长链非编码RNA在消化系统肿瘤中的研究进展

王诗怡 范一宏 吕 宾 李善高

浙江中医药大学附属第一医院消化内科(310006)

人类基因组中的DNA约93%被转录为RNA，其中仅2%可翻译成蛋白转录产物，其余98%均为编码能力极低或无编码功能的非编码RNA(noncoding RNA, ncRNA)，其中转录本长度超过200 bp的一组ncRNA称为长链非编码RNA(long noncoding RNA, lncRNA)[1]。长期以来，lncRNA被认为是转录过程中的暗物质而未受重视。近年来，随着对微RNA(miRNA)研究的深入，越来越多的研究显示，lncRNA在表观遗传学调控以及转录和转录后调控等方面发挥重要作用，参与调节机体多种生理和病理生理过程[2]。本文就lncRNA在消化系统肿瘤中的研究进展作一综述。

一、lncRNA的概况和分类

lncRNA位于细胞核或细胞质中，多由RNA聚合酶Ⅱ转录。lncRNA转录水平低于蛋白编码基因，具有组织特异性，参与表观遗传、可变剪接、入核转运等过程，也可作为mRNA的调控分子发挥作用[3]。根据lncRNA相对于蛋白编码基因的位置，可将其分为5类：①正义lncRNA：lncRNA与正义链上另一转录物的一个或多个外显子相重叠；②反义lncRNA：lncRNA与反义链上转录物的外显子相重叠；③双向lncRNA：lncRNA可同时向同一条链上蛋白编码基因转录方向相同或相反方向转录；④内含子lncRNA：lncRNA由转录产物的一个内含子区域转录得到；⑤基因间lncRNA：lncRNA位于两个基因之间[4]。

二、lncRNA的作用方式

目前已发现有数千个lncRNA参与哺乳动物的基因活动，以不同方式作用于蛋白编码基因，改变其生物学功能[5]。lncRNA的主要作用为：①在蛋白编码基因上游启动子区发生转录，干扰下游基因表达；②抑制RNA 聚合酶Ⅱ、介导染色质重构以及组蛋白修饰，从而影响蛋白编码基因表达；③与蛋白编码基因的转录本形成互补双链，干扰mRNA剪切，或在Dicer酶的作用下产生内源性siRNA，调控基因表达；④结合于特定蛋白质，改变该蛋白质的胞质定位，并调节其活性；⑤作为结构组分介导核酸-蛋白质复合体的形成；⑥作为小分子RNA(如miRNA)的前体分子，通过小分子RNA发挥基因调控作用[6]。

三、lncRNA与消化系统肿瘤

1. 食管癌：食管癌是我国发病率较高的恶性肿瘤，晚期多伴有进食困难，严重影响生活质量，早期诊断尤为重要。Barrett食管(BE)是指食管下段复层鳞状上皮被化生性柱状上 皮所取代的病理现象，是一种癌前病变，与食管腺癌(EAC)的发生密切相关[7]。Wu等[8]采用HELP-tagging第二代测序技术对BE的甲基化谱进行研究，发现与正常食管组织相比，lncRNA AFAP1-AS1在BE和EAC组织中均存在显著低甲基化和过表达，采用siRNA干扰技术下调AFAP1-AS1表达可抑制EAC细胞增殖，并降低其集落形成能力，同时诱导细胞凋亡，降低细胞迁移和侵袭能力。HOTAIR是近年来备受关注的与肿瘤密切相关的lncRNA。HOTAIR转录于HOXC位点，能同时结合多梳抑制复合体2(PRC2)和组蛋白去甲基化酶复合体，并介导这两种复合体结合至特异的基因组位点，沉默抑癌基因HOXD转录，从而促进肿瘤进展和转移[9]。有学者指出，HOTAIR表达水平与食管癌、乳腺癌、结肠癌、肝癌等肿瘤的转移、复发以及预后密切相关[10]。Lv等[11]通过原位杂交和实时定量PCR技术检测食管鳞状细胞癌(ESCC)组织和正常食管组织的HOTAIR水平，发现ESCC组织中HOTAIR表达水平显著升高，与ESCC的临床分期、TNM分期、组织分化程度和淋巴结转移呈正相关；HOTAIR低表达患者的5年生存率较高表达者显著升高。

