竞争性内源RNA与肿瘤发生的研究进展

李 艳，沈飞阳，马礼丹，张艳青

(扬州大学医学院 非编码RNA中心，江苏 扬州 225001)



短篇综述

竞争性内源RNA与肿瘤发生的研究进展

李 艳，沈飞阳，马礼丹，张艳青*

(扬州大学医学院 非编码RNA中心，江苏 扬州 225001)

微小RNA(miRNA)可与信使RNA(mRNA)的3′端非翻译区(3′UTR)互补结合，降低mRNA的稳定性或抑制mRNA的翻译，负性调节靶基因的表达。然而一些mRNAs、假基因、长链非编码RNA(LncRNA)以及环状RNA(circRNA)含有某些miRNA结合位点，可通过miRNA应答元件(MREs)竞争性结合相同的miRNA,解除或减轻miRNA对靶基因的抑制作用，调节靶基因的表达,这种作用机制称为竞争性内源RNA(ceRNA)假说。在肿瘤的发生过程中，mRNAs、假基因转录物、lncRNA、circRNA可作为ceRNA，通过竞争性结合相同的致瘤性或抑瘤性的miRNA，起到抑制或促进肿瘤发生的作用。

ceRNA; miRNA; 靶基因; 肿瘤发生

大量的实验研究证明miRNA(microRNA)、mRNA(messenger RNA)、假基因、LncRNA(long non-coding RNA)、环状RNA(circRNA)之间形成了复杂的网络，通过这种网络相互调节各自的表达水平[1]。Poliseno等[2]提出了ceRNA(competing endogenous)假说：mRNA、假基因、LncRNA等内源性RNA含有某些miRNA结合位点，可通过这些结合位点竞争性结合相同的miRNA，降低miRNA对靶基因mRNA的抑制作用，提高靶基因的表达水平。继而调节一系列的生物学行为, 包括肿瘤的发生[3- 4]。

越来越多的证据表明ceRNA与肿瘤的发生密切相关。现对ceRNA对肿瘤发生的影响综述如下。

1 miRNA与肿瘤的关系

miRNA是一类长度约22 nt的单链非编码小RNA,可与mRNA的3′UTR(3′-Untranslated Region)互补结合，抑制mRNA的翻译或降低mRNA的稳定性，从而负调节mRNA的表达[5]，进一步调控多种生物学行为，如发育、分化和凋亡等，且与肿瘤的发生密切相关[6- 7]。不同的miRNA在肿瘤发生过程中可表现为类似癌基因或抑癌基因的作用[6],已证实miR- 221、miR- 222、miR- 10b和miR- 21 等为致瘤性miRNA而miR- 15/16、miR- 34a/b/c和let- 7等为抑瘤性miRNA。由此可见miRNA与肿瘤的发生有着密切的关系。

2 假基因作为ceRNA在肿瘤发生中的作用研究

假基因，又称“伪基因”，是DNA 碱基序列中，一段不能编码功能蛋白，但与已知功能基因的序列有非常相似的片段[3]。假基因含有与功能基因转录物相同的MREs(miRNA respone element),因此假基因可作为功能基因的ceRNA，影响miRNA对功能基因的靶向抑制作用，调控靶基因的表达[8]。越来越多的证据表明一些伪基因与肿瘤的发生有着密切的关系。

2.1 假基因的抑癌作用

在多种恶性肿瘤中，普遍存在肿瘤抑癌基因PTEN(phosphatase and tensin homolog)失活或表达抑制，因此对其ceRNA的研究为肿瘤的防治与治疗提供了新的思路。PTEN的假基因PTENP1是第一个被发现的假基因，可作为PTEN的ceRNA调节PTEN的表达，抑制肿瘤的发生[9]。在透明细胞肾细胞癌中，高表达PTENP1可竞争性结合靶向PTEN的miR- 21，导致miR- 21对PTEN的抑制作用减弱，PTEN的表达水平升高，从而抑制癌细胞的增殖，促进细胞凋亡[10]。在前列腺癌中，PTENP1通过MREs竞争性结合miR- 19b、miR- 20a、 miR- 21和 miR- 26a等多个致癌性miRNA，释放靶基因PTEN，从而达到抑癌作用[11]。

