胃癌转移相关lncRNA的研究进展

黄珊，于天源，樊红

(1.东南大学医学院 遗传与发育生物学系，江苏 南京 210009；2.东南大学医学院 临床医学专业，江苏 南京 210009；3.四川大学吴玉章学院，四川大学电子信息学院 电子信息专业，四川 成都 610065)

·综述·

胃癌转移相关lncRNA的研究进展

黄珊1,2，于天源3，樊红1

(1.东南大学医学院 遗传与发育生物学系，江苏 南京 210009；2.东南大学医学院 临床医学专业，江苏 南京 210009；3.四川大学吴玉章学院，四川大学电子信息学院 电子信息专业，四川 成都 610065)

非编码RNA(non- coding RNA，ncRNA)是指基因组中无蛋白质产物的一类RNA，占基因组转录本近98%。长链非编码RNA (long non- coding RNA, lncRNA)是指长度超过200 nt的一类非编码RNA, 其表达及功能异常与机体的生长发育及疾病密切相关。 近年来不断涌现的研究结果显示，lncRNA 分子在各种恶性肿瘤中异常表达，与肿瘤的发生发展密切相关。胃癌是我国常见恶性肿瘤，其病因学的研究结果提示了lncRNA的重要作用。作者仅对近期研究提示与胃癌转移相关lncRNA的研究进行综述，并简述这些lncRNA在胃癌临床应用价值及其在肿瘤研究中的生物信息学方法。

长链非编码RNA； 胃癌； 转移； 上皮细胞间质转化； 生物标志物； 综述

胃癌是严重危害我国人民健康的高发肿瘤，其病因涉及遗传因素、表观遗传因素、环境因素等多种因素及环节。由于缺乏合适的早期诊断的分子标志物，胃癌患者难以得到尽早诊断。晚期胃癌复发率高，且易造成远端转移和化疗耐药性，致使胃癌预后不良。几十年来对胃癌发病的遗传学因素的研究揭示了胃肿瘤形成过程中一些重要基因的作用。β- catenin和K- ras的致瘤性激活、c- erbB2和c- met基因的扩增、抑癌基因p53的突变、Runt相关转录因子3(RUNX3)的突变、驱动基因BRCA2的突变都与胃癌形成相关[1- 2]。除了这些典型的遗传学因素改变外，表观遗传学的改变，包括启动子区CpG岛高甲基化、组蛋白修饰的改变在胃癌形成过程中也起着非常重要的作用。

随着高通量测序技术的发展与应用，大量的长链非编码RNA(long non- coding RNA,lncRNA)及其在疾病中的作用得到关注。lncRNA的生物信息学分析工具及其应用也迅速发展起来。近期研究发现，LncRNAs参与胃癌癌细胞增殖及恶性转化，一些lncRNA促进胃癌细胞迁移、侵袭，并与胃癌化疗敏感性相关。 对这些lncRNA的功能学及生物信息学的研究有助于发现胃癌诊断的新的生物标志分子和靶向治疗的靶点[3- 4]。

1 lncRNA概述

随着人类基因组计划的完成，对基因组的序列及其转录本的分析发现，人类基因组转录产物中仅有1.5%～2%的转录产物编码蛋白质，其余转录产物为非编码RNA(non coding RNA,ncRNA)[5]。根据其功能ncRNA分为管家ncRNA和调节ncRNA。调节ncRNA在细胞中的表达存在严格的时间和空间的调控。 调节ncRNA根据其长度可分为短链小非编码RNA(microRNA, miRNA)(<200 nt)和长链非编码RNA(long non- coding RNA, lncRNA)(>200 nt)[6- 7]。lncRNA根据其邻近蛋白编码转录本的相对位置可以分为正义lncRNA、反义lncRNA、双向lncRNA、基因内lncRNA、基因间lncRNAs等[8]。LncRNAs作为调节ncRNA可以在转录水平、转录后水平等多层次参与基因的表达调控，其中，转录水平的调节包括转录干扰、染色体重塑、基因转录激活等。LncRNA也可以参与RNA的选择性剪接、编辑、转运、降解、翻译等活动[9- 10]。