2. 胃癌：目前关于lncRNA在胃癌中的研究较少。Arita等[12]对lncRNA H19的研究显示，其血浆水平在胃癌患者中显著升高，而在胃癌根治术后患者的血浆中显著降低，提示H19可用于胃癌早期诊断和术后检测。胃肠道间质瘤(GIST)是常见的间质性肿瘤。Niinuma等[13]采用基因芯片检测了56例GIST标本，结果显示HOTAIR在GIST中的表达显著升高，表达水平与肿瘤分级、转移以及预后密切相关；以siRNA沉默HOTAIR基因后，GIST细胞侵袭能力减弱。

3. 结直肠癌(CRC)：随着生活习惯、饮食结构的改变以及人口老龄化进程的加快，CRC在我国的发病率呈逐年升高趋势。Tsang等[14]的研究发现，在人结肠癌细胞株和CRC组织中，H19和miRNA-675表达升高，两者可作用于抑癌基因Rb以抑制其表达，从而促进肿瘤生长。然而，Yoshimizu等[15]对畸胎瘤、结肠癌、肝癌三种模型小鼠的研究发现，H19表达缺失可致小鼠畸胎瘤增大，结肠息肉增多，肝肿瘤形成加速，提示H19亦可作为肿瘤抑制因子发挥作用。由此可见，H19在肿瘤形成过程中具有双向调节功能，其促癌、抑癌的转换机制有待进一步研究。

早发现、早诊断是治疗CRC的关键。目前，诸多研究显示lncRNA可作为肿瘤标记物用于CRC的辅助诊断以及预后判断。Kogo等[16]发现，CRC Ⅳ期组织中的HOTAIR表达水平较癌旁正常组织明显升高，HOTAIR高表达的组织分化程度低、肿瘤浸润深、易发生肝转移，提示HOTAIR可作为判断CRC预后的指标。此外，尚有研究[17-19]显示LOC285194、PCAT-1、uc.73以及uc.388可作为CRC早期诊断和预后判断的潜在生物学标记物。

4. 胰腺癌：胰腺癌是消化道常见恶性肿瘤之一，以胰腺导管腺癌(PDAC)最为多见，恶性程度高，治疗手段有限。Tahira等[20]应用cDNA基因芯片技术对38例PDAC组织、癌旁组织以及转移灶组织进行基因表达谱分析，发现转移灶中MAPK通路相关基因的lncRNA丰度明显升高，进一步的研究显示，lncRNA PP3CB、MAP3K14、DAPK1在转移灶组织中的表达较PDAC组织明显升高，提示lncRNA高表达参与了PDAC的转移过程。Kim等[21]通过基因组富集分析发现，高表达HOTAIR的胰腺癌患者更易发生肿瘤浸润和区域淋巴结转移，生存率低，预后差；采用siRNA抑制胰腺癌细胞株的HOTAIR表达，可致细胞增殖减慢，细胞周期延长，细胞凋亡增加。进一步的基因芯片分析显示，胰腺癌组织中的HOTAIR可靶向抑制干扰素和细胞周期相关基因表达。上述研究提示lncRNA在胰腺癌转移过程中发挥重要作用。

PVT1是一个定位于染色体8q24的lncRNA，You等[22]的研究发现，PVT1基因失活可增加胰腺癌细胞株对化疗药物吉西他滨的敏感性；PVT1可作为促癌因子，促进肿瘤细胞增殖。BC-819是一种新型抗肿瘤药物，可特异性结合于肿瘤细胞内过表达的H19，形成DTA-H19质粒，继而分泌白喉毒素，从而破坏肿瘤细胞，但不影响正常细胞。目前该制剂用于治疗非小细胞肺癌、结肠癌、卵巢癌等的临床试验均取得良好效果[23]。Scaiewicz等[24]的研究显示，在PDAC细胞株CRL-1469裸鼠移植瘤模型中，瘤内注射BC-819可明显缩小肿瘤直径。一项Ⅰ/Ⅱa期临床试验显示，对9例不能切除的胰腺癌患者在内镜超声或CT引导下予每周2次瘤内注射BC-819，治疗1个月后88.9%的患者肿瘤体积未明显增长，治疗3个月后60%的患者肿瘤缩小且未发生转移[25]。Sorin等[26]的研究显示，BC-819联合化疗药物如吉西他滨治疗胰腺癌较单用吉西他滨具有更好的疗效，有望作为胰腺癌治疗的新手段。

