引用本文： 唐龍, 唐世磊, 劉古月, 馬振南, 趙迪, 李航宇. 長鏈非編碼RNA在常見消化系統腫瘤中的研究進展. 中國普外基礎與臨床雜志, 2015, 22(8): 1014-1018. doi: 10.7507/1007-9424.20150266 復制
長鏈非編碼RNA（long noncoding RNAs，lncRNAs）是一類轉錄本長度超過200個核苷酸的RNA，其本身由于缺乏開放閱讀框架區而無蛋白編碼功能，但其具有調控基因表達的作用，以RNA的形式在多種層面上調控基因的表達水平[1-3]。一般而言，lncRNAs主要從以下3個層面實現對基因表達的調控：表觀遺傳學調控、轉錄調控和轉錄后調控[4-8]。對細胞核內lncRNAs的研究已經較為深入，越來越多的研究[9-10]發現，lncRNAs廣泛參與了基因組調節，如X染色體沉默、基因組印記以及染色質修飾、轉錄激活、轉錄干擾、核內運輸等多種對生長發育等生命過程重要的調控，并與包括腫瘤在內的許多疾病有著密切的聯系。大量的臨床和基礎研究[11-14]結果表明，在腫瘤的發生、發展中，lncRNAs扮演著非常重要的角色。就目前關于lncRNAs對消化系統腫瘤發生、發展調控機制的研究進展來看，有必要揭示清楚lncRNAs對消化系統不同腫瘤調控的相同機制有哪些。現主要綜述近年來常見lncRNAs對包括肝癌、胃腸腫瘤和胰腺癌在內的消化系統腫瘤發生、發展調控機制的研究進展。
1 lncRNA的功能及作用模式
lncRNA的功能及作用模式可大致分為三類：修飾（decoy）、指引（guide）和支架（scaffold）。
1.1 修飾
lncRNA的第一種作用是作為調控下游基因的分子修飾劑。有研究[15-18]發現，這類lncRNA被轉錄后會直接與轉錄因子或轉錄調節因子結合，從而隔離或阻斷其下游信號通路。lncRNA生長停滯特異性轉錄本5（growth arrest-specific transcript 5，GAS5）可與糖皮質激素受體結合，從而抑制糖皮質激素受體介導的相關基因的表達[15]。lncRNA上游DNA損傷活化p21相關非編碼RNA（p21 associated ncRNA DNA damage activated，PANDA）基因與核轉錄因子Yα亞基（nuclear transcription factor Y subunitα，NF-YA）結合，負向調控凋亡相關基因的表達[16]。lncRNA含有端粒重復單元的RNA（telomeric repeat-containing RNA，TERRA）通過重復序列與端粒酶相互作用抑制端粒酶的活性[17]。近年來Zhuang等[18]研究發現，抑癌性lncRNA H19/miR-675可通過直接作用于腫瘤抑制因子Runt結構域轉錄因子1（Runt domain transcription factor 1，RUNX1）促進胃癌細胞的生長和增殖。
1.2 指引
lncRNA的第二種作用是作為調控下游基因的分子指示劑。研究[19-21]發現，這類lncRNA可與蛋白（通常是轉錄因子）結合，然后指引核糖核蛋白復合物定位到特定DNA序列。失活X染色體特異轉錄本（X inactivation specific transcripts，XIST）是一個研究較為深入的lncRNA，它可引導多梳抑制復合體（polycomb repressive complex，PRC）2原位定位到X染色體實現X染色體失活[19]。長鏈基因間非編碼RNA-p21（large intergenic ncRNAs-p21，lincRNA-p21）通過與核內不均一核蛋白K（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein-K，hnRNP-K）相結合并且引導其定位于細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑1A（cyclin-dependent kinase inhibitor 1A，CDKN1A）基因，參與負向調控CDKN1A基因的表達，敲除lincRNA-p21的表達可改變1 000多種基因表達的改變[20]。