假基因在消化系统肿瘤中的研究进展

陈开举，肖瑶，何银焕

广州医科大学1公共卫生学院，2卫生管理学院，广州511436

近年来消化系统恶性肿瘤的发病率逐年升高，其中胃癌、肝癌、食管癌、结直肠癌的发病率居前5位，且预后差[1]。越来越多的研究表明，长链非编码RNA（long non-coding RNA，lncRNA）在肿瘤细胞的增殖、侵袭、转移和凋亡过程中发挥重要作用。lncRNA是一组长度大于200个核苷酸且不具有编码蛋白质功能的RNA转录本，在表观遗传、转录及转录后水平发挥重要功能[2]。假基因属于lncRNA家族的一员，具有与同源编码基因相似的序列，可通过调节基因的表达影响肿瘤的进展[3]。随着研究的深入进行，假基因已被证实参与胃癌、食管癌、肝癌、胰腺癌及结直肠癌的发生发展，但目前的研究尚处于初步阶段，其作用机制尚未被完全揭示。本文就假基因的分类、作用机制及与消化系统肿瘤的关系作一综述。

1 假基因

1.1 假基因的发现

1977年，Jacq等[4]在非洲爪蟾基因组中克隆到1个与5s rRNA相似的基因序列，经过与5s rRNA基因比对后发现其并无表达活性，于是就将这个5s rRNA的同源相似基因序列描述为假基因。人类基因组计划发现，组成人类基因组的30亿个碱基序列中，只有约1.5%的碱基序列编码蛋白质，其余大部分序列因不具备编码蛋白质的能力而被误称为“垃圾序列”，假基因便处于其中。随着生物信息学的发展，假基因的众多生物学功能逐渐被揭示，其广泛参与细胞分化、炎症和凋亡等重要生命活动。

1.2 假基因的分类

根据基因的形成原理，假基因可分为两类：①加工型假基因，信使RNA（messenger RNA，mRNA）转录本经过反转录形成互补DNA（complementary DNA，cDNA），再随机整合到基因组时，因插入位点不合适或序列发生突变，从而丧失正常功能的假基因[5-6]。②非加工型假基因，在编码区或调控区发生碱基插入、缺失、置换或移码等各种突变，导致复制后的基因无法进行编码，从而丧失正常功能的假基因[7-8]。

1.3 假基因的作用机制

传统的观念认为假基因是一类“垃圾序列”，不具备翻译蛋白质的功能，但有部分研究报道假基因不仅可以作用其亲本基因行使调控作用，还可能具有翻译蛋白质的功能。其作用机制可分为4种：①某些假基因可以编码蛋白质，其长度稍短于亲本基因编码的蛋白质。Porter等[9]研究发现，X染色体上的NLRP2P具有完整的开放阅读框，编码含有45个氨基酸的Pyrin结构域相关蛋白，且NLRP2P的开放阅读框与POP2基因的相似度达80%。此外，除了调节细胞因子外，NLRP2P还具有调控细胞周期和细胞凋亡的潜在作用。②假基因可以作为反义RNA与亲本基因的转录本形成RNA双链，影响亲本基因的转录功能。Muro和Andrade[10]的研究发现，假基因可作为天然反义转录物的替代来源。Korneev等[11]研究了一种长天然反义转录物antiNOS-2RNA，它与椎实螺中枢神经系统中一氧化氮的产生有关。③假基因还能产生内源性小干扰RNA（endogenous small interfering RNA，endo-siRNA）。这些endo-siRNA通常由双链RNA加工而成，而双链RNA由来自蛋白质编码基因的剪接转录物与来自同源假基因的反义转录物杂交而形成。另外，具有反向重复序列的假基因也可以直接产生丰富的endo-siRNA[12]。Tam等[13]研究发现，假基因衍生的小干扰RNA可以调节小鼠卵母细胞中的基因表达。④假基因可作为竞争性内源RNA（competing endogenous RNA，ceRNA）竞争性结合微小RNA（microRNA，miRNA），进而调控靶基因的表达。Du等[14]研究证实了假基因DUXAP8作为ceRNA可调节miRNA-577的表达，miRNA-577通过调节ras相关蛋白14（ras-related protein 14，RAB14）的表达促进结直肠癌的迁移和侵袭，说明假基因可能通过ceRNA调控网络对肿瘤产生重要作用。

