ceRNAs在結(jié)直腸癌中的研究進(jìn)展

段巧斌，俞金龍

南方醫(yī)科大學(xué)珠江醫(yī)院，廣東 廣州 510280

科學(xué)家在植物中發(fā)現(xiàn)非編碼基因的IPS1 RNA能夠吸附miR-3999，從而減少miR-3999對其靶標(biāo)PHO2的抑制[1]，研究者在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象，合成的miRNA海綿能夠吸附miRNA而增加靶標(biāo)基因的表達(dá)[2]。miRNA在生物體內(nèi)與編碼蛋白RNA結(jié)合，抑制mRNA翻譯過程或者直接促進(jìn)mRNA降解，而某些RNA能夠抑制這種效應(yīng)。Salmena等[3]總結(jié)此種效應(yīng)提出競爭性內(nèi)源性RNA（ceRNA）理論，ceRNA理論認(rèn)為含有編碼mRNA相同miRNA反應(yīng)元件（MRE）的基因轉(zhuǎn)錄本（包括假基因轉(zhuǎn)錄本、LncRNA、circRNA、mRNA），能與編碼蛋白mRNA競爭性地結(jié)合miRNA的位點(diǎn)，從而減少miRNA對mRNA的抑制作用。ceRNA理論是發(fā)生在RNA-RNA之間的相互作用[4]，是轉(zhuǎn)錄后水平的調(diào)節(jié)機(jī)制。近年來的研究表明，ceRNA在結(jié)直腸癌、前列腺癌、乳腺癌、胃癌等腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[5-6]。

在全球范圍，結(jié)直腸癌是第3大常見高發(fā)腫瘤，死亡率也高居第4位[7]。2015年中國腫瘤數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國結(jié)直腸癌是男女中最常診斷的5大腫瘤之一，并且死亡率也居于腫瘤前列[8]。雖然隨著早期診斷技術(shù)及多學(xué)科綜合治療的提高，結(jié)直腸癌的整體死亡率下降，但結(jié)直腸癌發(fā)生有年輕化的趨勢[9]。在治療上，III期結(jié)直腸癌往往采用結(jié)直腸癌根治術(shù)加術(shù)后輔助放化療[10]，取得較好的療效。但由于結(jié)直腸腫瘤具有明顯異質(zhì)性，即使同一分期的腫瘤使用同一種方式治療也會(huì)表現(xiàn)出截然不同的預(yù)后[11]。由于缺乏早期診斷標(biāo)志物及有效的干預(yù)措施，結(jié)直腸癌的5年生存期仍然較差，因此尋找早期診斷標(biāo)志物及有效治療靶點(diǎn)變得尤為重要。ceRNA理論從轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)水平認(rèn)識結(jié)直腸癌的形成機(jī)制，近年來大量研究證實(shí)ceRNA分子參與結(jié)直腸癌的進(jìn)展。這些ceRNA分子可能是結(jié)直腸癌的早期診斷標(biāo)志物及治療靶點(diǎn)。本文將近年來ceRNA在結(jié)直腸的研究進(jìn)行歸納整理，并闡述這些分子在結(jié)直腸癌中的功能。

1 ceRNA在結(jié)直腸癌的研究

miRNA能與相關(guān)基因的3’端非翻譯區(qū)（3’UTR）互補(bǔ)結(jié)合，降低mRNA的穩(wěn)定性或者抑制mRNA的翻譯，負(fù)性調(diào)節(jié)靶基因的表達(dá)[12]。靶基因的3’UTR含有MRE，能與miRNA互補(bǔ)結(jié)合，形成RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體，相關(guān)酶將RNA誘導(dǎo)沉默復(fù)合體中靶基因mRNA結(jié)構(gòu)破壞或者抑制其翻譯。而miRNA與其靶標(biāo)RNA并不是一一對應(yīng)的關(guān)系，一個(gè)miRNA能有幾十甚至上百個(gè)RNA靶標(biāo)，而靶標(biāo)RNA也可含有多種miRNA結(jié)合位點(diǎn)，能被多種miRNA所抑制[13]。同一miRNA靶標(biāo)的多樣化促使科學(xué)家猜想不同的RNA能競爭基因組中有限的miRNA，Salmena等[3]提出ceRNA假說，ceRNA理論猜想任何RNA轉(zhuǎn)錄本，如果與其他RNA有相同的MRE，那么此RNA分子就能減少miRNA對其他RNA的抑制作用，從而正性調(diào)節(jié)miRNA靶基因的表達(dá)。植物和動(dòng)物研究都證實(shí)ceRNA理論的正確性[1-2]。含有共同MRE的RNA分子之間，相互競爭地結(jié)合miRNA，于此同時(shí)，兩者互相成為對方的ceRNA分子[14]。隨著進(jìn)一步的研究，擁有MRE的LncRNA、circRNA、假基因轉(zhuǎn)錄本以及mRNA都能成為ceRNA分子，通過復(fù)雜的ceRNA網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)基因的表達(dá)[5]。

