競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性RNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)在乳腺癌中的作用研究進(jìn)展

伍夢(mèng)妮，陳彥，徐志華

(蘇州大學(xué)附屬第一醫(yī)院普外科，江蘇 蘇州215006)

乳腺癌是一種常見的惡性腫瘤，具有高發(fā)病率和死亡率，占所有女性癌癥的30%[1]。乳腺癌是一種異質(zhì)性疾病，存在不同的基因組亞型，因此具有不同的臨床預(yù)后結(jié)果[2]。盡管乳腺癌的預(yù)防、診斷和治療取得了進(jìn)展，但其仍然是女性癌癥相關(guān)死亡的主要原因。由基因組編碼的RNA，尤其是非編碼RNA(noncoding RNA,ncRNA)之間的相互調(diào)節(jié)作用，在乳腺腫瘤發(fā)展的不同階段發(fā)揮重要作用。

約75%的人類基因組可以編碼功能性的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，其中約2%是蛋白轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物，其余大部分屬于非編碼RNA，包括長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long noncoding RNA，LncRNA)、微小RNA(microRNA，miRNA)、轉(zhuǎn)錄假基因和環(huán)狀RNA(circularRNA, circRNA)[3]。2011年，Salmena等[4]提出競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源性RNA(competing endogeous RNA, ceRNA)假說(shuō)，指出所有類別的RNA轉(zhuǎn)錄本之間都存在調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)miRNA反應(yīng)元件的序列識(shí)別其靶點(diǎn)，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄后水平RNA的表達(dá)和活性受到抑制。miRNA反應(yīng)元件通常位于編碼序列、5′-非翻譯區(qū)以及各種類型RNA的3′-非翻譯區(qū)。miRNA與其互補(bǔ)的反應(yīng)元件相互作用，主要在靶轉(zhuǎn)錄物的3′-非翻譯區(qū)，通過(guò)堿基配對(duì)或阻斷翻譯抑制靶基因表達(dá)?？傮w而言，不同類型的ceRNA和miRNA之間存在聯(lián)系(圖1)，ceRNA網(wǎng)絡(luò)在乳腺腫瘤的發(fā)生發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。本文針對(duì)ceRNA網(wǎng)絡(luò)在乳腺癌中的作用作一綜述。

圖1 不同類型的ceRNA和miRNA之間的聯(lián)系

1 構(gòu)成ceRNA網(wǎng)絡(luò)的非編碼RNA

1.1 LncRNA

LncRNA是一類長(zhǎng)度為0.2～100 kb的非編碼RNA，通過(guò)與其他非編碼RNA、mRNA、蛋白質(zhì)和基因組DNA相互作用從而發(fā)揮調(diào)節(jié)功能。LncRNA擁有多種功能，包括充當(dāng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、支架和海綿作用，在表觀遺傳、轉(zhuǎn)錄和翻譯等方面發(fā)揮重要作用[5]。此外，LncRNA異常高表達(dá)或低表達(dá)與乳腺癌的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，尤其在ceRNA網(wǎng)絡(luò)中以miRNA為載體的LncRNA，在乳腺癌中表達(dá)異常進(jìn)而影響miRNA表達(dá)[6]。

1.2 circRNA

circRNA是特定外顯子或內(nèi)含子在剪接過(guò)程中通過(guò)反剪接循環(huán)形成的內(nèi)源性非編碼RNA[7]。細(xì)胞中的circRNA含量非常豐富，5.8%～23.0%的人類基因能夠產(chǎn)生circRNA[7]。circRNA的特征包括編碼蛋白質(zhì)能力、組織中進(jìn)化保守性、組織中表達(dá)特異性和細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的穩(wěn)定性[8]。circRNA可以通過(guò)不同的機(jī)制在乳腺癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮促癌或抑癌作用，如充當(dāng)miRNA海綿、與RNA結(jié)合蛋白相互作用、調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄以及選擇性剪接和翻譯mRNA等[9]。

