長鏈非編碼RNA在結(jié)直腸癌中的研究進展

武麗娜，彭小忠，魯重美Δ

(1.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院，北京協(xié)和醫(yī)院 消化內(nèi)科，北京 100730；2. 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所 醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)國家重點實驗室，北京 100730)

長鏈非編碼RNA在結(jié)直腸癌中的研究進展

武麗娜1，彭小忠2，魯重美1Δ

(1.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院，北京協(xié)和醫(yī)院 消化內(nèi)科，北京 100730；2. 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院，基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所 醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)國家重點實驗室，北京 100730)

DNA元件百科全書計劃揭示了人類基因組只有不到2%的基因是蛋白編碼基因，其他都是非蛋白編碼基因。根據(jù)核苷酸數(shù)目，非蛋白編碼RNA可分為長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA，lncRNA)和小編碼RNA。lncRNA是指核苷酸長度大于200 nt的非編碼RNA。一些腫瘤發(fā)病機制與腫瘤相關(guān)基因座位上的lncRNA有關(guān)，lncRNA的差異表達能夠影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展。結(jié)直腸癌是最常見的腫瘤之一，其發(fā)病率和死亡率較高，在我國所有腫瘤中列第五位。一些癌基因和腫瘤抑制基因參與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展過程，lncRNA也在其中起重要作用。

長鏈非編碼RNA；結(jié)直腸癌

大型的人類基因組計劃，包括DNA元件百科全書計劃(encyclopedia of DNA elements，ENCODE)和哺乳動物基因組功能注釋(functional annotation of the mammalian genome，F(xiàn)ANTOM)等已經(jīng)揭示了人類基因組的所有基因中只有大約75%轉(zhuǎn)錄為RNA，而只有不到2%的基因與編碼蛋白相關(guān)，其余轉(zhuǎn)錄本都是非編碼RNA[1]。其中長度大于200 bp的非編碼RNA被稱為長鏈非編碼RNA(long non-coding RNAs，lncRNAs)，其數(shù)目約占全部非編碼RNA的80%～90%。根據(jù)lncRNA相對于相鄰蛋白編碼基因的位置，lncRNA可分為基因間lncRNA、基因內(nèi)lncRNA、雙向lncRNA、反義lncRNA、正義lncRNA等。lncRNA在基因表達不同階段發(fā)揮重要的作用，且其與腫瘤的關(guān)系是目前研究的熱點之一。lncRNA在腫瘤的病理生理過程中具有諸多重要的作用，多種lncRNAs已被證明具有促癌或抑癌的作用。關(guān)于lncRNA在結(jié)直腸癌發(fā)生發(fā)展中的作用未知，其在結(jié)直腸癌中的研究尚處于起步階段。本文旨在對結(jié)直腸癌中已發(fā)現(xiàn)的lncRNA進行綜述。

1 lncRNA在基因表達不同階段發(fā)揮重要的作用

1.1 染色質(zhì)修飾 lncRNA可以招募染色體修飾復(fù)合物，作為“支架”與其結(jié)合，然后引導(dǎo)這些染色體修飾復(fù)合物至特定的基因組區(qū)域，這種引導(dǎo)是通過順式或反式作用來完成的。X染色體失活特異轉(zhuǎn)錄本(X inactive specific transcript，Xist)[2]和HOX基因間的反義RNA(HOX transcript antisense intergenic RNA，HOTAIR)[3]即通過這種方式，最終實現(xiàn)基因表達和染色質(zhì)動態(tài)變化的調(diào)節(jié)。事實上，lncRNA的空間構(gòu)象也包含一級結(jié)構(gòu)和高級結(jié)構(gòu)。其一級結(jié)構(gòu)即核苷酸排列順序，lncRNA通過堿基互補配對方式與靶基因結(jié)合，結(jié)合的對象可以是DNA，mRNA或miRNA。而lncRNA的二級和三級結(jié)構(gòu)是其進一步發(fā)揮支架作用的基礎(chǔ)[4]。

