長鏈非編碼RNA 在結直腸癌轉移中的研究進展

金洋亦泓，楊繼元

長江大學附屬第一醫院腫瘤科，湖北 荊州 434000

結直腸癌（colorectal cancer，CRC）是世界上常見的惡性腫瘤之一，是全球范圍內腫瘤相關死亡的第二大常見原因[1]。近年來，CRC的發病率和病死率均有所上升，尤其是在發展中國家。盡管CRC的預防、診斷和治療水平不斷提高，但有效的治療方法仍有待研究。轉移和復發是CRC治療失敗的主要原因。腫瘤的轉移是一個復雜的、多步驟參與的過程，是腫瘤細胞從原發灶的微環境到多個遠處器官的傳播和二級位點的定植。血管生成、免疫逃逸、腫瘤細胞增殖和腫瘤細胞遷移對轉移性的定植、生長至關重要[2]。有研究發現，許多長鏈非編碼RNA（long non-coding RNA，lncRNA）作為調節分子在CRC的形成和進展中發揮作用[3]。此外，盡管lncRNA不具有編碼蛋白質的開放閱讀框架，但部分lncRNA能夠編碼一些短片段的多肽[4]。lncRNA參與CRC細胞的增殖和遷移，與CRC的預后不良有關[5]。本文對lncRNA在CRC轉移中的研究進展作一綜述。

1 lncRNA的概念

lncRNA是轉錄本長度超過200個核苷酸的RNA片段，廣泛存在于細胞核和細胞質內，也存在于細胞器中，因缺少開放閱讀框，不參與或很少參與蛋白質的編碼，而是以RNA的形式從多種層面調控基因的表達水平[6]。新一代的測序技術發現了數千個lncRNA在腫瘤中異常表達或突變[7]。與蛋白編碼序列和小分子RNA相比，lncRNA的分子生物學功能具有多樣性。lncRNA在不同組織或細胞中的表達水平不同，幾乎參與了腫瘤全部生物學過程的調控。根據lncRNA與蛋白編碼基因間的距離及相對位置，lncRNA可被分為同義lncRNA、反義 lncRNA、雙向 lncRNA、內含子 lncRNA、基因間lncRNA。

2 lncRNA 的功能及作用機制

目前，lncRNA在許多生物學過程中發揮作用，作用機制主要涉及表觀遺傳、轉錄及轉錄后等多個層面，從而調控蛋白質編碼基因的表達。lncRNA的功能主要包括轉錄干擾、起始染色質重構、結合基礎轉錄因子導致啟動子失活、激活輔助蛋白、激活轉錄因子、活化蛋白的低聚化、轉運轉錄因子、基因簇的表觀遺傳學沉默、基因的表觀遺傳學抑制等[8]。

信號（signal）、誘餌（decoy）、導向（guide）、骨架（scaffold）是lncRNA的作用模式，相互關聯[8-9]。信號分子：研究發現，在不同的刺激條件和信號通路下，某些lncRNA會被特異性轉錄，并會作為信號轉導分子參與特殊信號通路的傳導。分子誘餌：lncRNA具有分子誘餌的作用，誘導某些蛋白質、RNA或微小RNA（microRNA，miRNA）分子離開特定的區域。lncRNA被轉錄后，會直接與RNA或蛋白（一般是轉錄因子或轉錄調節子）結合，從而發揮分子阻斷劑的作用[8]。導向分子：lncRNA類似于伴侶分子，與蛋白（通常是轉錄因子）結合后，可將蛋白復合物定位至特定的DNA序列，從而調控下游分子的轉錄。分子支架：lncRNA可在相關的大分子組件中起到“中心平臺”的作用（即多個相關的轉錄因子均可結合至此lncRNA分子上），在不同的生物信號傳導過程中發揮調控作用。

3 與CRC轉移相關的lncRNA

3.1 肝癌高表達基因

肝癌高表達基因（highly up-regulated in liver cancer，HULC）RNA定位于6p24.3，轉錄本長度約為500 bp。Matouk等[9]發現，HULC在正常腸組織、腸癌原發灶、原發灶局部轉移的淋巴結中均不表達，僅在腸癌肝轉移灶中高表達。然而，Yang等[10]證實HULC在CRC組織和細胞中的表達上調，且與CRC患者的預后差有關；體內試驗中，HULC表達的缺失可抑制體內CRC細胞的致瘤性；體外實驗中，其抑制體外CRC細胞的增殖、遷移和侵襲，且誘導細胞凋亡。HULC介導的致癌作用是通過表觀遺傳方式沉默裸角質膜同源蛋白2（naked cuticle homolog 2，NKD2）的表達進行部分誘導的，其中，NKD2直接與Zeste基因增強子同源物2（enhancer of zeste homolog 2，EZH2）相互作用。因此，HULC可能作為CRC的重要生物標志物和有效治療靶點。

