lncRNAs与消化系统肿瘤关系的研究进展

陈宗浩，裴昕屿，周宇

(广东医科大学附属医院消化内科，广东 湛江 524000)

在人类基因组中，有编码蛋白质功能的基因约占1.2%，非编码序列绝大多数具有生物活性，虽不能编码蛋白质，但可广泛参与机体的生理病理过程[1]。长链非编码RNAs(long non-coding RNAs，lncRNAs)是一类序列长度>200个核苷酸的转录本，序列保守性较低，且由于缺少特异完整的开放阅读框而无蛋白质编码功能[2]。虽然lncRNAs不能编码功能蛋白质，但可在转录、转录后及表观遗传等水平调控与疾病相关的各种基因的表达，导致疾病的发生或促进疾病的进展[3]。消化系统恶性肿瘤主要包括食管、胃、肠、肝、胆、胰腺等消化道及消化腺的肿瘤，是人类最常见且具有高病死率的肿瘤之一[4]。虽然近年来消化系统肿瘤的诊治已取得一定进展，但晚期肿瘤患者的预后仍较差，因此寻找早期诊断、判断预后的肿瘤标志物及治疗靶点至关重要。有研究表明，消化系统肿瘤组织中差异表达的lncRNAs通过多种途径参与肿瘤的发生，且与肿瘤的预后判断或靶向治疗等密切相关[5]。现就lncRNAs与消化系统肿瘤关系的研究进展予以综述。

1 lncRNAs的结构与功能

lncRNAs广泛存在于人体的各器官及组织中，从定义上讲lncRNAs不具备蛋白质编码功能，但有学者发现，少数lncRNAs可编码小的多肽[6-7]。lncRNAs主要由RNA聚合酶Ⅱ转录，具有低保守性，同时可能具有较复杂的二级或三级结构，并具有特有的起始点及终止点，可独立完成转录过程[8]。此外，lncRNAs还具有与信使RNA类似的5′帽状结构，且大部分lncRNAs具有3′poly A尾和3′非翻译区的结构[9-10]。由于lncRNAs具有类似信使RNA的结构，其虽然不能表达功能完整的蛋白质，但可通过不同机制在不同水平调控功能基因的表达，广泛参与疾病的发生发展。

在转录水平，lncRNAs可作为诱饵分子结合转录因子，调控基因的转录，如lncRNA BX111可通过将转录因子Y-box结合蛋白1募集到其启动子区域激活锌指E盒结合蛋白1转录，进而调节肿瘤细胞的上皮-间充质转化[11]。另外，lncRNAs还可通过介导染色体间的相互作用，改变染色质的修饰水平，从而影响基因的转录，如HOXBLINC(HOXB locus-associated long intergenic non-coding RNA)可作为染色质结构的调控因子，诱导SETD1a(SET domain containing 1A,histone lysine methyltransferase)/混合谱系白血病蛋白1基因与其结合，进而调控血液系统相关基因的转录[12]。此外，lncRNAs还可与RNA结合蛋白结合，调节相应目标RNA结合蛋白所有靶基因的表达[13]。

在转录后水平，lncRNAs可作为微RNA(micorRNA，miRNA/miR)的来源，如lncRNA MIR22HG是miR-22-3p和miR-22-5p的宿主基因，MIR22HG缺失可导致miR-22-3p和miR-22-5p的表达显著下调[14]。lncRNAs也可作为miRNA的停泊载体，负性调节miRNA的表达，如缺氧诱导因子1α-反义RNA2可下调miR-129-5p的表达，促进骨肉瘤细胞的增殖和侵袭[15]。此外，lncRNAs还可直接绑定在信使RNA上，稳定信使RNA的表达或降解信使RNA[16]。

在表观遗传水平，lncRNAs可调控靶基因的甲基化状态，如lncRNA H19在肝细胞系中过表达可导致肝细胞核因子4α去甲基化，同时其表达显著上调[17]。除了经典的甲基化途径外，lncRNAs还可通过m6A甲基化[18]、乙酰化[19]、磷酸化[20]等途径调控基因或蛋白的表达。由此可见，lncRNAs在包括消化系统肿瘤在内的人类疾病中发挥重要作用。

