胃癌轉移相關lncRNA的研究進展

黃珊，于天源，樊紅

(1.東南大學醫學院 遺傳與發育生物學系，江蘇 南京 210009；2.東南大學醫學院 臨床醫學專業，江蘇 南京 210009；3.四川大學吳玉章學院，四川大學電子信息學院 電子信息專業，四川 成都 610065)

·綜述·

胃癌轉移相關lncRNA的研究進展

黃珊1,2，于天源3，樊紅1

(1.東南大學醫學院 遺傳與發育生物學系，江蘇 南京 210009；2.東南大學醫學院 臨床醫學專業，江蘇 南京 210009；3.四川大學吳玉章學院，四川大學電子信息學院 電子信息專業，四川 成都 610065)

非編碼RNA(non- coding RNA，ncRNA)是指基因組中無蛋白質產物的一類RNA，占基因組轉錄本近98%。長鏈非編碼RNA (long non- coding RNA, lncRNA)是指長度超過200 nt的一類非編碼RNA, 其表達及功能異常與機體的生長發育及疾病密切相關。 近年來不斷涌現的研究結果顯示，lncRNA 分子在各種惡性腫瘤中異常表達，與腫瘤的發生發展密切相關。胃癌是我國常見惡性腫瘤，其病因學的研究結果提示了lncRNA的重要作用。作者僅對近期研究提示與胃癌轉移相關lncRNA的研究進行綜述，并簡述這些lncRNA在胃癌臨床應用價值及其在腫瘤研究中的生物信息學方法。

長鏈非編碼RNA； 胃癌； 轉移； 上皮細胞間質轉化； 生物標志物； 綜述

胃癌是嚴重危害我國人民健康的高發腫瘤，其病因涉及遺傳因素、表觀遺傳因素、環境因素等多種因素及環節。由于缺乏合適的早期診斷的分子標志物，胃癌患者難以得到盡早診斷。晚期胃癌復發率高，且易造成遠端轉移和化療耐藥性，致使胃癌預后不良。幾十年來對胃癌發病的遺傳學因素的研究揭示了胃腫瘤形成過程中一些重要基因的作用。β- catenin和K- ras的致瘤性激活、c- erbB2和c- met基因的擴增、抑癌基因p53的突變、Runt相關轉錄因子3(RUNX3)的突變、驅動基因BRCA2的突變都與胃癌形成相關[1- 2]。除了這些典型的遺傳學因素改變外，表觀遺傳學的改變，包括啟動子區CpG島高甲基化、組蛋白修飾的改變在胃癌形成過程中也起著非常重要的作用。

隨著高通量測序技術的發展與應用，大量的長鏈非編碼RNA(long non- coding RNA,lncRNA)及其在疾病中的作用得到關注。lncRNA的生物信息學分析工具及其應用也迅速發展起來。近期研究發現，LncRNAs參與胃癌癌細胞增殖及惡性轉化，一些lncRNA促進胃癌細胞遷移、侵襲，并與胃癌化療敏感性相關。 對這些lncRNA的功能學及生物信息學的研究有助于發現胃癌診斷的新的生物標志分子和靶向治療的靶點[3- 4]。

1 lncRNA概述

隨著人類基因組計劃的完成，對基因組的序列及其轉錄本的分析發現，人類基因組轉錄產物中僅有1.5%～2%的轉錄產物編碼蛋白質，其余轉錄產物為非編碼RNA(non coding RNA,ncRNA)[5]。根據其功能ncRNA分為管家ncRNA和調節ncRNA。調節ncRNA在細胞中的表達存在嚴格的時間和空間的調控。 調節ncRNA根據其長度可分為短鏈小非編碼RNA(microRNA, miRNA)(<200 nt)和長鏈非編碼RNA(long non- coding RNA, lncRNA)(>200 nt)[6- 7]。lncRNA根據其鄰近蛋白編碼轉錄本的相對位置可以分為正義lncRNA、反義lncRNA、雙向lncRNA、基因內lncRNA、基因間lncRNAs等[8]。LncRNAs作為調節ncRNA可以在轉錄水平、轉錄后水平等多層次參與基因的表達調控，其中，轉錄水平的調節包括轉錄干擾、染色體重塑、基因轉錄激活等。LncRNA也可以參與RNA的選擇性剪接、編輯、轉運、降解、翻譯等活動[9- 10]。