近年來，大量研究發(fā)現(xiàn)假基因、LncRNA、circRNA、mRNA能作為ceRNA分子促進(jìn)或者抑制結(jié)直腸癌的發(fā)展，以下內(nèi)容將按不同分子類型作為ceRNA在結(jié)直腸癌的研究進(jìn)行闡述。

2 假基因作為ceRNA在結(jié)直腸癌的研究

假基因是與基因組同源基因序列類似，但缺乏編碼蛋白功能的基因序列。假基因可來源于親代基因的突變，不嚴(yán)格基因復(fù)制或者親代基因合成的mRNA反轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座進(jìn)入基因組，相應(yīng)的分成單一假基因、未加工假基因及加工假基因三種類型[15]。以前研究者認(rèn)為假基因是無功能的物質(zhì)，但人類基因組計(jì)劃發(fā)現(xiàn)假基因的數(shù)量大概占編碼基因的一半以上[16]，這意味著假基因可能在人體中發(fā)揮作用。近年來的研究表明，假基因的確在腫瘤及其他疾病發(fā)揮功能[15，17-18]。

ceRNA機(jī)制的關(guān)鍵是RNA之間含有相同的MRE，由于假基因與親代基因同源性很高，兩者具有很多類似的MRE，所以假基因轉(zhuǎn)錄本往往能與同源基因RNA競爭結(jié)合miRNA[15]。例如PTENP1作為抑癌基因PTEN的同源假基因，序列差異非常小，它們含有多種共同的MRE。在多種腫瘤中，PTENP1通過ceRNA機(jī)制解除microRNA對PTEN轉(zhuǎn)錄的mRNA的抑制作用而發(fā)揮抑癌作用。研究表明，在腎透明細(xì)胞癌[19]及口腔鱗狀細(xì)胞癌[20]，PTENP1通過與PTEN競爭性結(jié)合miR-21的作用位點(diǎn)上調(diào)PTEN的表達(dá)，從而抑制腫瘤的惡性生物行為。在乳腺癌中，PTENP1通過競爭性地結(jié)合miR-19b的位點(diǎn)，解除miR-19b對PTEN表達(dá)的抑制，從而上調(diào)PTEN，抑制乳腺癌的增殖、遷移、侵襲能力[21]。同樣地，在結(jié)直腸癌中，有研究表明，在結(jié)腸癌組織中PTEN表達(dá)下降，PTENP1與PTEN呈正相關(guān)，意味著PTENP1在腸癌中的表達(dá)也下降，同時(shí)在敲除miRNA成熟體加工酶DICER后，在結(jié)直腸癌細(xì)胞中PTENP1對miRNA對PTEN的去抑制作用也下降，這說明PTENP1可能通過ceRNA機(jī)制而上調(diào)PTEN的表達(dá)[18]。近年來，也有研究發(fā)現(xiàn)另一些假基因在結(jié)直腸癌的異常功能。Ye等[22]研究發(fā)現(xiàn)VEGFR1（也稱為FLT1）的假基因FLT1P1能雙向轉(zhuǎn)錄為FLT1P1-s及FLT1P1-as，并且可調(diào)節(jié)同源基因VEGFR1及非同源基因。結(jié)果表明，F(xiàn)LT1P1-s轉(zhuǎn)錄物能正性調(diào)節(jié)VEGFR1的表達(dá)，研究猜想假基因FLT1P1是通過ceRNA機(jī)制上調(diào)VEGFR1。與之相反，F(xiàn)LT1P1-as轉(zhuǎn)錄物卻負(fù)性調(diào)控同源基因VEGFR1及非同源基因的表達(dá)，F(xiàn)LT1P1-as轉(zhuǎn)錄物可能通過特殊機(jī)制發(fā)揮作用。另有一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)直腸癌中，假基因DUXAP10能夠通過表觀沉默P21和PTEN抑癌基因的表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤增殖、抑制腫瘤凋亡[23]。