3.2 HOX轉錄反義RNA

HOX轉錄反義RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）是首個被發現具有反式轉錄調控作用的lncRNA，位于12q13.13上，在胃癌、宮頸癌、乳腺癌等多種腫瘤中均發揮重要作用[11-13]。HOTAIR可與多梳抑制復合體2相互作用，其高表達與CRC的肝轉移和預后不良有關[14]。敲低HOTAIR的表達已被證實可抑制人類CRC干細胞的生長[15]。有研究發現，HOTAIR在CRC患者的原發灶和外周血中均高表達，可上調E-鈣黏蛋白的表達，下調波形蛋白和基質金屬蛋白酶9（matrix metalloproteinase 9，MMP9）的表達，從而在上皮-間充質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）過程中發揮多種調節作用；另外，其與CRC的侵襲、轉移、分化、腫瘤分期和預后均有關[16]。

3.3 肺腺癌轉移相關轉錄本1

肺腺癌轉移相關轉錄本1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1）又稱核富集常染色體轉錄產物2（nuclera-enriched autosomal transcript 2，NEAT2），位于11q13.1上，總長度為8.7 kb，以細胞核內定位為主，參與多種腫瘤的發生與發展[17-18]。其在CRC組織中高表達，可促進絲氨酸和豐富的精氨酸剪接因子1（serine/arginine-rich splicing factor 1，SRSF1）的磷酸化，從而促進CRC細胞的增殖、侵襲和轉移[19-20]。另外，MALAT1可通過與腫瘤相關的樹突狀細胞中的趨化因子配體5相互作用從而介導CRC的進展。高表達的MALAT1已被確定為CRC預后不良的生物標志物[21]。

3.4 H19

H19是位于11號染色體p15.5上的母系印跡基因，轉錄成2.3 kb、含多聚腺苷酸的長片段非編碼剪接體。已有研究顯示，H19的表達與多種實體腫瘤有關[22]。高表達的H19與腫瘤的分化程度、腫瘤分期和淋巴結轉移情況均有關，是CRC患者生存情況的獨立預測因子。H19中rs2839698基因的突變與CRC的易感性有關，可能是CRC的潛在預后因素[23]。H19能夠調節EMT過程中多種基因的表達，這是通過作為miRNA-138和miRNA-200a的內源性競爭 RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）影響CRC的遷移而實現的[24]。H19和其產物miRNA-675在CRC中高表達，而高表達的miRNA-675已被證明可減少腫瘤抑制因子視網膜母細胞瘤蛋白（retinoblastoma protein，RB）的表達，這是通過識別和結合其非翻譯區（untranslation region，UTR）的3'端來實現的[25]。

3.5 結腸癌相關轉錄物

結腸癌相關轉錄物1（colon cancer associated transcript-1，CCAT1）是長度為2628個核苷酸的lncRNA，位于8q21.21，形成于MYC致癌基因上游的一個超級增強子基因區域[26]。CCAT1在CRC中發揮重要作用[27]。有研究證明，CRC患者血漿中CCAT1的水平明顯高于健康者。CCAT1、HOTAIR可作為CRC預測的生物標志物[28]。過表達的CCAT1與CRC細胞的增殖、侵襲以及CRC的臨床分期、淋巴結轉移和生存期均有關[29-31]。

CCAT2位于8q24，其在結腸癌中過表達，且是結腸癌轉移、進展及染色體不穩定性的基礎[32]。有研究發現，CCAT2與多種腫瘤的發生、發展有關[33-34]。CCAT2通過T細胞因子/淋巴細胞增強子結合因子7L2（T cell factor/lymphocyte enhancer factor 7-like 2，TCF7L2）介導轉錄調控從而上調MYC、miRNA-17-5p、miRNA-20a的表達，CCAT2和TCF7L2的相互作用導致Wnt信號傳導活動的增強，促進CRC細胞的生長和轉移[32]。