2 胃癌轉移相關的lncRNAs

胃癌轉移是造成胃癌治療失敗導致患者死亡的重要原因，并與胃癌患者的預后不良密切相關。胃癌細胞轉移過程中涉及一系列的生物學改變，包括：(1)胃癌細胞入侵保護屏障，向毗鄰組織遷移；(2)胃癌細胞入侵血管發生血行轉移；(3)胃癌細胞入侵淋巴系統散播；(4)胃癌細胞從原發腫瘤處脫離黏附于敏感位置等。近期研究結果揭示，血管生成和細胞黏附過程、細胞和細胞之間的連接、細胞外基質的改變在胃癌細胞轉移過程中起關鍵作用。一些lncRNA在癌癥細胞轉移過程中扮演了非常重要的角色。分析與上述胃癌轉移行為相關的lncRNA的研究結果，發現這些lncRNA與胃癌的進展及預后相關。

2.1 HOTAIR

HOTAIR(HOX transcript antisense RNA，HOTAIR)，(Gene ID: 100124700),定位于12q13.13 HOXC基因簇，與HOXC基因共表達，通過多梳蛋白抑制復合物(polycomb repressive complex 2,PRC2)的亞單位在12號染色體和2號染色體之間穿梭。HOTAIR的5′端和3′端同時和PRC2、賴氨酸特異脫甲基酶1 (LSD1)復合體相互作用，作為支架蛋白招募PRC2、LSD1復合體結合于HOXD基因簇，以H3K27的甲基化和H3K4的去甲基化共同參與HOXD沉默，抑制2號染色體上HOXD基因的表達。

體外實驗中，敲除HOTAIR可以抑制胃癌細胞侵襲、運動和轉移[11]。小鼠體內實驗發現過表達HOTAIR可以誘導腫瘤細胞轉移和腹膜擴散[12]。Liu等[13]研究發現，HOTAIR可以降低金屬蛋白酶MMP1、MMP3的表達從而抑制細胞侵襲，還可以通過吸附miR- 331- 3p調節HER2，從而調節癌細胞的侵襲和轉移。HOTAIR的缺失抑制了Snail的表達而逆轉上皮細胞間質轉化(epithelial- mesenchymal transition,EMT)，miR34a可以通過促進C- Met基因的轉錄間接促進Snail的轉錄[14]。在此過程中，HOTAIR作為支架招募PRC2復合物沉默miR34a，促進Snail的翻譯，HOTAIR可以通過抑制PCBP1促進胃癌轉移[15]。

2.2 H19

H19(H19,imprinted maternally expressed transcript，H19)，(Gene ID: 283120),定位于11p15.5，11號染色體IGF2基因旁的印跡區，只有來自母方的染色體才表達H19基因。H19在胃癌組織和細胞系中的高水平表達與腫瘤的侵襲深度、晚期TNM分期、局部淋巴結轉移密切相關， H19的表達抑制能夠通過調節鈣黏蛋白抑制胃癌細胞增殖和侵襲[16]。H19直接控制ISM1和間接控制CLAN1調節miR- 675，促進細胞侵襲和轉移[17]。胃癌患者胃液中H19表達水平比正常人顯著增高[16]，H19高表達與患者生存期相關，H19可能成為胃癌早期診斷和預后預測的潛在生物標志物。

2.3 HULC

HULC(hepatocellular carcinoma up- regulated long non- coding RNA，HULC)，(Gene ID: 728655)，定位于6p24.3。最早是由katrin panzitt等通過肝細胞特異cDNA微陣列芯片分析發現的在肝細胞癌中表達高度上調的lncRNA分子[18]。后續的體外實驗研究發現HULC不僅能促進胃癌細胞增殖，同樣也能促進胃癌細胞遷移， 敲除HULC后E- 鈣黏素和波形蛋白的表達改變可以逆轉EMT[19]。對胃癌患者血清循環HULC差異表達分析的研究顯示，胃癌患者血清中高水平的HULC與腫瘤大小、淋巴結轉移、遠處轉移、TNM分期、幽門螺旋桿菌感染密切相關。檢測血清中HULC與CEA(carcino- embryonic antigen，CEA)、CA72- 4(carbohydrate antigen 72- 4，CA72- 4)的共表達情況能夠顯著增加早期胃癌的診斷敏感性[20]。