2.2 假基因的促癌作用

在前列腺癌中，除了PTEN的假基因PTENP1外，癌基因KRAS(Kirsten ras)的假基因KRAS1竞争性结合抑瘤性的let- 7家族，提高靶基因KRAS的表达水平，促进癌细胞的增殖[11]。高迁移率族蛋白A1(high mobility Group A，HMGA1)基因在正常的组织或成人中表达水平很低，与癌细胞的迁移和侵袭密切相关。HMGA1的两个假基因HMGA1p6和HMGA1p7可作为HMGA1的ceRNA，竞争性结合一系列miRNAs(包括miRNA- 15、miRNA- 16、miRNA- 214和miRNA- 761)，使HMGA1表达水平升高，可促进癌细胞的迁移和侵袭[8]。除此之外，Oct4的假基因OCT4-pg4可竞争性结合抑瘤性miR- 145，促进肝癌的发生[12]。因此，促癌性的假基因可作为一种新的肿瘤标志物，降低或抑制促癌性的假基因在体内的表达可为肿瘤的预防、治疗、预后评估提供新的思路。

3 mRNA作为ceRNA在肿瘤发生中的作用研究

miRNA可与 mRNA 的3′UTR互补结合，抑制mRNA的功能。因此含有同种miRNA结合位点的不同mRNA之间可通过竞争性结合相同的miRNA，调节各自的表达水平，发挥ceRNA的作用，调节肿瘤的发生。

3.1 mRNA的抑癌作用

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤。其发病机制的研究一直备受关注，近年来对ceRNA作用的研究也取得了较多的进展，为乳腺癌的预防和治疗开辟了新的途径。在乳腺癌细胞转移过程中，FOXO1 mRNA的3′UTR可作为钙黏蛋白-E(E-cadherin)的ceRNA，竞争性结合miR- 9，减轻miR- 9对钙黏蛋白-E的靶向抑制作用，促进钙黏蛋白-E的表达，抑制上皮-间充质转换(epithelial-to-mesenchymal transition,EMT)，从而抑制癌细胞的扩散与转移[13]。除此之外，在乳腺癌中，多功能蛋白聚糖(versican)mRNA的3′UTR含有miR- 199a- 3p、miR- 144和miR- 140的结合位点(其中miR- 199a- 3p和miR- 144抑制Rb1的表达，miR- 199a- 3p和miR- 140抑制PTEN的表达)，多功能蛋白聚糖的3′UTR可竞争性结合这些miRNAs，增加靶基因Rb1、PTEN的表达，从而抑制肿瘤细胞的增殖和肿瘤的生长[14]。在直肠癌中，VAPA基因与抑癌基因PTENmRNA的3′UTR都含有miR- 17、miR- 19a、miR- 20a、miR- 20b、miR- 16a和miR- 16b等多种miRNA的结合位点，可作为PTEN的CeRNA，抑制癌细胞的增殖; 除VAPA外，CNOT6的3′UTR也能与PTEN竞争结合它们的共享miRNA包括miR- 17、miR- 19a、miR- 19b、miR- 20a、miR- 20b和miR- 106b等，调节PTEN的表达，影响直肠癌的发展[15]。除此之外，众所周知ZEB2蛋白可促进上皮性癌症的发生，在黑色素瘤中,ZEB2蛋白编码功能受抑制,但ZEB2 mRNA的3′UTR可作为抑癌基因PTEN的ceRNA，起到抑癌作用[16]。这一系列的研究表明mRNA可作为ceRNA发挥抑癌作用现象的广泛性和普遍性。

3.2 mRNA作为ceRNA的促癌作用

Hmga2的3′UTR可作为TGF-β共受体tgfbr3的ceRNA，通过竞争性结合抑瘤性miRNA let- 7家族而调节tgfbr3的表达。研究发现高表达Hmga2时，Hmga2结合let- 7较多，tgfbr3表达增加，增强TGF-β信号通路，促进肺癌细胞的增殖、转移与扩散[17]。在非小细胞肺癌中， AEG- 1的3′UTR可作为Snail和Vimentin的ceRNA的作用，竞争性结合miR- 30a，促进EMT，从而促进癌细胞的转移和侵袭[18]。

4 LncRNA 作为ceRNA在肿瘤发生中的作用研究

LncRNA是长度超过200 nt的转录物，不能编码功能蛋白，以前被称为“转录噪音”而被忽视，但是近几年来随着ceRNA假说的提出，科研人员发现一些lncRNA也含有某个或多个miRNA的MREs，可与一些mRNAs竞争性结合相同的miRNAs，调节mRNAs 的表达，参与肿瘤的发生[1,19]。

