)胞癌的進展，相關(guān)機制可能是此種lncRNA可與中間絲蛋白波形蛋白結(jié)合，抑制其表達(dá)，從而改變細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)，起到阻止肝癌細(xì)胞生長、轉(zhuǎn)移的作用，此結(jié)果為lncRNA靶向治療HBV相關(guān)性肝細(xì)胞癌提供了理論支持。此外，Liu等[29]的研究顯示，HULC啟動子區(qū)域rs7763881變異的基因型有助于降低HBV攜帶者發(fā)展為肝細(xì)胞癌的風(fēng)險，提示HULC可在一定遺傳背景下參與肝細(xì)胞癌的發(fā)生。

肝癌起病隱匿，大多數(shù)患者初次就診時已處于中晚期，故肝癌的早期發(fā)現(xiàn)和診斷對患者的預(yù)后至關(guān)重要。研究[30]表明，H19在原發(fā)性肝癌中的表達(dá)高于甲胎蛋白，與甲胎蛋白聯(lián)合檢測可提高早期肝癌的診斷率。Panzitt等[31]應(yīng)用基因芯片技術(shù)的研究發(fā)現(xiàn)，HULC具有肝癌特異性，是肝癌組織中表達(dá)水平升高最為顯著的轉(zhuǎn)錄本，以siRNA下調(diào)肝癌細(xì)胞株的HULC表達(dá)后，可出現(xiàn)多個基因表達(dá)異常，其中以CKD8、GGTLA4、LT-βR、MKNK2、Syndecan4與肝細(xì)胞癌變關(guān)系最為密切，由此認(rèn)為HULC在肝細(xì)胞癌變中起有重要作用。Wang等[32]的研究顯示，HULC可通過下調(diào)miRNA-372等的表達(dá)而抑制其活性，進而影響肝癌細(xì)胞的惡性生物學(xué)行為。Matouk等[33]的研究發(fā)現(xiàn)，在CRC肝轉(zhuǎn)移組織中，HULC表達(dá)水平明顯升高，而正常結(jié)直腸組織和未發(fā)生轉(zhuǎn)移的CRC組織均無HULC表達(dá)，提示HULC對原發(fā)性和繼發(fā)性肝癌的診斷均具有一定價值。

在肝癌治療方面，Geng等[34]的研究顯示，肝癌組織中HOTAIR高表達(dá)可通過誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶-9和血管內(nèi)皮生長因子分泌而促進腫瘤細(xì)胞增殖和遷移，增加肝癌患者術(shù)后淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的風(fēng)險，提示HOTAIR可作為治療轉(zhuǎn)移性肝癌的潛在靶點。Lai等[35]的研究發(fā)現(xiàn)，抑制MALAT-1表達(dá)不僅可減弱肝癌細(xì)胞的活性、遷移力和侵襲力，還可增加肝癌細(xì)胞對腫瘤壞死因子-α、十字孢堿、順鉑、阿霉素等藥物誘導(dǎo)凋亡的敏感性。Tsang等[36]的研究顯示，在肝癌細(xì)胞株中，CUDR可通過下調(diào)caspase-3表達(dá)而抑制腫瘤細(xì)胞凋亡，導(dǎo)致耐藥發(fā)生。

四、結(jié)語

較之蛋白編碼基因以及siRNA、miRNA等小分子RNA，lncRNA的研究尚處于起步階段，但隨著研究的深入，越來越多的lncRNA被發(fā)現(xiàn)參與了消化系統(tǒng)疾病的發(fā)生、發(fā)展，而且lncRNA獨有的生物學(xué)特性，如組織特異性、在體循環(huán)中的穩(wěn)定性等，使其有望成為腫瘤診斷和預(yù)后判斷的生物學(xué)標(biāo)記物。目前，lncRNA的作用尚未完全明確，隨著新一代測序技術(shù)、生物信息學(xué)技術(shù)等的發(fā)展，lncRNA在消化系統(tǒng)腫瘤中的作用將得到更深入的研究，從而為消化系統(tǒng)腫瘤的診斷和治療提供新思路。

1 Kapranov P, Cheng J, Dike S, et al. RNA maps reveal new RNA classes and a possible function for pervasive transcription[J]. Science, 2007, 316 (5830): 1484-1488.

