长链非编码RNA作为ceRNA在结直肠癌中的作用

王丹丹， 王文鑫， 张晓岚

河北医科大学第二医院消化内科，河北 石家庄 050000

结直肠癌(colorectal cancer，CRC)是最常见的恶性肿瘤之一[1]。尽管过去的几十年CRC的诊断和治疗得到了极大改善，然而远处转移，特别是肝转移，以及癌细胞的细胞干性导致CRC预后不良和高死亡率仍是突出问题[2]。CRC中非编码RNA(ncRNA)的生物学研究和递送治疗性RNA的基因治疗手段相关的研究引起了人们对CRC分子机制中长链非编码RNA(lncRNA)的极大兴趣。近年来随着对lncRNA的研究深入，发现了一种新的竞争性内源RNA机制，包括lncRNA、微小RNA(miRNA)和mRNA，在CRC细胞增殖、凋亡、侵袭和转移方面发挥重要作用。此外，竞争性内源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)网络与CRC中放化疗抵抗也有很强的相关性。因此，需要对CRC中ceRNA机制进行更深入的理解和探索。现就lncRNA作为ceRNA在CRC中的作用作一概述。

1 lncRNA概述

lncRNA是一类长度超过200个核苷酸的ncRNA[3]，在各种类型的肿瘤细胞中均存在异常表达，并参与多种恶性肿瘤生物学行为。通常，lncRNA在不同层面上参与蛋白编码基因调控，包括染色质修饰、转录调控和转录后调控。关于染色质修饰，lncRNA与染色质重塑复合物相互作用，在特定基因组位点中诱导异染色质形成，从而引起基因表达水平降低。此外，lncRNA通过与RNA结合蛋白和转录因子的共激活子相互作用，或通过调节靶基因的主要启动子来调控转录过程。lncRNA可以与DNA、mRNA、ncRNA和蛋白质结合，通过信号分子、诱饵分子、引导分子、支架分子4种方式参与各种肿瘤相关的细胞过程。有研究报道，lncRNA在一些重要的CRC相关通路中充当不同功能分子，以及基因表达的顺式和反式调节元件。例如，定位于染色体8q.24的致癌lncRNA，包括CACS11、CCAT家族和PVT1，通过与蛋白质相互作用在翻译后水平刺激Myc或其他Wnt靶基因表达，促进CRC进展[4]。此外，lncRNA参与CRC从癌前息肉到远处转移的各个阶段，提示其可作为CRC的诊断性标志物[5-6]。近年来，越来越多的研究表明CRC进展中存在lncRNA介导的ceRNA网络，成为目前研究的焦点。

2 ceRNA假说

RNA领域的传统观点认为，长度约23nt的miRNA可通过miRNA反应元件(MRE)与编码蛋白的mRNA部分互补结合[7]。MRE多数位于各种类型的RNA(如ncRNA和mRNA)转录本的3′非翻译区，也可出现在5′非翻译区，甚至编码序列。一旦成熟的miRNA将RNA诱导的沉默复合体(miR-RISC)引导至MRE，将积极触发mRNA失稳或翻译后阻遏，从而导致基因表达受抑[8]。2009年Seitz提出，包含MRE的大部分RNA转录本均可作为miRNA的竞争性抑制剂，即所谓的“miRNA海绵”，可调节miRNA表达，并通过与内源性mRNA竞争miRNA结合位点来发挥功能[9]。Selmena等[10]于2011年提出ceRNA假说。他们推测ncRNA，尤其是lncRNA，可以通过部分互补竞争miRNA结合位点，被命名为ceRNA，这种相互作用导致miRNA水平降低及活性受损。ceRNA机制的有效性主要基于其转录本的相对水平。由于竞争加剧，ceRNA水平的变化对于增强或减弱miRNA对靶基因的作用至关重要。在癌细胞和癌组织中，由于与异常表达的ncRNA(尤其是lncRNA)的相互作用，miRNA可能更易于降解，从而调节重要的肿瘤相关基因的表达。ceRNA概念提出后，越来越多的生物信息学数据亦表明，人类基因组中大多数与肿瘤相关的lncRNA和蛋白编码基因均包含MRE，这证实了lncRNA/miRNA/mRNA网络在肿瘤中是存在的。Wang等[11]最早在肝癌中发现了与lncRNA相关的ceRNA机制，其中lncRNA HULC作为miR-372的海绵，抑制了其活性，并因此降低了miR-372对PRKACB的抑制作用。进一步的实验证据显示，lncRNA介导的ceRNA网络在包括CRC、胃癌和卵巢癌在内的各种癌症中起关键作用[12]。本文主要讨论最近发现的与CRC的几个生物学过程相关的lncRNA/ceRNA机制。