3 長鏈非編碼RNA（LncRNA）作為ceRNA在結(jié)直腸癌的研究

LncRNA是長度超過200 bp的非編碼基因轉(zhuǎn)錄本，以前被認(rèn)為是轉(zhuǎn)錄噪音而不被重視[24]，但自發(fā)現(xiàn)非編碼基因廣泛參與有機(jī)體的正常及異常生命活動(dòng)后，LncRNA逐漸成為研究的熱點(diǎn)。LncRNA在人類基因中數(shù)量相當(dāng)龐大，ENCODE工程研究并注釋了9640個(gè)LncRNA[16]。除了數(shù)量上多的特點(diǎn)，LncRNA的功能也很強(qiáng)大，LncRNA幾乎能在所有控制水平調(diào)控基因的表達(dá)，包括表觀調(diào)節(jié)（組蛋白修飾、DNA甲基化和染色質(zhì)的重塑）、轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)（調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子、增強(qiáng)子）以及轉(zhuǎn)錄后的調(diào)節(jié)（對RNA加工、穩(wěn)定和翻譯的調(diào)節(jié)）[25]。數(shù)十年來的研究表明，LncRNA的表達(dá)異常能促使多種疾病的發(fā)生，當(dāng)然，LncRNA也與結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展有著密切聯(lián)系[25-27]。

LncRNA能夠作為ceRNA調(diào)控結(jié)直腸癌的增殖、凋亡、轉(zhuǎn)移及耐藥等過程。如研究較多的LncRNA H19在許多腫瘤中表現(xiàn)為促癌功能，類似地，LncRNA H19在結(jié)直腸癌中也發(fā)揮促癌作用。Yang等[28]研究發(fā)現(xiàn)LncRNA H19在結(jié)直腸癌組織較癌旁組織表達(dá)升高，功能實(shí)驗(yàn)顯示過表達(dá)H19促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖表型，而干擾H19出現(xiàn)相反的結(jié)果，進(jìn)一步機(jī)制研究表明H19作為ceRNA通過與beta-Catenin競爭性結(jié)合miR-200a而發(fā)揮促進(jìn)結(jié)直腸癌增殖的作用。另外，研究發(fā)現(xiàn)LncRNA UCA1海綿吸收miR-204-5p，從而解除miR-204-5p對新的靶標(biāo)基因CREB1的抑制作用，進(jìn)一步的發(fā)揮生物學(xué)功能，表明UCAI-miR-204-5p-CREB1通路能夠促進(jìn)結(jié)直腸癌的增殖以及對5-氟尿嘧啶的耐藥[29]。除此之外，Yang等[30]研究表明Long noncoding RNA XIST在結(jié)直腸癌組織和細(xì)胞中上調(diào)，并與轉(zhuǎn)移和差的預(yù)后相關(guān)，機(jī)制研究表明XIST競爭地結(jié)合miR-200b-3p的結(jié)合位點(diǎn)而調(diào)節(jié)ZEB1的表達(dá)，從而促進(jìn)結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移及EMT過程。有些新發(fā)現(xiàn)的LncRNAs也能夠作為ceRNA促進(jìn)結(jié)直腸的發(fā)展。通過肝轉(zhuǎn)移的結(jié)直腸癌與非肝轉(zhuǎn)移的組織進(jìn)行基因芯片差異分析，發(fā)現(xiàn)在肝轉(zhuǎn)移的結(jié)直腸癌中高表達(dá)的LncRNA，并將其命名為LncRNA UICLM[31]。進(jìn)一步研究表明UICLM作為miR-215的ceRNA調(diào)節(jié)ZEB2的表達(dá)，從而促進(jìn)結(jié)直腸癌的增殖、侵襲、EMT及干細(xì)胞特性功能，促進(jìn)結(jié)直腸癌的肝轉(zhuǎn)移。同樣地，新發(fā)現(xiàn)的LncRNA CRNDE通過海綿吸收miR-136而作為ceRNA促進(jìn)結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移及對奧沙利鉑的耐藥[32]，另有研究表明CRNDE也能通過海綿吸收miR-181a-5p而發(fā)揮促進(jìn)結(jié)直腸癌的增殖及耐藥的作用[33]。LncRNA除了上述作為促癌作用，有些也能發(fā)揮抑癌作用。如LncRNA CASC2在結(jié)直腸癌中表達(dá)下調(diào)，可作為miR-18a的ceRNA調(diào)節(jié)PIAS3的表達(dá)，抑制增殖，然而促進(jìn)周期停滯[34]。此外，LncRNA TUSC7及LncRNA RP4也能作為ceRNA抑制結(jié)直腸癌的增殖、侵襲，促進(jìn)凋亡、自噬[35-36]。