2 Mercer TR, Dinger ME, Mattick JS. Long non-coding RNAs: insights into functions[J]. Nat Rev Genet, 2009, 10 (3): 155-159.

3 Gong C, Maquat LE. lncRNAs transactivate STAU1-mediated mRNA decay by duplexing with 3’ UTRs via Alu elements[J]. Nature, 2011, 470 (7333): 284-288.

4 Ponting CP, Oliver PL, Reik W. Evolution and functions of long noncoding RNAs[J]. Cell, 2009, 136 (4): 629-641.

5 Guttman M, Amit I, Garber M, et al. Chromatin signature reveals over a thousand highly conserved large non-coding RNAs in mammals[J]. Nature, 2009, 458 (7235): 223-227.

6 Wilusz JE, Sunwoo H, Spector DL. Long noncoding RNAs: functional surprises from the RNA world[J]. Genes Dev, 2009, 23 (13): 1494-1504.

7 Spechler SJ. Barrett esophagus and risk of esophageal cancer: a clinical review[J]. JAMA, 2013, 310 (6): 627-636.

8 Wu W, Bhagat TD, Yang X, et al. Hypomethylation of noncoding DNA regions and overexpression of the long noncoding RNA, AFAP1-AS1, in Barrett’s esophagus and esophageal adenocarcinoma[J]. Gastroenterology, 2013, 144 (5): 956-966. e4.

9 Gupta RA, Shah N, Wang KC, et al. Long non-coding RNA HOTAIR reprograms chromatin state to promote cancer metastasis[J]. Nature, 2010, 464 (7291): 1071-1076.

10 Tano K, Akimitsu N. Long non-coding RNAs in cancer progression[J]. Front Genet, 2012, 3: 219.

11 Lv XB, Lian GY, Wang HR, et al. Long noncoding RNA HOTAIR is a prognostic marker for esophageal squamous cell carcinoma progression and survival[J]. PLoS One, 2013, 8 (5): e63516.

12 Arita T, Ichikawa D, Konishi H, et al. Circulating long non-coding RNAs in plasma of patients with gastric cancer[J]. Anticancer Res, 2013, 33 (8): 3185-3193.

13 Niinuma T, Suzuki H, Nojima M, et al. Upregulation of miR-196a and HOTAIR drive malignant character in gastrointestinal stromal tumors[J]. Cancer Res, 2012, 72 (5): 1126-1136.

14 Tsang WP, Ng EK, Ng SS, et al. Oncofetal H19-derived miR-675 regulates tumor suppressor RB in human colorectal cancer[J]. Carcinogenesis, 2010, 31 (3): 350-358.

15 Yoshimizu T, Miroglio A, Ripoche MA, et al. The H19 locus actsinvivoas a tumor suppressor[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2008, 105 (34): 12417-12422.

16 Kogo R, Shimamura T, Mimori K, et al. Long noncoding RNA HOTAIR regulates polycomb-dependent chromatin modification and is associated with poor prognosis in colorectal cancers[J]. Cancer Res, 2011, 71 (20): 6320-6326.

17 Qi P, Xu MD, Ni SJ, et al. Low expression of LOC285194 is associated with poor prognosis in colorectal cancer[J]. J Transl Med, 2013, 11 (1): 122.

18 Ge X, Chen Y, Liao X, et al. Overexpression of long noncoding RNA PCAT-1 is a novel biomarker of poor prognosis in patients with colorectal cancer[J]. Med Oncol, 2013, 30 (2): 588.

19 Sana J, Hankeova S, Svoboda M, et al. Expression levels of transcribed ultraconserved regions uc.73 and uc.388 are altered in colorectal cancer[J]. Oncology, 2012, 82 (2): 114-118.