3.6 肌動蛋白絲相關蛋白1反義RNA1

肌動蛋白絲相關蛋白1反義RNA1（actin filament-associated protein 1-antisense RNA 1，AFAP1-AS1）位于人4號染色體肌動蛋白絲相關蛋白1（actin filament associated protein 1，AFAP1）基因反義鏈上，是長度約6810 bp的lncRNA，其表達水平與消化系統腫瘤的發生、發展、轉移密切相關。Bo等[35]證明AFAP1-AS1在結腸癌組織中的表達水平高于正常組織。AFAP1-AS1高表達的結腸癌患者的總體生存率更低；細胞遷移和侵襲試驗表明，敲低AFAP1-AS1能抑制結腸癌細胞HT-29的遷移和侵襲；實時定量聚合酶鏈反應（real-time quantitative polymerase chain reaction，qRT-PCR）實驗結果顯示，沉默AFAP1-AS1影響EMT相關基因的表達；蛋白質印跡（Western blotting）試驗同樣顯示，沉默AFAP1-AS1能夠上調E-鈣黏蛋白、ZO-1蛋白的表達，并下調β-連環蛋白、波形蛋白、MMP9和鋅指E盒結合蛋白 1（zinc finger E-box binding homeobox 1，ZEB1）的表達；進一步的機制研究證明，敲低AFAP1-AS1可影響肌動蛋白-細胞角蛋白信號通路，表現為皮層肌動蛋白（cortactin，CTTN）、RhoA和RAB1B蛋白的表達水平升高，MPRIP蛋白的表達水平降低。由此可見，AFAP1-AS1可能是一個促癌基因，與CRC進展、轉移和預后有關，可能是診斷CRC的潛在生物標志物和新的治療靶點。

3.7 LINC00858

LINC00858位于10q23.1，主要存在于細胞質中[36]。癌癥基因組圖譜（the Cancer Genome Atlas，TCGA）數據庫的信息顯示CRC組織中LINC00858的表達水平明顯高于正常組織。Sha等[37]證實了CRC組織中LINC00858的表達水平明顯高于鄰近組織；高表達的LINC00858與CRC患者的組織學分級、TNM分期可能有關，與性別、年齡、腫瘤大小等臨床特征可能無關，提示LINC00858參與CRC的進展；另外，LINC00858可能是與CRC預后相關的生物標志物；沉默LINC00858的表達可抑制CRC細胞的增殖、遷移和侵襲，并誘導其凋亡，并能夠降低HT-29、SW837細胞株中N-鈣黏蛋白、波形蛋白的表達水平；生物信息學分析結果發現miRNA-22-3p可能是LINC00858的潛在靶點；LINC00858通過海綿miRNA-22-3p作為ceRNA與其直接相互作用。LINC00858是CRC的獨立預后生物標志物，通過miRNA-22-3p-YWHAZ軸促進CRC細胞的惡性生物學行為，從而作為促癌基因發揮作用。

3.8 lncRNA 人白細胞抗原復合物P5

Yang等[38]發現，與癌旁組織相比，CRC組織中lncRNA人白細胞抗原復合物P5（human leukocyte antigen complex P5，HCP5）的表達水平較高，miRNA-139-5p的表達水平較低；與正常結腸細胞CCD-18CO相比，CRC細胞系（GEO、HCT116、LOVO和SW620）中HCP5和miRNA-139-5p的表達水平也驗證了這一點；相關分析結果顯示，HCP5與miRNA-139-5p的表達呈負相關；相關性分析和回歸分析結果顯示，HCP5的過表達和miRNA-139-5p表達的下調與CRC患者的分化程度差、TNM分期高、發生遠處轉移有關；Kaplan-Meier生存分析結果證明，與存在高表達HCP5和低表達miRNA-139-5p的患者相比，低表達HCP5和高表達miRNA-139-5p患者的總體生存率更高；HCP5和miRNA-139-5p調節CRC的EMT、侵襲和遷移。HCP5能夠抑制miRNA-139-5p的表達；miRNA-139-5p通過靶向下游的ZEB1調節Wnt/β-catenin信號通路，從而調節EMT過程。總之，CRC組織中高表達的HCP5預示著CRC患者的預后不良，揭示了HCP5在體內和體外具有促進CRC發生和轉移的致癌作用。HCP5/miRNA-139-5p/ZEB1/Wnt信號通路可促進CRC細胞EMT的發生。HCP可能是CRC的診斷生物標志物和治療靶標。