1.3 轉(zhuǎn)錄假基因

假基因是基因組中與編碼基因序列非常相似的非功能性基因組DNA拷貝，含有一些有害的突變?nèi)缃K止密碼子突變、缺失/插入或移碼突變。這些突變阻礙假基因轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)，因此假基因被認(rèn)為是無(wú)功能的殘留物[10]。研究表明，一些假基因可以通過(guò)產(chǎn)生內(nèi)源性小干擾RNA(small interference，siRNA)、反義轉(zhuǎn)錄物以及阻斷miRNA，對(duì)靶基因功能起調(diào)節(jié)作用[11]。假基因還可通過(guò)改變其在ceRNA網(wǎng)絡(luò)中對(duì)miRNA的結(jié)合活性，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后靶基因的表達(dá)[11]，從而發(fā)揮促癌或抑癌作用。

1.4 miRNA

miRNA是由內(nèi)源基因編碼的長(zhǎng)度為20～25個(gè)核苷酸的非編碼單鏈RNA分子，其經(jīng)典生物學(xué)功能是通過(guò)結(jié)合靶基因的3′-非翻譯區(qū)下調(diào)靶基因在胞質(zhì)內(nèi)的表達(dá)[12]。LncRNA因其存在內(nèi)含子片段，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)千核苷酸，為吸附結(jié)合大量的miRNA提供了良好的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。LncRNA通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)并結(jié)合胞質(zhì)內(nèi)大量的miRNA，進(jìn)而削減miRNA調(diào)節(jié)靶基因編碼蛋白的能力，二者互為ceRNA關(guān)系[13]。因此，miRNA是關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)，它的存在和橋接構(gòu)成了ceRNA，共同組合即是ceRNA網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)miRNA可以靶向許多RNA，反之亦然，每個(gè)RNA可以被許多miRNA靶向調(diào)控。在乳腺癌的發(fā)展過(guò)程中，miRNA可調(diào)控關(guān)鍵促癌或抑癌基因的表達(dá)。

2 ceRNA網(wǎng)絡(luò)在乳腺癌發(fā)病機(jī)制中的作用

在乳腺癌發(fā)生發(fā)展中，ceRNA網(wǎng)絡(luò)可影響乳腺癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲能力、乳腺癌干細(xì)胞維持、血管生成能力和化療耐藥性等[13]。在ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中，不同的RNA組成不同的調(diào)控軸，包括LncRNA-miRNA-mRNA軸、circRNA-miRNA-mRNA軸、假基因-miRNA-mRNA軸和mRNA-miRNA-mRNA軸等，具有不同的調(diào)控功能。

2.1 LncRNA-miRNA-mRNA調(diào)節(jié)軸

Eades等[14]研究發(fā)現(xiàn)，LincRNA-RoR/miR-145/ADP-核糖基化因子6(ARF)6軸是與乳腺癌相關(guān)的重要ceRNA調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。該研究表明，LincRNA-RoR通過(guò)靶向結(jié)合miR-145的3′-非翻譯區(qū)，導(dǎo)致ARF6 mRNA過(guò)表達(dá)，進(jìn)而抑制E-鈣黏蛋白定位，從而促進(jìn)三陰性乳腺癌細(xì)胞侵襲和轉(zhuǎn)移。

Chou等[15]研究指出，肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄物1(MALAT1)通過(guò)與miR-1結(jié)合，引起細(xì)胞分裂周期蛋白42(CDC42)表達(dá)上調(diào)，進(jìn)而促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞遷移和侵襲。由于MALAT1和CDC42的3′-非翻譯區(qū)有著相同的miR-1結(jié)合序列，二者通過(guò)相互關(guān)聯(lián)的ceRNA網(wǎng)絡(luò)在乳腺癌細(xì)胞遷移及侵襲中發(fā)揮作用。Kong等[16]研究發(fā)現(xiàn)，核仁小分子RNA宿主基因5(small nucleolar RNA host gene 5，SNHG15)參與構(gòu)成SNHG15/miR-211-3p調(diào)節(jié)軸，其敲除可以顯著抑制乳腺癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲以及上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，并可在體內(nèi)外誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞凋亡。