20 Tahira AC, Kubrusly MS, Faria MF, et al. Long noncoding intronic RNAs are differentially expressed in primary and metastatic pancreatic cancer[J]. Mol Cancer, 2011, 10: 141.

21 Kim K, Jutooru I, Chadalapaka G, et al. HOTAIR is a negative prognostic factor and exhibits pro-oncogenic activity in pancreatic cancer[J]. Oncogene, 2013, 32 (13): 1616-1625.

22 You L, Chang D, Du HZ, et al. Genome-wide screen identifies PVT1 as a regulator of Gemcitabine sensitivity in human pancreatic cancer cells[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2011, 407 (1): 1-6.

23 Smaldone MC, Davies BJ. BC-819, a plasmid comprising the H19 gene regulatory sequences and diphtheria toxin A, for the potential targeted therapy of cancers[J]. Curr Opin Mol Ther, 2010, 12 (5): 607-616.

24 Scaiewicz V, Sorin V, Fellig Y, et al. Use of H19 gene regulatory sequences in DNA-based therapy for pancreatic cancer[J]. J Oncol, 2010, 2010: 178174.

25 Hanna N, Ohana P, Konikoff FM, et al. Phase 1/2a, dose-escalation, safety, pharmacokinetic and preliminary efficacy study of intratumoral administration of BC-819 in patients with unresectable pancreatic cancer[J]. Cancer Gene Ther, 2012, 19 (6): 374-381.

26 Sorin V, Ohana P, Gallula J, et al. H19-promoter-targeted therapy combined with gemcitabine in the treatment of pancreatic cancer[J]. ISRN Oncol, 2012, 2012: 351750.

27 Gong P, Zhang X, Zhang J, et al. Hepatitis B virus X protein in the proliferation of hepatocellular carcinoma cells[J]. Front Biosci (Landmark Ed), 2013, 18: 1256-1265.

28 Huang JF, Guo YJ, Zhao CX, et al. Hepatitis B virus X protein (HBx)-related long noncoding RNA (lncRNA) down-regulated expression by HBx (Dreh) inhibits hepatocellular carcinoma metastasis by targeting the intermediate filament protein vimentin[J]. Hepatology, 2013, 57 (5): 1882-1892.

29 Liu Y, Pan S, Liu L, et al. A genetic variant in long non-coding RNA HULC contributes to risk of HBV-related hepatocellular carcinoma in a Chinese population[J]. PLoS One, 2012, 7 (4): e35145.

30 Matouk IJ, DeGroot N, Mezan S, et al. The H19 non-coding RNA is essential for human tumor growth[J]. PLoS One, 2007, 2 (9): e845.

31 Panzitt K, Tschernatsch MM, Guelly C, et al. Characterization of HULC, a novel gene with striking up-regulation in hepatocellular carcinoma, as noncoding RNA[J]. Gastroenterology, 2007, 132 (1): 330-342.

32 Wang J, Liu X, Wu H, et al. CREB up-regulates long non-coding RNA, HULC expression through interaction with microRNA-372 in liver cancer[J]. Nucleic Acids Res, 2010, 38 (16): 5366-5383.

33 Matouk IJ, Abbasi I, Hochberg A, et al. Highly upregulated in liver cancer noncoding RNA is overexpressed in hepatic colorectal metastasis[J]. Eur J Gastroenterol Hepatol, 2009, 21 (6): 688-692.

34 Geng YJ, Xie SL, Li Q, et al. Large intervening non-coding RNA HOTAIR is associated with hepatocellular carcinoma progression[J]. J Int Med Res, 2011, 39 (6): 2119-2128.

35 Lai MC, Yang Z, Zhou L, et al. Long non-coding RNA MALAT-1 overexpression predicts tumor recurrence of hepatocellular carcinoma after liver transplantation[J]. Med Oncol, 2012, 29 (3): 1810-1816.

36 Tsang WP, Wong TW, Cheung AH, et al. Induction of drug resistance and transformation in human cancer cells by the noncoding RNA CUDR[J]. RNA, 2007, 13 (6): 890-898.