5. 肝癌：目前关于肝癌中lncRNA的研究较多，已发现多种lncRNA如HULC、lncRNA-Dreh、H19、HEIN、HOTAIR、MALAT1、MEG3等与肝癌有关。乙型肝炎病毒(HBV)感染与肝细胞癌的发生密切相关，乙型肝炎病毒X蛋白(HBx)在肝细胞癌形成过程中起关键作用，其作为HBV复制的必需因子，可在基因转录、细胞周期、细胞信号通路等多个环节参与促进肝细胞癌发生[27]。Huang等[28]应用微阵列分析筛选出HBx相关性lncRNA lncRNA-Dreh，发现其可通过下调HBx表达抑制肝癌细胞生长、转移，从而抑制HBV相关性肝细胞癌的进展，相关机制可能是此种lncRNA可与中间丝蛋白波形蛋白结合，抑制其表达，从而改变细胞骨架结构，起到阻止肝癌细胞生长、转移的作用，此结果为lncRNA靶向治疗HBV相关性肝细胞癌提供了理论支持。此外，Liu等[29]的研究显示，HULC启动子区域rs7763881变异的基因型有助于降低HBV携带者发展为肝细胞癌的风险，提示HULC可在一定遗传背景下参与肝细胞癌的发生。

肝癌起病隐匿，大多数患者初次就诊时已处于中晚期，故肝癌的早期发现和诊断对患者的预后至关重要。研究[30]表明，H19在原发性肝癌中的表达高于甲胎蛋白，与甲胎蛋白联合检测可提高早期肝癌的诊断率。Panzitt等[31]应用基因芯片技术的研究发现，HULC具有肝癌特异性，是肝癌组织中表达水平升高最为显著的转录本，以siRNA下调肝癌细胞株的HULC表达后，可出现多个基因表达异常，其中以CKD8、GGTLA4、LT-βR、MKNK2、Syndecan4与肝细胞癌变关系最为密切，由此认为HULC在肝细胞癌变中起有重要作用。Wang等[32]的研究显示，HULC可通过下调miRNA-372等的表达而抑制其活性，进而影响肝癌细胞的恶性生物学行为。Matouk等[33]的研究发现，在CRC肝转移组织中，HULC表达水平明显升高，而正常结直肠组织和未发生转移的CRC组织均无HULC表达，提示HULC对原发性和继发性肝癌的诊断均具有一定价值。

在肝癌治疗方面，Geng等[34]的研究显示，肝癌组织中HOTAIR高表达可通过诱导基质金属蛋白酶-9和血管内皮生长因子分泌而促进肿瘤细胞增殖和迁移，增加肝癌患者术后淋巴结转移的风险，提示HOTAIR可作为治疗转移性肝癌的潜在靶点。Lai等[35]的研究发现，抑制MALAT-1表达不仅可减弱肝癌细胞的活性、迁移力和侵袭力，还可增加肝癌细胞对肿瘤坏死因子-α、十字孢碱、顺铂、阿霉素等药物诱导凋亡的敏感性。Tsang等[36]的研究显示，在肝癌细胞株中，CUDR可通过下调caspase-3表达而抑制肿瘤细胞凋亡，导致耐药发生。

四、结语

较之蛋白编码基因以及siRNA、miRNA等小分子RNA，lncRNA的研究尚处于起步阶段，但随着研究的深入，越来越多的lncRNA被发现参与了消化系统疾病的发生、发展，而且lncRNA独有的生物学特性，如组织特异性、在体循环中的稳定性等，使其有望成为肿瘤诊断和预后判断的生物学标记物。目前，lncRNA的作用尚未完全明确，随着新一代测序技术、生物信息学技术等的发展，lncRNA在消化系统肿瘤中的作用将得到更深入的研究，从而为消化系统肿瘤的诊断和治疗提供新思路。

1 Kapranov P, Cheng J, Dike S, et al. RNA maps reveal new RNA classes and a possible function for pervasive transcription[J]. Science, 2007, 316 (5830): 1484-1488.

