ceRNAs在结直肠癌中的研究进展

段巧斌，俞金龙

南方医科大学珠江医院，广东 广州 510280

科学家在植物中发现非编码基因的IPS1 RNA能够吸附miR-3999，从而减少miR-3999对其靶标PHO2的抑制[1]，研究者在哺乳动物细胞中发现类似现象，合成的miRNA海绵能够吸附miRNA而增加靶标基因的表达[2]。miRNA在生物体内与编码蛋白RNA结合，抑制mRNA翻译过程或者直接促进mRNA降解，而某些RNA能够抑制这种效应。Salmena等[3]总结此种效应提出竞争性内源性RNA（ceRNA）理论，ceRNA理论认为含有编码mRNA相同miRNA反应元件（MRE）的基因转录本（包括假基因转录本、LncRNA、circRNA、mRNA），能与编码蛋白mRNA竞争性地结合miRNA的位点，从而减少miRNA对mRNA的抑制作用。ceRNA理论是发生在RNA-RNA之间的相互作用[4]，是转录后水平的调节机制。近年来的研究表明，ceRNA在结直肠癌、前列腺癌、乳腺癌、胃癌等肿瘤的发生发展中发挥着重要作用[5-6]。

在全球范围，结直肠癌是第3大常见高发肿瘤，死亡率也高居第4位[7]。2015年中国肿瘤数据统计，我国结直肠癌是男女中最常诊断的5大肿瘤之一，并且死亡率也居于肿瘤前列[8]。虽然随着早期诊断技术及多学科综合治疗的提高，结直肠癌的整体死亡率下降，但结直肠癌发生有年轻化的趋势[9]。在治疗上，III期结直肠癌往往采用结直肠癌根治术加术后辅助放化疗[10]，取得较好的疗效。但由于结直肠肿瘤具有明显异质性，即使同一分期的肿瘤使用同一种方式治疗也会表现出截然不同的预后[11]。由于缺乏早期诊断标志物及有效的干预措施，结直肠癌的5年生存期仍然较差，因此寻找早期诊断标志物及有效治疗靶点变得尤为重要。ceRNA理论从转录后调节水平认识结直肠癌的形成机制，近年来大量研究证实ceRNA分子参与结直肠癌的进展。这些ceRNA分子可能是结直肠癌的早期诊断标志物及治疗靶点。本文将近年来ceRNA在结直肠的研究进行归纳整理，并阐述这些分子在结直肠癌中的功能。

1 ceRNA在结直肠癌的研究

miRNA能与相关基因的3’端非翻译区（3’UTR）互补结合，降低mRNA的稳定性或者抑制mRNA的翻译，负性调节靶基因的表达[12]。靶基因的3’UTR含有MRE，能与miRNA互补结合，形成RNA诱导沉默复合体，相关酶将RNA诱导沉默复合体中靶基因mRNA结构破坏或者抑制其翻译。而miRNA与其靶标RNA并不是一一对应的关系，一个miRNA能有几十甚至上百个RNA靶标，而靶标RNA也可含有多种miRNA结合位点，能被多种miRNA所抑制[13]。同一miRNA靶标的多样化促使科学家猜想不同的RNA能竞争基因组中有限的miRNA，Salmena等[3]提出ceRNA假说，ceRNA理论猜想任何RNA转录本，如果与其他RNA有相同的MRE，那么此RNA分子就能减少miRNA对其他RNA的抑制作用，从而正性调节miRNA靶基因的表达。植物和动物研究都证实ceRNA理论的正确性[1-2]。含有共同MRE的RNA分子之间，相互竞争地结合miRNA，于此同时，两者互相成为对方的ceRNA分子[14]。随着进一步的研究，拥有MRE的LncRNA、circRNA、假基因转录本以及mRNA都能成为ceRNA分子，通过复杂的ceRNA网络调节基因的表达[5]。

近年来，大量研究发现假基因、LncRNA、circRNA、mRNA能作为ceRNA分子促进或者抑制结直肠癌的发展，以下内容将按不同分子类型作为ceRNA在结直肠癌的研究进行阐述。