Li等[17]研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA H19通過(guò)抑制miR-152表達(dá)，進(jìn)而上調(diào)DNA甲基轉(zhuǎn)移酶1(DNMT1)表達(dá)，致乳腺癌細(xì)胞增殖和侵襲能力增強(qiáng)。由此表明，miR-152敲低和DNMT1過(guò)表達(dá)可顯著逆轉(zhuǎn)H19基因敲除對(duì)乳腺癌細(xì)胞增殖和侵襲的抑制作用。因此，H19/miR-152/DNMT1軸可能是針對(duì)乳腺癌細(xì)胞增殖和侵襲的潛在治療靶點(diǎn)。Peng等[18]研究發(fā)現(xiàn)，H19的另一個(gè)ceRNA功能是通過(guò)吸附let-7以維持乳腺癌干細(xì)胞的干性特征；H19在乳腺癌細(xì)胞中過(guò)表達(dá)，并通過(guò)ceRNA作用抑制miR-let-7表達(dá)，導(dǎo)致核心多能性因子LIN28mRNA表達(dá)增加，增強(qiáng)乳腺癌干細(xì)胞的干性，包括自我更新、菌落形成、球體形成和遷移。

近來(lái)，研究發(fā)現(xiàn)心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄本(MIAT)在乳腺癌的發(fā)生中起重要作用。Luan等[19]研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA MIAT作為ceRNA，通過(guò)吸附miR-155-5p從而上調(diào)雙特異性磷酸酶7(DUSP7)表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞增殖、遷移、侵襲和上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化，尤其是在三陰性乳腺癌亞型中。Yao等[20]研究顯示，LncRNA TP73-AS1作為分子海綿吸附miR-200a，進(jìn)而上調(diào)線粒體轉(zhuǎn)錄因子A(mitochondrial transcription factor A,TFAM )表達(dá)，致乳腺癌細(xì)胞增殖、侵襲能力增強(qiáng)，導(dǎo)致患者預(yù)后不良。該研究發(fā)現(xiàn)，TP73-AS1敲除導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞中TFAM蛋白表達(dá)水平下降和線粒體DNA拷貝數(shù)降低，而抑制miR-200a表達(dá)則可逆轉(zhuǎn)該現(xiàn)象[20]。另有研究發(fā)現(xiàn)，TP73-AS1/miR-200a軸存在另一個(gè)靶標(biāo)—E盒鋅指結(jié)合蛋白1(ZEB1)mRNA，其通過(guò)抑制E-鈣黏蛋白促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞遷移[21]。Jiang等[22]研究發(fā)現(xiàn)，LncRNA核富集組裝轉(zhuǎn)錄本1作為ceRNA，通過(guò)吸附miR-448進(jìn)而激活ZEB1表達(dá)，從而誘導(dǎo)乳腺癌細(xì)胞生長(zhǎng)、遷移和侵襲。

2.2 circRNA-miRNA-mRNA調(diào)節(jié)軸

circGFRA1通過(guò)抑制miR-34a表達(dá)，進(jìn)而上調(diào)膠質(zhì)細(xì)胞源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子受體1(GFRA1) mRNA表達(dá)，從而促進(jìn)三陰性乳腺癌細(xì)胞增殖和抑制其凋亡[23]。乳腺癌患者GFRA1高表達(dá)與其不良預(yù)后相關(guān)[24]。由此表明，circGFRA1可能成為三陰性乳腺癌的有效預(yù)后生物標(biāo)志物和治療靶點(diǎn)。最近一項(xiàng)研究通過(guò)circRNA測(cè)序揭示，circ_0006528通過(guò)miR-7-5p-Raf1軸在乳腺癌細(xì)胞系對(duì)多柔比星的耐藥性中發(fā)揮作用[25]；進(jìn)一步敲低circ_0006528后，發(fā)現(xiàn)乳腺癌細(xì)胞對(duì)多柔比星的敏感性增加。此外，有研究表明[26-27]，miR-7-5p在三陰性乳腺癌IL-6表達(dá)誘導(dǎo)轉(zhuǎn)移過(guò)程中，可直接靶向調(diào)控Raf1基因，其表達(dá)降低在乳腺癌新輔助化療耐藥中起重要作用。