lincRNA特異性調控基因表達的具體機制尚不十分清楚，并且其與基因的結合位點研究也不清楚。Chu等[21]應用RNA純化染色質分離方法研究乳腺癌細胞中同源異形盒（homeobox，HOX）轉錄反義RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）的結合位點，結果發現，在整個基因組中有832個HOTAIR結合位點。有趣的是，HOTAIR的結合位點較為聚集（< 500 bp）并且位于多梳蛋白結合結構域的中間，表明HOTAIR可作為募集多梳蛋白并將其定位于靶基因的驅動因素。
1.3 支架
lncRNA的第三種作用是作為調控下游基因的分子支架。研究[22-26]發現，lncRNA可以空間特異性的方式介導多種分子間的相互聚集，起到作為多個轉錄因子共同結合平臺的作用。當細胞中多條信號通路同時被激活，其信號下游的分子可結合到同一lncRNA鏈上，實現不同信號通路間的信號整合和交換。lncRNA INK4基因座中反義非編碼RNA（antisense non-coding RNA in the INK4 locus，ANRIL）可以與PRC1和PRC2結合[22-23]；lncRNA Kcnq1反義轉錄本1（Kcnq1 opposite strand/antisense transcript 1，Kcnq1ot1）可以與G9a和PRC2結合[24]。此外，lncRNA肺腺癌轉移相關轉錄本1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT）和核富含轉錄本1（nuclear enriched abundant transcript 1，NEAT1）也具有分子支架作用[25]。近來有研究[26]表明，HOTAIR可與PRC2復合物（H3K27三甲基化的抑制物）和LSD1/CoREST H3K4去甲基化酶復合物（H3K4三甲基化的失活物）這兩個染色質修飾復合物相互作用，結果顯示，PRC2結合結構域位于HOTAIR的5?端，而LSD1結合結構域位于HOTAIR的3?端，這表明HOTAIR可作為連接PRC2和LSD1的橋梁，最終使HOTAIR/PRC2/LSD1復合體通過多種可能機制抑制基因的表達。
需要注意的是，以上lncRNA的三種作用模式是相互聯系的，并非孤立存在。
2 代表性lncRNA在常見消化系腫瘤中的研究概況
盡管大部分lncRNA的功能尚不清楚，近年來研究發現，在包括肝癌、胰腺癌、胃腸腫瘤在內的常見消化系統腫瘤中，既有致癌性lncRNA如HOTAIR、MALAT1、TUC338、uc.73a、H19，又有抑癌性lncRNA如母系表達基因3（materally expressed gene 3，MEG3）、PTENP1，還有一些lncRNA如肝癌高表達轉錄本（highly up-regulated in liver cancer，HULC）的作用尚不十分明確[27-58]，見表 1。
表1
代表性lncRNA在常見消化系統腫瘤中的研究匯總
2.1 致癌性lncRNA
2.1.1 HOTAIR