2 假基因作为ceRNA在结直肠癌的研究

假基因是与基因组同源基因序列类似，但缺乏编码蛋白功能的基因序列。假基因可来源于亲代基因的突变，不严格基因复制或者亲代基因合成的mRNA反转录转座进入基因组，相应的分成单一假基因、未加工假基因及加工假基因三种类型[15]。以前研究者认为假基因是无功能的物质，但人类基因组计划发现假基因的数量大概占编码基因的一半以上[16]，这意味着假基因可能在人体中发挥作用。近年来的研究表明，假基因的确在肿瘤及其他疾病发挥功能[15，17-18]。

ceRNA机制的关键是RNA之间含有相同的MRE，由于假基因与亲代基因同源性很高，两者具有很多类似的MRE，所以假基因转录本往往能与同源基因RNA竞争结合miRNA[15]。例如PTENP1作为抑癌基因PTEN的同源假基因，序列差异非常小，它们含有多种共同的MRE。在多种肿瘤中，PTENP1通过ceRNA机制解除microRNA对PTEN转录的mRNA的抑制作用而发挥抑癌作用。研究表明，在肾透明细胞癌[19]及口腔鳞状细胞癌[20]，PTENP1通过与PTEN竞争性结合miR-21的作用位点上调PTEN的表达，从而抑制肿瘤的恶性生物行为。在乳腺癌中，PTENP1通过竞争性地结合miR-19b的位点，解除miR-19b对PTEN表达的抑制，从而上调PTEN，抑制乳腺癌的增殖、迁移、侵袭能力[21]。同样地，在结直肠癌中，有研究表明，在结肠癌组织中PTEN表达下降，PTENP1与PTEN呈正相关，意味着PTENP1在肠癌中的表达也下降，同时在敲除miRNA成熟体加工酶DICER后，在结直肠癌细胞中PTENP1对miRNA对PTEN的去抑制作用也下降，这说明PTENP1可能通过ceRNA机制而上调PTEN的表达[18]。近年来，也有研究发现另一些假基因在结直肠癌的异常功能。Ye等[22]研究发现VEGFR1（也称为FLT1）的假基因FLT1P1能双向转录为FLT1P1-s及FLT1P1-as，并且可调节同源基因VEGFR1及非同源基因。结果表明，FLT1P1-s转录物能正性调节VEGFR1的表达，研究猜想假基因FLT1P1是通过ceRNA机制上调VEGFR1。与之相反，FLT1P1-as转录物却负性调控同源基因VEGFR1及非同源基因的表达，FLT1P1-as转录物可能通过特殊机制发挥作用。另有一项研究发现，在结直肠癌中，假基因DUXAP10能够通过表观沉默P21和PTEN抑癌基因的表达，从而促进肿瘤增殖、抑制肿瘤凋亡[23]。

3 长链非编码RNA（LncRNA）作为ceRNA在结直肠癌的研究

LncRNA是长度超过200 bp的非编码基因转录本，以前被认为是转录噪音而不被重视[24]，但自发现非编码基因广泛参与有机体的正常及异常生命活动后，LncRNA逐渐成为研究的热点。LncRNA在人类基因中数量相当庞大，ENCODE工程研究并注释了9640个LncRNA[16]。除了数量上多的特点，LncRNA的功能也很强大，LncRNA几乎能在所有控制水平调控基因的表达，包括表观调节（组蛋白修饰、DNA甲基化和染色质的重塑）、转录调节（调节转录因子、增强子）以及转录后的调节（对RNA加工、稳定和翻译的调节）[25]。数十年来的研究表明，LncRNA的表达异常能促使多种疾病的发生，当然，LncRNA也与结直肠癌的发生发展有着密切联系[25-27]。