2 胃癌转移相关的lncRNAs

胃癌转移是造成胃癌治疗失败导致患者死亡的重要原因，并与胃癌患者的预后不良密切相关。胃癌细胞转移过程中涉及一系列的生物学改变，包括：(1)胃癌细胞入侵保护屏障，向毗邻组织迁移；(2)胃癌细胞入侵血管发生血行转移；(3)胃癌细胞入侵淋巴系统散播；(4)胃癌细胞从原发肿瘤处脱离黏附于敏感位置等。近期研究结果揭示，血管生成和细胞黏附过程、细胞和细胞之间的连接、细胞外基质的改变在胃癌细胞转移过程中起关键作用。一些lncRNA在癌症细胞转移过程中扮演了非常重要的角色。分析与上述胃癌转移行为相关的lncRNA的研究结果，发现这些lncRNA与胃癌的进展及预后相关。

2.1 HOTAIR

HOTAIR(HOX transcript antisense RNA，HOTAIR)，(Gene ID: 100124700),定位于12q13.13 HOXC基因簇，与HOXC基因共表达，通过多梳蛋白抑制复合物(polycomb repressive complex 2,PRC2)的亚单位在12号染色体和2号染色体之间穿梭。HOTAIR的5′端和3′端同时和PRC2、赖氨酸特异脱甲基酶1 (LSD1)复合体相互作用，作为支架蛋白招募PRC2、LSD1复合体结合于HOXD基因簇，以H3K27的甲基化和H3K4的去甲基化共同参与HOXD沉默，抑制2号染色体上HOXD基因的表达。

体外实验中，敲除HOTAIR可以抑制胃癌细胞侵袭、运动和转移[11]。小鼠体内实验发现过表达HOTAIR可以诱导肿瘤细胞转移和腹膜扩散[12]。Liu等[13]研究发现，HOTAIR可以降低金属蛋白酶MMP1、MMP3的表达从而抑制细胞侵袭，还可以通过吸附miR- 331- 3p调节HER2，从而调节癌细胞的侵袭和转移。HOTAIR的缺失抑制了Snail的表达而逆转上皮细胞间质转化(epithelial- mesenchymal transition,EMT)，miR34a可以通过促进C- Met基因的转录间接促进Snail的转录[14]。在此过程中，HOTAIR作为支架招募PRC2复合物沉默miR34a，促进Snail的翻译，HOTAIR可以通过抑制PCBP1促进胃癌转移[15]。

2.2 H19

H19(H19,imprinted maternally expressed transcript，H19)，(Gene ID: 283120),定位于11p15.5，11号染色体IGF2基因旁的印迹区，只有来自母方的染色体才表达H19基因。H19在胃癌组织和细胞系中的高水平表达与肿瘤的侵袭深度、晚期TNM分期、局部淋巴结转移密切相关， H19的表达抑制能够通过调节钙黏蛋白抑制胃癌细胞增殖和侵袭[16]。H19直接控制ISM1和间接控制CLAN1调节miR- 675，促进细胞侵袭和转移[17]。胃癌患者胃液中H19表达水平比正常人显著增高[16]，H19高表达与患者生存期相关，H19可能成为胃癌早期诊断和预后预测的潜在生物标志物。

2.3 HULC

HULC(hepatocellular carcinoma up- regulated long non- coding RNA，HULC)，(Gene ID: 728655)，定位于6p24.3。最早是由katrin panzitt等通过肝细胞特异cDNA微阵列芯片分析发现的在肝细胞癌中表达高度上调的lncRNA分子[18]。后续的体外实验研究发现HULC不仅能促进胃癌细胞增殖，同样也能促进胃癌细胞迁移， 敲除HULC后E- 钙黏素和波形蛋白的表达改变可以逆转EMT[19]。对胃癌患者血清循环HULC差异表达分析的研究显示，胃癌患者血清中高水平的HULC与肿瘤大小、淋巴结转移、远处转移、TNM分期、幽门螺旋杆菌感染密切相关。检测血清中HULC与CEA(carcino- embryonic antigen，CEA)、CA72- 4(carbohydrate antigen 72- 4，CA72- 4)的共表达情况能够显著增加早期胃癌的诊断敏感性[20]。