2.4 SPRY4- iT1

SPRY4- iT1(SPRY4 intronic transcript 1，SPRY4- iT1)，(Gene ID:100642175)，定位于5q31.3，最早是在脂肪組織中發現的一個多聚腺苷酸化的轉錄本，由SPRY4基因的第2個內含子轉錄而成，因此被命名為SPRY4- iT1[21]。SPRY4- iT1基因編碼的RNA被剪接成成熟RNA，定位在細胞質中，但是轉錄形成的初始RNA和剪接后的成熟RNA的具體結構尚不明確。在胃癌中，SPRY4- IT1能夠促進細胞遷移和侵襲，敲除SPRY4- IT1能夠通過調節MMP2和MMP6在體外極大地抑制細胞遷移和侵襲。但是也有另一些研究結果表明，SPRY4- IT1在體外抑制胃癌細胞遷移、侵襲及EMT進程[22]。

2.5 MALAT1

MALAT1(metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1)，(Gene ID:378938)，定位于11q13.1，是核糖核酸酶P剪接tRNA樣小非編碼RNA的3′端得到的lncRNA前體轉錄本。它在細胞核內作為核糖核蛋白復合體的分子支架，參與多個基因的轉錄調節。在胃癌中的研究結果顯示，MALAT1表達水平在胃癌組織、胃癌細胞系、胃癌患者血漿中均顯著上調，敲除MALAT1不僅能抑制細胞增殖、減慢細胞周期進程、促進胃癌細胞凋亡，而且能抑制胃癌細胞的遷移和侵襲[23]。MALAT1可以通過改變H3組蛋白乙?；缴险{EGFL7蛋白的表達[24]，也可以通過招募EZH2抑制抑癌基因PCDH10的表達[25]，促進胃癌細胞的遷移和侵襲。因此MALAT1有望成為胃癌診療中的生物標志物。

2.6 LncRNA GClnc1

GClnc1(gastric cancer- associated lncRNA 1，GClnc1)，定位于6號染色體159679116- 159681261。它是近期研究發現的一個新的與胃癌相關的lncRNA。該研究小組在全基因組的胃癌和癌旁組織lncRNA差異表達分析中發現了BC041951 lncRNA與患者預后差密切相關，把它命名為GClnc1。后又證實它在正常的胃組織發展成為胃癌組織整個過程中表達持續上調，尤其是在胃癌組織的基底細胞中上調非常顯著。GClnc1能夠作為分子支架機械地結合WDR5和KAT2A，協助二者在靶基因SOD2上定位并且指定組蛋白修飾，從而改變胃癌細胞的生物學特征。GClnc1的表達增加可能是胃癌發展過程中的早期事件，對胃組織中GClnc1的檢測，有助于判斷組織病變為胃癌可能性。GClnc1和它所在的信號通路可能對胃癌患者的靶向治療具有重要意義。

3 胃癌轉移相關lncRNA的臨床應用

隨著lncRNA在胃癌中的深入研究，這類新的ncRNA分子逐漸成為分子生物學及臨床醫學研究的重要方向。LncRNA可以通過不同的分子生物學機制調控編碼基因的表達，對疾病的發生、發展及治療有重要作用。LncRNA有可能作為一類新型的分子標志物，具有廣范的臨床應用前景。胃癌患者的血漿、血清、胃液、尿液中存在lncRNAs的表達異常[16,19]。HOTAIR、H19、HIF1A- AS2、GAPLINC、UCA1、LSINCT5、PVT1等lncRNAs的表達上調[26- 28]和MEG3、AC138128.1、AA174084、 FER1L4等lncRNAs表達的下調[29- 30]被認為與胃癌的腫瘤大小、腫瘤侵襲、淋巴結轉移、TNM分期有關。lncRNAs高水平上調或低水平下調的胃癌患者一般有更短的總生存期和無病生存期，更差的預后和轉歸。這些lncRNAs分子都有可能成為胃癌診斷、預后和轉歸的生物標志分子。另外，lncRNAs調節胃癌過程所介導的信號通路可以為胃癌的藥物靶向治療提供新的靶點。