在眾多lncRNA中，研究較為清楚的是HOTAIR。HOTAIR最初由Rinn等[47]發現，其主要通過募集PRC2介導H3K27的三甲基化來調控HOXD基因的表達，這種表觀遺傳沉默在腫瘤中發揮重要作用。研究[27-30]發現，HOTAIR在肝癌、結直腸癌、胰腺癌及胃腸道間質瘤中呈異常高表達，參與調控腫瘤增殖、侵襲、轉移等多種生物學功能，其分子作用模式較多且復雜，并且與患者的不良預后呈明顯正相關。在惡性胃腸道間質瘤中，HOTAIR可通過與miR-196a相互結合介導HOXC基因H3K4三甲基化，從而在表觀遺傳學水平調控基因表達，最終導致胃腸道間質瘤的惡性表型[30]。我們通過應用real-time RT-PCR曾對46例膽管癌患者手術切除的癌組織、癌旁組織及正常組織中的HOTAIR含量進行了定量分析，結果（未發表）顯示與癌旁組織和正常組織相比，癌組織中HOTAIR呈明顯高表達，這似乎提示HOTAIR可能參與膽管癌惡性生物學行為的某些表型。
2.1.2 MALAT1
MALAT1最初是作為轉移相關基因被發現的[48]。MALAT1定位于核散斑，核散斑中含有多種參與選擇性剪切的蛋白。研究[32, 48-49]發現，MALAT1高表達于肺癌、乳腺癌、前列腺癌、肝癌、胰腺癌等多種惡性腫瘤中。在消化系統惡性腫瘤中，MALAT1主要異常表達于肝癌、胰腺癌。研究[50]發現，MALAT1可通過調節絲氨酸/精氨酸剪切因子的磷酸化使肝癌細胞mRNA前體發生不同形式的選擇性剪切。Liu等[35]發現，MALAT1在胰腺導管腺癌組織和胰腺導管上皮細胞系HPDE6c-7中的表達明顯高于正常胰腺組織和細胞，并且MALAT1的表達水平與腫瘤大小、分期、浸潤深度和無病生存時間明顯呈正相關。Ji等[57]在對MALAT1介導的結直腸癌轉移機制研究中發現，MALAT1可通過分子支架模式作用于PTB相關剪接因子（SFPQ）/多聚嘧啶序列結合蛋白（PTBP2）復合體，使SFPQ從復合物解離，最終PTBP2促進腫瘤細胞增殖和轉移。此外，Yang等[58]研究發現，MALAT1可調控結腸癌細胞中至少243種基因的表達，結果發現，MALAT1可通過其中一種基因AKAP-9（PRKA激酶錨定蛋白-9）介導結直腸癌細胞增殖、侵襲和轉移的發生。
2.1.3 HULC
HULC最初是在肝癌中發現表達明顯上調的基因，定位于6p24.3[51]。Xie等[53]發現，肝癌患者外周血中HULC的表達明顯高于正常人。Wang等[45]研究發現，肝癌中過表達HULC可通過下調miR-372的表達、上調CREB基因表達等分子事件最終導致肝癌細胞染色質聚集。Matouk等[54]研究表明，非編碼RNA HULC不僅在肝癌中異常過表達，而且在肝轉移性結直腸癌中異常高表達，這似乎提示非編碼RNA HULC的高表達可能與肝臟的特殊內環境有關。除在肝癌中存在異常高表達外，Zhao等[52]發現，胃癌組織和細胞中HULC的表達均高于正常胃組織，并且其過表達與淋巴結轉移和遠處轉移呈正相關。此外，HULC可介導胃癌SGC7901細胞自噬的發生以及促進上皮間質轉化。
2.2 抑癌性lncRNA——MEG3
MEG3是最先被發現具有抑癌基因功能的lncRNA。MEG3正常表達于多種組織中，但在一些腫瘤細胞株，如腦膜瘤[43]中MEG3基本不表達，這提示MEG3具有抑癌基因功能。在一些消化系統腫瘤的研究[42, 56]中發現，與正常組織細胞相比，MEG3在肝癌[42]、胃癌[56]腫瘤細胞中的表達明顯下調，并且轉染MEG3基因后可通過上調p53基因的表達使癌細胞生長受抑制，誘導細胞凋亡。此外，研究[55]還發現，miRNA-29a可直接調控lncRNA MEG3基因在肝癌細胞中的表達水平。
3 小結
lncRNA可能通過多種機制對腫瘤細胞進行調控：①參與表觀遺傳沉默，如miR-196a-H3K4me3-HOXC的異常沉默在惡性胃腸道間質瘤中發揮作用[30]；②參與剪切調控，如lncRNA MALAT1可通過調節絲氨酸/精氨酸剪切因子的磷酸化使肝癌細胞mRNA前體發生不同形式的選擇性剪切[50]；③參與轉錄后調控，如MEG3可嚴格調控p53的活性[42-43]。總之，與研究較為成熟的短鏈非編碼RNA如microRNA不同，lncRNA對腫瘤調控機制的研究較為困難和復雜。然而，與microRNA相似，lncRNA不僅可作為腫瘤標志物用于臨床診斷，而且有望成為腫瘤靶向治療的新靶點。
