長鏈非編碼RNA作為ceRNA在結(jié)直腸癌中的作用

王丹丹， 王文鑫， 張曉嵐

河北醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院消化內(nèi)科，河北 石家莊 050000

結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)是最常見的惡性腫瘤之一[1]。盡管過去的幾十年CRC的診斷和治療得到了極大改善，然而遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，特別是肝轉(zhuǎn)移，以及癌細(xì)胞的細(xì)胞干性導(dǎo)致CRC預(yù)后不良和高死亡率仍是突出問題[2]。CRC中非編碼RNA(ncRNA)的生物學(xué)研究和遞送治療性RNA的基因治療手段相關(guān)的研究引起了人們對CRC分子機(jī)制中長鏈非編碼RNA(lncRNA)的極大興趣。近年來隨著對lncRNA的研究深入，發(fā)現(xiàn)了一種新的競爭性內(nèi)源RNA機(jī)制，包括lncRNA、微小RNA(miRNA)和mRNA，在CRC細(xì)胞增殖、凋亡、侵襲和轉(zhuǎn)移方面發(fā)揮重要作用。此外，競爭性內(nèi)源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)網(wǎng)絡(luò)與CRC中放化療抵抗也有很強(qiáng)的相關(guān)性。因此，需要對CRC中ceRNA機(jī)制進(jìn)行更深入的理解和探索?，F(xiàn)就lncRNA作為ceRNA在CRC中的作用作一概述。

1 lncRNA概述

lncRNA是一類長度超過200個核苷酸的ncRNA[3]，在各種類型的腫瘤細(xì)胞中均存在異常表達(dá)，并參與多種惡性腫瘤生物學(xué)行為。通常，lncRNA在不同層面上參與蛋白編碼基因調(diào)控，包括染色質(zhì)修飾、轉(zhuǎn)錄調(diào)控和轉(zhuǎn)錄后調(diào)控。關(guān)于染色質(zhì)修飾，lncRNA與染色質(zhì)重塑復(fù)合物相互作用，在特定基因組位點(diǎn)中誘導(dǎo)異染色質(zhì)形成，從而引起基因表達(dá)水平降低。此外，lncRNA通過與RNA結(jié)合蛋白和轉(zhuǎn)錄因子的共激活子相互作用，或通過調(diào)節(jié)靶基因的主要啟動子來調(diào)控轉(zhuǎn)錄過程。lncRNA可以與DNA、mRNA、ncRNA和蛋白質(zhì)結(jié)合，通過信號分子、誘餌分子、引導(dǎo)分子、支架分子4種方式參與各種腫瘤相關(guān)的細(xì)胞過程。有研究報(bào)道，lncRNA在一些重要的CRC相關(guān)通路中充當(dāng)不同功能分子，以及基因表達(dá)的順式和反式調(diào)節(jié)元件。例如，定位于染色體8q.24的致癌lncRNA，包括CACS11、CCAT家族和PVT1，通過與蛋白質(zhì)相互作用在翻譯后水平刺激Myc或其他Wnt靶基因表達(dá)，促進(jìn)CRC進(jìn)展[4]。此外，lncRNA參與CRC從癌前息肉到遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移的各個階段，提示其可作為CRC的診斷性標(biāo)志物[5-6]。近年來，越來越多的研究表明CRC進(jìn)展中存在lncRNA介導(dǎo)的ceRNA網(wǎng)絡(luò)，成為目前研究的焦點(diǎn)。

