lncRNAs與消化系統(tǒng)腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展

陳宗浩，裴昕嶼，周宇

(廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，廣東 湛江 524000)

在人類基因組中，有編碼蛋白質(zhì)功能的基因約占1.2%，非編碼序列絕大多數(shù)具有生物活性，雖不能編碼蛋白質(zhì)，但可廣泛參與機體的生理病理過程[1]。長鏈非編碼RNAs(long non-coding RNAs，lncRNAs)是一類序列長度>200個核苷酸的轉(zhuǎn)錄本，序列保守性較低，且由于缺少特異完整的開放閱讀框而無蛋白質(zhì)編碼功能[2]。雖然lncRNAs不能編碼功能蛋白質(zhì)，但可在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后及表觀遺傳等水平調(diào)控與疾病相關(guān)的各種基因的表達(dá)，導(dǎo)致疾病的發(fā)生或促進(jìn)疾病的進(jìn)展[3]。消化系統(tǒng)惡性腫瘤主要包括食管、胃、腸、肝、膽、胰腺等消化道及消化腺的腫瘤，是人類最常見且具有高病死率的腫瘤之一[4]。雖然近年來消化系統(tǒng)腫瘤的診治已取得一定進(jìn)展，但晚期腫瘤患者的預(yù)后仍較差，因此尋找早期診斷、判斷預(yù)后的腫瘤標(biāo)志物及治療靶點至關(guān)重要。有研究表明，消化系統(tǒng)腫瘤組織中差異表達(dá)的lncRNAs通過多種途徑參與腫瘤的發(fā)生，且與腫瘤的預(yù)后判斷或靶向治療等密切相關(guān)[5]。現(xiàn)就lncRNAs與消化系統(tǒng)腫瘤關(guān)系的研究進(jìn)展予以綜述。

1 lncRNAs的結(jié)構(gòu)與功能

lncRNAs廣泛存在于人體的各器官及組織中，從定義上講lncRNAs不具備蛋白質(zhì)編碼功能，但有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，少數(shù)lncRNAs可編碼小的多肽[6-7]。lncRNAs主要由RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄，具有低保守性，同時可能具有較復(fù)雜的二級或三級結(jié)構(gòu)，并具有特有的起始點及終止點，可獨立完成轉(zhuǎn)錄過程[8]。此外，lncRNAs還具有與信使RNA類似的5′帽狀結(jié)構(gòu)，且大部分lncRNAs具有3′poly A尾和3′非翻譯區(qū)的結(jié)構(gòu)[9-10]。由于lncRNAs具有類似信使RNA的結(jié)構(gòu)，其雖然不能表達(dá)功能完整的蛋白質(zhì)，但可通過不同機制在不同水平調(diào)控功能基因的表達(dá)，廣泛參與疾病的發(fā)生發(fā)展。

在轉(zhuǎn)錄水平，lncRNAs可作為誘餌分子結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子，調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄，如lncRNA BX111可通過將轉(zhuǎn)錄因子Y-box結(jié)合蛋白1募集到其啟動子區(qū)域激活鋅指E盒結(jié)合蛋白1轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而調(diào)節(jié)腫瘤細(xì)胞的上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化[11]。另外，lncRNAs還可通過介導(dǎo)染色體間的相互作用，改變?nèi)旧|(zhì)的修飾水平，從而影響基因的轉(zhuǎn)錄，如HOXBLINC(HOXB locus-associated long intergenic non-coding RNA)可作為染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)控因子，誘導(dǎo)SETD1a(SET domain containing 1A,histone lysine methyltransferase)/混合譜系白血病蛋白1基因與其結(jié)合，進(jìn)而調(diào)控血液系統(tǒng)相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄[12]。此外，lncRNAs還可與RNA結(jié)合蛋白結(jié)合，調(diào)節(jié)相應(yīng)目標(biāo)RNA結(jié)合蛋白所有靶基因的表達(dá)[13]。

