长链非编码RNA在结直肠癌中的研究进展

武丽娜，彭小忠，鲁重美Δ

(1.中国医学科学院 北京协和医学院，北京协和医院 消化内科，北京 100730；2. 中国医学科学院 北京协和医学院，基础医学研究所 医学分子生物学国家重点实验室，北京 100730)

长链非编码RNA在结直肠癌中的研究进展

武丽娜1，彭小忠2，鲁重美1Δ

(1.中国医学科学院 北京协和医学院，北京协和医院 消化内科，北京 100730；2. 中国医学科学院 北京协和医学院，基础医学研究所 医学分子生物学国家重点实验室，北京 100730)

DNA元件百科全书计划揭示了人类基因组只有不到2%的基因是蛋白编码基因，其他都是非蛋白编码基因。根据核苷酸数目，非蛋白编码RNA可分为长链非编码RNA(long non-coding RNA，lncRNA)和小编码RNA。lncRNA是指核苷酸长度大于200 nt的非编码RNA。一些肿瘤发病机制与肿瘤相关基因座位上的lncRNA有关，lncRNA的差异表达能够影响肿瘤的发生发展。结直肠癌是最常见的肿瘤之一，其发病率和死亡率较高，在我国所有肿瘤中列第五位。一些癌基因和肿瘤抑制基因参与结直肠癌的发生发展过程，lncRNA也在其中起重要作用。

长链非编码RNA；结直肠癌

大型的人类基因组计划，包括DNA元件百科全书计划(encyclopedia of DNA elements，ENCODE)和哺乳动物基因组功能注释(functional annotation of the mammalian genome，FANTOM)等已经揭示了人类基因组的所有基因中只有大约75%转录为RNA，而只有不到2%的基因与编码蛋白相关，其余转录本都是非编码RNA[1]。其中长度大于200 bp的非编码RNA被称为长链非编码RNA(long non-coding RNAs，lncRNAs)，其数目约占全部非编码RNA的80%～90%。根据lncRNA相对于相邻蛋白编码基因的位置，lncRNA可分为基因间lncRNA、基因内lncRNA、双向lncRNA、反义lncRNA、正义lncRNA等。lncRNA在基因表达不同阶段发挥重要的作用，且其与肿瘤的关系是目前研究的热点之一。lncRNA在肿瘤的病理生理过程中具有诸多重要的作用，多种lncRNAs已被证明具有促癌或抑癌的作用。关于lncRNA在结直肠癌发生发展中的作用未知，其在结直肠癌中的研究尚处于起步阶段。本文旨在对结直肠癌中已发现的lncRNA进行综述。

1 lncRNA在基因表达不同阶段发挥重要的作用

1.1 染色质修饰 lncRNA可以招募染色体修饰复合物，作为“支架”与其结合，然后引导这些染色体修饰复合物至特定的基因组区域，这种引导是通过顺式或反式作用来完成的。X染色体失活特异转录本(X inactive specific transcript，Xist)[2]和HOX基因间的反义RNA(HOX transcript antisense intergenic RNA，HOTAIR)[3]即通过这种方式，最终实现基因表达和染色质动态变化的调节。事实上，lncRNA的空间构象也包含一级结构和高级结构。其一级结构即核苷酸排列顺序，lncRNA通过碱基互补配对方式与靶基因结合，结合的对象可以是DNA，mRNA或miRNA。而lncRNA的二级和三级结构是其进一步发挥支架作用的基础[4]。

1.2 转录水平调节 进行转录水平调节的lncRNA通常由增强子或启动子等起调节作用的基因座位合成，通过顺式作用介导快速、敏感、局限的转录调节。从增强子转录的lncRNA主要影响增强子的活性，或者帮助招募蛋白因子至增强子起作用。从启动子转录的lncRNA可以以RNA-DNA相互作用的方式结合在基因的启动子区调节转录。另外，一些lncRNA可以作为“分子诱饵”结合并隔离某些目标蛋白质或RNA，这些lncRNA本身无作用，只是通过负调节其目标蛋白或RNA来发挥功能。

1.3 转录后水平调节 lncRNA可以通过控制mRNA的剪切、转运、翻译以及蛋白的亚细胞定位等来进行转录后水平的调节。Uchl1反义转录本(Uchl1-antisense，Uchl1-AS)可以与Uchl1 mRNA的5’端部分重叠，其结构中含有SINEB2重复序列，这两方面结构特点使得它可以通过某种目前未知的机制在不增加Uchl1 mRNA的基础上招募核糖体促进翻译。