長鏈非編碼RNA（long noncoding RNAs，lncRNAs）是一類轉錄本長度超過200個核苷酸的RNA，其本身由于缺乏開放閱讀框架區而無蛋白編碼功能，但其具有調控基因表達的作用，以RNA的形式在多種層面上調控基因的表達水平[1-3]。一般而言，lncRNAs主要從以下3個層面實現對基因表達的調控：表觀遺傳學調控、轉錄調控和轉錄后調控[4-8]。對細胞核內lncRNAs的研究已經較為深入，越來越多的研究[9-10]發現，lncRNAs廣泛參與了基因組調節，如X染色體沉默、基因組印記以及染色質修飾、轉錄激活、轉錄干擾、核內運輸等多種對生長發育等生命過程重要的調控，并與包括腫瘤在內的許多疾病有著密切的聯系。大量的臨床和基礎研究[11-14]結果表明，在腫瘤的發生、發展中，lncRNAs扮演著非常重要的角色。就目前關于lncRNAs對消化系統腫瘤發生、發展調控機制的研究進展來看，有必要揭示清楚lncRNAs對消化系統不同腫瘤調控的相同機制有哪些。現主要綜述近年來常見lncRNAs對包括肝癌、胃腸腫瘤和胰腺癌在內的消化系統腫瘤發生、發展調控機制的研究進展。
1 lncRNA的功能及作用模式
lncRNA的功能及作用模式可大致分為三類：修飾（decoy）、指引（guide）和支架（scaffold）。
1.1 修飾
lncRNA的第一種作用是作為調控下游基因的分子修飾劑。有研究[15-18]發現，這類lncRNA被轉錄后會直接與轉錄因子或轉錄調節因子結合，從而隔離或阻斷其下游信號通路。lncRNA生長停滯特異性轉錄本5（growth arrest-specific transcript 5，GAS5）可與糖皮質激素受體結合，從而抑制糖皮質激素受體介導的相關基因的表達[15]。lncRNA上游DNA損傷活化p21相關非編碼RNA（p21 associated ncRNA DNA damage activated，PANDA）基因與核轉錄因子Yα亞基（nuclear transcription factor Y subunitα，NF-YA）結合，負向調控凋亡相關基因的表達[16]。lncRNA含有端粒重復單元的RNA（telomeric repeat-containing RNA，TERRA）通過重復序列與端粒酶相互作用抑制端粒酶的活性[17]。近年來Zhuang等[18]研究發現，抑癌性lncRNA H19/miR-675可通過直接作用于腫瘤抑制因子Runt結構域轉錄因子1（Runt domain transcription factor 1，RUNX1）促進胃癌細胞的生長和增殖。
1.2 指引
lncRNA的第二種作用是作為調控下游基因的分子指示劑。研究[19-21]發現，這類lncRNA可與蛋白（通常是轉錄因子）結合，然后指引核糖核蛋白復合物定位到特定DNA序列。失活X染色體特異轉錄本（X inactivation specific transcripts，XIST）是一個研究較為深入的lncRNA，它可引導多梳抑制復合體（polycomb repressive complex，PRC）2原位定位到X染色體實現X染色體失活[19]。長鏈基因間非編碼RNA-p21（large intergenic ncRNAs-p21，lincRNA-p21）通過與核內不均一核蛋白K（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein-K，hnRNP-K）相結合并且引導其定位于細胞周期蛋白依賴性激酶抑制劑1A（cyclin-dependent kinase inhibitor 1A，CDKN1A）基因，參與負向調控CDKN1A基因的表達，敲除lincRNA-p21的表達可改變1 000多種基因表達的改變[20]。