Wang等[28]研究結(jié)果表明，circ_000911通過(guò)circRNA_000911/miR-449a/Notch1軸在乳腺癌中發(fā)揮抑癌作用；乳腺癌組織中circ_000911表達(dá)水平降低與患者不良預(yù)后相關(guān)。此外，該研究證實(shí)，作為NF-κB信號(hào)調(diào)節(jié)因子的Notch1表達(dá)升高；miR-449a結(jié)合的circ_00091呈過(guò)表達(dá)，進(jìn)而抑制乳腺癌細(xì)胞增殖、侵襲和轉(zhuǎn)移，同時(shí)促進(jìn)其凋亡[28]。此外，NF-κB信號(hào)通路參與調(diào)節(jié)乳腺癌細(xì)胞增殖、黏附和侵襲[29]。

2.3 假基因-miRNA-mRNA調(diào)節(jié)軸

研究表明，細(xì)胞色素P450 4Z2假基因(CYP4Z2P)和細(xì)胞色素P450 4Z1(CYP4Z1)通過(guò)與多個(gè)miRNA包括miR-211、miR-125a-3p、miR-197、miR-204和miR-1226等結(jié)合，進(jìn)而觸發(fā)PI3K及ERK1/2信號(hào)通路，從而在體內(nèi)外誘導(dǎo)乳腺癌血管生成[30-31]。蛋白編碼基因CYP4Z1和假基因CYP4Z2P的3′-非翻譯區(qū)含有多個(gè)靶miRNA的結(jié)合位點(diǎn)。CYP4Z2P通過(guò)ceRNA作用下調(diào)靶miRNA表達(dá)水平，進(jìn)而上調(diào)CYP4Z1表達(dá)[30]。在乳腺癌組織和細(xì)胞系中，這種相互作用的結(jié)果是CYP4Z2P和CYP4Z1呈過(guò)表達(dá)，而miR-211、miR-125a-3p、miR-197、miR-204和miR-1226呈低表達(dá)，最終誘導(dǎo)乳腺癌血管生成。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，CYP4Z1和假基因CYP4Z2P可通過(guò)抑制雌激素受體陽(yáng)性乳腺癌中miR-125a-3p表達(dá)從而增強(qiáng)CDK3表達(dá)，導(dǎo)致乳腺癌細(xì)胞對(duì)三苯氧胺(TAM)產(chǎn)生耐藥性[31]。

De Martino等[32]研究發(fā)現(xiàn)，假基因HMGA1P7通過(guò)ceRNA作用抑制miR-15、miR-16、miR-214和miR-761等表達(dá)，促進(jìn)乳腺癌中LncRNA H19和蛋白質(zhì)編碼基因Igf2表達(dá)。在之前研究[33]中，細(xì)胞功能實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，假基因HMGA1P6和HMGA1P7這兩個(gè)假基因過(guò)表達(dá)導(dǎo)致HMGA1mRNA和蛋白表達(dá)水平增加，敲除則相反。

研究表明，假基因PTENP1通過(guò)ceRNA作用結(jié)合miR-19b進(jìn)而上調(diào)抑癌基因PTEN表達(dá)，從而抑制乳腺癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，促進(jìn)細(xì)胞凋亡[34]。Su等[35]研究發(fā)現(xiàn)，PTENP1表達(dá)上調(diào)可抑制乳腺癌細(xì)胞增殖和遷移。由此表明，PTENP1/PTEN/miR-19b調(diào)控軸在乳腺癌發(fā)展中起抑癌作用。

2.4 mRNA-miRNA-mRNA 調(diào)節(jié)軸

Yang等[36]首次提出mRNA-miRNA-mRNA ceRNA網(wǎng)絡(luò)在乳腺癌發(fā)展中的作用，其中，F(xiàn)OXO1mRNA新的非編碼作用與其在乳腺惡性腫瘤中的編碼功能一致，其通過(guò)充當(dāng)miR-9 ceRNA，進(jìn)而誘導(dǎo)E-鈣黏蛋白表達(dá)，從而抑制乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。