在轉(zhuǎn)錄后水平，lncRNAs可作為微RNA(micorRNA，miRNA/miR)的來源，如lncRNA MIR22HG是miR-22-3p和miR-22-5p的宿主基因，MIR22HG缺失可導(dǎo)致miR-22-3p和miR-22-5p的表達(dá)顯著下調(diào)[14]。lncRNAs也可作為miRNA的停泊載體，負(fù)性調(diào)節(jié)miRNA的表達(dá)，如缺氧誘導(dǎo)因子1α-反義RNA2可下調(diào)miR-129-5p的表達(dá)，促進(jìn)骨肉瘤細(xì)胞的增殖和侵襲[15]。此外，lncRNAs還可直接綁定在信使RNA上，穩(wěn)定信使RNA的表達(dá)或降解信使RNA[16]。

在表觀遺傳水平，lncRNAs可調(diào)控靶基因的甲基化狀態(tài)，如lncRNA H19在肝細(xì)胞系中過表達(dá)可導(dǎo)致肝細(xì)胞核因子4α去甲基化，同時其表達(dá)顯著上調(diào)[17]。除了經(jīng)典的甲基化途徑外，lncRNAs還可通過m6A甲基化[18]、乙?；痆19]、磷酸化[20]等途徑調(diào)控基因或蛋白的表達(dá)。由此可見，lncRNAs在包括消化系統(tǒng)腫瘤在內(nèi)的人類疾病中發(fā)揮重要作用。

2 lncRNAs調(diào)控消化系統(tǒng)腫瘤的機制

2.1作為原癌基因或抑癌基因影響消化道腫瘤 原癌基因與抑癌基因是調(diào)控腫瘤發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素。lncRNAs可通過直接與染色質(zhì)或其他分子(如轉(zhuǎn)錄因子、RNA結(jié)合蛋白、miRNA)相互作用，調(diào)節(jié)原癌基因或抑癌基因的結(jié)構(gòu)、定位、降解和基因表達(dá)效率等，進(jìn)而調(diào)控消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生發(fā)展[21]。如瞬時受體電位陽離子通道亞家族M成員2-反義RNA可通過增強TATA盒結(jié)合蛋白相關(guān)因子15介導(dǎo)的瞬時受體電位陽離子通道亞家族M成員2信使RNA的穩(wěn)定性，促進(jìn)大腸癌細(xì)胞增殖[22]。此外，lncRNA Fez家族鋅指蛋白1-反義RNA1可與組蛋白賴氨酸特異性去甲基化酶1結(jié)合，通過調(diào)控組蛋白賴氨酸特異性去甲基化酶1的去甲基化抑制p21的表達(dá)，促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖[23]。另外，lncRNA紅細(xì)胞膜蛋白帶4.1樣4A-反義RNA2通過與叉頭框轉(zhuǎn)錄因子L1競爭結(jié)合miR-301a-5p，調(diào)控叉頭框轉(zhuǎn)錄因子L1的表達(dá)，具有抑制肝細(xì)胞癌的作用[24]。以上研究表明，lncRNAs通過調(diào)控原癌基因或抑癌基因的表達(dá)影響消化道腫瘤的發(fā)生發(fā)展。

2.2通過調(diào)控細(xì)胞代謝影響消化系統(tǒng)腫瘤 代謝異常是腫瘤發(fā)生的始動因素，而lncRNAs可通過調(diào)節(jié)代謝影響消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。消化道腫瘤的發(fā)生發(fā)展主要涉及的代謝途徑包括有氧糖酵解、谷氨酰胺分解、磷酸戊糖通路以及脂肪酸從頭合成等[25]。在結(jié)腸癌中，linc00504和lncRNA糖酵解相關(guān)結(jié)直腸癌均可通過募集c-myc并促進(jìn)c-myc轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而調(diào)控有氧糖酵解代謝及磷酸戊糖通路[26-27]。而熱激因子1可通過調(diào)控miR-137的宿主基因MIR137HG影響miR-137的產(chǎn)生，刺激β-1,3-葡聚糖合酶依賴的谷氨酰胺代謝[28]。在肝癌中，lncHR1(long non-coding RNA HCV regulated 1)可通過抑制固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白-1C激活Fas，調(diào)控脂肪酸從頭合成，降低肝細(xì)胞中三酰甘油和脂滴的表達(dá)豐度[29]。由此可見，代謝在腫瘤發(fā)展中具有重要作用，探究lncRNAs在消化系統(tǒng)腫瘤代謝中的功能和機制有助于消化系統(tǒng)腫瘤的治療。