4 胃癌轉移相關lncRNA生物信息學分析工具

近幾年，隨著越來越多的lncRNA被發現，收集、策劃以及提供lncRNA相關功能性信息的數據庫及分析軟件正逐漸建立起來，為lncRNA的研究提供了生物信息學上的數據來源。

LncRNAdb[31]是最早建立的關于真核細胞lncRNA 的數據庫。隨后，廣受歡迎的GENCODE大型lncRNA數據庫應運而生。GENCODE[32]的最新版本集合了15 877個關于26 414個轉錄本的lncRNA基因，NONCODE 4.0作為一個相似的數據庫，提供了轉錄異構體及其在人類組織中的表達情況。另一個數據庫LNCipedia[33]包含了21 488個注釋了的人類lncRNA 的轉錄本。此數據庫同時提供了二級結構的預測以及其蛋白質編碼潛能。與此同時，基于蛋白質組學的數據，結合自動化再處理通道以探測lncRNA中的ORF。而lncRNAMap[34]廣泛使用了公開可用的RNA- seq的數據集，并且深入提供了lncRNA在不同組織、細胞系以及疾病條件下的表達層級。此數據庫同時集合了從lncRNA及其靶標中得出的miRNA靶標、同源性蛋白質編碼基因以及內源siRNA。

除了那些提供lncRNA信息的初級lncRNA數據庫，還有很多數據庫也在特定環境下lncRNA相互作用的功能性信息這一領域占居鰲頭。Starbase v2.0(lncRNABase)[35]集合了公開的通過高通量數據集得出的RNA- 蛋白質相互作用數據的網站的信息，其特色在于此數據庫提供了除表達信息之外，有關miRNA- lncRNA相互作用圖譜的縱覽NERED提供了上千個微陣列和原位雜交基因的表達信息，囊括了人類和鼠的lncRNA。此外，該數據庫還給出了典型非編碼RNA的進化保守性、二級結構證據等其他信息。LncRNome[36]注釋大型基因間非編碼RNA、反義RNA和加工的假基因，是一個整合了生物各種各樣信息的知識庫。 LncRNADisease[37]是一個非常有用的數據庫，尤其在研究lncRNA 與疾病之間的關系時非常重要，它提供了文獻報道的疾病相關的lncRNA注釋。

5 小結與展望

LncRNAs是現今非編碼RNA研究的新的關注點，其與腫瘤包括胃癌的發生發展密切相關，并逐漸顯示其在臨床應用中的前景。盡管有大量的研究顯示了一些腫瘤相關的lncRNA與胃癌的轉移行為相關，一些lncRNA在患者血清中檢測并作為診斷的可能性，仍有一些問題需要進一步關注與探究。(1)lncRNAs在幽門螺桿菌陽性的胃癌中有表達異常。與胃癌相關的lncRNAs是否能夠成為治療幽門螺桿菌感染的新靶點，從而有效控制胃炎和胃癌的發病率。(2)lncRNA在免疫系統相關疾病中的差異性表達提示lncRNA的表達可能與機體的免疫系統功能改變相關[38]，胃癌中特異表達水平的lncRNAs是否與胃癌患者自身的免疫系統有關，基于此，可能開辟lncRNAs與胃癌預防的研究新領域。(3)相比于編碼蛋白轉錄本，lncRNAs的表達具有更嚴格的組織表達特異性，如能篩查出具有高度特異性的不同時期胃癌的特異性lncRNA作為生物標志物，則有利于胃癌的診斷、分期和術后胃癌患者預后的觀察。(4)lncRNA- miRNA- 蛋白的相互作用網絡可能為胃癌靶向治療提供新的研究思路。然而，由于lncRNAs比較大且具有廣泛的二級結構[39]，用類似siRNA干擾的方法很難將lncRNAs運送進癌癥細胞。因此，如何使lncRNAs特異性地轉運入胃癌細胞有可能成為研究lncRNA和胃癌關系的另一重要方面。

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2016- 12- 26

2017- 06- 09

國家自然科學基金資助項目(81672414，81472548 )

樊紅 E- mail：fanh@seu.edu.cn

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Q752

A

1671- 6264(2017)05- 0856- 05

10.3969/j.issn.1671- 6264.2017.05.035

(本文編輯：何彥梅)