Zheng等[37]在ceRNA調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)中揭示了C-X-C趨化因子受體4(CXCR4) mRNA的非編碼功能，CXCR4通過(guò)分泌miR-146a，導(dǎo)致TRAF6和EGFR基因表達(dá)上調(diào)，在乳腺癌中發(fā)揮促癌作用。另一項(xiàng)研究表明，miR-146a作為腫瘤抑制因子，通過(guò)靶向調(diào)控CXCR4和TRAF6以及EGFR表達(dá)進(jìn)而抑制NF-κB信號(hào)通路的活性，從而抑制乳腺癌細(xì)胞遷移[38]。Wu等[39]在體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，X連鎖凋亡抑制蛋白(XIAP) mRNA 通過(guò)分泌miR-29a-5p，進(jìn)而上調(diào)FSCN1表達(dá)，從而促進(jìn)乳腺癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲過(guò)程。

Jeyapalan等[40]研究發(fā)現(xiàn)，CD44mRNA通過(guò)其3′-非翻譯區(qū)在乳腺癌的發(fā)生和血管生成中發(fā)揮作用：一方面，CD44mRNA作為ceRNA海綿致miR-216a、miR-330和miR-608失活，致CD44和CDC42蛋白表達(dá)增加，從而導(dǎo)致細(xì)胞增殖和腫瘤形成受到抑制；另一方面，CD44可以誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡和增加細(xì)胞對(duì)化療藥物的敏感性。

Li等[41]研究發(fā)現(xiàn)，乳腺癌中存在一個(gè)與類固醇敏感性調(diào)節(jié)蛋白相關(guān)脂類轉(zhuǎn)運(yùn)體結(jié)構(gòu)域13(STARD13)相關(guān)的ceRNA網(wǎng)絡(luò)，鈣黏蛋白5(CDH5)通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)可抑制乳腺癌轉(zhuǎn)移。STARD13與CDH5異位高表達(dá)通過(guò)抑制上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化抑制乳腺癌轉(zhuǎn)移。此外，Hu等[42]研究發(fā)現(xiàn)，半胱氨酸-半胱氨酸趨化因子受體2(CCR2) mRNA通過(guò)吸附miR-125b進(jìn)而上調(diào)STARD13表達(dá)發(fā)揮ceRNA功能，從而抑制乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。

另一個(gè)與STARD13和miR-125b相關(guān)的ceRNA網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)STARD13mRNA、腫瘤蛋白53誘導(dǎo)的核蛋白1(TP53INP1)和miR-125b之間的相互調(diào)節(jié)作用，在阻止乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移中發(fā)揮重要作用[43]。在該調(diào)節(jié)環(huán)中，STARD13通過(guò)ceRNA作用競(jìng)爭(zhēng)性結(jié)合miR-125b，進(jìn)而上調(diào)TP53INP1mRNA表達(dá)，從而抑制乳腺癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。在乳腺癌中，STARD13mRNA還可通過(guò)吸附miR-125b，進(jìn)而上調(diào)Bcl-2表達(dá)，從而致乳腺癌細(xì)胞凋亡[44]。

3 結(jié)語(yǔ)

ceRNA網(wǎng)絡(luò)涵蓋了RNA系統(tǒng)中各種RNA類別之間的交叉作用，進(jìn)而參與乳腺癌的發(fā)生發(fā)展[45]。本文總結(jié)概括了乳腺癌中LncRNA、circRNA、假基因和mRNA形成的ceRNA網(wǎng)絡(luò)(表1)。不同種類的RNA分子，如mRNA、LncRNA、假基因和circRNA可以在乳腺腫瘤中充當(dāng)ceRNA[46]，分別構(gòu)成LncRNA-miRNA-mRNA軸、circRNA-miRNA-mRNA軸、假基因-miRNA-mRNA軸和mRNA-miRNA-mRNA軸，由此揭示乳腺癌發(fā)生發(fā)展過(guò)程中ceRNA網(wǎng)絡(luò)的重要作用。失調(diào)的ceRNA網(wǎng)絡(luò)軸參與乳腺癌發(fā)展的多種過(guò)程，包括細(xì)胞增殖、遷移、侵襲、血管生成和化療耐藥等。