假基因在消化系統(tǒng)腫瘤中的研究進(jìn)展

陳開舉，肖瑤，何銀煥

廣州醫(yī)科大學(xué)1公共衛(wèi)生學(xué)院，2衛(wèi)生管理學(xué)院，廣州511436

近年來消化系統(tǒng)惡性腫瘤的發(fā)病率逐年升高，其中胃癌、肝癌、食管癌、結(jié)直腸癌的發(fā)病率居前5位，且預(yù)后差[1]。越來越多的研究表明，長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）在腫瘤細(xì)胞的增殖、侵襲、轉(zhuǎn)移和凋亡過程中發(fā)揮重要作用。lncRNA是一組長度大于200個核苷酸且不具有編碼蛋白質(zhì)功能的RNA轉(zhuǎn)錄本，在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄及轉(zhuǎn)錄后水平發(fā)揮重要功能[2]。假基因?qū)儆趌ncRNA家族的一員，具有與同源編碼基因相似的序列，可通過調(diào)節(jié)基因的表達(dá)影響腫瘤的進(jìn)展[3]。隨著研究的深入進(jìn)行，假基因已被證實參與胃癌、食管癌、肝癌、胰腺癌及結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展，但目前的研究尚處于初步階段，其作用機(jī)制尚未被完全揭示。本文就假基因的分類、作用機(jī)制及與消化系統(tǒng)腫瘤的關(guān)系作一綜述。

1 假基因

1.1 假基因的發(fā)現(xiàn)

1977年，Jacq等[4]在非洲爪蟾基因組中克隆到1個與5s rRNA相似的基因序列，經(jīng)過與5s rRNA基因比對后發(fā)現(xiàn)其并無表達(dá)活性，于是就將這個5s rRNA的同源相似基因序列描述為假基因。人類基因組計劃發(fā)現(xiàn)，組成人類基因組的30億個堿基序列中，只有約1.5%的堿基序列編碼蛋白質(zhì)，其余大部分序列因不具備編碼蛋白質(zhì)的能力而被誤稱為“垃圾序列”，假基因便處于其中。隨著生物信息學(xué)的發(fā)展，假基因的眾多生物學(xué)功能逐漸被揭示，其廣泛參與細(xì)胞分化、炎癥和凋亡等重要生命活動。

1.2 假基因的分類

根據(jù)基因的形成原理，假基因可分為兩類：①加工型假基因，信使RNA（messenger RNA，mRNA）轉(zhuǎn)錄本經(jīng)過反轉(zhuǎn)錄形成互補(bǔ)DNA（complementary DNA，cDNA），再隨機(jī)整合到基因組時，因插入位點不合適或序列發(fā)生突變，從而喪失正常功能的假基因[5-6]。②非加工型假基因，在編碼區(qū)或調(diào)控區(qū)發(fā)生堿基插入、缺失、置換或移碼等各種突變，導(dǎo)致復(fù)制后的基因無法進(jìn)行編碼，從而喪失正常功能的假基因[7-8]。