3 lncRNA作为ceRNA在CRC中的作用

3.1 参与CRC发生和发展研究表明，lncRNA相关的ceRNA机制与CRC的发生和发展密切相关，参与CRC增殖、侵袭和转移。lncRNA PVT1位于染色体8q.24.21，该区域包含许多与CRC相关的lncRNA。PVT1在CRC细胞和组织中高度上调，在CRC患者中，PVT1上调与细胞增殖、侵袭、肿瘤分期和淋巴结转移呈正相关。Yu等[13]最新研究显示，PVT1通过miR-30d-5p/RUNX2轴在CRC中起ceRNA的作用，促进CRC发生。RUNX2是一种新发现的癌基因，与肿瘤生长和转移相关，可以被多个ncRNA调控。另一项研究表明，PVT1通过海绵吸附和抑制miR-455，提高RUNX2的表达，促进CRC的发展[14]。另外，作为PVT1转录本之一的PVT1-214，是CRC的致癌驱动因子，可通过miR-128/Lin28/Let7轴促进CRC的肿瘤发生[15]。综合以上研究发现，lncRNA PVT1充当多个miRNA的ceRNA，相关的ceRNA调控轴在CRC起始和进展中起重要作用，推测PVT1及其相关调控轴成员可能是CRC的潜在靶点。

此外，大多数先前鉴定的位于不同染色体上的lncRNA均可作为CRC中miRNA的ceRNA发挥调控作用。例如，lncRNA MALAT1通过海绵吸附miR-508-5p，进而增强RAB14的表达，促进CRC的进展[16]；lncRNA HOTAIR通过miR-206/CCL2轴促进CRC细胞增殖、迁移和侵袭[17]；lncRNA NEAT1被证明与CRC肿瘤分化、转移和TNM分期呈正相关，通过miR-495-3p/CDK6轴发挥致癌作用[18]。我们最近的研究发现，lncRNA TNFRSF10A-AS1是CRC中一种促进肿瘤恶变的新型致癌lncRNA。机制方面，我们的综合研究确定了一种新的lncRNA/miRNA/mRNA调控网络，三者之间的相互作用可能为CRC早期诊断和预后提供潜在的生物标志物，针对此调控轴对CRC可能具有一定的治疗意义。这些竞争性相互作用揭示了CRC起始和进展背后隐藏的lncRNA介导的ceRNA机制的重要性。

3.2 参与上皮-间质转化(EMT)作为一种病理机制，EMT引发了CRC从原发肿瘤到远处转移，尤其是肝脏和淋巴结转移。lncRNA可以被视为各种肿瘤的新型EMT标志，而基于ceRNA机制的研究为lncRNA相关的EMT提供了新的认识。Chen等[19]首次描述了lncRNA UICLM介导的ceRNA网络在CRC肝转移中的作用。UICLM通过UICLM/miR-215/ZEB2网络促进了EMT的形成和细胞干性。临床病理证据表明，UICLM在CRC肝转移患者中高度过表达，表明UICLM是CRC细胞EMT和肿瘤细胞干性形成所必需的。体外证据进一步表明，UICLM通过竞争性吸附miR-215，增强了EMT和肝转移激活因子ZEB2，从而拮抗miR-215对ZEB2的抑制作用。这一发现为lncRNA与CRC肝转移之间的联系提供了证据，并为CRC远处转移背后的ceRNA机制提供了新的范例。同时，UICLM也是潜在的治疗靶标，敲除UICLM不仅负向调节ZEB2，且显著抑制与CRC细胞干性相关的基因及表面抗原。Lin等[20]研究发现，lncRNA HIF1A-AS2通过充当miR-129-5p的ceRNA增强DNMT3A表达，从而导致EMT形成和CRC进展。这项研究不仅确定了HIF1A-AS2在CRC中的致癌作用，而且还基于HIF1A-AS2/miR-129-5p/DNMT3A调控轴为CRC提供了新的治疗靶点。此外，lncRNA HOXA11-AS的高表达与CRC进展和不良预后有关，并可能通过海绵吸附miR-149-3p促进EMT[21]。