4 環(huán)狀RNA（circRNA）作為ceRNA在結(jié)直腸癌的研究

circRNA也屬于非編碼RNA的一種，是一種特殊類型的RNA。circRNA數(shù)量眾多，人類基因組中至少含有7112個(gè)circRNA[37]。circRNA起源多樣，大部分來源于編碼序列的外顯子，少部分來自3’-UTR、5’-UTR、內(nèi)含子、基因間序列、或者反義鏈RNA[38]。在結(jié)構(gòu)上，circRNA的3’和5’端連接在一起形成環(huán)狀[39]，也因此具有穩(wěn)定性和保守性的特點(diǎn)[40]。在生物學(xué)作用上，circRNA具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄、與RBPs相互作用、吸附miRNA、調(diào)節(jié)翻譯的功能[40]。

眾多研究表明，circRNA能作為ceRNA參與調(diào)節(jié)結(jié)直腸癌的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移等惡性發(fā)展。Li等[41]發(fā)現(xiàn)hsa_circ_001569能夠海綿吸附miR-145而調(diào)節(jié)基因E2F5，BAG4和FMNL2，從而促進(jìn)結(jié)直腸癌的增殖和侵襲。相似的，Qu等[42]研究發(fā)現(xiàn)Hsa_circ_0020397通過促進(jìn)miR-138的靶標(biāo)基因的表達(dá)而調(diào)節(jié)結(jié)直腸癌的增殖活性、凋亡和侵襲能力。此外，cir-ITCH在結(jié)直腸癌中表達(dá)下降，cir-ITCH能夠吸附多種miRNA，下調(diào)的cir-ITCH抑制Wnt/β-catenin通路，促進(jìn)ITCH的表達(dá)，上調(diào)的cir-ITCH能抑制增殖[43]。另有研究發(fā)現(xiàn)，hsa_circ_0000069能夠促進(jìn)結(jié)直腸的增殖、遷移和侵襲，可能是結(jié)直腸癌潛在的診斷和治療的靶點(diǎn)[44]。CircCCDC66可能作為miRNA海綿保護(hù)MYC mRNA而促進(jìn)結(jié)直腸癌的增殖、遷移和轉(zhuǎn)移[45]。ciRS-7在結(jié)直腸癌中表達(dá)升高，并且高表達(dá)的ciRS-7與臨床差的預(yù)后相關(guān)，機(jī)制上，ciRS-7作為EGFR和RAF1的ceRNA而海綿吸附miR-7促進(jìn)結(jié)直腸癌的惡性生物行為[46]。綜上，circRNAs與結(jié)直腸癌的惡性進(jìn)展有著密不可分的聯(lián)系，circRNAs可能作為治療結(jié)直腸癌的分子靶點(diǎn)。

5 mRNA作為ceRNA在結(jié)直腸癌的研究

除了非編碼RNA能作為ceRNA發(fā)揮生物學(xué)功能，含有MRE的蛋白編碼mRNA也是潛在的ceRNA網(wǎng)絡(luò)的參與者。抑癌基因PTEN不僅能與其假基因PTENP1作為ceRNA，而且能與其他編碼蛋白mRNA產(chǎn)生ceRNA效應(yīng)[47-48]。