1.2 轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié) 進行轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)的lncRNA通常由增強子或啟動子等起調(diào)節(jié)作用的基因座位合成，通過順式作用介導(dǎo)快速、敏感、局限的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。從增強子轉(zhuǎn)錄的lncRNA主要影響增強子的活性，或者幫助招募蛋白因子至增強子起作用。從啟動子轉(zhuǎn)錄的lncRNA可以以RNA-DNA相互作用的方式結(jié)合在基因的啟動子區(qū)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。另外，一些lncRNA可以作為“分子誘餌”結(jié)合并隔離某些目標(biāo)蛋白質(zhì)或RNA，這些lncRNA本身無作用，只是通過負(fù)調(diào)節(jié)其目標(biāo)蛋白或RNA來發(fā)揮功能。

1.3 轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)節(jié) lncRNA可以通過控制mRNA的剪切、轉(zhuǎn)運、翻譯以及蛋白的亞細(xì)胞定位等來進行轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)。Uchl1反義轉(zhuǎn)錄本(Uchl1-antisense，Uchl1-AS)可以與Uchl1 mRNA的5’端部分重疊，其結(jié)構(gòu)中含有SINEB2重復(fù)序列，這兩方面結(jié)構(gòu)特點使得它可以通過某種目前未知的機制在不增加Uchl1 mRNA的基礎(chǔ)上招募核糖體促進翻譯。

2 結(jié)直腸癌中的lncRNA

2.1 具有致癌作用的lncRNA

2.1.1 MALAT1：MALAT1(metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1)是一條長約8.1 kb的lncRNA，由NEAT2(nuclear-enriched transcript 2)轉(zhuǎn)錄而來，位于細(xì)胞核內(nèi)。既往研究發(fā)現(xiàn)，MALAT1能夠增強鼻咽癌細(xì)胞系的增殖和侵襲；過表達MALAT1有助于裸鼠胃癌、膀胱癌、肺癌的腫瘤形成；與肝癌復(fù)發(fā)、乳腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)；是肺癌的獨立預(yù)后標(biāo)志和抗轉(zhuǎn)移治療的潛在靶點。在結(jié)直腸癌組織中MALAT1高表達，與腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移相關(guān)，提示預(yù)后不佳。

MALAT1可以增強Wnt/β連環(huán)蛋白信號通路，促進β連環(huán)蛋白向核內(nèi)集聚，上調(diào)該信號通路的Myc、MMP-7等靶基因[6]。另外，MALAT1能夠調(diào)節(jié)絲氨酸/精氨酸剪切因子活性，影響mRNA前體的剪切修飾和mRNA輸出，如MALAT1通過結(jié)合PTB相關(guān)剪切因子(PTB associated splicing factor，SFPQ)，使PTBP2從SFPQ/PTBP2復(fù)合物中釋放，分離的PTBP2有促進細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移的作用[7]。

2.1.2 CCAT：人類癌基因MYC(myelocytomatosis)位于8q24，其表達受增強子、啟動子、轉(zhuǎn)錄因子、染色質(zhì)狀態(tài)等多水平調(diào)節(jié)。MYC的增強子與啟動子形成染色質(zhì)環(huán)，這些染色質(zhì)的相互作用在前列腺癌、乳腺癌和結(jié)直腸癌中有重要作用。

CCAT1(colorectal cancer associated transcript)位于癌基因MYC的上游515 kb處的“超級增強子”區(qū)域，是人類結(jié)直腸癌特異性的lncRNA，在結(jié)直腸癌中表達上調(diào)。通過與CTCF相互作用，空間上MYC上游515kb、MYC上游335kb和MYC相互靠近，形成染色質(zhì)環(huán)，正向調(diào)節(jié)MYC的轉(zhuǎn)錄，促進結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展[8]。位于MYC上游335kb處的CCAT2在微衛(wèi)星穩(wěn)定的結(jié)直腸癌組織中高表達，能促進腫瘤生長、轉(zhuǎn)移和染色體不穩(wěn)定。CCAT2與TCF7L2的相互作用可以增強WNT信號通路活性，上調(diào)MYC及MYC下游的miR-17-5p、miR-20a，同時WNT信號通路又可以反饋調(diào)節(jié)CCAT2[9]。

2.1.3 PVT1：PVT1(plasmacytoma variant translocation 1)位于8q24，是癌基因MYC下游的lncRNA。PVT1和MYC蛋白共同表達于卵巢癌、食管癌、頭頸鱗癌、胃癌、腎癌、黑色素瘤、肝癌、肺腺癌等多種原發(fā)腫瘤中。PVT1在結(jié)直腸癌組織中表達升高，其表達水平也是影響結(jié)直腸癌患者總生存期長短的獨立危險因素。