2 结直肠癌中的lncRNA

2.1 具有致癌作用的lncRNA

2.1.1 MALAT1：MALAT1(metastasis associated lung adenocarcinoma transcript 1)是一条长约8.1 kb的lncRNA，由NEAT2(nuclear-enriched transcript 2)转录而来，位于细胞核内。既往研究发现，MALAT1能够增强鼻咽癌细胞系的增殖和侵袭；过表达MALAT1有助于裸鼠胃癌、膀胱癌、肺癌的肿瘤形成；与肝癌复发、乳腺癌转移相关；是肺癌的独立预后标志和抗转移治疗的潜在靶点。在结直肠癌组织中MALAT1高表达，与肿瘤细胞的增殖、侵袭和转移相关，提示预后不佳。

MALAT1可以增强Wnt/β连环蛋白信号通路，促进β连环蛋白向核内集聚，上调该信号通路的Myc、MMP-7等靶基因[6]。另外，MALAT1能够调节丝氨酸/精氨酸剪切因子活性，影响mRNA前体的剪切修饰和mRNA输出，如MALAT1通过结合PTB相关剪切因子(PTB associated splicing factor，SFPQ)，使PTBP2从SFPQ/PTBP2复合物中释放，分离的PTBP2有促进细胞增殖和转移的作用[7]。

2.1.2 CCAT：人类癌基因MYC(myelocytomatosis)位于8q24，其表达受增强子、启动子、转录因子、染色质状态等多水平调节。MYC的增强子与启动子形成染色质环，这些染色质的相互作用在前列腺癌、乳腺癌和结直肠癌中有重要作用。

CCAT1(colorectal cancer associated transcript)位于癌基因MYC的上游515 kb处的“超级增强子”区域，是人类结直肠癌特异性的lncRNA，在结直肠癌中表达上调。通过与CTCF相互作用，空间上MYC上游515kb、MYC上游335kb和MYC相互靠近，形成染色质环，正向调节MYC的转录，促进结直肠癌的发生发展[8]。位于MYC上游335kb处的CCAT2在微卫星稳定的结直肠癌组织中高表达，能促进肿瘤生长、转移和染色体不稳定。CCAT2与TCF7L2的相互作用可以增强WNT信号通路活性，上调MYC及MYC下游的miR-17-5p、miR-20a，同时WNT信号通路又可以反馈调节CCAT2[9]。

2.1.3 PVT1：PVT1(plasmacytoma variant translocation 1)位于8q24，是癌基因MYC下游的lncRNA。PVT1和MYC蛋白共同表达于卵巢癌、食管癌、头颈鳞癌、胃癌、肾癌、黑色素瘤、肝癌、肺腺癌等多种原发肿瘤中。PVT1在结直肠癌组织中表达升高，其表达水平也是影响结直肠癌患者总生存期长短的独立危险因素。

大多数MYC表达升高的肿瘤中能检测出PVT1的水平升高。敲低PVT1可以使MYC诱导的结肠癌细胞系丧失其成瘤潜能。MYC蛋白的高表达及其相关的成瘤潜能依赖于其下游PVT1的水平[10]。除上述与MYC的相关机制外，研究发现在结直肠癌细胞系中敲低PVT-1可通过激活TGF-β和凋亡信号通路使其丧失增殖和侵袭能力[11]。

2.1.4 HOTAIR：HOTAIR(HOX transcript antisense intergenic RNA)位于12q13.13，是包括2158 nt的lncRNA。HOTAIR在乳腺癌、肝癌、鼻咽癌中过表达，是肝癌术后转移和复发的预测因子。HOTAIR在结直肠癌组织中高表达，并且与肿瘤淋巴结转移[12]及预后[13]相关。Miroslav等[14]研究发现结直肠癌患者血液中的HOTAIR水平较正常人高，血液中HOTAIR的水平与患者的死亡率相关。

HOTAIR的作用机制较多，其可以通过结合PRC2复合物至特异基因区域，引起组蛋白H3K27甲基化；HOTAIR也可结合LSD1/CoREST/REST抑制复合物，引起H3K4去甲基化，最终通过染色体修饰引起基因沉默[15]。另外还有HOTAIR触发上皮-间质转换过程、与具有抑癌作用的miRNA相互作用等机制。在结直肠癌中HOTAIR相关的信号通路较多，如TGF-β信号通路、p53信号通路、细胞周期、泛素介导的蛋白酶解等。

2.1.5 CRNDE：CRNDE(colorectal neoplasia differentially expressed)是新发现的长链非编码基因，在许多实体肿瘤和白血病中表达升高，如CRNDE是神经胶质瘤中上调表达最高的lncRNA。在90%的结直肠腺瘤和腺癌中存在CRNDE的高表达[16]。

CRNDE可以作为“支架”与染色质修饰复合物相互作用，如PRC2和CoREST，通过改变组蛋白甲基转移酶的活性，从表观遗传学方面调节基因表达。CRNDE的核转录本可以被胰岛素及胰岛素样生长因子抑制，是PI3K/AKT/mTOR通路和Raf/MAPK通路的下游靶点[17]。

