非編碼RNA在食管癌中的意義

周蘇娜

周蘇娜,溫州醫(yī)科大學(xué)附屬臺(tái)州醫(yī)院放療科 浙江省臨海市 317000

0 引言

人類基因組絕大部分基因可轉(zhuǎn)錄為RNA,但僅1%-2%具備編碼蛋白的能力,不參與編碼蛋白的R N A占絕大多數(shù),被命名為非編碼RNA (non-coding RNAs,ncRNAs)[1].ncRNAs主要包括長(zhǎng)度小于200 nt的短鏈ncRNA和長(zhǎng)度大于200nt的長(zhǎng)鏈ncRNAs (long non-coding RNAs,lncRNAs).微小RNA (microRNAs,miRNAs)是目前研究最廣泛的短鏈ncRNA,通過結(jié)合靶基因的mRNA負(fù)向調(diào)控基因表達(dá),其失調(diào)與多種人類疾病尤其是腫瘤相關(guān)[2].同樣,lncRNAs參與調(diào)控染色質(zhì)重塑,轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后加工等細(xì)胞生物學(xué)過程,其表達(dá)在人類各種疾病包括腫瘤中發(fā)揮重要作用[3].環(huán)狀RNA (circular RNAs,circRNAs)是一類新型ncRNA,因共價(jià)閉環(huán)結(jié)構(gòu)具有高度穩(wěn)定性和保守性,通過充當(dāng)miRNA“海綿”,蛋白質(zhì)“誘餌”或編碼小肽發(fā)揮重要的生物學(xué)功能.研究表明許多circRNA在腫瘤中異常表達(dá),發(fā)揮致癌或抑癌基因作用[4].食管癌作為世界第6大致死性惡性腫瘤,其發(fā)生發(fā)展過程中同樣涉及多種ncRNAs的調(diào)控紊亂.近年來,隨著二代測(cè)序技術(shù)的日益進(jìn)步及生物信息學(xué)的發(fā)展,關(guān)于食管癌中ncRNAs表達(dá)差異譜及生物功能學(xué)研究日漸受到關(guān)注,本文將對(duì)最新的研究進(jìn)展作一述評(píng),期望有助于開拓食管癌診治的新思路.

1 非編碼RNA在食管癌診斷中的作用

我國是食管癌的高發(fā)區(qū),2015年新發(fā)食管癌477900例,死亡約375000例[5].絕大部分初次就診的患者為中晚期,已失去治愈的機(jī)會(huì).目前臨床缺少有效性及特異性高的食管癌篩選腫瘤標(biāo)記物,隨著消化道內(nèi)鏡早癌篩查的逐步推進(jìn)及測(cè)序技術(shù)的發(fā)展,尋找有效、易檢測(cè)的生物標(biāo)志物是提高食管癌或癌前病變?cè)缙谠\斷的有效策略.

1.1 miRNAs 食管癌的主要病理類型包括食管腺癌(esophageal adenocarcinoma,EAC)和食管鱗癌(esophageal squamous cell carcinoma,ESCC).EAC的發(fā)生歷經(jīng)腸上皮化生(Barrett食管)→不典型增生→食管腺癌形成的過程.因此,Barrett食管是EAC的一種癌前病變狀態(tài).Barrett食管通常需要通過侵入性的內(nèi)鏡明確診斷.然而,許多腫瘤相關(guān)性miRNAs不僅穩(wěn)定存在于組織中,同時(shí)存在于體液如循環(huán)血中.血液中特定miRNAs比值的組合可高效區(qū)分EAC與Barrett食管患者、健康者[6].Barrett食管或高度不典型增生患者血液中的miR-199a-3p和miR-320e較健康者均顯著下降,是特異性與敏感性較好的循環(huán)標(biāo)記物[7].腫瘤組織與循環(huán)血中的miRNA-95-3p、-136-5p、-194-5p、-451a、-382-5p、-133a-3p和-130a 表達(dá)譜可有效區(qū)分Barrett食管、EAC與健康人[8,9].Barrett食管與食管炎可通過組織或血液中的miR-194和miR-215表達(dá)差異區(qū)分[10].此外,研究顯示血清miR-10a、-22、-100、-148b、-223、-133a、-127-3p、-1246、-25、-92a-3p、-483-5p和組織miR-143、-145、-218-5p、-142-3p、-150-5p、-205-5p、-21、-203單獨(dú)或聯(lián)合應(yīng)用作為食管癌新型的診斷和預(yù)后生物標(biāo)志物應(yīng)用具有強(qiáng)大的潛力[11-18].