2 ceRNA假說

RNA領(lǐng)域的傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為，長度約23nt的miRNA可通過miRNA反應(yīng)元件(MRE)與編碼蛋白的mRNA部分互補(bǔ)結(jié)合[7]。MRE多數(shù)位于各種類型的RNA(如ncRNA和mRNA)轉(zhuǎn)錄本的3′非翻譯區(qū)，也可出現(xiàn)在5′非翻譯區(qū)，甚至編碼序列。一旦成熟的miRNA將RNA誘導(dǎo)的沉默復(fù)合體(miR-RISC)引導(dǎo)至MRE，將積極觸發(fā)mRNA失穩(wěn)或翻譯后阻遏，從而導(dǎo)致基因表達(dá)受抑[8]。2009年Seitz提出，包含MRE的大部分RNA轉(zhuǎn)錄本均可作為miRNA的競爭性抑制劑，即所謂的“miRNA海綿”，可調(diào)節(jié)miRNA表達(dá)，并通過與內(nèi)源性mRNA競爭miRNA結(jié)合位點(diǎn)來發(fā)揮功能[9]。Selmena等[10]于2011年提出ceRNA假說。他們推測ncRNA，尤其是lncRNA，可以通過部分互補(bǔ)競爭miRNA結(jié)合位點(diǎn)，被命名為ceRNA，這種相互作用導(dǎo)致miRNA水平降低及活性受損。ceRNA機(jī)制的有效性主要基于其轉(zhuǎn)錄本的相對水平。由于競爭加劇，ceRNA水平的變化對于增強(qiáng)或減弱miRNA對靶基因的作用至關(guān)重要。在癌細(xì)胞和癌組織中，由于與異常表達(dá)的ncRNA(尤其是lncRNA)的相互作用，miRNA可能更易于降解，從而調(diào)節(jié)重要的腫瘤相關(guān)基因的表達(dá)。ceRNA概念提出后，越來越多的生物信息學(xué)數(shù)據(jù)亦表明，人類基因組中大多數(shù)與腫瘤相關(guān)的lncRNA和蛋白編碼基因均包含MRE，這證實(shí)了lncRNA/miRNA/mRNA網(wǎng)絡(luò)在腫瘤中是存在的。Wang等[11]最早在肝癌中發(fā)現(xiàn)了與lncRNA相關(guān)的ceRNA機(jī)制，其中l(wèi)ncRNA HULC作為miR-372的海綿，抑制了其活性，并因此降低了miR-372對PRKACB的抑制作用。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證據(jù)顯示，lncRNA介導(dǎo)的ceRNA網(wǎng)絡(luò)在包括CRC、胃癌和卵巢癌在內(nèi)的各種癌癥中起關(guān)鍵作用[12]。本文主要討論最近發(fā)現(xiàn)的與CRC的幾個生物學(xué)過程相關(guān)的lncRNA/ceRNA機(jī)制。

3 lncRNA作為ceRNA在CRC中的作用

3.1 參與CRC發(fā)生和發(fā)展研究表明，lncRNA相關(guān)的ceRNA機(jī)制與CRC的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，參與CRC增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移。lncRNA PVT1位于染色體8q.24.21，該區(qū)域包含許多與CRC相關(guān)的lncRNA。PVT1在CRC細(xì)胞和組織中高度上調(diào)，在CRC患者中，PVT1上調(diào)與細(xì)胞增殖、侵襲、腫瘤分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移呈正相關(guān)。Yu等[13]最新研究顯示，PVT1通過miR-30d-5p/RUNX2軸在CRC中起ceRNA的作用，促進(jìn)CRC發(fā)生。RUNX2是一種新發(fā)現(xiàn)的癌基因，與腫瘤生長和轉(zhuǎn)移相關(guān)，可以被多個ncRNA調(diào)控。另一項(xiàng)研究表明，PVT1通過海綿吸附和抑制miR-455，提高RUNX2的表達(dá)，促進(jìn)CRC的發(fā)展[14]。另外，作為PVT1轉(zhuǎn)錄本之一的PVT1-214，是CRC的致癌驅(qū)動因子，可通過miR-128/Lin28/Let7軸促進(jìn)CRC的腫瘤發(fā)生[15]。綜合以上研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA PVT1充當(dāng)多個miRNA的ceRNA，相關(guān)的ceRNA調(diào)控軸在CRC起始和進(jìn)展中起重要作用，推測PVT1及其相關(guān)調(diào)控軸成員可能是CRC的潛在靶點(diǎn)。