2 假基因与消化系统肿瘤

2.1 假基因与胃癌

胃癌是常见的消化系统恶性肿瘤，发病率居高不下，严重影响人们的生活质量。Ma等[15]研究发现了一种假基因衍生的lncRNASFTA1P，其在胃癌组织中的表达水平低于邻近的正常组织。此外，该研究还发现SFTA1P的表达下调与淋巴结转移、TNM分期、肿瘤大小及胃癌患者预后不良密切相关，且SFTA1P的表达下调可能与TP53基因表达水平下降有关。由此可见，假基因衍生的lncRNASFTA1P在胃癌的发生发展过程中发挥重要作用，因此可以作为胃癌的潜在诊断指标和治疗靶点。Weng等[16]通过微阵列分析评估假基因PTTG3P的表达情况，并且验证了PTTG3P在胃癌组织中的表达水平显著上调，且PTTG3P是胃癌患者无病生存期（disease-free survival，DFS）和总生存期（overall survival，OS）的独立危险因素。此外，PTTG3P过表达可能通过诱导G1/S期转换刺激细胞增殖，并在体外和体内促进细胞侵袭。这些结果表明PTTG3P是胃癌的预后预测因子，可能为胃癌治疗方法的研究提供依据。总的来说，假基因极有可能成为新的胃癌预测标志物，为胃癌的诊断和治疗提供新的方向。

2.2 假基因与肝癌

肝癌是消化系统最常见的恶性肿瘤之一。Wang等[17]首次发现了一种新的与肝细胞肝癌（hepatocellular carcinoma，HCC）早期复发相关的假基因RACGAP1P，该研究发现，假基因RACGAP1P在早期复发HCC组织中的表达显著上调。在机制上，RACGAP1P可以充当miRNA-15-5p的内源性海绵，抑制其与亲本基因RACGAP1P的结合，从而激活RhoA/胞外信号调节激酶（extracellular signalregulated kinase，ERK）信号轴，并增强HCC细胞的增殖和迁移。该研究结果表明，RACGAP1P可作为HCC早期复发的预测指标，可为HCC早期复发的靶向治疗及改善HCC患者预后提供新的方向。Yue等[18]研究发现，DUXAP10在HCC组织中表达上调，DUXAP10的异常表达与HCC患者预后不良密切相关。敲低DUXAP10的表达可以抑制HCC细胞增殖，并将HCC细胞阻滞于G1期。蛋白质印迹分析结果显示，DUXAP10敲低后降低了HCC细胞中磷酸化蛋白激酶B（protein kinase B，PKB，也称AKT）的表达水平。表明假基因DUXAP10可能成为新的肝癌标志物，影响肝癌的发生发展、转移和侵袭。

2.3 假基因与食管癌

Zhang和Shi[19]通过对50例食管鳞状细胞癌（esophageal squamous cell carcinoma，ESCC）患者进行实时定量聚合酶链反应（quantitative real-time polymerase chain reaction，qRT-PCR）检测，发现假基因PTTG3P、PTTG1和PTTG2在ESCC组织中的表达水平均高于癌旁组织。该研究结果还表明，PTTG3P高表达可刺激ESCC细胞的迁移和侵袭，促进PTTG1和PTTG2的体外表达。此外，PTTG3P可通过正调节其亲本基因PTTG1和PTTG2的表达从而实现其致癌功能。Gong等[20]主要研究PTENP1在ESCC中的作用，结果发现ESCC中PTENP1的表达水平低于邻近的正常组织，而且PTENP1过表达会抑制食管癌Eca109和TE-1细胞的增殖，并改变SOCS6-p-转录因子信号转导及转录激活蛋白3（signal transducer and activator of transcription 3，STAT3）-缺氧诱导因子-1α（hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α）信号通路。该研究结果还显示，PTENP1低表达与食管癌的不良预后有关。