2 Mercer TR, Dinger ME, Mattick JS. Long non-coding RNAs: insights into functions[J]. Nat Rev Genet, 2009, 10 (3): 155-159.

3 Gong C, Maquat LE. lncRNAs transactivate STAU1-mediated mRNA decay by duplexing with 3’ UTRs via Alu elements[J]. Nature, 2011, 470 (7333): 284-288.

4 Ponting CP, Oliver PL, Reik W. Evolution and functions of long noncoding RNAs[J]. Cell, 2009, 136 (4): 629-641.

5 Guttman M, Amit I, Garber M, et al. Chromatin signature reveals over a thousand highly conserved large non-coding RNAs in mammals[J]. Nature, 2009, 458 (7235): 223-227.

6 Wilusz JE, Sunwoo H, Spector DL. Long noncoding RNAs: functional surprises from the RNA world[J]. Genes Dev, 2009, 23 (13): 1494-1504.

7 Spechler SJ. Barrett esophagus and risk of esophageal cancer: a clinical review[J]. JAMA, 2013, 310 (6): 627-636.

8 Wu W, Bhagat TD, Yang X, et al. Hypomethylation of noncoding DNA regions and overexpression of the long noncoding RNA, AFAP1-AS1, in Barrett’s esophagus and esophageal adenocarcinoma[J]. Gastroenterology, 2013, 144 (5): 956-966. e4.

9 Gupta RA, Shah N, Wang KC, et al. Long non-coding RNA HOTAIR reprograms chromatin state to promote cancer metastasis[J]. Nature, 2010, 464 (7291): 1071-1076.

10 Tano K, Akimitsu N. Long non-coding RNAs in cancer progression[J]. Front Genet, 2012, 3: 219.

11 Lv XB, Lian GY, Wang HR, et al. Long noncoding RNA HOTAIR is a prognostic marker for esophageal squamous cell carcinoma progression and survival[J]. PLoS One, 2013, 8 (5): e63516.

12 Arita T, Ichikawa D, Konishi H, et al. Circulating long non-coding RNAs in plasma of patients with gastric cancer[J]. Anticancer Res, 2013, 33 (8): 3185-3193.

13 Niinuma T, Suzuki H, Nojima M, et al. Upregulation of miR-196a and HOTAIR drive malignant character in gastrointestinal stromal tumors[J]. Cancer Res, 2012, 72 (5): 1126-1136.

14 Tsang WP, Ng EK, Ng SS, et al. Oncofetal H19-derived miR-675 regulates tumor suppressor RB in human colorectal cancer[J]. Carcinogenesis, 2010, 31 (3): 350-358.

15 Yoshimizu T, Miroglio A, Ripoche MA, et al. The H19 locus actsinvivoas a tumor suppressor[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2008, 105 (34): 12417-12422.

16 Kogo R, Shimamura T, Mimori K, et al. Long noncoding RNA HOTAIR regulates polycomb-dependent chromatin modification and is associated with poor prognosis in colorectal cancers[J]. Cancer Res, 2011, 71 (20): 6320-6326.

17 Qi P, Xu MD, Ni SJ, et al. Low expression of LOC285194 is associated with poor prognosis in colorectal cancer[J]. J Transl Med, 2013, 11 (1): 122.

18 Ge X, Chen Y, Liao X, et al. Overexpression of long noncoding RNA PCAT-1 is a novel biomarker of poor prognosis in patients with colorectal cancer[J]. Med Oncol, 2013, 30 (2): 588.

19 Sana J, Hankeova S, Svoboda M, et al. Expression levels of transcribed ultraconserved regions uc.73 and uc.388 are altered in colorectal cancer[J]. Oncology, 2012, 82 (2): 114-118.