在腫瘤中，不同mRNA由于含有共同的MRE，兩者會(huì)競爭結(jié)合miRNA而互為競爭內(nèi)源性RNA。例如，在非小細(xì)胞肺癌中[49]，編碼蛋白基因AEG-1的3’UTR通過結(jié)合miR-30a，競爭性解除miR-30a對Vimentin和Snail的mRNA的抑制，從而促進(jìn)肺癌的上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化過程，改變肺癌的進(jìn)展。另有研究發(fā)現(xiàn)，編碼蛋白基因FOXO1和CD44的3’-非翻譯區(qū)能夠作為ceRNA在乳腺癌的腫瘤發(fā)生和轉(zhuǎn)移中發(fā)揮著作用[50-51]。當(dāng)然，在結(jié)直腸癌中，也有許多的mRNA能通過ceRNA機(jī)制發(fā)揮功能。如Guo等[47]研究發(fā)現(xiàn)在含有Dicer酶的結(jié)直腸癌細(xì)胞HCT116中，干擾ZEB2的表達(dá)后，PTEN的表達(dá)下降，過表達(dá)ZEB2，PTEN的表達(dá)也隨之升高，但在敲除Dicer的腸癌細(xì)胞中，則不會(huì)出現(xiàn)這種效應(yīng)，這說明ZEB2需要通過microRNA來調(diào)控PTEN，進(jìn)一步研究說明ZEB2能與PTEN競爭性地結(jié)合miRNAs來調(diào)節(jié)PTEN。除了ZEB2能與PTEN相互競爭結(jié)合miRNA外，Hsiao等[48]研究發(fā)現(xiàn)，在結(jié)直腸癌中，VAPA、CNOT6L也能與PTEN競爭性結(jié)合miRNAs而調(diào)節(jié)PTEN的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)控PI3K/AKT通路而影響腫瘤的進(jìn)展。此外，有研究發(fā)現(xiàn)在結(jié)直腸癌中DCAMKL-1表達(dá)升高，干擾DCAMKL-1后，pri-let-7a升高，導(dǎo)致腫瘤基因c-Myc表達(dá)下降，從而抑制了腫瘤的增殖[52]，這說明DCAMKL-1能作為c-Myc的ceRNA而發(fā)揮促癌的作用。最新的研究發(fā)現(xiàn)，編碼基因的不同mRNA剪切體也能形成ceRNA，如研究[53-55]發(fā)現(xiàn)在結(jié)直腸癌中，編碼基因OCT4的mRNA剪切體OCT4B能作為另一剪切體OCT4A的ceRNA，OCT4B能與OCT4A競爭結(jié)合miRNA，從而解除miRNA對OCT4A的抑制作用，改變OCT4A蛋白地表達(dá)而影響腫瘤進(jìn)展。

6 總結(jié)與展望

結(jié)直腸癌的發(fā)生率和死亡率都位于腫瘤前列，嚴(yán)重危害著公眾的健康。雖然隨著科技的發(fā)展，有許多治療結(jié)直腸癌的方法，但都無法攻破腫瘤惡性進(jìn)展的難題，結(jié)直腸癌患者往往死于其他部位的轉(zhuǎn)移，如果能從腫瘤發(fā)生發(fā)展的機(jī)制上了解結(jié)直腸癌，將有望提高結(jié)直腸癌的生存期及生活質(zhì)量。ceRNA機(jī)制從分子水平闡述了基因在轉(zhuǎn)錄后的調(diào)控模式，表明非編碼基因能與編碼基因相互作用。大量研究證實(shí)了假基因轉(zhuǎn)錄本、長鏈非編碼RNA、circRNA及mRNA等分子能通過ceRNA機(jī)制促進(jìn)或者抑制結(jié)直腸癌的進(jìn)展。這些分子可能成為未來結(jié)直腸癌的診斷分子與治療靶點(diǎn)。目前ceRNA在結(jié)直腸癌的研究還處于早期，mRNA、假基因轉(zhuǎn)錄本及circRNA在結(jié)直腸癌中的報(bào)道尚少，且ceRNA的研究面臨著諸多挑戰(zhàn)。盡管如此，ceRNA分子仍然是值得深入研究的方向，在未來應(yīng)用ceRNA理論可能有助于解決結(jié)直腸癌診斷與治療的難題。