2.4 SPRY4- iT1

SPRY4- iT1(SPRY4 intronic transcript 1，SPRY4- iT1)，(Gene ID:100642175)，定位于5q31.3，最早是在脂肪组织中发现的一个多聚腺苷酸化的转录本，由SPRY4基因的第2个内含子转录而成，因此被命名为SPRY4- iT1[21]。SPRY4- iT1基因编码的RNA被剪接成成熟RNA，定位在细胞质中，但是转录形成的初始RNA和剪接后的成熟RNA的具体结构尚不明确。在胃癌中，SPRY4- IT1能够促进细胞迁移和侵袭，敲除SPRY4- IT1能够通过调节MMP2和MMP6在体外极大地抑制细胞迁移和侵袭。但是也有另一些研究结果表明，SPRY4- IT1在体外抑制胃癌细胞迁移、侵袭及EMT进程[22]。

2.5 MALAT1

MALAT1(metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT1)，(Gene ID:378938)，定位于11q13.1，是核糖核酸酶P剪接tRNA样小非编码RNA的3′端得到的lncRNA前体转录本。它在细胞核内作为核糖核蛋白复合体的分子支架，参与多个基因的转录调节。在胃癌中的研究结果显示，MALAT1表达水平在胃癌组织、胃癌细胞系、胃癌患者血浆中均显著上调，敲除MALAT1不仅能抑制细胞增殖、减慢细胞周期进程、促进胃癌细胞凋亡，而且能抑制胃癌细胞的迁移和侵袭[23]。MALAT1可以通过改变H3组蛋白乙酰化水平上调EGFL7蛋白的表达[24]，也可以通过招募EZH2抑制抑癌基因PCDH10的表达[25]，促进胃癌细胞的迁移和侵袭。因此MALAT1有望成为胃癌诊疗中的生物标志物。

2.6 LncRNA GClnc1

GClnc1(gastric cancer- associated lncRNA 1，GClnc1)，定位于6号染色体159679116- 159681261。它是近期研究发现的一个新的与胃癌相关的lncRNA。该研究小组在全基因组的胃癌和癌旁组织lncRNA差异表达分析中发现了BC041951 lncRNA与患者预后差密切相关，把它命名为GClnc1。后又证实它在正常的胃组织发展成为胃癌组织整个过程中表达持续上调，尤其是在胃癌组织的基底细胞中上调非常显著。GClnc1能够作为分子支架机械地结合WDR5和KAT2A，协助二者在靶基因SOD2上定位并且指定组蛋白修饰，从而改变胃癌细胞的生物学特征。GClnc1的表达增加可能是胃癌发展过程中的早期事件，对胃组织中GClnc1的检测，有助于判断组织病变为胃癌可能性。GClnc1和它所在的信号通路可能对胃癌患者的靶向治疗具有重要意义。

3 胃癌转移相关lncRNA的临床应用

随着lncRNA在胃癌中的深入研究，这类新的ncRNA分子逐渐成为分子生物学及临床医学研究的重要方向。LncRNA可以通过不同的分子生物学机制调控编码基因的表达，对疾病的发生、发展及治疗有重要作用。LncRNA有可能作为一类新型的分子标志物，具有广范的临床应用前景。胃癌患者的血浆、血清、胃液、尿液中存在lncRNAs的表达异常[16,19]。HOTAIR、H19、HIF1A- AS2、GAPLINC、UCA1、LSINCT5、PVT1等lncRNAs的表达上调[26- 28]和MEG3、AC138128.1、AA174084、 FER1L4等lncRNAs表达的下调[29- 30]被认为与胃癌的肿瘤大小、肿瘤侵袭、淋巴结转移、TNM分期有关。lncRNAs高水平上调或低水平下调的胃癌患者一般有更短的总生存期和无病生存期，更差的预后和转归。这些lncRNAs分子都有可能成为胃癌诊断、预后和转归的生物标志分子。另外，lncRNAs调节胃癌过程所介导的信号通路可以为胃癌的药物靶向治疗提供新的靶点。