1.2 lncRNAs 基于TCGA和GEO數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)食管癌與良性食管病變之間存在成百上千個(gè)差異表達(dá)的lncRNAs,且ESCC與EAC的差異表達(dá)譜不同但存在部分重疊[19-25].分析ESCC、食管異型增生及健康人的血液發(fā)現(xiàn)Linc00152,CFLAR-AS1和POU3F3是預(yù)測(cè)ESCC早期發(fā)生的潛在生物標(biāo)志物[26].基于組織中7種lncRNAs聯(lián)合(BQ376030、ASLNC11164、BF894811、RP11473M20.9、X LOC _00 7869、XLOC_006476、CK327190)構(gòu)建的危險(xiǎn)因素評(píng)分預(yù)測(cè)模型是ESCC獨(dú)立預(yù)后指標(biāo)[27].基于G E O數(shù)據(jù)分析提示組織中AC098973、AL133493、RP11-51M24、RP11-317N8、RP11-834C11、RP11-69C17、LINC00471、LINC01193和RP1-124C能高效篩選早期ESCC及預(yù)測(cè)特定患者群(60歲以下男性,吸煙喝酒,分期為N0+N1或T3+T4,且未接受輔助治療)的預(yù)后[28].而且,與比常規(guī)血清生物標(biāo)記物(如AFP、CA153和NSE)相比,lncRNAs如CCAT2在食管癌診斷中顯示出更高的診斷性能[29].

1.3 circRNAs circRNAs主要通過充當(dāng)miRNAs 的分子海綿對(duì)其下游靶基因進(jìn)行正向調(diào)節(jié)從而在腫瘤發(fā)生中發(fā)揮調(diào)控作用,在腫瘤中提供診斷和預(yù)后價(jià)值.多數(shù)circRNAs穩(wěn)定存在于循環(huán)血中,可作為一種微創(chuàng)的腫瘤標(biāo)記物應(yīng)用于臨床.越來越多的研究證實(shí)食管癌組織或血液中異常表達(dá)的circRNAs具有作為食管癌篩查或診斷指標(biāo)的潛力[30-34].如circ-TTC17在ESCC細(xì)胞,血漿和組織中的表達(dá)水平明顯高于正常人[35].

目前關(guān)于表達(dá)失調(diào)的ncRNAs作為食管癌早期診斷的相關(guān)證據(jù)逐漸增多,尤其是循環(huán)血中穩(wěn)定表達(dá)的ncRNAs與傳統(tǒng)腫瘤標(biāo)記物相比具有微創(chuàng)、敏感性高的優(yōu)勢(shì).如上所述,ncRNAs無論是單個(gè)、兩兩組合或多個(gè)聯(lián)合用于食管癌的診斷,通過回歸模型評(píng)估提示具有顯著診斷價(jià)值.但是目前的診斷模型不成熟,仍需要更大樣本量系統(tǒng)全面地訓(xùn)練驗(yàn)證.此外,不同病理類型食管癌之間的特異性循環(huán)ncRNA也值得進(jìn)一步探索.

2 非編碼RNA在食管癌發(fā)生發(fā)展中的作用特點(diǎn)

不僅食管癌、食管癌癌前病變、食管良性病變的患者組織及循環(huán)血中的ncRNAs水平存在差異性表達(dá),不同發(fā)展階段的食管癌之間同樣存在ncRNAs表達(dá)差異.不同的ncRNAs在食管發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著癌基因或抑癌基因的功能,具有促進(jìn)腫瘤增殖、遷移、侵襲等惡性表型轉(zhuǎn)化功能,可能提供潛在的食管癌治療靶點(diǎn).

2.1 miRNAs 晚期EAC患者血清中的miR-130a和-223-5p明顯高于早期患者[9,17].ESCC患者血漿中低水平的miR-655、腫瘤組織中miR-92a、-429、-451上調(diào)及miR-143、-145表達(dá)下調(diào)與淋巴轉(zhuǎn)移、TNM分期及預(yù)后不良有關(guān)[12,36-38].血清miR-331-3p表達(dá)下降、miR-652-5p聯(lián)合-7-2-3p高表達(dá)是用于識(shí)別高復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的EAC患者的有效生物標(biāo)志物[39,40].機(jī)制研究揭示許多miRNAs與靶基因的3’UTR結(jié)合,在mRNA水平上阻斷靶基因翻譯導(dǎo)致其失活,從而促進(jìn)或抑制食管癌細(xì)胞的發(fā)生和發(fā)展[36,41-47].