3.3 参与CRC炎症形成炎症是CRC发生的公认驱动因素，已证实炎症性肠病(IBD)患者发生CRC的风险增加[22]。lncRNA在IBD条件下异常表达，并在溃疡性结肠炎(UC)和克罗恩病(CD)的炎症过程中发挥关键作用，值得注意的是，其中一些lncRNA亦参与CRC过程。Tian等[23]研究发现，炎症相关的lncRNA MALAT1和miR-663a通过序列依赖性结合在CRC细胞中构成ceRNA网络。MALAT1通过ceRNA机制降低了miR-663a的表达，导致CRC细胞和组织中miR-663a的多数靶基因(P53、PIK3CD、P21、CXCR4、TGFB1和JUND)去阻遏。此外，MALAT1已被确定为人类系统性红斑狼疮的炎症调节剂，而miR-663a亦参与慢性炎症过程，因此，MALAT1和miR-663a可能参与CRC的发展和炎症形成[24]。另有研究证实，作为炎症和肿瘤均相关的lncRNA CCAT1，通过下调miR-185-3p破坏肠黏膜屏障，从而促进炎症性肠病恶变[25]。鉴于IBD与CRC的高度相关性，有学者应用生物信息学方法分析IBD相关CRC的mRNA和lncRNA，并构建lncRNA/miRNA/mRNA网络。在IBD相关CRC的病理生理过程中，共鉴定出3种lncRNA、15种miRNA和138种mRNA。进一步的功能分析表明，上述ceRNA介导肿瘤发生的潜在机制[26]。尽管需要更多的基础研究来证实上述结果，但此研究仍强调了ceRNA在IBD相关CRC发病机理中的重要作用。

3.4 参与放化疗抵抗由于ceRNA机制与肿瘤的发生和发展密切相关，因此推测lncRNA介导的ceRNA网络在肿瘤放化疗抵抗中起关键作用。lncRNA/miRNA/mRNA网络可调节基于阿霉素、5-氟尿嘧啶和奥沙利铂的化疗方案抵抗。例如，lncRNA XIST通过海绵吸附miR-124上调SGK1表达，诱导阿霉素耐药[27]；lncRNA TUG1通过miR-197-3p/TYMS轴介导5-氟尿嘧啶耐药[28]；linc00460-miR-149-5p/miR-150-5p-突变型p53反馈回路导致CRC对奥沙利铂耐药[29]。除化疗外，放疗也是广泛使用的CRC治疗手段，但高放疗抵抗常导致放疗失败。lncRNA MALAT1可以通过海绵吸附miR-101-3p增加CRC的放疗抗性[30]；而敲低lncRNA HOTAIR可以通过调节miR-93/ATG12轴增加CRC放疗敏感性[31]。

总之，越来越多的研究证据表明，lncRNA介导的ceRNA机制参与了CRC放化疗抵抗。这些发现为肿瘤放化疗抗性的获得提供了潜在的预测指标，并阐明了lncRNA相关的ceRNA机制在克服放化疗抵抗中的临床意义。到目前为止，CRC中仍存在大量放化疗抵抗相关的lncRNA尚未进行研究。因此，需要进一步研究lncRNA在治疗抵抗中的作用，以确保获得更好的临床效果。

4 总结与展望

人类基因组中仅有约1.5%的基因编码蛋白质，其余的非蛋白编码DNA序列大多数被转录为RNA，其中包含数千个miRNA和数万个lnRNA。许多lnRNA在与miRNA结合时会与特定的mRNA竞争，形成了控制基因表达和细胞功能的复杂且高度受控的调控网络。由于ceRNA网络中lncRNA的异常表达常提示预后不良，且敲低/过表达lncRNA可大大抑制CRC的进展，因此这些lncRNA或可作为有效的预后生物标志物和治疗靶点。尽管近几十年来对CRC背后的分子机制进行了深入研究，但由于EMT、转移和放化疗抵抗的频繁发生，使其仍是最致命的恶性肿瘤之一。与lncRNA相关的ceRNA网络研究可能会为CRC治疗和克服耐药开辟新途径。目前，对ceRNA机制的研究仍处于早期阶段，其参与肿瘤进展的确切机制仍然未知。ceRNA预测需要更高级的全基因组算法，以鉴定新的预后生物标志物。