LncRNA能够作为ceRNA调控结直肠癌的增殖、凋亡、转移及耐药等过程。如研究较多的LncRNA H19在许多肿瘤中表现为促癌功能，类似地，LncRNA H19在结直肠癌中也发挥促癌作用。Yang等[28]研究发现LncRNA H19在结直肠癌组织较癌旁组织表达升高，功能实验显示过表达H19促进结直肠癌细胞增殖表型，而干扰H19出现相反的结果，进一步机制研究表明H19作为ceRNA通过与beta-Catenin竞争性结合miR-200a而发挥促进结直肠癌增殖的作用。另外，研究发现LncRNA UCA1海绵吸收miR-204-5p，从而解除miR-204-5p对新的靶标基因CREB1的抑制作用，进一步的发挥生物学功能，表明UCAI-miR-204-5p-CREB1通路能够促进结直肠癌的增殖以及对5-氟尿嘧啶的耐药[29]。除此之外，Yang等[30]研究表明Long noncoding RNA XIST在结直肠癌组织和细胞中上调，并与转移和差的预后相关，机制研究表明XIST竞争地结合miR-200b-3p的结合位点而调节ZEB1的表达，从而促进结直肠癌的转移及EMT过程。有些新发现的LncRNAs也能够作为ceRNA促进结直肠的发展。通过肝转移的结直肠癌与非肝转移的组织进行基因芯片差异分析，发现在肝转移的结直肠癌中高表达的LncRNA，并将其命名为LncRNA UICLM[31]。进一步研究表明UICLM作为miR-215的ceRNA调节ZEB2的表达，从而促进结直肠癌的增殖、侵袭、EMT及干细胞特性功能，促进结直肠癌的肝转移。同样地，新发现的LncRNA CRNDE通过海绵吸收miR-136而作为ceRNA促进结直肠癌的转移及对奥沙利铂的耐药[32]，另有研究表明CRNDE也能通过海绵吸收miR-181a-5p而发挥促进结直肠癌的增殖及耐药的作用[33]。LncRNA除了上述作为促癌作用，有些也能发挥抑癌作用。如LncRNA CASC2在结直肠癌中表达下调，可作为miR-18a的ceRNA调节PIAS3的表达，抑制增殖，然而促进周期停滞[34]。此外，LncRNA TUSC7及LncRNA RP4也能作为ceRNA抑制结直肠癌的增殖、侵袭，促进凋亡、自噬[35-36]。

4 环状RNA（circRNA）作为ceRNA在结直肠癌的研究

circRNA也属于非编码RNA的一种，是一种特殊类型的RNA。circRNA数量众多，人类基因组中至少含有7112个circRNA[37]。circRNA起源多样，大部分来源于编码序列的外显子，少部分来自3’-UTR、5’-UTR、内含子、基因间序列、或者反义链RNA[38]。在结构上，circRNA的3’和5’端连接在一起形成环状[39]，也因此具有稳定性和保守性的特点[40]。在生物学作用上，circRNA具有调节转录、与RBPs相互作用、吸附miRNA、调节翻译的功能[40]。

众多研究表明，circRNA能作为ceRNA参与调节结直肠癌的增殖、侵袭、转移等恶性发展。Li等[41]发现hsa_circ_001569能够海绵吸附miR-145而调节基因E2F5，BAG4和FMNL2，从而促进结直肠癌的增殖和侵袭。相似的，Qu等[42]研究发现Hsa_circ_0020397通过促进miR-138的靶标基因的表达而调节结直肠癌的增殖活性、凋亡和侵袭能力。此外，cir-ITCH在结直肠癌中表达下降，cir-ITCH能够吸附多种miRNA，下调的cir-ITCH抑制Wnt/β-catenin通路，促进ITCH的表达，上调的cir-ITCH能抑制增殖[43]。另有研究发现，hsa_circ_0000069能够促进结直肠的增殖、迁移和侵袭，可能是结直肠癌潜在的诊断和治疗的靶点[44]。CircCCDC66可能作为miRNA海绵保护MYC mRNA而促进结直肠癌的增殖、迁移和转移[45]。ciRS-7在结直肠癌中表达升高，并且高表达的ciRS-7与临床差的预后相关，机制上，ciRS-7作为EGFR和RAF1的ceRNA而海绵吸附miR-7促进结直肠癌的恶性生物行为[46]。综上，circRNAs与结直肠癌的恶性进展有着密不可分的联系，circRNAs可能作为治疗结直肠癌的分子靶点。