2.2 具有抑癌作用的lncRNA

2.2.1 GAS5：GAS5(growth arrest specific transcript 5)位于1q25，共约630 nt，编码10条基因内的小核仁RNA(snoRNA)和2条成熟的lncRNA亚型。GAS5在乳腺癌细胞、前列腺癌细胞和肾癌细胞中表达下调。在结直肠癌中，GAS5表达亦下调，其表达水平与结直肠癌肿瘤大小、组织学分级、TNM分期及总生存期相关，体内外实验均证明过表达GAS5可以抑制增殖[18]。

GAS5可以与糖皮质激素受体的DNA结合结构域结合，作为分子诱饵与DNA糖皮质激素受体元件竞争结合部位。另外，GAS5的抑癌作用可能与由GAS5衍生的snoRNA相关。在DNA损伤信号通路中，p53诱导GAS5 snoRNA表达，从而起到促进凋亡并减慢细胞周期的作用[19]。

2.2.2 lincRNA-p21：lincRNA-p21(long intergenic non-coding RNA-p21)位于17号染色体p21基因上游，属于基因间的lncRNA。lincRNA-p21在结直肠癌组织中水平较低，lincRNA-p21的表达水平与肿瘤分期和血管转移相关[20]。经X线照射后lincRNA-p21水平增加，并且过表达lincRNA-p21可以通过促进细胞凋亡来增加放疗的敏感性[21]。

在DNA损伤信号通路中，p53结合于lincRNA-p21的启动子区，诱导lincRNA-p21表达，继而lincRNA-p21与hnRNP-K结合，这种相互作用特异性传递至数目众多的lincRNA-p21下游靶基因，促进细胞凋亡从而起到抑制肿瘤的作用[22]。

2.2.3 Loc285194：Loc285194位于3q13.31，是长度为2105 nt的lncRNA，可以抑制肿瘤细胞生长。Loc285194在食管鳞癌、胰腺导管腺癌、骨肉瘤等肿瘤中表达下调。Loc285194在结肠癌中表达下调，低水平的Loc285194与不良预后相关[23]。

Loc285194在DNA损伤信号通路中被激活，p53可以与loc285194上游启动子的p53反应元件相互作用，促进loc285194转录。Loc285194由4个外显子组成，其抑制肿瘤细胞生长作用与外显子4有关，外显子4上包含2个miRNA-211的结合位点，与可以促进细胞生长的miRNA-211结合后降低miRNA-211水平，从而起到抑制肿瘤细胞生长的作用[24]。

2.2.4 lncRNA-LET：lncRNA-LET(lncRNA low expression in tumor)在结直肠癌、肝癌、肺鳞癌、膀胱癌组织中表达下调，在低氧信号通路中起到重要的调节作用。缺氧诱导的组蛋白去乙酰酶3通过降低lncRNA-LET启动子区域的组蛋白乙酰化水平来抑制lncRNA-LET，而lncRNA-LET下调又会影响核因子90蛋白稳定性，后者可引起肿瘤细胞侵袭和转移[25]。

3 结语

长链非编码RNA可以从染色质修饰、转录水平和转录后水平等基因调节的各个方面发挥作用，参与肿瘤形成的多种病理生理过程。目前虽已发现了一些在结直肠癌中起到促癌或抑癌作用的lncRNA，但该领域目前仍处于起步阶段，lncRNA在结直肠癌中的重要作用亟待进一步深入探索。

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(编校：吴茜)

Progression of long non-coding RNA in colorectal cancer

WU Li-na1, PENG Xiao-zhong2, LU Chong-mei1Δ

(1.Department of Gastroenterology, Peking Union Medical College Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences, Peking Union Medical College, Beijing 100730,China; 2.State Key Laboratory of Medical Molecular Biology, Department of Molecular Biology and Biochemistry, Chinese Academy of Medical Sciences, Peking Union Medical College, Beijing 100730, China)

Encyclopedia of DNA elements in the human genome project revealed that only 2% genes are protein coding genes, the rest of genes are non-protein coding genes. According to the number of nucleotides, non-protein coding RNA are divided into long non-coding RNA and small non-coding RNA. Long non-coding RNA are non-protein coding genes which are more than 200 nt in length. It has been found that some lncRNA has some effect on the occurrence and development of tumor. Colorectal cancer is one of the most common tumors. The incidence and mortality of colorectal cancer in our country rank top fifth in all tumors. Some oncogenes and tumor suppressors gene are involved in the occurrence and development of colorectal cancer. lncRNA plays an important role in it.

long non-coding RNA; colorectal cancer

武丽娜，女，博士在读，研究方向：结直肠癌，E-mail：w4932965@163.com；鲁重美，通信作者，女，博士，教授，研究方向：结直肠癌，E-mail：lcm5788@163.com。

R735.3

A

10.3969/j.issn.1005-1678.2016.05.02