20 Tahira AC, Kubrusly MS, Faria MF, et al. Long noncoding intronic RNAs are differentially expressed in primary and metastatic pancreatic cancer[J]. Mol Cancer, 2011, 10: 141.

21 Kim K, Jutooru I, Chadalapaka G, et al. HOTAIR is a negative prognostic factor and exhibits pro-oncogenic activity in pancreatic cancer[J]. Oncogene, 2013, 32 (13): 1616-1625.

22 You L, Chang D, Du HZ, et al. Genome-wide screen identifies PVT1 as a regulator of Gemcitabine sensitivity in human pancreatic cancer cells[J]. Biochem Biophys Res Commun, 2011, 407 (1): 1-6.

23 Smaldone MC, Davies BJ. BC-819, a plasmid comprising the H19 gene regulatory sequences and diphtheria toxin A, for the potential targeted therapy of cancers[J]. Curr Opin Mol Ther, 2010, 12 (5): 607-616.

24 Scaiewicz V, Sorin V, Fellig Y, et al. Use of H19 gene regulatory sequences in DNA-based therapy for pancreatic cancer[J]. J Oncol, 2010, 2010: 178174.

25 Hanna N, Ohana P, Konikoff FM, et al. Phase 1/2a, dose-escalation, safety, pharmacokinetic and preliminary efficacy study of intratumoral administration of BC-819 in patients with unresectable pancreatic cancer[J]. Cancer Gene Ther, 2012, 19 (6): 374-381.

26 Sorin V, Ohana P, Gallula J, et al. H19-promoter-targeted therapy combined with gemcitabine in the treatment of pancreatic cancer[J]. ISRN Oncol, 2012, 2012: 351750.

27 Gong P, Zhang X, Zhang J, et al. Hepatitis B virus X protein in the proliferation of hepatocellular carcinoma cells[J]. Front Biosci (Landmark Ed), 2013, 18: 1256-1265.

28 Huang JF, Guo YJ, Zhao CX, et al. Hepatitis B virus X protein (HBx)-related long noncoding RNA (lncRNA) down-regulated expression by HBx (Dreh) inhibits hepatocellular carcinoma metastasis by targeting the intermediate filament protein vimentin[J]. Hepatology, 2013, 57 (5): 1882-1892.

29 Liu Y, Pan S, Liu L, et al. A genetic variant in long non-coding RNA HULC contributes to risk of HBV-related hepatocellular carcinoma in a Chinese population[J]. PLoS One, 2012, 7 (4): e35145.

30 Matouk IJ, DeGroot N, Mezan S, et al. The H19 non-coding RNA is essential for human tumor growth[J]. PLoS One, 2007, 2 (9): e845.

31 Panzitt K, Tschernatsch MM, Guelly C, et al. Characterization of HULC, a novel gene with striking up-regulation in hepatocellular carcinoma, as noncoding RNA[J]. Gastroenterology, 2007, 132 (1): 330-342.

32 Wang J, Liu X, Wu H, et al. CREB up-regulates long non-coding RNA, HULC expression through interaction with microRNA-372 in liver cancer[J]. Nucleic Acids Res, 2010, 38 (16): 5366-5383.

33 Matouk IJ, Abbasi I, Hochberg A, et al. Highly upregulated in liver cancer noncoding RNA is overexpressed in hepatic colorectal metastasis[J]. Eur J Gastroenterol Hepatol, 2009, 21 (6): 688-692.

34 Geng YJ, Xie SL, Li Q, et al. Large intervening non-coding RNA HOTAIR is associated with hepatocellular carcinoma progression[J]. J Int Med Res, 2011, 39 (6): 2119-2128.

35 Lai MC, Yang Z, Zhou L, et al. Long non-coding RNA MALAT-1 overexpression predicts tumor recurrence of hepatocellular carcinoma after liver transplantation[J]. Med Oncol, 2012, 29 (3): 1810-1816.

36 Tsang WP, Wong TW, Cheung AH, et al. Induction of drug resistance and transformation in human cancer cells by the noncoding RNA CUDR[J]. RNA, 2007, 13 (6): 890-898.