2.3通過調(diào)控新生血管形成影響消化系統(tǒng)腫瘤 腫瘤生長依賴于新生血管形成，而lncRNAs可通過調(diào)節(jié)血管形成影響消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生發(fā)展。在肝癌中，結(jié)直腸癌差異表達(dá)基因可調(diào)控哺乳動物雷帕霉素靶蛋白信號通路，促進(jìn)腫瘤血管形成[30]；在結(jié)腸癌中，lncRNA小泛素相關(guān)修飾蛋白1假基因3可通過下調(diào)周期蛋白D1、波形蛋白、血管內(nèi)皮生長因子A的表達(dá)以及上調(diào)上皮鈣黏素的表達(dá)，促進(jìn)腫瘤血管形成[31]。另外，lncRNA 尿路上皮癌抗原1可通過miR-96-5p/血管動蛋白樣2信號軸，促進(jìn)胰腺癌患者新血管生成[32]；運動神經(jīng)元及胰腺同源框1蛋白1-反義RNA1可通過募集轉(zhuǎn)錄因子c-myc以及與myc相關(guān)的鋅指蛋白的表達(dá)，影響膽管細(xì)胞癌患者的新生血管生成[33]。由此可見，抑制腫瘤新生血管的生成，有助于延緩消化系統(tǒng)腫瘤的進(jìn)展。總之，lncRNAs可通過調(diào)控癌基因及抑癌基因的表達(dá)、腫瘤代謝、腫瘤血管生成等影響消化系統(tǒng)腫瘤，深入研究lncRNAs在消化系統(tǒng)腫瘤中的功能和機制對消化系統(tǒng)腫瘤的診治具有重要意義。

3 lncRNAs在消化系統(tǒng)腫瘤中的作用

3.1作為判斷消化系統(tǒng)腫瘤發(fā)生的標(biāo)志物 研究發(fā)現(xiàn)，粒細(xì)胞特異表達(dá)的HOXA轉(zhuǎn)錄本反義RNA1(HOXA transcript antisense RNA，myeloid-specific 1，HOTAIRM1)在大腸癌患者中的表達(dá)下調(diào)，其檢測大腸癌的靈敏度與癌胚抗原相當(dāng)，優(yōu)于糖類抗原125和糖類抗原199，HOTAIRM1與癌胚抗原聯(lián)合檢測診斷大腸癌的靈敏度可達(dá)84%，且不影響其特異性，表明HOTAIRM1可作為診斷大腸癌的腫瘤標(biāo)志物[34]。除血清中的lncRNA外，外泌體中的lncRNA檢測也可作為判斷消化系統(tǒng)腫瘤發(fā)生的標(biāo)志物，如外泌體中的lncRNA UEGC1(up-regulated early gastric cancer)在早期胃癌細(xì)胞培養(yǎng)基中顯著上調(diào)，其診斷早期胃癌的準(zhǔn)確率較高，同時還可區(qū)分早期胃癌、健康個體和惡性慢性萎縮性胃炎患者，因此外泌體lncRNA UEGC1可作為診斷早期胃癌的高度敏感、穩(wěn)定和非侵入性生物標(biāo)志物[35]。另有研究表明，在胃液中l(wèi)ncRNA-水解酶結(jié)構(gòu)域蛋白4-反義RNA1的表達(dá)顯著上調(diào)，以lncRNA-水解酶結(jié)構(gòu)域蛋白4-反義RNA1作為標(biāo)志物，早期胃癌的陽性檢出率為71.4%，表明胃液lncRNA-水解酶結(jié)構(gòu)域蛋白4-反義RNA1可作為篩查胃癌的潛在生物標(biāo)志物[36]。此外，糞便中的lncRNA結(jié)腸癌相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1、結(jié)腸癌相關(guān)轉(zhuǎn)錄本2、印記基因H19、HOTAIR-反義RNA、人肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1、前列腺癌相關(guān)轉(zhuǎn)錄物1、母系表達(dá)基因3、第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因1等存在差異表達(dá)，也可作為結(jié)腸癌患者早期診斷的生物標(biāo)志物[37]。