1.3 假基因的作用機(jī)制

傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為假基因是一類“垃圾序列”，不具備翻譯蛋白質(zhì)的功能，但有部分研究報道假基因不僅可以作用其親本基因行使調(diào)控作用，還可能具有翻譯蛋白質(zhì)的功能。其作用機(jī)制可分為4種：①某些假基因可以編碼蛋白質(zhì)，其長度稍短于親本基因編碼的蛋白質(zhì)。Porter等[9]研究發(fā)現(xiàn)，X染色體上的NLRP2P具有完整的開放閱讀框，編碼含有45個氨基酸的Pyrin結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白，且NLRP2P的開放閱讀框與POP2基因的相似度達(dá)80%。此外，除了調(diào)節(jié)細(xì)胞因子外，NLRP2P還具有調(diào)控細(xì)胞周期和細(xì)胞凋亡的潛在作用。②假基因可以作為反義RNA與親本基因的轉(zhuǎn)錄本形成RNA雙鏈，影響親本基因的轉(zhuǎn)錄功能。Muro和Andrade[10]的研究發(fā)現(xiàn)，假基因可作為天然反義轉(zhuǎn)錄物的替代來源。Korneev等[11]研究了一種長天然反義轉(zhuǎn)錄物antiNOS-2RNA，它與椎實螺中樞神經(jīng)系統(tǒng)中一氧化氮的產(chǎn)生有關(guān)。③假基因還能產(chǎn)生內(nèi)源性小干擾RNA（endogenous small interfering RNA，endo-siRNA）。這些endo-siRNA通常由雙鏈RNA加工而成，而雙鏈RNA由來自蛋白質(zhì)編碼基因的剪接轉(zhuǎn)錄物與來自同源假基因的反義轉(zhuǎn)錄物雜交而形成。另外，具有反向重復(fù)序列的假基因也可以直接產(chǎn)生豐富的endo-siRNA[12]。Tam等[13]研究發(fā)現(xiàn)，假基因衍生的小干擾RNA可以調(diào)節(jié)小鼠卵母細(xì)胞中的基因表達(dá)。④假基因可作為競爭性內(nèi)源RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）競爭性結(jié)合微小RNA（microRNA，miRNA），進(jìn)而調(diào)控靶基因的表達(dá)。Du等[14]研究證實了假基因DUXAP8作為ceRNA可調(diào)節(jié)miRNA-577的表達(dá)，miRNA-577通過調(diào)節(jié)ras相關(guān)蛋白14（ras-related protein 14，RAB14）的表達(dá)促進(jìn)結(jié)直腸癌的遷移和侵襲，說明假基因可能通過ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)對腫瘤產(chǎn)生重要作用。

2 假基因與消化系統(tǒng)腫瘤

2.1 假基因與胃癌

胃癌是常見的消化系統(tǒng)惡性腫瘤，發(fā)病率居高不下，嚴(yán)重影響人們的生活質(zhì)量。Ma等[15]研究發(fā)現(xiàn)了一種假基因衍生的lncRNASFTA1P，其在胃癌組織中的表達(dá)水平低于鄰近的正常組織。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)SFTA1P的表達(dá)下調(diào)與淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、TNM分期、腫瘤大小及胃癌患者預(yù)后不良密切相關(guān)，且SFTA1P的表達(dá)下調(diào)可能與TP53基因表達(dá)水平下降有關(guān)。由此可見，假基因衍生的lncRNASFTA1P在胃癌的發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，因此可以作為胃癌的潛在診斷指標(biāo)和治療靶點。Weng等[16]通過微陣列分析評估假基因PTTG3P的表達(dá)情況，并且驗證了PTTG3P在胃癌組織中的表達(dá)水平顯著上調(diào)，且PTTG3P是胃癌患者無病生存期（disease-free survival，DFS）和總生存期（overall survival，OS）的獨立危險因素。此外，PTTG3P過表達(dá)可能通過誘導(dǎo)G1/S期轉(zhuǎn)換刺激細(xì)胞增殖，并在體外和體內(nèi)促進(jìn)細(xì)胞侵襲。這些結(jié)果表明PTTG3P是胃癌的預(yù)后預(yù)測因子，可能為胃癌治療方法的研究提供依據(jù)。總的來說，假基因極有可能成為新的胃癌預(yù)測標(biāo)志物，為胃癌的診斷和治療提供新的方向。

