長鏈非編碼RNA 相關(guān)的競爭性內(nèi)源性RNA 網(wǎng)絡中結(jié)腸腺癌潛在生物標志物的研究進展

童曼曼，劉熙稱，孫曉宇，何行

吉林大學第一醫(yī)院急診科，長春 130021

近年來，非編碼 RNA（non-coding RNA，ncRNA）是惡性腫瘤研究領(lǐng)域的熱點，ncRNA沒有編碼蛋白質(zhì)的能力，主要包括核糖體RNA（ribosomal RNA，rRNA）、轉(zhuǎn)運RNA（transfer RNA，tRNA）、小核仁RNA（small nucleolar RNA，snoRNA）、微小RNA（microRNA，miRNA）和長鏈非編碼 RNA（long non-coding RNA，lncRNA）。它們的共同特征是從基因組轉(zhuǎn)錄而來，但是卻不能翻譯成蛋白質(zhì)，僅能在RNA水平上發(fā)揮其生物學功能。研究證實，ncRNA在腫瘤發(fā)生和發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，尤其是miRNA和lncRNA，其多樣性及復雜的作用機制與惡性腫瘤密切相關(guān)[1]。miRNA是內(nèi)源性小分子RNA，通過與靶mRNA結(jié)合來調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的表達。lncRNA具有200多個核苷酸，廣泛分布于基因組中，是潛在的腫瘤治療靶標和生物標志物。2011年Salmena等[2]首次提出了競爭性內(nèi)源性 RNA（competitive endogenous RNA，ceRNA）假說，該假說提出了一種新型的大規(guī)模調(diào)節(jié)性RNA網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡通過轉(zhuǎn)錄組中的miRNA反應元件在mRNA和ncRNA之間相互影響。隨后幾年，該假說得到了許多后續(xù)實驗證據(jù)的不斷支持。在ceRNA網(wǎng)絡中，lncRNA的作用是通過影響miRNA參與細胞生物學調(diào)控，從而在腫瘤發(fā)生發(fā)展中起到關(guān)鍵作用。結(jié)腸腺癌（colon adenocarcinoma，COAD）是結(jié)腸癌的一種亞型，是全世界惡性腫瘤相關(guān)死亡原因的第一名，結(jié)腸癌的發(fā)病率和病死率均逐年增加，盡早發(fā)現(xiàn)結(jié)腸癌尤為重要，盡管腸鏡檢查是結(jié)腸癌早期診斷的最可靠方法，但有創(chuàng)性和不適感限制了其廣泛使用[3]。因此，尋找早期診斷COAD的準確且無創(chuàng)的生物標志物意義重大。COAD的預后評估有助于優(yōu)化治療方案的選擇，因此，尋找新的生物標志物，并研究COAD發(fā)生發(fā)展的分子機制具有重要意義。本文對COAD中充當ceRNA的lncRNA進行綜述，以期能夠探索COAD遺傳層面的分子機制和開發(fā)新的生物標志物及治療靶標，為COAD的治療和藥物設計提供新的線索。

1 早期COAD 的潛在生物標志物

Liu等[4]研究納入3例早期COAD患者和3例結(jié)腸上皮內(nèi)瘤變患者，并構(gòu)建DEmiRNADElncRNA-DEmRNA共表達網(wǎng)絡，通過RNA測序獲得了5個具有早期潛在診斷價值的差異表達的lncRNA（differentiallyexpressedlncRNA，DElncRNA）：ELFN1反義 RNA1（ELFN1 antisense RNA 1，ELFN1-AS1）、長基因間非蛋白編碼RNA 1234（long intergenic non-protein coding RNA 1234，LINC01234）、小核RNA宿主基因17（small nucleolar RNA host gene 17，SNHG17）、尿路上皮癌相關(guān)蛋 白 1（urothelial cancer associated 1，UCA1）和LOC101929549。該研究發(fā)現(xiàn)，miRNA-153-3p-SNHG17-Ⅺ型膠原蛋白α1鏈（collagen typeⅪalpha 1 chain，COL11A1）/胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白3（insulin like growth factorbinding protein 3，IGFBP3）/KLF 轉(zhuǎn)錄因子 6（KLF transcription factor 6，KLF6）相互作用在早期COAD中起重要作用。