2 lncRNAs调控消化系统肿瘤的机制

2.1作为原癌基因或抑癌基因影响消化道肿瘤 原癌基因与抑癌基因是调控肿瘤发生发展的关键因素。lncRNAs可通过直接与染色质或其他分子(如转录因子、RNA结合蛋白、miRNA)相互作用，调节原癌基因或抑癌基因的结构、定位、降解和基因表达效率等，进而调控消化系统肿瘤的发生发展[21]。如瞬时受体电位阳离子通道亚家族M成员2-反义RNA可通过增强TATA盒结合蛋白相关因子15介导的瞬时受体电位阳离子通道亚家族M成员2信使RNA的稳定性，促进大肠癌细胞增殖[22]。此外，lncRNA Fez家族锌指蛋白1-反义RNA1可与组蛋白赖氨酸特异性去甲基化酶1结合，通过调控组蛋白赖氨酸特异性去甲基化酶1的去甲基化抑制p21的表达，促进胃癌细胞增殖[23]。另外，lncRNA红细胞膜蛋白带4.1样4A-反义RNA2通过与叉头框转录因子L1竞争结合miR-301a-5p，调控叉头框转录因子L1的表达，具有抑制肝细胞癌的作用[24]。以上研究表明，lncRNAs通过调控原癌基因或抑癌基因的表达影响消化道肿瘤的发生发展。

2.2通过调控细胞代谢影响消化系统肿瘤 代谢异常是肿瘤发生的始动因素，而lncRNAs可通过调节代谢影响消化系统肿瘤的发生发展。消化道肿瘤的发生发展主要涉及的代谢途径包括有氧糖酵解、谷氨酰胺分解、磷酸戊糖通路以及脂肪酸从头合成等[25]。在结肠癌中，linc00504和lncRNA糖酵解相关结直肠癌均可通过募集c-myc并促进c-myc转录，进而调控有氧糖酵解代谢及磷酸戊糖通路[26-27]。而热激因子1可通过调控miR-137的宿主基因MIR137HG影响miR-137的产生，刺激β-1,3-葡聚糖合酶依赖的谷氨酰胺代谢[28]。在肝癌中，lncHR1(long non-coding RNA HCV regulated 1)可通过抑制固醇调节元件结合蛋白-1C激活Fas，调控脂肪酸从头合成，降低肝细胞中三酰甘油和脂滴的表达丰度[29]。由此可见，代谢在肿瘤发展中具有重要作用，探究lncRNAs在消化系统肿瘤代谢中的功能和机制有助于消化系统肿瘤的治疗。

2.3通过调控新生血管形成影响消化系统肿瘤 肿瘤生长依赖于新生血管形成，而lncRNAs可通过调节血管形成影响消化系统肿瘤的发生发展。在肝癌中，结直肠癌差异表达基因可调控哺乳动物雷帕霉素靶蛋白信号通路，促进肿瘤血管形成[30]；在结肠癌中，lncRNA小泛素相关修饰蛋白1假基因3可通过下调周期蛋白D1、波形蛋白、血管内皮生长因子A的表达以及上调上皮钙黏素的表达，促进肿瘤血管形成[31]。另外，lncRNA 尿路上皮癌抗原1可通过miR-96-5p/血管动蛋白样2信号轴，促进胰腺癌患者新血管生成[32]；运动神经元及胰腺同源框1蛋白1-反义RNA1可通过募集转录因子c-myc以及与myc相关的锌指蛋白的表达，影响胆管细胞癌患者的新生血管生成[33]。由此可见，抑制肿瘤新生血管的生成，有助于延缓消化系统肿瘤的进展。总之，lncRNAs可通过调控癌基因及抑癌基因的表达、肿瘤代谢、肿瘤血管生成等影响消化系统肿瘤，深入研究lncRNAs在消化系统肿瘤中的功能和机制对消化系统肿瘤的诊治具有重要意义。