4.1 LncRNA的抑癌作用

在正常的乳腺组织中，LncRNAPVE1含有miR- 200的结合位点，是CDH1最主要的ceRNA，可通过竞争性结合miR- 200，抑制miR- 200对CDH1的靶向作用，提高CDH1的表达水平，促进细胞间的黏附，抑制细胞的转移。然而在乳腺癌中，CDH1的ceRNA功能则完全消失[20]。

4.2 LncRNA的促癌作用

在子宫内膜癌变的过程中, linc-ROR可作为核心干细胞转录因子(core stem cell transcription factors)ceRNA，竞争性结合靶向TF的miR- 135，释放被抑制的TF，抑制子宫内膜癌干细胞的分化，从而有利于子宫内膜癌的发生[21]。中国是消化道恶性肿瘤的高发地区，中国学者对一些常见恶性肿瘤中相关ceRNA的研究也有很大的进展。研究发现miR- 331- 3p可与原癌基因HER2 mRNA结合，抑制HER2的表达，从而抑制细胞的增殖。在胃癌中，lncRNAHOTAIR也含有miR- 331- 3p MREs，对HER2可起到ceRNA作用。当高表达HOTAIR时，HOTAIR竞争性结合miR- 331- 3p 能力增强，miR- 331- 3p 对HER2的抑制作用减弱，从而促进癌细胞的增殖、侵袭与转移[22]。在肝细胞癌(HCC)中，多个lncRNA可作为ceRNA，调节HCC的发生发展。其中CCAT1可作为抑癌let- 7家族的“海绵”，上调let- 7靶基因HMGA2和c-myc的表达，抑制癌细胞的凋亡、促进癌细胞增殖、转移并促进肝细胞癌的恶化[23]。此外lncRNA-UCA1可作为FGFR1的ceRNA，竞争性结合miR- 216b，减轻miR- 216b对FGFR1的抑制作用，促进FGFR1的表达，激活ERK信号通路，促进HCC癌细胞的转移与侵袭[24]。另外，lncRNA-ATB在HCC发生中可作为ZEB1，ZEB2的ceRNA,竞争性结合miR- 200家族，上调miR- 200的靶基因ZEB1和ZEB2，诱导EMT，促进癌细胞的侵袭与转移[25]。虽然lncRNA作为ceRNA对肿瘤发生起着重要的作用，但是目前已知功能的lncRNA却很少，需要进一步的深入研究，使人类更深入地了解肿瘤的发病机制。

5 环状RNA(circRNA)作为ceRNA在肿瘤发生中的作用研究

circRNA通常是由外显子构成的环状RNA,是一种新型而神秘的内源性RNA。近年来一些研究表明circRNA含有大量的miRNAs的MREs，可发挥ceRNA的作用，成为ceRNA中的一位新成员[26]。随着对circRNA的不断探索研究，其在肿瘤发生中的作用也逐渐被人们认识。

目前已知的circRNAciRS- 7，可通过竞争性结合miR- 7，解除或减轻 miR- 7对致癌因子(包括EGF受体、IRS- 1、IRS- 2、Pakl、Rafl、Ackl和PIK3CD)的抑制作用，致癌因子表达增加，促进癌症的进展。在直肠癌中ciRS- 7结合miR- 7，促进致癌转录体YY1的表达，抑制P53的表达，促进癌细胞的增殖、转移并抑制癌细胞的凋亡[27]。虽然miR- 7具有显著的抑癌作用，但是少数报道miR- 7具有致癌作用，因此ciRS- 7结合miR- 7可发挥抑癌作用。在肺癌中，高表达miR- 7可促进癌细胞的增殖、抑制细胞的凋亡。ciRS- 7结合miR- 7可抑制癌细胞的增殖从而发挥抑癌作用[28]。虽然ciRS- 7作为ceRNA在肿瘤发生中的作用存在争议，但其作为ceRNA的一位新成员在肿瘤发生中的作用仍未知，需要科研人员的进一步深入研究，为了解肿瘤发病机制提供了新的方向。

6 问题与展望

ceRNA假说提供了一种新的转录后的调控模式。然而ceRNA假说也存在一些缺陷，有待进一步的改善。首先，认定miRNA的水平是稳定的，忽略了miRNA在细胞内是变化的，忽略了miRNA变化的影响。另外，假基因、mRNA、lncRNA和circRNA在肿瘤中的作用，除了作为ceRNA外, 其他作用机制也未考虑了，例如需要RNA诱导的沉默复合体、影响其他与肿瘤发生相关的信号通路等[29- 30]。这些肿瘤影响因素相互影响相互作用，与肿瘤的发生密切相关。