lincRNA特異性調控基因表達的具體機制尚不十分清楚，并且其與基因的結合位點研究也不清楚。Chu等[21]應用RNA純化染色質分離方法研究乳腺癌細胞中同源異形盒（homeobox，HOX）轉錄反義RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）的結合位點，結果發現，在整個基因組中有832個HOTAIR結合位點。有趣的是，HOTAIR的結合位點較為聚集（< 500 bp）并且位于多梳蛋白結合結構域的中間，表明HOTAIR可作為募集多梳蛋白并將其定位于靶基因的驅動因素。
1.3 支架
lncRNA的第三種作用是作為調控下游基因的分子支架。研究[22-26]發現，lncRNA可以空間特異性的方式介導多種分子間的相互聚集，起到作為多個轉錄因子共同結合平臺的作用。當細胞中多條信號通路同時被激活，其信號下游的分子可結合到同一lncRNA鏈上，實現不同信號通路間的信號整合和交換。lncRNA INK4基因座中反義非編碼RNA（antisense non-coding RNA in the INK4 locus，ANRIL）可以與PRC1和PRC2結合[22-23]；lncRNA Kcnq1反義轉錄本1（Kcnq1 opposite strand/antisense transcript 1，Kcnq1ot1）可以與G9a和PRC2結合[24]。此外，lncRNA肺腺癌轉移相關轉錄本1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT）和核富含轉錄本1（nuclear enriched abundant transcript 1，NEAT1）也具有分子支架作用[25]。近來有研究[26]表明，HOTAIR可與PRC2復合物（H3K27三甲基化的抑制物）和LSD1/CoREST H3K4去甲基化酶復合物（H3K4三甲基化的失活物）這兩個染色質修飾復合物相互作用，結果顯示，PRC2結合結構域位于HOTAIR的5?端，而LSD1結合結構域位于HOTAIR的3?端，這表明HOTAIR可作為連接PRC2和LSD1的橋梁，最終使HOTAIR/PRC2/LSD1復合體通過多種可能機制抑制基因的表達。
需要注意的是，以上lncRNA的三種作用模式是相互聯系的，并非孤立存在。
2 代表性lncRNA在常見消化系腫瘤中的研究概況
盡管大部分lncRNA的功能尚不清楚，近年來研究發現，在包括肝癌、胰腺癌、胃腸腫瘤在內的常見消化系統腫瘤中，既有致癌性lncRNA如HOTAIR、MALAT1、TUC338、uc.73a、H19，又有抑癌性lncRNA如母系表達基因3（materally expressed gene 3，MEG3）、PTENP1，還有一些lncRNA如肝癌高表達轉錄本（highly up-regulated in liver cancer，HULC）的作用尚不十分明確[27-58]，見表 1。
表1
代表性lncRNA在常見消化系統腫瘤中的研究匯總
2.1 致癌性lncRNA
2.1.1 HOTAIR
在眾多lncRNA中，研究較為清楚的是HOTAIR。HOTAIR最初由Rinn等[47]發現，其主要通過募集PRC2介導H3K27的三甲基化來調控HOXD基因的表達，這種表觀遺傳沉默在腫瘤中發揮重要作用。研究[27-30]發現，HOTAIR在肝癌、結直腸癌、胰腺癌及胃腸道間質瘤中呈異常高表達，參與調控腫瘤增殖、侵襲、轉移等多種生物學功能，其分子作用模式較多且復雜，并且與患者的不良預后呈明顯正相關。在惡性胃腸道間質瘤中，HOTAIR可通過與miR-196a相互結合介導HOXC基因H3K4三甲基化，從而在表觀遺傳學水平調控基因表達，最終導致胃腸道間質瘤的惡性表型[30]。我們通過應用real-time RT-PCR曾對46例膽管癌患者手術切除的癌組織、癌旁組織及正常組織中的HOTAIR含量進行了定量分析，結果（未發表）顯示與癌旁組織和正常組織相比，癌組織中HOTAIR呈明顯高表達，這似乎提示HOTAIR可能參與膽管癌惡性生物學行為的某些表型。