2.2 lncRNAs lncRNAs在食管癌中的異常表達(dá)預(yù)示著腫瘤進(jìn)展如淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移、更晚的臨床分期及更短的生存期[48-52].如食管癌組織中HOTAIR、LINC00152表達(dá)與TNM分期,淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和組織分化程度顯著相關(guān)[49,53].lncRNA TP73-AS1水平上調(diào)與食管癌的腫瘤位置及TNM分期均相關(guān)[54].組織中NONHSAT104436、LncH19的過表達(dá)與腫瘤大小、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和不良生存預(yù)后密切相關(guān)[48,55].lncRNA Epist在食管組織中高表達(dá),發(fā)揮抑癌基因功能抑制腫瘤轉(zhuǎn)移,但在食管癌發(fā)展過程中表達(dá)下調(diào)[56].體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)多種lncRNAs促進(jìn)ESCC細(xì)胞的增殖,遷移和侵襲[23,25,49,53,57-60].

2.3 circRNAs 食管癌中表達(dá)異常的circRNAs通過海綿作用抑制miRNAs表達(dá)從而激活miRNAs下游靶基因或信號(hào)通路發(fā)揮癌基因或抑癌基因的功能,調(diào)控食管癌細(xì)胞的增殖、遷移和侵襲.如circUBAP2、circ_0000654、circ_0006168、circ_0006948、circ GSK3β、cZNF292、circPVT1、circRAD23B、circ_0004370、circ_0000337、circ-TTC17、circRNA_100876、ciRS-7等通過circRNA/miRNA/mRNA軸發(fā)揮促進(jìn)食管癌細(xì)胞惡性表型進(jìn)展[30-35,61-68].circLARP4、circ-Foxo3、cZNF292作為抑癌基因競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合相應(yīng)miRNAs發(fā)揮抑制食管癌細(xì)胞發(fā)展為強(qiáng)侵襲、易遷移的細(xì)胞[69-71].此外,研究證實(shí)人工合成的circRNA也可以作為治療性分子海綿,有效抑制類似癌基因的miRNAs,從而阻遏食管癌細(xì)胞增殖、遷移[72].血漿高circ-SLC7A5、高circGSK3β的ESCC患者與較晚的腫瘤分期及較短的生存期有關(guān)[62,73].ESCC患者腫瘤組織中circ_0006168表達(dá)水平增加與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和TNM分期呈正相關(guān)[63].冰凍及石蠟包埋的ESCC組織中的circ_0001946被證實(shí)可預(yù)測(cè)腫瘤復(fù)發(fā)、總生存期和無病生存期[74].ESCC患者血漿中circ-SMAD7表達(dá)下調(diào)與TNM分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈高度負(fù)相關(guān)[75].

臨床中關(guān)于食管癌的N分期,因?yàn)樵\斷性縱隔鏡或胸腔鏡并非常規(guī)開展,而影像學(xué)依據(jù)并不是診斷陽性淋巴結(jié)的金標(biāo)準(zhǔn).綜上文獻(xiàn)回顧,關(guān)于部分ncRNAs的異常表達(dá)對(duì)食管癌淋巴轉(zhuǎn)移及TNM分期的預(yù)測(cè)可能性已被證實(shí),那么進(jìn)一步構(gòu)建有效的分期、預(yù)后診斷模型并作訓(xùn)練驗(yàn)證有助于無法接受手術(shù)的食管癌患者準(zhǔn)確分期,有效指導(dǎo)后續(xù)治療.

3 非編碼RNA在食管癌抗腫瘤治療中的作用特點(diǎn)

近年來的研究結(jié)果提示ncRNAs在食管癌抗腫瘤治療療效及生存預(yù)后的預(yù)測(cè)中也具有很好的臨床應(yīng)用前景.在接受術(shù)前新輔助放化療或化療的Ⅱ期食管癌患者組織中,miR-21水平上調(diào)預(yù)示著術(shù)后預(yù)后不良[76].血清miR-339-5p水平與ESCC患者放療敏感性呈正相關(guān),且通過miRNAs-mRNA途徑調(diào)控ESCC細(xì)胞的放射敏感性[77].miR-125a-5p、miR-455-3p、miR-221、miR-338-5p在ESCC細(xì)胞化療敏感性調(diào)控中發(fā)揮重要作用[78-81].miR-34b/c啟動(dòng)子區(qū)域的多態(tài)性與局部晚期ESCC患者放化療療效密切相關(guān)[82].血液中l(wèi)ncRNAs(Linc00152、CFLAR-AS1和POU3F3)表達(dá)升高是ESCC患者術(shù)后生存期短的預(yù)測(cè)指標(biāo)[26].敲除lncRNA TP73-AS1可增強(qiáng)食管癌細(xì)胞對(duì)5-FU和順鉑的化學(xué)敏感性[54].lncRNA TUG1通過上調(diào)Nrf2促進(jìn)ESCC細(xì)胞對(duì)順鉑的耐藥性[83].食管癌組織中高表達(dá)的lncRNA CCAT2被證實(shí)與食管癌患者臨床放療預(yù)后負(fù)相關(guān),進(jìn)一步機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)其異常表達(dá)通過對(duì)miR-145/p70S6K1的負(fù)調(diào)控來促進(jìn)食管癌細(xì)胞的放射抵抗性[84].circRNA_100367、circRNA_001059、circRNA_000167、circVRK1通過circRNA-miRNAmRNA途徑增強(qiáng)ESCC的放射抵抗性[77,85,86].