与人工miRNA海绵相比，ceRNA属于天然miRNA海绵，其优势在于一种miRNA含有几种不同的MREs，可同时抑制多种miRNAs，形成一个巨大的调节网，参与多种生物学行为，包括肿瘤的发生。已经发现假基因、mRNA、lncRNA和circRNA可作为ceRNA,在肿瘤的发生中起到重要的作用。假基因、mRNA、lncRNA和circRNA可作为肿瘤的标志物，为肿瘤的诊断、治疗和预后评价提供新的思路。

假基因、lncRNA、mRNA(Coding RNAs)和circRNA可作为ceRNA通过竞争性结合相同的miRNAs,抑制miRNAs的靶向作用，提高靶基因的表达。

[1] Tay Y, Rinn J, Pandolfi PP. The multilayered complexity of ceRNA crosstalk and competition[J]. Nature, 2014, 505:344- 352.

[2] Salmena L, Poliseno L, Tay Y,etal. A ceRNA hypothesis: the rosetta stone of a hidden RNA language? [J]. Cell, 2011, 146:353- 358.

[3] Kartha RV, Subramanian S. Competing endogenous RNAs (ceRNAs): new entrants to the intricacies of gene regulation.[J]. Front Genet, 2014,5:8. doi:10.3389/fgene.2014.00008.

[4] Pilyugin M, Irminger-Finger I. Long non-coding RNA and microRNAs might act in regulating the expression of BARD1 mRNAs[J]. Int J Biochem Cell Biol, 2014,54:356- 367.

[5] Fassan M, Baffa R, Palazzo JP,etal.MicroRNA expression profiling of male breast cancer[J]. Breast Cancer Res, 2009, 11. doi:10.1186/bcr2348.

[6] Karreth FA, Pandolfi PP. ceRNA cross-talk in cancer: when ce-bling rivalries go awry[J]. Cancer Discov, 2013, 3:1113- 1121.

[7] Su X, Xing J, Wang Z,etal. microRNAs and ceRNAs: RNA networks in pathogenesis of cancer[J]. Chin J Cancer Res, 2013, 25:235- 239.

[8] Esposito F, De Martino M, Petti MG,etal. HMGA1 pseudogenes as candidate proto-oncogenic competitive endogenous RNAs[J]. Oncotarget, 2014, 5:8341- 8354.

[9] Johnsson P, Ackley A, Vidarsdottir L,etal. A pseudogene long-noncoding-RNA network regulates PTEN transcription and translation in human cells[J].Nat Strut Mol Biol, 2013, 20:440- 446.

[10] Yu G, Yao W, Gumireddy K,etal. Pseudogene PTENP1 functions as a competing endogenous RNA to suppress clear-cell renal cell carcinoma progression[J].Mol Cancer Ther, 2014, 13:3086- 3097.

[11] Poliseno L，Salmena L，Zhang J,etal．A coding-independent function of gene and pseudogene mRNAs regulates tumour biology[J]. Nature, 2010, 465:1033- 1038.

[12] Wang L,Guo ZY, Zhang R,etal. Pseudogene OCT4-pg4 functions as a natural micro RNA sponge to regulate OCT4 expression by competing for miR- 145 in hepatocellular carcinoma[J]. Carcinogenesis, 2013, 34:1773- 1781.

[13] Yang J, Li T, Gao C,etal.FOXO1 3′UTR functions as a ceRNA in repressing the metastases of breast cancer cells via regulating miRNA activity[J]. FEBS Lett, 2014,588:3218- 3224.

[14] Lee DY, Jeyapalan Z, Fang L,etal. Expression of versican 3′-untranslated region modulates endogenous microRNA functions[J]. PLoS One, 2010, 5. doi: 10.1371 /journal.pone.0013599.

[15] Tay Y, Kats L, Salmena L,etal. Coding-independent regulation of the tumor suppressor PTEN by competing endogenous mRNAs[J]. Cell, 2011, 147: 344- 357.

[16] Florian AK, Yvonne T, Daniele P,etal.Invivoidentification of tumor suppressive PTEN ceRNAs in an oncogenic BRAF-induced mouse model of melanoma[J]. Cell, 2011, 147: 382- 395.