此外，大多數(shù)先前鑒定的位于不同染色體上的lncRNA均可作為CRC中miRNA的ceRNA發(fā)揮調(diào)控作用。例如，lncRNA MALAT1通過海綿吸附miR-508-5p，進(jìn)而增強(qiáng)RAB14的表達(dá)，促進(jìn)CRC的進(jìn)展[16]；lncRNA HOTAIR通過miR-206/CCL2軸促進(jìn)CRC細(xì)胞增殖、遷移和侵襲[17]；lncRNA NEAT1被證明與CRC腫瘤分化、轉(zhuǎn)移和TNM分期呈正相關(guān)，通過miR-495-3p/CDK6軸發(fā)揮致癌作用[18]。我們最近的研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA TNFRSF10A-AS1是CRC中一種促進(jìn)腫瘤惡變的新型致癌lncRNA。機(jī)制方面，我們的綜合研究確定了一種新的lncRNA/miRNA/mRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，三者之間的相互作用可能為CRC早期診斷和預(yù)后提供潛在的生物標(biāo)志物，針對此調(diào)控軸對CRC可能具有一定的治療意義。這些競爭性相互作用揭示了CRC起始和進(jìn)展背后隱藏的lncRNA介導(dǎo)的ceRNA機(jī)制的重要性。

3.2 參與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)作為一種病理機(jī)制，EMT引發(fā)了CRC從原發(fā)腫瘤到遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移，尤其是肝臟和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。lncRNA可以被視為各種腫瘤的新型EMT標(biāo)志，而基于ceRNA機(jī)制的研究為lncRNA相關(guān)的EMT提供了新的認(rèn)識。Chen等[19]首次描述了lncRNA UICLM介導(dǎo)的ceRNA網(wǎng)絡(luò)在CRC肝轉(zhuǎn)移中的作用。UICLM通過UICLM/miR-215/ZEB2網(wǎng)絡(luò)促進(jìn)了EMT的形成和細(xì)胞干性。臨床病理證據(jù)表明，UICLM在CRC肝轉(zhuǎn)移患者中高度過表達(dá)，表明UICLM是CRC細(xì)胞EMT和腫瘤細(xì)胞干性形成所必需的。體外證據(jù)進(jìn)一步表明，UICLM通過競爭性吸附miR-215，增強(qiáng)了EMT和肝轉(zhuǎn)移激活因子ZEB2，從而拮抗miR-215對ZEB2的抑制作用。這一發(fā)現(xiàn)為lncRNA與CRC肝轉(zhuǎn)移之間的聯(lián)系提供了證據(jù)，并為CRC遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移背后的ceRNA機(jī)制提供了新的范例。同時(shí)，UICLM也是潛在的治療靶標(biāo)，敲除UICLM不僅負(fù)向調(diào)節(jié)ZEB2，且顯著抑制與CRC細(xì)胞干性相關(guān)的基因及表面抗原。Lin等[20]研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA HIF1A-AS2通過充當(dāng)miR-129-5p的ceRNA增強(qiáng)DNMT3A表達(dá)，從而導(dǎo)致EMT形成和CRC進(jìn)展。這項(xiàng)研究不僅確定了HIF1A-AS2在CRC中的致癌作用，而且還基于HIF1A-AS2/miR-129-5p/DNMT3A調(diào)控軸為CRC提供了新的治療靶點(diǎn)。此外，lncRNA HOXA11-AS的高表達(dá)與CRC進(jìn)展和不良預(yù)后有關(guān)，并可能通過海綿吸附miR-149-3p促進(jìn)EMT[21]。

3.3 參與CRC炎癥形成炎癥是CRC發(fā)生的公認(rèn)驅(qū)動因素，已證實(shí)炎癥性腸病(IBD)患者發(fā)生CRC的風(fēng)險(xiǎn)增加[22]。lncRNA在IBD條件下異常表達(dá)，并在潰瘍性結(jié)腸炎(UC)和克羅恩病(CD)的炎癥過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，值得注意的是，其中一些lncRNA亦參與CRC過程。Tian等[23]研究發(fā)現(xiàn)，炎癥相關(guān)的lncRNA MALAT1和miR-663a通過序列依賴性結(jié)合在CRC細(xì)胞中構(gòu)成ceRNA網(wǎng)絡(luò)。MALAT1通過ceRNA機(jī)制降低了miR-663a的表達(dá)，導(dǎo)致CRC細(xì)胞和組織中miR-663a的多數(shù)靶基因(P53、PIK3CD、P21、CXCR4、TGFB1和JUND)去阻遏。此外，MALAT1已被確定為人類系統(tǒng)性紅斑狼瘡的炎癥調(diào)節(jié)劑，而miR-663a亦參與慢性炎癥過程，因此，MALAT1和miR-663a可能參與CRC的發(fā)展和炎癥形成[24]。另有研究證實(shí)，作為炎癥和腫瘤均相關(guān)的lncRNA CCAT1，通過下調(diào)miR-185-3p破壞腸黏膜屏障，從而促進(jìn)炎癥性腸病惡變[25]。鑒于IBD與CRC的高度相關(guān)性，有學(xué)者應(yīng)用生物信息學(xué)方法分析IBD相關(guān)CRC的mRNA和lncRNA，并構(gòu)建lncRNA/miRNA/mRNA網(wǎng)絡(luò)。在IBD相關(guān)CRC的病理生理過程中，共鑒定出3種lncRNA、15種miRNA和138種mRNA。進(jìn)一步的功能分析表明，上述ceRNA介導(dǎo)腫瘤發(fā)生的潛在機(jī)制[26]。盡管需要更多的基礎(chǔ)研究來證實(shí)上述結(jié)果，但此研究仍強(qiáng)調(diào)了ceRNA在IBD相關(guān)CRC發(fā)病機(jī)理中的重要作用。