miRNA-153能夠通過誘導基質(zhì)金屬蛋白酶9（與結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移相關(guān)的效應物）的產(chǎn)生間接促進結(jié)腸癌細胞侵襲，在DElncRNA-DEmiRNA共表達網(wǎng)絡中，SNHG17與miRNA-153-3p在早期COAD中共表達。COL11A1編碼Ⅺ型膠原（一種次要纖維狀膠原）的兩個α鏈之一，前膠原11A1是COL11A1的主要產(chǎn)物，COAD基質(zhì)細胞中COL11A1表達上調(diào)，而前膠原11A1的表達上調(diào)與淋巴結(jié)受累和COAD遠處轉(zhuǎn)移有關(guān)[5]。IGFBP3是胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白（insulin like growth factor binding protein，IGFBP）家族成員，該家族可調(diào)節(jié)胰島素樣生長因子（insulin like growth factor，IGF）的表達并與轉(zhuǎn)化生長因子-β（transforming growth factor-β，TGF-β）相互作用，IGFBP3缺失后可通過抑制p53依賴性細胞凋亡促進COAD的發(fā)展。KLF6是一種鋅指轉(zhuǎn)錄因子，其表達缺失是結(jié)腸癌中的常見事件和早期事件，可通過上調(diào)細胞周期抑制劑p21的表達抑制腫瘤細胞增殖。

除SNHG17外，早期COAD中的3個DElncRNA（ELFN1-AS1、UCA1和LINC01234）也與COL11A1、IGFBP3和KLF6共表達，通過調(diào)節(jié)這些結(jié)腸癌相關(guān)基因的表達參與早期COAD的進展[4]。ELFN1-AS1是與KLF6和N-乙酰半乳糖胺基轉(zhuǎn)移酶（N-acetylgalactosaminyl transferase，GALNT）8共 表 達 的DElncRNA，更值得關(guān)注的是其可作為早期COAD中DElncRNA-DEmRNA共表達網(wǎng)絡和DEmiRNADElncRNA-DEmRNA相互作用網(wǎng)絡的中樞l(wèi)ncRNA。GALNT引起的糖基化異常是人類惡性腫瘤中發(fā)生的病理現(xiàn)象，GALNT8作為GALNT成員，在早期COAD中表達下調(diào)[6]。

UCA1可通過促進腫瘤細胞增殖在結(jié)直腸癌的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮關(guān)鍵作用，結(jié)直腸癌中可觀察到UCA1表達上調(diào)，提示其對結(jié)直腸癌具有潛在的診斷價值。UCA1表達水平還與大腸癌患者的腫瘤大小、浸潤深度和預后密切相關(guān)。此外，UCA1和LINC01234還是早期COAD中最先上調(diào)的兩個DElncRNA。而LINC01234和SNHG17則是DEmiRNA-DElncRNA-DEmRNA相互作用網(wǎng)絡中的兩個中樞l(wèi)ncRNA。LOC101929549通過順式調(diào)節(jié)GALNT8和KLF6的表達在COAD中發(fā)揮重要作用。

2 COAD 預后的潛在生物標志物

Zhang等[7]從癌癥基因組圖譜（The Cancer Genome Atlas，TCGA）數(shù)據(jù)庫中提取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，分析生物學過程中COAD特異性mRNA的表達，通過構(gòu)建COAD特異性mRNA、miRNA和lncRNA的ceRNA網(wǎng)絡，進一步分析涉及l(fā)ncRNA的COAD表達模式與臨床特征之間的相關(guān)性，最終證實了3種與某些臨床特征相關(guān)的lncRNA[長基因間非蛋白編碼 RNA 335（long intergenic non-protein coding RNA 355，LINC00355）、肝細胞癌上調(diào)的長鏈非編碼RNA（hepatocellular carcinoma up-regulated long non-coding RNA，HULC）和IGF2反義RNA（IGF2 antisense RNA，IGF2-AS）]，確定了4種與總生存期（overall survival，OS）呈負相關(guān)的lncRNA[HOX 轉(zhuǎn)錄反義 RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）、LINC00355、KCNQ1反義鏈/反義轉(zhuǎn)錄 1（KCNQ1 opposite strand/antisense transcript 1，KCNQ1OT1）和TSSC1內(nèi)含子轉(zhuǎn)錄本1（TSSC1 intronic transcript 1，TSSC1-IT1）]，并且這4種lncRNA主要集中在絲裂原激活蛋白激酶（mitogen activation protein kinase，MAPK）途徑中。通過對lncRNA與直腸癌關(guān)鍵臨床特征進行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，LINC00355與腫瘤分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和遠處轉(zhuǎn)移有關(guān)，HULC與腫瘤分期和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移有關(guān)，而IGF2-AS與遠處轉(zhuǎn)移有關(guān)。

HULC能夠與zeste2多梳抑制復合物2亞基增強子（enhancer of zeste 2 polycomb repressive complex 2 subunit，EZH2）相互作用，通過表觀遺傳調(diào)控抑制結(jié)直腸癌細胞中裸角質(zhì)層2（naked cuticle 2，NKD2）的表達，從而促進腫瘤細胞增殖、遷移、侵襲并誘導腫瘤細胞凋亡。NKD2是裸角質(zhì)層（naked cuticle，NKD）家族成員之一，經(jīng)常被甲基化，并通過充當WNT信號的負調(diào)節(jié)劑，抑制腫瘤生長和轉(zhuǎn)移。HULC在結(jié)直腸癌中過表達，其水平升高與預后不良和生存期縮短有關(guān)，而敲除HULC會在體外促進腫瘤細胞凋亡，并在體內(nèi)抑制結(jié)直腸癌細胞的致瘤性。