總之，消化系統(tǒng)組織、血細(xì)胞或血漿、胃液、外泌體、糞便中的lncRNAs均可作為診斷消化系統(tǒng)腫瘤的腫瘤標(biāo)志物。lncRNAs分布于全身各器官、組織、糞便及體液中，因此充分研究其作為診斷消化系統(tǒng)腫瘤標(biāo)志物的價值，可為消化系統(tǒng)腫瘤的無創(chuàng)診斷提供重要依據(jù)。

3.2作為判斷消化系統(tǒng)腫瘤進(jìn)展及患者預(yù)后的標(biāo)志物 體外實驗表明，lncRNA溶質(zhì)載體有機陰離子轉(zhuǎn)運蛋白家族成員4A1-反義RNA1可促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖、遷移和侵襲，其高表達(dá)與結(jié)直腸癌患者的預(yù)后不良密切相關(guān)[38]。lncRNA-胰腺癌患者血清泛素折疊修飾結(jié)合酶1(ubiquitin-fold modifier conjugating enzyme 1，UFC1)水平顯著高于健康志愿者，且與低表達(dá)lncRNA-UFC1的患者相比，高表達(dá)lncRNA-UFC1患者的無進(jìn)展生存期和總生存期均顯著縮短，多因素分析顯示，臨床分期與lncRNA-UFC1表達(dá)水平均是胰腺癌患者重要的獨立預(yù)后因素，表明血清lncRNA-UFC1可作為預(yù)測胰腺癌患者預(yù)后的潛在生物標(biāo)志物[39]。此外，lncRNA-高甲基化介導(dǎo)的鋅指蛋白667-反義RNA1表達(dá)下調(diào)與食管鱗狀細(xì)胞癌的進(jìn)展及患者預(yù)后均密切相關(guān)[40]。另有研究表明，lncRNA-INK4基因座中反義非編碼RNA在肝癌組織中表達(dá)上調(diào)，其可通過綁定多梳抑制復(fù)合物2調(diào)控Kruppel樣因子2在肝癌細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄，且無論在體外還是在體內(nèi)實驗中，下調(diào)lncRNA-INK4基因座中反義非編碼RNA的表達(dá)均可抑制肝癌細(xì)胞的增殖、侵襲，同時誘導(dǎo)肝癌細(xì)胞凋亡[41]。人肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1可通過上調(diào)H3組蛋白乙酰化水平促進(jìn)表皮生長因子樣結(jié)構(gòu)域7的表達(dá)，從而促進(jìn)胃癌的轉(zhuǎn)移和侵襲[42]。此外，lncRNA-人肺腺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄本1還可通過與Zeste同源物增強子2結(jié)合下調(diào)抑癌基因原鈣黏蛋白10的表達(dá)，促進(jìn)胃癌細(xì)胞的遷移和侵襲[43]。DNA甲基化可導(dǎo)致胃癌組織中的lncRNA-SPRY4(sprouty RTK signaling antagonist 4)內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄本1水平降低，且其降低的程度與腫瘤的大小、病理分期、侵入的深度和淋巴轉(zhuǎn)移均密切相關(guān)，lncRNA-SPRY4內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄本1表達(dá)越低，患者預(yù)后越差，提示lncRNA SPRY4內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄本1甲基化可作為胃癌患者預(yù)后不良的標(biāo)志物[44]。綜上，lncRNAs可作為判斷消化系統(tǒng)腫瘤進(jìn)展及患者預(yù)后的標(biāo)志物。