3.4 參與放化療抵抗由于ceRNA機(jī)制與腫瘤的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)，因此推測lncRNA介導(dǎo)的ceRNA網(wǎng)絡(luò)在腫瘤放化療抵抗中起關(guān)鍵作用。lncRNA/miRNA/mRNA網(wǎng)絡(luò)可調(diào)節(jié)基于阿霉素、5-氟尿嘧啶和奧沙利鉑的化療方案抵抗。例如，lncRNA XIST通過海綿吸附miR-124上調(diào)SGK1表達(dá)，誘導(dǎo)阿霉素耐藥[27]；lncRNA TUG1通過miR-197-3p/TYMS軸介導(dǎo)5-氟尿嘧啶耐藥[28]；linc00460-miR-149-5p/miR-150-5p-突變型p53反饋回路導(dǎo)致CRC對奧沙利鉑耐藥[29]。除化療外，放療也是廣泛使用的CRC治療手段，但高放療抵抗常導(dǎo)致放療失敗。lncRNA MALAT1可以通過海綿吸附miR-101-3p增加CRC的放療抗性[30]；而敲低lncRNA HOTAIR可以通過調(diào)節(jié)miR-93/ATG12軸增加CRC放療敏感性[31]。

總之，越來越多的研究證據(jù)表明，lncRNA介導(dǎo)的ceRNA機(jī)制參與了CRC放化療抵抗。這些發(fā)現(xiàn)為腫瘤放化療抗性的獲得提供了潛在的預(yù)測指標(biāo)，并闡明了lncRNA相關(guān)的ceRNA機(jī)制在克服放化療抵抗中的臨床意義。到目前為止，CRC中仍存在大量放化療抵抗相關(guān)的lncRNA尚未進(jìn)行研究。因此，需要進(jìn)一步研究lncRNA在治療抵抗中的作用，以確保獲得更好的臨床效果。

4 總結(jié)與展望

人類基因組中僅有約1.5%的基因編碼蛋白質(zhì)，其余的非蛋白編碼DNA序列大多數(shù)被轉(zhuǎn)錄為RNA，其中包含數(shù)千個miRNA和數(shù)萬個lnRNA。許多l(xiāng)nRNA在與miRNA結(jié)合時(shí)會與特定的mRNA競爭，形成了控制基因表達(dá)和細(xì)胞功能的復(fù)雜且高度受控的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。由于ceRNA網(wǎng)絡(luò)中l(wèi)ncRNA的異常表達(dá)常提示預(yù)后不良，且敲低/過表達(dá)lncRNA可大大抑制CRC的進(jìn)展，因此這些lncRNA或可作為有效的預(yù)后生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。盡管近幾十年來對CRC背后的分子機(jī)制進(jìn)行了深入研究，但由于EMT、轉(zhuǎn)移和放化療抵抗的頻繁發(fā)生，使其仍是最致命的惡性腫瘤之一。與lncRNA相關(guān)的ceRNA網(wǎng)絡(luò)研究可能會為CRC治療和克服耐藥開辟新途徑。目前，對ceRNA機(jī)制的研究仍處于早期階段，其參與腫瘤進(jìn)展的確切機(jī)制仍然未知。ceRNA預(yù)測需要更高級的全基因組算法，以鑒定新的預(yù)后生物標(biāo)志物。