[17] Kumar MS, Armenteros-Monterroso E, East P,etal. Hmga2 functions as a competing endogenous RNA to promote lung cancer progression[J]. Nature, 2014, 505: 212- 217.

[18] Liu K, Guo L, Guo Y,etal. AEG-1 3′-untranslated region functions as a ceRNA in inducing epithelial-mesenchymal transition of human non-small cell lung cancer by regulating miR- 30a activity[J]. Eur J Cell Biol, 2015, 94:22- 31.

[19] Nagano T, Fraser P. No-nonsense functions for long noncoding RNAs[J]. Cell, 2011, 145:178- 181.

[20] Paci P, Colombo T, Farina L.Computational analysis identifies a sponge interaction network between long non-coding RNAs and messenger RNAs in human breast Cancer[J]. BMC Syst Biol, 2014, 8:83. doi:10.1186/1752- 0509- 8- 83.

[21] Zhou X, Gao Q, Wang J,etal. Linc-RNA-RoR acts as a “sponge” against mediation of the differentiation of endometrial cancer stem cells by microRNA- 145[J]. Gynecol Oncol, 2014, 133:333- 339.

[22] Liu XH, Sun M, Nie FQ,etal. Lnc RNA HOTAIR functions as a competing endogenous RNA to regulate HER2 expression by sponging miR- 331- 3p in gastric cancer[J]. Mol Cancer, 2014, 92: 2739- 2748.

[23] Deng L,Yang SB,Xu FF,etal.Long noncoding RNA CCAT1 promotes hepatocellular carcinoma by functioning as let- 7 sponge[J]. J Exp Clin Cancer Res, 2015, 34:18.

[24] Wang F, Ying HQ, He BS,etal. Upregulated lncRNA-UCA1 contributes to progression of hepatocellular carcinoma through inhibition of miR- 216b and activation of FGFR1/ERK signaling pathway[J]. Oncotarget, 2015,6:7899- 7917

[25] Yuan JH, Yang F, Wang F,etal. A long noncoding RNA activated by TGF-β promoyes the invasion-metastasis cascade in the hepatocellular carcinoma[J]. Cancer Cell, 2014,25:666- 681.

[26] Memczak S, Jens M, Elefsinioti A,etal. Circular RNAs are a large class of animal RNAs with regulatory potency[J]. Nature, 2013, 495: 333- 338.

[27] Hansen TB,Kjems, Damgaard CK. Circular RNA and miR- 7 in cancer[J]. Cancer Res, 2013,73: 5609- 5612.

[28] Zhang N, Li X, Wu CW,etal. microRNA- 7 is a novel inhibitor of YY1 contributing to colorectal tumorigenesis[J]. Oncogene, 2013, 32:5078- 5088.

[29] Carthew RW, Sontheimer EJ. Origins and mechanisms of miRNAs and siRNAs.[J]. Cell, 2009, 136: 642- 655.

[30] Khan AA, Betel D, Miller M L,etal.Transfection of small RNAs globally perturbs gene regulation by endogenous microRNAs[J]. Nature Biotechnol, 2009, 27: 549- 555.

Research progress on the competing endogenous RNA and tumorigenesis

LI Yan, SHEN Fei-yang, MA Li-dan,ZHANG Yan-qing*

(Non-coding RNA Center of Medical College of Yangzhou University, Yangzhou 225001, China)

MiRNA can reduce the stability of the messenger RNA or inhibit the translation of the messenger RNA by targeting its 3′-Untranslated Region(3′UTR),thereby negatively regulate the expression of the target gene.Nevertheless, some mRNAs;pseudogenes;long non-coding RNAs(LncRNA)and circRNAs can competitively combine with the same miRNAs by miRNA respone elements(MREs),removing or reducing the inhibition of genes targedted by the miRNAs and regulating the expression of the tagert genes.This mechanism is called competing endogenous RNA(ceRNA) hypothesis. In the process of tumorigenesis，mRNAs;pseudogene;LncRNA and circRNA can function as a ceRNA and can promote or inhibit the occurrence of tumor by competiting the binding site of same miRNAs that can promote or suppress tumorigenesis.

ceRNA; miRNA; target gene; tumorigenesis

2015- 05- 11

2015- 06- 30

国家自然科学基金青年基金(81302041); 江苏省自然科学基金青年基金(BK20130454)

1001-6325(2015)11-1549-05

R363.2

A

*通信作者(corresponding author)：83568917@qq.com