3.3作為治療消化系統(tǒng)腫瘤的干預(yù)靶點 有研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)直腸癌差異表達(dá)基因在結(jié)腸癌組織中的表達(dá)顯著上調(diào)，且可與異質(zhì)核核糖核蛋白U樣蛋白2組成功能復(fù)合體，將異質(zhì)核核糖核蛋白U樣蛋白2由胞核內(nèi)轉(zhuǎn)至胞質(zhì)中，并激活Ras/促分裂原活化的蛋白激酶信號通路，因此結(jié)直腸癌差異表達(dá)基因可作為結(jié)直腸癌患者治療的作用靶點[45]。另有報道稱，敲低BRAF激活的lncRNA可抑制結(jié)直腸癌的進(jìn)展并增強結(jié)直腸癌細(xì)胞對阿霉素的化學(xué)敏感性，表明BRAF激活的lncRNA可能成為結(jié)直腸癌治療的靶標(biāo)[46]。lncRNA H19可通過去乙酰化酶1介導(dǎo)的自噬促進(jìn)結(jié)直腸癌細(xì)胞的5-氟尿嘧啶抗性[47]。此外，在胃癌細(xì)胞中，lncRNA序列相似性家族84成員B-反義RNA可通過抑制凋亡信號通路，部分恢復(fù)耐藥細(xì)胞對鉑類藥物的敏感性[48]。另外，lncRNA小核仁RNA宿主基因3過表達(dá)可促進(jìn)肝細(xì)胞癌患者對索拉非尼的耐藥性，表明lncRNA小核仁RNA宿主基因3可作為肝癌治療的新靶點[49]。此外，lncRNA還可通過調(diào)控藥物轉(zhuǎn)運蛋白的表達(dá)影響藥物的耐藥性，如ATP結(jié)合盒蛋白亞家族C成員1可調(diào)控細(xì)胞內(nèi)藥物的排出與分布，改變腫瘤的耐藥性[50]。但有研究表明，lncRNA人核受體亞家族2F組成員1-反義RNA1可作為內(nèi)源性的停泊載體吸附miR-363，促進(jìn)ATP結(jié)合盒蛋白亞家族C成員1的表達(dá)，影響肝癌細(xì)胞對奧沙利鉑的耐藥性[51]。另外，肝細(xì)胞核因子1α-反義RNA1和肝細(xì)胞核因子4α-反義RNA1均參與調(diào)控細(xì)胞色素P450的基礎(chǔ)表達(dá)及苯巴比妥或利福平誘導(dǎo)的細(xì)胞色素P450的表達(dá)，進(jìn)而影響肝癌細(xì)胞的代謝[52]。

除化療外，放療也具有重要作用。lncRNA動力蛋白3-反義RNA可調(diào)節(jié)食管癌細(xì)胞對DNA損傷的反應(yīng)，在體內(nèi)和體外均具有顯著的抗輻射性[53]。lncRNA結(jié)腸癌相關(guān)轉(zhuǎn)錄本2可負(fù)性調(diào)節(jié)miR-145和p70核糖體蛋白S6激酶1的表達(dá)，并抑制食管癌細(xì)胞中的蛋白激酶B、胞外信號調(diào)節(jié)激酶和p70核糖體蛋白S6激酶1磷酸化，增強食管癌細(xì)胞對放療的抵抗力[54]。此外，lncRNA腫瘤蛋白p73-反義RNA1下調(diào)可降低肝癌細(xì)胞系HepG2、Hep3B和SMCC-7721中的蛋白激酶B磷酸化并增加第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因的表達(dá)，通過促進(jìn)裸鼠的放射敏感性抑制肝細(xì)胞癌的發(fā)生[55]。

總之，lncRNAs可通過調(diào)控腫瘤相關(guān)信號通路、自噬、細(xì)胞凋亡、DNA損傷、藥物轉(zhuǎn)運蛋白、藥物代謝等增強或減弱消化系統(tǒng)腫瘤細(xì)胞對化療藥物或放射線的敏感性，進(jìn)而影響腫瘤的治療。但目前將lncRNAs作為腫瘤治療靶點仍處于實驗理論階段，未來仍需要進(jìn)一步研發(fā)有效的治療消化系統(tǒng)腫瘤的特異性靶點。

4 小 結(jié)

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和對基因研究的深入，越來越多與消化系統(tǒng)腫瘤相關(guān)的lncRNAs被發(fā)現(xiàn)，表明lncRNAs在消化系統(tǒng)腫瘤中具有重要作用。lncRNAs可通過調(diào)控癌基因及致癌基因的表達(dá)、腫瘤代謝、腫瘤新生血管形成等影響消化系統(tǒng)腫瘤的發(fā)生、進(jìn)展、預(yù)后判斷甚至治療。然而，由于lncRNAs不能編碼功能蛋白質(zhì)，僅能通過調(diào)控某些基因及蛋白的表達(dá)和功能發(fā)揮作用，且同一lncRNAs可能與多個靶標(biāo)相互作用，這種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)調(diào)控作用給研究帶來較大困難。因此，未來還需進(jìn)一步深入研究靈敏度和特異度均較高的lncRNAs標(biāo)志物及治療靶點，為消化系統(tǒng)腫瘤的診療提供新思路。