3 lncRNAs在消化系统肿瘤中的作用

3.1作为判断消化系统肿瘤发生的标志物 研究发现，粒细胞特异表达的HOXA转录本反义RNA1(HOXA transcript antisense RNA，myeloid-specific 1，HOTAIRM1)在大肠癌患者中的表达下调，其检测大肠癌的灵敏度与癌胚抗原相当，优于糖类抗原125和糖类抗原199，HOTAIRM1与癌胚抗原联合检测诊断大肠癌的灵敏度可达84%，且不影响其特异性，表明HOTAIRM1可作为诊断大肠癌的肿瘤标志物[34]。除血清中的lncRNA外，外泌体中的lncRNA检测也可作为判断消化系统肿瘤发生的标志物，如外泌体中的lncRNA UEGC1(up-regulated early gastric cancer)在早期胃癌细胞培养基中显著上调，其诊断早期胃癌的准确率较高，同时还可区分早期胃癌、健康个体和恶性慢性萎缩性胃炎患者，因此外泌体lncRNA UEGC1可作为诊断早期胃癌的高度敏感、稳定和非侵入性生物标志物[35]。另有研究表明，在胃液中lncRNA-水解酶结构域蛋白4-反义RNA1的表达显著上调，以lncRNA-水解酶结构域蛋白4-反义RNA1作为标志物，早期胃癌的阳性检出率为71.4%，表明胃液lncRNA-水解酶结构域蛋白4-反义RNA1可作为筛查胃癌的潜在生物标志物[36]。此外，粪便中的lncRNA结肠癌相关转录本1、结肠癌相关转录本2、印记基因H19、HOTAIR-反义RNA、人肺腺癌转移相关转录本1、前列腺癌相关转录物1、母系表达基因3、第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因1等存在差异表达，也可作为结肠癌患者早期诊断的生物标志物[37]。

总之，消化系统组织、血细胞或血浆、胃液、外泌体、粪便中的lncRNAs均可作为诊断消化系统肿瘤的肿瘤标志物。lncRNAs分布于全身各器官、组织、粪便及体液中，因此充分研究其作为诊断消化系统肿瘤标志物的价值，可为消化系统肿瘤的无创诊断提供重要依据。

3.2作为判断消化系统肿瘤进展及患者预后的标志物 体外实验表明，lncRNA溶质载体有机阴离子转运蛋白家族成员4A1-反义RNA1可促进结直肠癌细胞增殖、迁移和侵袭，其高表达与结直肠癌患者的预后不良密切相关[38]。lncRNA-胰腺癌患者血清泛素折叠修饰结合酶1(ubiquitin-fold modifier conjugating enzyme 1，UFC1)水平显著高于健康志愿者，且与低表达lncRNA-UFC1的患者相比，高表达lncRNA-UFC1患者的无进展生存期和总生存期均显著缩短，多因素分析显示，临床分期与lncRNA-UFC1表达水平均是胰腺癌患者重要的独立预后因素，表明血清lncRNA-UFC1可作为预测胰腺癌患者预后的潜在生物标志物[39]。此外，lncRNA-高甲基化介导的锌指蛋白667-反义RNA1表达下调与食管鳞状细胞癌的进展及患者预后均密切相关[40]。另有研究表明，lncRNA-INK4基因座中反义非编码RNA在肝癌组织中表达上调，其可通过绑定多梳抑制复合物2调控Kruppel样因子2在肝癌细胞中的转录，且无论在体外还是在体内实验中，下调lncRNA-INK4基因座中反义非编码RNA的表达均可抑制肝癌细胞的增殖、侵袭，同时诱导肝癌细胞凋亡[41]。人肺腺癌转移相关转录本1可通过上调H3组蛋白乙酰化水平促进表皮生长因子样结构域7的表达，从而促进胃癌的转移和侵袭[42]。此外，lncRNA-人肺腺癌转移相关转录本1还可通过与Zeste同源物增强子2结合下调抑癌基因原钙黏蛋白10的表达，促进胃癌细胞的迁移和侵袭[43]。DNA甲基化可导致胃癌组织中的lncRNA-SPRY4(sprouty RTK signaling antagonist 4)内含子转录本1水平降低，且其降低的程度与肿瘤的大小、病理分期、侵入的深度和淋巴转移均密切相关，lncRNA-SPRY4内含子转录本1表达越低，患者预后越差，提示lncRNA SPRY4内含子转录本1甲基化可作为胃癌患者预后不良的标志物[44]。综上，lncRNAs可作为判断消化系统肿瘤进展及患者预后的标志物。