3.9 小核糖體管家基因RNA1

小核糖體管家基因RNA1（small nucleolar RNA host gene 1，SNHG1）是由11號染色體上作為18S核糖體RNA重要組成部分的UHG基因轉錄而來的lncRNA，位于11q12.3，全長約3927個堿基，并包含8個小核仁RNA，有11個外顯子。Sun等[39]發現，與鄰近正常組織相比，SNHG1在CRC組織中高表達，且SNHG1的表達情況與CRC患者的腫瘤分期和轉移情況有關，可能成為CRC的生物標志物。上調SNHG1的表達提示預后不良，并且能夠促進CRC細胞的增殖和轉移，這與Wnt/β-連環蛋白信號通路的激活有關。高表達SNHG1的CRC患者的總體生存率和無進展生存率更低。SNHG1通過激活Wnt/β-連環蛋白通路調節轉錄因子-4、細胞周期蛋白D1和MMP9的表達，從而調節β-連環蛋白的表達。敲低SNHG1可能能夠抑制CRC細胞的增殖、遷移和侵襲。Qi等[40]也發現SNHG1可通過Wnt/β-連環蛋白信號通路促進CRC的發生，敲低SNHG1可促進CRC細胞凋亡。SNHG1-β-連環蛋白-Wnt信號通路調節網絡在CRC中可能發揮作用。Zhao等[41]發現，SNHG1通過部分抑制p53通路從而促進CRC的發生與發展。SNHG1可作為miRNA-145的海綿促進CRC細胞的增殖，而miRNA-145是CRC的重要腫瘤抑制因子。SNHG1亦可作為結腸癌中的致癌基因通過Wnt/β-連環蛋白通路促進癌變。總之，SNHG1可能在CRC中具有潛在的診斷和預后價值，可能是CRC的治療靶點。

3.10 lncRNA 尿路上皮癌抗原1

lncRNA尿路上皮癌抗原1（urothelial cancer associated 1，UCA1）含有3個外顯子和2個內含子，位于人染色體19q13.12上，含有3個不同的亞型，長度分別為1.4、2.2、2.7 kb。高表達的UCA1與結腸癌的進展密切相關。Cui等[42]發現，結腸癌組織中UCA1的表達與結腸癌的腫瘤大小和腫瘤分期呈正相關。此外，沉默UCA1能夠明顯抑制結腸癌細胞的增殖和侵襲，縮小腫瘤大小，降低腫瘤重量；因此，UCA1可能是一個促癌基因，可能是結腸癌的一個新的診斷標志物和治療靶點；進一步的研究表明，UCA1可能通過直接結合miRNA-28-5p來抑制miRNA-28-5p的功能從而作為促癌基因發揮作用。UCA1通過與miRNA-28-5p結合逆轉miRNA-28-5p靶基因HOXB3的下調；還可通過調節基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）的表達從而促進結腸癌細胞的增殖和侵襲，從而促進結腸癌的轉移。

以上lncRNA僅是CRC中新發現和研究較透徹的一部分lncRNA，還有許多與腸癌轉移相關的lncRNA如lncRNA-p21、核富集轉錄體1（nuclear enriched abundant transcript 1，NEAT1）、BRAF活化的非編碼RNA（BRAF activated non-coding RNA，BANCR）等。lncRNA在腸癌發生、發展中發揮著的作用極其復雜，如激活腫瘤干細胞，誘導新生血管、抗腫瘤細胞凋亡，促進腫瘤進展和轉移，提示lncRNA可能作為CRC患者預后的獨立因素。

4 小結與展望

盡管目前CRC發生、發展的機制研究取得了諸多進展，且根治性治療手段較多，但由于其篩查手段較少，且難以廣泛進行，多數患者就診時已出現淋巴結轉移或遠處轉移，影響預后。此外，CRC具有較高的異質性，不同患者或相同患者在腫瘤進展的不同時期的治療方案差異較大，分子靶向治療耐藥現象的發生率較高。因此，進一步揭示CRC發生、發展的分子機制，尋找CRC的早期診斷指標和治療靶點，進而根據患者不同基因表達譜和病理特點采取個體化的治療手段，對于改善患者預后具有重意義。lncRNA能通過調控基因及miRNA的表達影響腫瘤的生物學行為，并參與染色體重塑、轉錄調控和RNA降解等多種過程。此外，由于其具有組織特異性，對疾病診斷的靈敏度明顯高于DNA、蛋白編碼RNA和蛋白質標志物。lncRNA在CRC發生、發展中的作用已得到廣泛認可。因此，進一步探索lncRNA在CRC中的功能不僅對于揭示CRC的發生、發展機制具有重要意義，同時可能為尋找CRC的新的診斷指標及治療靶點提供證據。

盡管lnRNA的表達水平對腸癌細胞功能的影響可能能夠為CRC的早期診斷、預后評估及治療靶點的尋找等提供新的思路，但由于lnRNA本身作用方式的多樣性及不確定性，本文對上述腸癌相關lnRNA的具體調控機制的了解尚有限，有待于今后進一步探索。