2.1.2 MALAT1
MALAT1最初是作為轉移相關基因被發現的[48]。MALAT1定位于核散斑，核散斑中含有多種參與選擇性剪切的蛋白。研究[32, 48-49]發現，MALAT1高表達于肺癌、乳腺癌、前列腺癌、肝癌、胰腺癌等多種惡性腫瘤中。在消化系統惡性腫瘤中，MALAT1主要異常表達于肝癌、胰腺癌。研究[50]發現，MALAT1可通過調節絲氨酸/精氨酸剪切因子的磷酸化使肝癌細胞mRNA前體發生不同形式的選擇性剪切。Liu等[35]發現，MALAT1在胰腺導管腺癌組織和胰腺導管上皮細胞系HPDE6c-7中的表達明顯高于正常胰腺組織和細胞，并且MALAT1的表達水平與腫瘤大小、分期、浸潤深度和無病生存時間明顯呈正相關。Ji等[57]在對MALAT1介導的結直腸癌轉移機制研究中發現，MALAT1可通過分子支架模式作用于PTB相關剪接因子（SFPQ）/多聚嘧啶序列結合蛋白（PTBP2）復合體，使SFPQ從復合物解離，最終PTBP2促進腫瘤細胞增殖和轉移。此外，Yang等[58]研究發現，MALAT1可調控結腸癌細胞中至少243種基因的表達，結果發現，MALAT1可通過其中一種基因AKAP-9（PRKA激酶錨定蛋白-9）介導結直腸癌細胞增殖、侵襲和轉移的發生。
2.1.3 HULC
HULC最初是在肝癌中發現表達明顯上調的基因，定位于6p24.3[51]。Xie等[53]發現，肝癌患者外周血中HULC的表達明顯高于正常人。Wang等[45]研究發現，肝癌中過表達HULC可通過下調miR-372的表達、上調CREB基因表達等分子事件最終導致肝癌細胞染色質聚集。Matouk等[54]研究表明，非編碼RNA HULC不僅在肝癌中異常過表達，而且在肝轉移性結直腸癌中異常高表達，這似乎提示非編碼RNA HULC的高表達可能與肝臟的特殊內環境有關。除在肝癌中存在異常高表達外，Zhao等[52]發現，胃癌組織和細胞中HULC的表達均高于正常胃組織，并且其過表達與淋巴結轉移和遠處轉移呈正相關。此外，HULC可介導胃癌SGC7901細胞自噬的發生以及促進上皮間質轉化。
2.2 抑癌性lncRNA——MEG3
MEG3是最先被發現具有抑癌基因功能的lncRNA。MEG3正常表達于多種組織中，但在一些腫瘤細胞株，如腦膜瘤[43]中MEG3基本不表達，這提示MEG3具有抑癌基因功能。在一些消化系統腫瘤的研究[42, 56]中發現，與正常組織細胞相比，MEG3在肝癌[42]、胃癌[56]腫瘤細胞中的表達明顯下調，并且轉染MEG3基因后可通過上調p53基因的表達使癌細胞生長受抑制，誘導細胞凋亡。此外，研究[55]還發現，miRNA-29a可直接調控lncRNA MEG3基因在肝癌細胞中的表達水平。
3 小結
lncRNA可能通過多種機制對腫瘤細胞進行調控：①參與表觀遺傳沉默，如miR-196a-H3K4me3-HOXC的異常沉默在惡性胃腸道間質瘤中發揮作用[30]；②參與剪切調控，如lncRNA MALAT1可通過調節絲氨酸/精氨酸剪切因子的磷酸化使肝癌細胞mRNA前體發生不同形式的選擇性剪切[50]；③參與轉錄后調控，如MEG3可嚴格調控p53的活性[42-43]。總之，與研究較為成熟的短鏈非編碼RNA如microRNA不同，lncRNA對腫瘤調控機制的研究較為困難和復雜。然而，與microRNA相似，lncRNA不僅可作為腫瘤標志物用于臨床診斷，而且有望成為腫瘤靶向治療的新靶點。