2.2 假基因與肝癌

肝癌是消化系統(tǒng)最常見的惡性腫瘤之一。Wang等[17]首次發(fā)現(xiàn)了一種新的與肝細(xì)胞肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）早期復(fù)發(fā)相關(guān)的假基因RACGAP1P，該研究發(fā)現(xiàn)，假基因RACGAP1P在早期復(fù)發(fā)HCC組織中的表達(dá)顯著上調(diào)。在機(jī)制上，RACGAP1P可以充當(dāng)miRNA-15-5p的內(nèi)源性海綿，抑制其與親本基因RACGAP1P的結(jié)合，從而激活RhoA/胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signalregulated kinase，ERK）信號軸，并增強(qiáng)HCC細(xì)胞的增殖和遷移。該研究結(jié)果表明，RACGAP1P可作為HCC早期復(fù)發(fā)的預(yù)測指標(biāo)，可為HCC早期復(fù)發(fā)的靶向治療及改善HCC患者預(yù)后提供新的方向。Yue等[18]研究發(fā)現(xiàn)，DUXAP10在HCC組織中表達(dá)上調(diào)，DUXAP10的異常表達(dá)與HCC患者預(yù)后不良密切相關(guān)。敲低DUXAP10的表達(dá)可以抑制HCC細(xì)胞增殖，并將HCC細(xì)胞阻滯于G1期。蛋白質(zhì)印跡分析結(jié)果顯示，DUXAP10敲低后降低了HCC細(xì)胞中磷酸化蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，也稱AKT）的表達(dá)水平。表明假基因DUXAP10可能成為新的肝癌標(biāo)志物，影響肝癌的發(fā)生發(fā)展、轉(zhuǎn)移和侵襲。

2.3 假基因與食管癌

Zhang和Shi[19]通過對50例食管鱗狀細(xì)胞癌（esophageal squamous cell carcinoma，ESCC）患者進(jìn)行實時定量聚合酶鏈反應(yīng)（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR）檢測，發(fā)現(xiàn)假基因PTTG3P、PTTG1和PTTG2在ESCC組織中的表達(dá)水平均高于癌旁組織。該研究結(jié)果還表明，PTTG3P高表達(dá)可刺激ESCC細(xì)胞的遷移和侵襲，促進(jìn)PTTG1和PTTG2的體外表達(dá)。此外，PTTG3P可通過正調(diào)節(jié)其親本基因PTTG1和PTTG2的表達(dá)從而實現(xiàn)其致癌功能。Gong等[20]主要研究PTENP1在ESCC中的作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)ESCC中PTENP1的表達(dá)水平低于鄰近的正常組織，而且PTENP1過表達(dá)會抑制食管癌Eca109和TE-1細(xì)胞的增殖，并改變SOCS6-p-轉(zhuǎn)錄因子信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活蛋白3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）-缺氧誘導(dǎo)因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）信號通路。該研究結(jié)果還顯示，PTENP1低表達(dá)與食管癌的不良預(yù)后有關(guān)。

2.4 假基因與結(jié)直腸癌

結(jié)直腸癌是一種常見的惡性消化系統(tǒng)腫瘤，由于缺乏有效的早期診斷手段，結(jié)直腸癌患者的生存率較低，因此尋找特異度強(qiáng)的生物標(biāo)志物對提高結(jié)直腸癌的早期診斷和預(yù)后至關(guān)重要。Du等[14]研究證明STAT3可以上調(diào)結(jié)直腸癌中DUXAP8的表達(dá)，體外功能測定結(jié)果顯示，在HCT116和LOVO細(xì)胞中敲低DUXAP8的表達(dá)可以抑制細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，并促進(jìn)細(xì)胞凋亡。此外，該研究還發(fā)現(xiàn)DUXAP8和miRNA-577的表達(dá)水平呈負(fù)相關(guān)，DUXAP8可以作為ceRNA競爭性結(jié)合miRNA-577進(jìn)而調(diào)節(jié)RAB14的表達(dá)。此研究表明，STAT3誘導(dǎo)的DUXAP8表達(dá)上調(diào)可能為結(jié)直腸癌的治療提供新的視角。Ye等[21]在結(jié)直腸癌細(xì)胞中鑒定了血管內(nèi)皮生長因子受體1（vascular endothelial growth factor receptor 1，VEGFR1）或Fms相關(guān)酪氨酸激酶 1（Fms-like tyrosine kinase 1，F(xiàn)LT1）的轉(zhuǎn)錄假基因FLT1P1，證實了FLT1P1在細(xì)胞中雙向轉(zhuǎn)錄且可調(diào)節(jié)同源VEGFR1蛋白表達(dá)。機(jī)制上，F(xiàn)LT1P1反義轉(zhuǎn)錄物的表達(dá)不僅可以抑制VEGFR1的表達(dá)，而且可以通過與miRNA-520a相互作用抑制非同源血管內(nèi)皮生長因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）的表達(dá)。通過RNA干擾技術(shù)干擾FLT1P1的表達(dá)可以抑制腫瘤細(xì)胞的增殖和異種移植腫瘤的生長。上述研究表明，假基因可能參與結(jié)直腸癌的轉(zhuǎn)移、侵襲、增殖和凋亡等過程，有望成為結(jié)直腸癌的特異性診斷分子，有助于結(jié)直腸癌的靶向治療。