大多數(shù)MYC表達升高的腫瘤中能檢測出PVT1的水平升高。敲低PVT1可以使MYC誘導(dǎo)的結(jié)腸癌細(xì)胞系喪失其成瘤潛能。MYC蛋白的高表達及其相關(guān)的成瘤潛能依賴于其下游PVT1的水平[10]。除上述與MYC的相關(guān)機制外，研究發(fā)現(xiàn)在結(jié)直腸癌細(xì)胞系中敲低PVT-1可通過激活TGF-β和凋亡信號通路使其喪失增殖和侵襲能力[11]。

2.1.4 HOTAIR：HOTAIR(HOX transcript antisense intergenic RNA)位于12q13.13，是包括2158 nt的lncRNA。HOTAIR在乳腺癌、肝癌、鼻咽癌中過表達，是肝癌術(shù)后轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)的預(yù)測因子。HOTAIR在結(jié)直腸癌組織中高表達，并且與腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移[12]及預(yù)后[13]相關(guān)。Miroslav等[14]研究發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌患者血液中的HOTAIR水平較正常人高，血液中HOTAIR的水平與患者的死亡率相關(guān)。

HOTAIR的作用機制較多，其可以通過結(jié)合PRC2復(fù)合物至特異基因區(qū)域，引起組蛋白H3K27甲基化；HOTAIR也可結(jié)合LSD1/CoREST/REST抑制復(fù)合物，引起H3K4去甲基化，最終通過染色體修飾引起基因沉默[15]。另外還有HOTAIR觸發(fā)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)換過程、與具有抑癌作用的miRNA相互作用等機制。在結(jié)直腸癌中HOTAIR相關(guān)的信號通路較多，如TGF-β信號通路、p53信號通路、細(xì)胞周期、泛素介導(dǎo)的蛋白酶解等。

2.1.5 CRNDE：CRNDE(colorectal neoplasia differentially expressed)是新發(fā)現(xiàn)的長鏈非編碼基因，在許多實體腫瘤和白血病中表達升高，如CRNDE是神經(jīng)膠質(zhì)瘤中上調(diào)表達最高的lncRNA。在90%的結(jié)直腸腺瘤和腺癌中存在CRNDE的高表達[16]。

CRNDE可以作為“支架”與染色質(zhì)修飾復(fù)合物相互作用，如PRC2和CoREST，通過改變組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶的活性，從表觀遺傳學(xué)方面調(diào)節(jié)基因表達。CRNDE的核轉(zhuǎn)錄本可以被胰島素及胰島素樣生長因子抑制，是PI3K/AKT/mTOR通路和Raf/MAPK通路的下游靶點[17]。

2.2 具有抑癌作用的lncRNA

2.2.1 GAS5：GAS5(growth arrest specific transcript 5)位于1q25，共約630 nt，編碼10條基因內(nèi)的小核仁RNA(snoRNA)和2條成熟的lncRNA亞型。GAS5在乳腺癌細(xì)胞、前列腺癌細(xì)胞和腎癌細(xì)胞中表達下調(diào)。在結(jié)直腸癌中，GAS5表達亦下調(diào)，其表達水平與結(jié)直腸癌腫瘤大小、組織學(xué)分級、TNM分期及總生存期相關(guān)，體內(nèi)外實驗均證明過表達GAS5可以抑制增殖[18]。

GAS5可以與糖皮質(zhì)激素受體的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域結(jié)合，作為分子誘餌與DNA糖皮質(zhì)激素受體元件競爭結(jié)合部位。另外，GAS5的抑癌作用可能與由GAS5衍生的snoRNA相關(guān)。在DNA損傷信號通路中，p53誘導(dǎo)GAS5 snoRNA表達，從而起到促進凋亡并減慢細(xì)胞周期的作用[19]。