2.4 假基因与结直肠癌

结直肠癌是一种常见的恶性消化系统肿瘤，由于缺乏有效的早期诊断手段，结直肠癌患者的生存率较低，因此寻找特异度强的生物标志物对提高结直肠癌的早期诊断和预后至关重要。Du等[14]研究证明STAT3可以上调结直肠癌中DUXAP8的表达，体外功能测定结果显示，在HCT116和LOVO细胞中敲低DUXAP8的表达可以抑制细胞增殖、迁移和侵袭，并促进细胞凋亡。此外，该研究还发现DUXAP8和miRNA-577的表达水平呈负相关，DUXAP8可以作为ceRNA竞争性结合miRNA-577进而调节RAB14的表达。此研究表明，STAT3诱导的DUXAP8表达上调可能为结直肠癌的治疗提供新的视角。Ye等[21]在结直肠癌细胞中鉴定了血管内皮生长因子受体1（vascular endothelial growth factor receptor 1，VEGFR1）或Fms相关酪氨酸激酶 1（Fms-like tyrosine kinase 1，FLT1）的转录假基因FLT1P1，证实了FLT1P1在细胞中双向转录且可调节同源VEGFR1蛋白表达。机制上，FLT1P1反义转录物的表达不仅可以抑制VEGFR1的表达，而且可以通过与miRNA-520a相互作用抑制非同源血管内皮生长因子A（vascular endothelial growth factor A，VEGFA）的表达。通过RNA干扰技术干扰FLT1P1的表达可以抑制肿瘤细胞的增殖和异种移植肿瘤的生长。上述研究表明，假基因可能参与结直肠癌的转移、侵袭、增殖和凋亡等过程，有望成为结直肠癌的特异性诊断分子，有助于结直肠癌的靶向治疗。

3 假基因与肿瘤诊断和预后评估

Yue等[18]从癌症基因组图谱（The Cancer Genome Atlas，TCGA）数据库中提取了14 868个假基因的表达数据，根据截止标准|log2（FC）|＞2和P＜0.01，通过与邻近肝组织相比，在HCC组织中共有380个假基因显著异常表达。该研究通过OS和受试者工作特征（receiver-operating characteristic，ROC）曲线评估380个假基因的临床值，以选择潜在的靶基因。结果显示，DUXAP10在HCC组织中的表达水平明显上调，DUXAP10表达水平较高患者的OS更倾向于不利趋势，且DUXAP10在HCC中具有良好的诊断价值[曲线下面积（area under curve，AUC）=0.887，95%CI：0.852～0.922]。说明DUXAP10对HCC具有一定的诊断效能，是未来靶向治疗的研究方向。Liu等[22]从TCGA和中国脑胶质瘤基因组图谱数据库（Chinese Glioma Genome Atlas，CGGA）中分别鉴定了13 124和13 016个假基因，选择在两个数据集中均表达的13 016个假基因用于后续分析。通过单变量Cox比例风险回归分析，共发现2341个假基因具有预后价值，然后通过基于稳健可能性的生存建模选择2341个假基因中的29个。最后采用LASSO回归分析筛选出具有独立预后价值的5种假基因PKMP3、AC027612.4、HILS1、RP5-1132H15.3和HSPB1P1作为基因标记，回归系数分别为-0.0989、0.1311、0.0206、0.0641和0.0743。对于这5种假基因，高表达组患者的生存率显著低于低表达组。与病理分级为Ⅱ级患者相比，Ⅲ级患者中这5种假基因的表达水平均显著升高，表明这5种假基因的高表达可能与恶性肿瘤程度高密切相关。上述研究说明假基因可能具有诊断肿瘤和评估预后的作用。

4 小结

长期以来，假基因被误称为“垃圾序列”，然而随着生物信息技术的发展和研究的深入，假基因可能成为新的肿瘤标志物，在基因调控水平上影响肿瘤的发生发展。相对于其他lncRNA、环状RNA和miRNA，假基因的研究尚处于起步阶段，国内外研究报道较少，具体的调控网络尚未十分清楚，相信以后会有更多学者深入探究假基因，清楚阐释假基因的生物学功能和作用机制。