3 假基因與腫瘤診斷和預(yù)后評估

Yue等[18]從癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）數(shù)據(jù)庫中提取了14 868個假基因的表達(dá)數(shù)據(jù)，根據(jù)截止標(biāo)準(zhǔn)|log2（FC）|＞2和P＜0.01，通過與鄰近肝組織相比，在HCC組織中共有380個假基因顯著異常表達(dá)。該研究通過OS和受試者工作特征（receiver-operating characteristic，ROC）曲線評估380個假基因的臨床值，以選擇潛在的靶基因。結(jié)果顯示，DUXAP10在HCC組織中的表達(dá)水平明顯上調(diào)，DUXAP10表達(dá)水平較高患者的OS更傾向于不利趨勢，且DUXAP10在HCC中具有良好的診斷價值[曲線下面積（area under curve，AUC）=0.887，95%CI：0.852～0.922]。說明DUXAP10對HCC具有一定的診斷效能，是未來靶向治療的研究方向。Liu等[22]從TCGA和中國腦膠質(zhì)瘤基因組圖譜數(shù)據(jù)庫（Chinese Glioma Genome Atlas，CGGA）中分別鑒定了13 124和13 016個假基因，選擇在兩個數(shù)據(jù)集中均表達(dá)的13 016個假基因用于后續(xù)分析。通過單變量Cox比例風(fēng)險回歸分析，共發(fā)現(xiàn)2341個假基因具有預(yù)后價值，然后通過基于穩(wěn)健可能性的生存建模選擇2341個假基因中的29個。最后采用LASSO回歸分析篩選出具有獨立預(yù)后價值的5種假基因PKMP3、AC027612.4、HILS1、RP5-1132H15.3和HSPB1P1作為基因標(biāo)記，回歸系數(shù)分別為-0.0989、0.1311、0.0206、0.0641和0.0743。對于這5種假基因，高表達(dá)組患者的生存率顯著低于低表達(dá)組。與病理分級為Ⅱ級患者相比，Ⅲ級患者中這5種假基因的表達(dá)水平均顯著升高，表明這5種假基因的高表達(dá)可能與惡性腫瘤程度高密切相關(guān)。上述研究說明假基因可能具有診斷腫瘤和評估預(yù)后的作用。

4 小結(jié)

長期以來，假基因被誤稱為“垃圾序列”，然而隨著生物信息技術(shù)的發(fā)展和研究的深入，假基因可能成為新的腫瘤標(biāo)志物，在基因調(diào)控水平上影響腫瘤的發(fā)生發(fā)展。相對于其他lncRNA、環(huán)狀RNA和miRNA，假基因的研究尚處于起步階段，國內(nèi)外研究報道較少，具體的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)尚未十分清楚，相信以后會有更多學(xué)者深入探究假基因，清楚闡釋假基因的生物學(xué)功能和作用機(jī)制。