3.3作为治疗消化系统肿瘤的干预靶点 有研究发现，结直肠癌差异表达基因在结肠癌组织中的表达显著上调，且可与异质核核糖核蛋白U样蛋白2组成功能复合体，将异质核核糖核蛋白U样蛋白2由胞核内转至胞质中，并激活Ras/促分裂原活化的蛋白激酶信号通路，因此结直肠癌差异表达基因可作为结直肠癌患者治疗的作用靶点[45]。另有报道称，敲低BRAF激活的lncRNA可抑制结直肠癌的进展并增强结直肠癌细胞对阿霉素的化学敏感性，表明BRAF激活的lncRNA可能成为结直肠癌治疗的靶标[46]。lncRNA H19可通过去乙酰化酶1介导的自噬促进结直肠癌细胞的5-氟尿嘧啶抗性[47]。此外，在胃癌细胞中，lncRNA序列相似性家族84成员B-反义RNA可通过抑制凋亡信号通路，部分恢复耐药细胞对铂类药物的敏感性[48]。另外，lncRNA小核仁RNA宿主基因3过表达可促进肝细胞癌患者对索拉非尼的耐药性，表明lncRNA小核仁RNA宿主基因3可作为肝癌治疗的新靶点[49]。此外，lncRNA还可通过调控药物转运蛋白的表达影响药物的耐药性，如ATP结合盒蛋白亚家族C成员1可调控细胞内药物的排出与分布，改变肿瘤的耐药性[50]。但有研究表明，lncRNA人核受体亚家族2F组成员1-反义RNA1可作为内源性的停泊载体吸附miR-363，促进ATP结合盒蛋白亚家族C成员1的表达，影响肝癌细胞对奥沙利铂的耐药性[51]。另外，肝细胞核因子1α-反义RNA1和肝细胞核因子4α-反义RNA1均参与调控细胞色素P450的基础表达及苯巴比妥或利福平诱导的细胞色素P450的表达，进而影响肝癌细胞的代谢[52]。

除化疗外，放疗也具有重要作用。lncRNA动力蛋白3-反义RNA可调节食管癌细胞对DNA损伤的反应，在体内和体外均具有显著的抗辐射性[53]。lncRNA结肠癌相关转录本2可负性调节miR-145和p70核糖体蛋白S6激酶1的表达，并抑制食管癌细胞中的蛋白激酶B、胞外信号调节激酶和p70核糖体蛋白S6激酶1磷酸化，增强食管癌细胞对放疗的抵抗力[54]。此外，lncRNA肿瘤蛋白p73-反义RNA1下调可降低肝癌细胞系HepG2、Hep3B和SMCC-7721中的蛋白激酶B磷酸化并增加第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因的表达，通过促进裸鼠的放射敏感性抑制肝细胞癌的发生[55]。

总之，lncRNAs可通过调控肿瘤相关信号通路、自噬、细胞凋亡、DNA损伤、药物转运蛋白、药物代谢等增强或减弱消化系统肿瘤细胞对化疗药物或放射线的敏感性，进而影响肿瘤的治疗。但目前将lncRNAs作为肿瘤治疗靶点仍处于实验理论阶段，未来仍需要进一步研发有效的治疗消化系统肿瘤的特异性靶点。

4 小 结

近年来，随着科学技术的发展和对基因研究的深入，越来越多与消化系统肿瘤相关的lncRNAs被发现，表明lncRNAs在消化系统肿瘤中具有重要作用。lncRNAs可通过调控癌基因及致癌基因的表达、肿瘤代谢、肿瘤新生血管形成等影响消化系统肿瘤的发生、进展、预后判断甚至治疗。然而，由于lncRNAs不能编码功能蛋白质，仅能通过调控某些基因及蛋白的表达和功能发挥作用，且同一lncRNAs可能与多个靶标相互作用，这种复杂的网络调控作用给研究带来较大困难。因此，未来还需进一步深入研究灵敏度和特异度均较高的lncRNAs标志物及治疗靶点，为消化系统肿瘤的诊疗提供新思路。