4 胃癌转移相关lncRNA生物信息学分析工具

近几年，随着越来越多的lncRNA被发现，收集、策划以及提供lncRNA相关功能性信息的数据库及分析软件正逐渐建立起来，为lncRNA的研究提供了生物信息学上的数据来源。

LncRNAdb[31]是最早建立的关于真核细胞lncRNA 的数据库。随后，广受欢迎的GENCODE大型lncRNA数据库应运而生。GENCODE[32]的最新版本集合了15 877个关于26 414个转录本的lncRNA基因，NONCODE 4.0作为一个相似的数据库，提供了转录异构体及其在人类组织中的表达情况。另一个数据库LNCipedia[33]包含了21 488个注释了的人类lncRNA 的转录本。此数据库同时提供了二级结构的预测以及其蛋白质编码潜能。与此同时，基于蛋白质组学的数据，结合自动化再处理通道以探测lncRNA中的ORF。而lncRNAMap[34]广泛使用了公开可用的RNA- seq的数据集，并且深入提供了lncRNA在不同组织、细胞系以及疾病条件下的表达层级。此数据库同时集合了从lncRNA及其靶标中得出的miRNA靶标、同源性蛋白质编码基因以及内源siRNA。

除了那些提供lncRNA信息的初级lncRNA数据库，还有很多数据库也在特定环境下lncRNA相互作用的功能性信息这一领域占居鳌头。Starbase v2.0(lncRNABase)[35]集合了公开的通过高通量数据集得出的RNA- 蛋白质相互作用数据的网站的信息，其特色在于此数据库提供了除表达信息之外，有关miRNA- lncRNA相互作用图谱的纵览NERED提供了上千个微阵列和原位杂交基因的表达信息，囊括了人类和鼠的lncRNA。此外，该数据库还给出了典型非编码RNA的进化保守性、二级结构证据等其他信息。LncRNome[36]注释大型基因间非编码RNA、反义RNA和加工的假基因，是一个整合了生物各种各样信息的知识库。 LncRNADisease[37]是一个非常有用的数据库，尤其在研究lncRNA 与疾病之间的关系时非常重要，它提供了文献报道的疾病相关的lncRNA注释。

5 小结与展望

LncRNAs是现今非编码RNA研究的新的关注点，其与肿瘤包括胃癌的发生发展密切相关，并逐渐显示其在临床应用中的前景。尽管有大量的研究显示了一些肿瘤相关的lncRNA与胃癌的转移行为相关，一些lncRNA在患者血清中检测并作为诊断的可能性，仍有一些问题需要进一步关注与探究。(1)lncRNAs在幽门螺杆菌阳性的胃癌中有表达异常。与胃癌相关的lncRNAs是否能够成为治疗幽门螺杆菌感染的新靶点，从而有效控制胃炎和胃癌的发病率。(2)lncRNA在免疫系统相关疾病中的差异性表达提示lncRNA的表达可能与机体的免疫系统功能改变相关[38]，胃癌中特异表达水平的lncRNAs是否与胃癌患者自身的免疫系统有关，基于此，可能开辟lncRNAs与胃癌预防的研究新领域。(3)相比于编码蛋白转录本，lncRNAs的表达具有更严格的组织表达特异性，如能筛查出具有高度特异性的不同时期胃癌的特异性lncRNA作为生物标志物，则有利于胃癌的诊断、分期和术后胃癌患者预后的观察。(4)lncRNA- miRNA- 蛋白的相互作用网络可能为胃癌靶向治疗提供新的研究思路。然而，由于lncRNAs比较大且具有广泛的二级结构[39]，用类似siRNA干扰的方法很难将lncRNAs运送进癌症细胞。因此，如何使lncRNAs特异性地转运入胃癌细胞有可能成为研究lncRNA和胃癌关系的另一重要方面。

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2016- 12- 26

2017- 06- 09

国家自然科学基金资助项目(81672414，81472548 )

樊红 E- mail：fanh@seu.edu.cn

黄珊，于天源，樊红. 胃癌转移相关lncRNA的研究进展[J].东南大学学报:医学版,2017,36(5)：856- 860.

Q752

A

1671- 6264(2017)05- 0856- 05

10.3969/j.issn.1671- 6264.2017.05.035

(本文编辑：何彦梅)