LINC00355不僅有助于ceRNA網(wǎng)絡的調(diào)控，而且在結(jié)直腸癌多個病理階段中其表達均表現(xiàn)出顯著變化，LINC00355被認為是有希望的結(jié)直腸癌治療靶標[8]。IGF2-AS是針對IGF2的反義lncRNA，并已被證實可促進丙型肝炎病毒的復制。IGF2的過表達是結(jié)直腸癌發(fā)生的公認危險因素之一，其是腫瘤分期的標志物，也是結(jié)直腸癌發(fā)生的關(guān)鍵因素[9]。 與 癌 胚 抗 原（carcino embryonic antigen，CEA）和糖類抗原19-9（carbohydrate antigen 19-9，CA19-9）的組合相比，某些形式的RNA（如lncRNA 91H、PVT-1和MEG3）診斷早期結(jié)直腸癌的靈敏度更高，可用于結(jié)直腸癌的早期診斷[10]。

Wang等[11]全面分析了COAD中蛋白質(zhì)編碼和非編碼RNA的測序數(shù)據(jù)，所構(gòu)建的COAD特異性ceRNA網(wǎng)絡突出強調(diào)了KCNQ1OT1-hsa-miRNA-183-程序性死亡受體 4（programmed cell death 4，PDCD4）、KCNQ1OT1-hsa-miRNA-424-原肌球蛋白2β（tropomyosin 2 beta，TPM2）、HOTAIR-hsa-miRNA-143-纖溶酶原激活物抑制劑1（plasminogen activator inhibitor 1，SERPINE1）之間的相互作用。KCNQ1OT1是KCNQ1基因的反義分子，其在結(jié)直腸癌中的轉(zhuǎn)錄頻率很高，并且通過與β-聯(lián)蛋白（βcatenin）結(jié)合促進KCNQ1OT1啟動。miRNA-183通過降解ATP結(jié)合盒轉(zhuǎn)運體A1（ATP-binding cassette transporter A1，ABCA1）促進結(jié)腸癌細胞增殖并抑制其凋亡，還可以通過結(jié)合其3'非翻譯區(qū)（untranslated region，UTR）調(diào)節(jié)早期生長反應因子1（early growth response factor 1，EGR1）和磷酸酶張力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）的表達，miRNA-183-EGR1-PTEN失調(diào)是結(jié)腸癌發(fā)生的關(guān)鍵。此外，miRNA-21還可通過靶向PDCD4促進結(jié)直腸癌細胞轉(zhuǎn)移。KCNQ1OT1過表達可促進miRNA-183表達，從而導致PDCD4表達下調(diào)，這可能是COAD發(fā)展的重要機制。

TPM2在結(jié)腸癌中通常被異常的DNA甲基化沉默，其下調(diào)與結(jié)腸癌中RhoA激活和腫瘤細胞增殖相關(guān)。HOTAIR是一種經(jīng)過充分研究的lncRNA，已被廣泛報道是多種惡性腫瘤的致癌分子，通過上調(diào)結(jié)直腸腺癌中miRNA-93的表達和下調(diào)自噬相關(guān)蛋白12（autophagy related 12，ATG12）的表達，降低細胞活力，促進細胞凋亡并抑制細胞自噬，與結(jié)直腸癌轉(zhuǎn)移和預后不良顯著相關(guān)。此外，HOTAIR敲除還可通過調(diào)節(jié)miRNA-93/ATG12通路增強放療敏感性，是放療抗性的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑和潛在的生物標志物[12]。

SERPINE1基因在大腸癌和高度增殖的結(jié)腸癌細胞系中表達增加，并且與腫瘤的侵襲性有關(guān)。miRNA-143可以調(diào)節(jié)結(jié)直腸腺癌細胞增殖和凋亡，miRNA-143被lncRNA HOTAIR上調(diào)并靶向lncRNA HOTAIR，而SERPINE1被miRNA-143上調(diào)并靶向miRNA-143，證明HOTAIR-miRNA-143-SERPINE1相互作用可能是COAD發(fā)展的另一重要機制。Rho鳥嘌呤核苷酸交換因子26（encoding Rho guanine nucleotide exchange factor 26，ARHGEF26）-AS1是編碼ARHGEF26的反義RNA，可以影響白細胞的跨內(nèi)皮遷移，重要的是ARHGEF26-AS1可以被miRNA-143下調(diào)，提示ARHGEF26-AS1和相關(guān)網(wǎng)絡可能在COAD中發(fā)揮重要作用[11]。