目前關(guān)于ncRNAs在食管癌臨床抗腫瘤治療敏感性及預(yù)后預(yù)測(cè)中的意義處于研究起始階段,雖然越來越多的研究發(fā)現(xiàn)了與食管癌放化療敏感性調(diào)控相關(guān)的各種ncRNAs,并且對(duì)可能涉及的分子調(diào)控機(jī)制做了初步探索,但最終如何轉(zhuǎn)化應(yīng)用于臨床診療還有漫漫長(zhǎng)路需要摸索.此外,食管癌患者復(fù)查隨訪過程中尚缺乏敏感性、特異性高的微創(chuàng)腫瘤標(biāo)記物,因此發(fā)掘能在食管癌抗腫瘤治療不同階段進(jìn)行療效追蹤的循環(huán)ncRNAs動(dòng)態(tài)表達(dá)譜也是值得探索的方向.

4 食管癌相關(guān)非編碼RNA的研究難點(diǎn)

ncRNAs在食管癌篩查、早期診斷、監(jiān)測(cè)病情、手術(shù)及放化療療效評(píng)估、預(yù)后判斷等方面已展示了巨大潛力,引起廣泛關(guān)注.尤其是循環(huán)ncRNAs的異常表達(dá)不僅存在于組織、細(xì)胞中,還穩(wěn)定存在于包括血液成分、尿液、唾液等各種體液中,具有取材方便、微創(chuàng)等優(yōu)勢(shì).隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展,新的檢測(cè)技術(shù)如基因芯片、實(shí)時(shí)定量逆轉(zhuǎn)錄PCR、深度測(cè)序等日益更新,為檢測(cè)各種組織、體液中的ncRNA提供了技術(shù)支持.目前的研究數(shù)據(jù)顯示有應(yīng)用潛力的循環(huán)ncRNAs成百上千,但是因?yàn)椴煌芯窟x擇的樣本保存條件、質(zhì)量控制、檢測(cè)方法等問題,我們還需要進(jìn)一步確定統(tǒng)一的樣本質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)及診斷量化標(biāo)準(zhǔn)等.目前,現(xiàn)有的食管癌診斷或預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?雖然大部分顯示了良好的敏感性和特異性,但是缺少大樣本量的驗(yàn)證和訓(xùn)練,而且缺乏miRNAs、lncRNAs、circRNAs三者的聯(lián)合診斷模型.此外,深入的機(jī)制挖掘顯示不同ncRNAs在食管癌發(fā)生發(fā)展中可能通過lncRNA-miRNA-mRNA或circRNA-miRNA-mRNA或circRNAs-lncRNAs的模式參與調(diào)控[31,32,34,52,53,60,61,67-71,84,87-94].已有數(shù)據(jù)顯示多種miRNAs、lncRNAs、circRNAs在食管癌的增殖、侵襲、遷移中發(fā)揮重要作用,但是腫瘤進(jìn)展過程不僅受一個(gè)或一種基因的調(diào)控,我們需要進(jìn)一步探索三者之間的串?dāng)_,明確lncRNA-miRNA-circRNA-mRNA模式在食管癌中的調(diào)控機(jī)理,有助于發(fā)現(xiàn)決定性的調(diào)控基因,為開發(fā)有效的治療靶點(diǎn)提供重要依據(jù).

5 結(jié)論

食管正常上皮經(jīng)歷癌前病變、早期癌及進(jìn)展期癌的過程中涉及成百上千的非編碼RNA表達(dá)及功能異常.非編碼RNA相關(guān)診斷模型、預(yù)測(cè)模型的構(gòu)建及作為治療靶點(diǎn)應(yīng)用于食管癌研究中已經(jīng)有許多的數(shù)據(jù)結(jié)果.非編碼RNA在食管癌中的調(diào)節(jié)作用涉及復(fù)雜精密的機(jī)理,值得進(jìn)一步深入研究,有助于為食管癌的防治提供新的機(jī)遇.