5 mRNA作为ceRNA在结直肠癌的研究

除了非编码RNA能作为ceRNA发挥生物学功能，含有MRE的蛋白编码mRNA也是潜在的ceRNA网络的参与者。抑癌基因PTEN不仅能与其假基因PTENP1作为ceRNA，而且能与其他编码蛋白mRNA产生ceRNA效应[47-48]。

在肿瘤中，不同mRNA由于含有共同的MRE，两者会竞争结合miRNA而互为竞争内源性RNA。例如，在非小细胞肺癌中[49]，编码蛋白基因AEG-1的3’UTR通过结合miR-30a，竞争性解除miR-30a对Vimentin和Snail的mRNA的抑制，从而促进肺癌的上皮间质转化过程，改变肺癌的进展。另有研究发现，编码蛋白基因FOXO1和CD44的3’-非翻译区能够作为ceRNA在乳腺癌的肿瘤发生和转移中发挥着作用[50-51]。当然，在结直肠癌中，也有许多的mRNA能通过ceRNA机制发挥功能。如Guo等[47]研究发现在含有Dicer酶的结直肠癌细胞HCT116中，干扰ZEB2的表达后，PTEN的表达下降，过表达ZEB2，PTEN的表达也随之升高，但在敲除Dicer的肠癌细胞中，则不会出现这种效应，这说明ZEB2需要通过microRNA来调控PTEN，进一步研究说明ZEB2能与PTEN竞争性地结合miRNAs来调节PTEN。除了ZEB2能与PTEN相互竞争结合miRNA外，Hsiao等[48]研究发现，在结直肠癌中，VAPA、CNOT6L也能与PTEN竞争性结合miRNAs而调节PTEN的表达，进而调控PI3K/AKT通路而影响肿瘤的进展。此外，有研究发现在结直肠癌中DCAMKL-1表达升高，干扰DCAMKL-1后，pri-let-7a升高，导致肿瘤基因c-Myc表达下降，从而抑制了肿瘤的增殖[52]，这说明DCAMKL-1能作为c-Myc的ceRNA而发挥促癌的作用。最新的研究发现，编码基因的不同mRNA剪切体也能形成ceRNA，如研究[53-55]发现在结直肠癌中，编码基因OCT4的mRNA剪切体OCT4B能作为另一剪切体OCT4A的ceRNA，OCT4B能与OCT4A竞争结合miRNA，从而解除miRNA对OCT4A的抑制作用，改变OCT4A蛋白地表达而影响肿瘤进展。

6 总结与展望

结直肠癌的发生率和死亡率都位于肿瘤前列，严重危害着公众的健康。虽然随着科技的发展，有许多治疗结直肠癌的方法，但都无法攻破肿瘤恶性进展的难题，结直肠癌患者往往死于其他部位的转移，如果能从肿瘤发生发展的机制上了解结直肠癌，将有望提高结直肠癌的生存期及生活质量。ceRNA机制从分子水平阐述了基因在转录后的调控模式，表明非编码基因能与编码基因相互作用。大量研究证实了假基因转录本、长链非编码RNA、circRNA及mRNA等分子能通过ceRNA机制促进或者抑制结直肠癌的进展。这些分子可能成为未来结直肠癌的诊断分子与治疗靶点。目前ceRNA在结直肠癌的研究还处于早期，mRNA、假基因转录本及circRNA在结直肠癌中的报道尚少，且ceRNA的研究面临着诸多挑战。尽管如此，ceRNA分子仍然是值得深入研究的方向，在未来应用ceRNA理论可能有助于解决结直肠癌诊断与治疗的难题。