3 COAD 復發(fā)的潛在生物標志物

Chen等[13]通過建立用于預測COAD復發(fā)的lncRNA-miRNA-mRNA ceRNA網(wǎng)絡，鑒定出5種用于預測COAD復發(fā)的生物標志物[癌易感性候選基 因 2（cancer susceptibility candidate 2，CASC2）、AL078459.1、AL390066.1、STK4 反義 RNA1（STK4 antisense RNA1，STK4-AS1）和HOXA簇反義RNA3（HOXAcluster antisense RNA3，HOXA-AS3）]。

CASC2是在多種惡性腫瘤中下調(diào)的lncRNA，其表達降低與TNM分期較晚顯著相關(guān)，可通過阻止G0/G1～S期轉(zhuǎn)變并抑制體內(nèi)腫瘤生長，從而抑制結(jié)腸癌細胞的體外增殖。此外，生物信息學分析表明，3種 miRNA（miRNA-18a、miRNA-18b、miRNA-4733）含有CASC2結(jié)合位點。熒光素酶實驗進一步證實了CASC2和miRNA-18a之間的相互作用。重要的是，原發(fā)性大腸癌組織中CASC2和miRNA-18a水平呈負相關(guān)。CASC2通過使miRNA-18a海綿化降低STAT3蛋白質(zhì)抑制劑（protein inhibitor of activated STAT3，PIAS3）的表達，從而抑制信號轉(zhuǎn)導及轉(zhuǎn)錄激活因子（signal transduction and activator of transcription，STAT）下游基因的表達[14]。大腸癌組織的臨床樣本分析也支持CASC2和PIAS3之間的關(guān)系。這些結(jié)果表明，CASC2在大腸癌的發(fā)展中具有關(guān)鍵作用。另有研究發(fā)現(xiàn)，hsa-miRNA-21對CASC2的調(diào)控也可以促進結(jié)直腸腺癌細胞的增殖和遷移[15]。

HOXA-AS3是神經(jīng)膠質(zhì)瘤組織中最顯著上調(diào)的lncRNA之一，作為神經(jīng)膠質(zhì)瘤患者的獨立預后因素，HOXA-AS3沉默通過改變細胞周期進程和促進細胞凋亡而導致細胞增殖停滯，并抑制神經(jīng)膠質(zhì)瘤細胞的遷移[16]。絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶4（serine/threonine-protein kinase 4，STK4）-AS1與腫瘤抑制因子STK4相關(guān)，而STK4的下調(diào)與結(jié)直腸癌的侵襲和遷移有關(guān)。STK4被認為是潛在的腫瘤抑制因子，不僅可作為患者預后的預測因子，還可抑制結(jié)直腸腺癌轉(zhuǎn)移，STK4表達缺失與COAD患者預后不良有關(guān)。對于lncRNA AL078459.1和AL390066.1，目前尚未在腫瘤中報道任何功能性作用。

4 未來展望

迄今為止，關(guān)于lncRNA及其相關(guān)的ceRNA網(wǎng)絡在COAD中價值的研究報道甚少。Yue等[17]證明長基因間非編碼RNA 152（long intergenic noncoding RNA 152，LINC00152）通過充當ceRNA來海綿化miRNA-193a-3p從而調(diào)控erb-b2受體酪氨酸激酶 4（erb-b2 receptor tyrosine kinase 4，ERBB4）的表達，與結(jié)腸癌的預后不良相關(guān)。Fang等[18]研究報道，lncRNA HNF1A-AS1通過充當ceRNA來調(diào)節(jié)miRNA-34a的表達，在結(jié)腸癌轉(zhuǎn)移中發(fā)揮癌基因的作用，可能是一種新的預后生物標志物，并可能成為結(jié)腸癌的潛在治療靶標。Su等[19]揭示lncRNA BLACAT1可以通過與EZH2結(jié)合而抑制p15的表達，并且是結(jié)直腸癌預后不良的獨立危險因素。本文通過對lncRNA相關(guān)的ceRNA網(wǎng)絡進行全面分析，重點關(guān)注COAD發(fā)展過程中新的潛在生物標志物和可能的治療靶點，未來需通過大規(guī)模的動物實驗及臨床研究證實這種關(guān)聯(lián)，將這種潛在的生物標志物應用于COAD的早期診斷、預后預測。

5 小結(jié)

綜上所述，COAD的診斷、治療及預后是目前臨床研究的熱點，對lncRNA相關(guān)的ceRNA網(wǎng)絡中COAD潛在的生物標志物進行全面分析，能夠為臨床中COAD的早期診斷、治療優(yōu)化、預后評估提供一定的幫助。