2.2.2 lincRNA-p21：lincRNA-p21(long intergenic non-coding RNA-p21)位于17號染色體p21基因上游，屬于基因間的lncRNA。lincRNA-p21在結(jié)直腸癌組織中水平較低，lincRNA-p21的表達水平與腫瘤分期和血管轉(zhuǎn)移相關(guān)[20]。經(jīng)X線照射后lincRNA-p21水平增加，并且過表達lincRNA-p21可以通過促進細(xì)胞凋亡來增加放療的敏感性[21]。

在DNA損傷信號通路中，p53結(jié)合于lincRNA-p21的啟動子區(qū)，誘導(dǎo)lincRNA-p21表達，繼而lincRNA-p21與hnRNP-K結(jié)合，這種相互作用特異性傳遞至數(shù)目眾多的lincRNA-p21下游靶基因，促進細(xì)胞凋亡從而起到抑制腫瘤的作用[22]。

2.2.3 Loc285194：Loc285194位于3q13.31，是長度為2105 nt的lncRNA，可以抑制腫瘤細(xì)胞生長。Loc285194在食管鱗癌、胰腺導(dǎo)管腺癌、骨肉瘤等腫瘤中表達下調(diào)。Loc285194在結(jié)腸癌中表達下調(diào)，低水平的Loc285194與不良預(yù)后相關(guān)[23]。

Loc285194在DNA損傷信號通路中被激活，p53可以與loc285194上游啟動子的p53反應(yīng)元件相互作用，促進loc285194轉(zhuǎn)錄。Loc285194由4個外顯子組成，其抑制腫瘤細(xì)胞生長作用與外顯子4有關(guān)，外顯子4上包含2個miRNA-211的結(jié)合位點，與可以促進細(xì)胞生長的miRNA-211結(jié)合后降低miRNA-211水平，從而起到抑制腫瘤細(xì)胞生長的作用[24]。

2.2.4 lncRNA-LET：lncRNA-LET(lncRNA low expression in tumor)在結(jié)直腸癌、肝癌、肺鱗癌、膀胱癌組織中表達下調(diào)，在低氧信號通路中起到重要的調(diào)節(jié)作用。缺氧誘導(dǎo)的組蛋白去乙酰酶3通過降低lncRNA-LET啟動子區(qū)域的組蛋白乙?；絹硪种苐ncRNA-LET，而lncRNA-LET下調(diào)又會影響核因子90蛋白穩(wěn)定性，后者可引起腫瘤細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移[25]。

3 結(jié)語

長鏈非編碼RNA可以從染色質(zhì)修飾、轉(zhuǎn)錄水平和轉(zhuǎn)錄后水平等基因調(diào)節(jié)的各個方面發(fā)揮作用，參與腫瘤形成的多種病理生理過程。目前雖已發(fā)現(xiàn)了一些在結(jié)直腸癌中起到促癌或抑癌作用的lncRNA，但該領(lǐng)域目前仍處于起步階段，lncRNA在結(jié)直腸癌中的重要作用亟待進一步深入探索。

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(編校：吳茜)

Progression of long non-coding RNA in colorectal cancer

WU Li-na1, PENG Xiao-zhong2, LU Chong-mei1Δ

(1.Department of Gastroenterology, Peking Union Medical College Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences, Peking Union Medical College, Beijing 100730,China; 2.State Key Laboratory of Medical Molecular Biology, Department of Molecular Biology and Biochemistry, Chinese Academy of Medical Sciences, Peking Union Medical College, Beijing 100730, China)

Encyclopedia of DNA elements in the human genome project revealed that only 2% genes are protein coding genes, the rest of genes are non-protein coding genes. According to the number of nucleotides, non-protein coding RNA are divided into long non-coding RNA and small non-coding RNA. Long non-coding RNA are non-protein coding genes which are more than 200 nt in length. It has been found that some lncRNA has some effect on the occurrence and development of tumor. Colorectal cancer is one of the most common tumors. The incidence and mortality of colorectal cancer in our country rank top fifth in all tumors. Some oncogenes and tumor suppressors gene are involved in the occurrence and development of colorectal cancer. lncRNA plays an important role in it.

long non-coding RNA; colorectal cancer

武麗娜，女，博士在讀，研究方向：結(jié)直腸癌，E-mail：w4932965@163.com；魯重美，通信作者，女，博士，教授，研究方向：結(jié)直腸癌，E-mail：lcm5788@163.com。

R735.3

A

10.3969/j.issn.1005-1678.2016.05.02