中国细胞生物学学报 Chinese Journal of Cell Biology 2013, 35(9): http://www.cjcb.org DOI: 10.11844/cjcb.2013.09.0149 收稿日期: 2013-05-10 接受日期: 2013-05-29 国家自然科学基金(批准号: 81171660)、宁波市自然科学基金(批准号: 2012A610207)、浙江省研究生创新科研项目(批准号: YK2011050)、宁波市科技 创新团队项目(批准号: 2011B82014)和宁波市重点学科项目(批准号: XKL11D2127)资助的课题 *通讯作者.Tel: 0574-87600758, Fax: 0574-87608638, E-mail: guojunming@nbu.edu.cn Received: May 10, 2013 Accepted: May 29, 2013 This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No.81171660), Natural Science Foundation of Ningbo (Grant No. 2012A610207), the Scientific Innovation Project for the Graduate Student in Zhejiang Province (Grant No.YK2011050), the Scientific Innovation Team Project of Ningbo (Grant No.2011B82014) and the Project of Key Disciplines in Ningbo (Grant No.XKL11D2127) *Corresponding author. Tel: +86-574-87600758, Fax: +86-574-87608638, E-mail: guojunming@nbu.edu.cn 长链非编码RNA在消化系统肿瘤发生中的作用 邵永富 蒋孝明 朱梦颖 杨芳鲁旭文 郭俊明* (宁波大学医学院生物化学与分子生物学研究所, 浙江省病理生理学技术研究重点实验室, 宁波 315211) 摘要 长链非编码RNA(long non-coding RNA, LncRNA)是一类长度大于200核苷酸且不具备 蛋白质编码功能的一类RNA分子.近年研究表明, LncRNA与消化系统肿瘤发生的关系非常密切, 它们可在表观遗传、转录以及转录后水平广泛参与基因表达调控, 影响肿瘤的发生、发展, 并且与 肿瘤侵袭、转移及患者预后密切相关.深入研究LncRNA与消化系统肿瘤发病的关系有望为消化 系统肿瘤的预防和诊治提供新策略. 关键词 长链非编码RNA; 消化系统肿瘤; 发生机制 The Roles of Long Noncoding RNAs in the Occurrence of Digestive System Tumors Shao Yongfu, Jiang Xiaoming, Zhu Mengying, Yang Fang, Lu Xuwen, Guo Junming* (Department of Biochemistry and Molecular Biology, Zhejiang Provincial Key Laboratory of Pathophysiology, Ningbo University School of Medicine, Ningbo 315211, China) Abstract Long noncoding RNAs (LncRNAs) are noncoding RNA?molecules greater than 200 nt in length. Recent studies have demonstrated that the dysregulated LncRNAs are closely related with human digestive system tumors. They are widely involved in the regulation of gene expression network in the forms of epigenetic, transcriptional and post-transcriptional levels. Besides, they are associated with the tumor development, invasion, metastasis and prognosis. Further study of the relationship between LncRNAs and digestive cancers and their pathophysiological mechanisms will bring new strategies to tumor prevention and treatment. Key words LncRNA; digestive system tumor; mechanisms 长链非编码RNA(long noncoding RNA, LncRNA) 是指一类转录本长度大于200核苷酸(nucleotide, nt) 且不具有蛋白质编码功能的长链RNA分子[1] .它们 的长度一般介于200~100 000 nt之间, 具有高度保守 的序列元件、特定的空间二级结构, 亚细胞定位也 较复杂, 可位于细胞核内或胞浆中[2] .LncRNA曾被 认为是基因转录噪音而一直未受到重视, 近年来越 来越多研究显示, LncRNA是一类重要基因表达调控 元件, 能在多种水平(表观遗传、转录和转录后等)调 控基因表达[1-2] .现有研究发现, LncRNA与多种疾 病(如代谢性疾病、神经退行性疾病、自身免疫疾 病和肿瘤等)的发生与发展密切相关[3-4] .正因为如 此, LncRNA已成为继微小RNA(microRNA, MiRNA) 之后的又一个热点非编码RNA分子. 网络出版时间:2013-08-16 13:56 网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/31.2035.Q.20130816.1356.002.html 2 · 综述 · 由于环境污染、不良生活方式等诸多因素的 影响, 我国消化系统恶性肿瘤的发病率呈现逐年 上升的趋势.在我国, 该系统肿瘤占所有肿瘤的 60%~70%, 位居各系统肿瘤之首; 胃癌、肝癌、结 直肠癌和食管癌的发病率及死亡率均已处于恶性肿 瘤的前5位[5] .消化系统肿瘤具有发病率高、起病隐 匿和早期症状不明显等特点, 这已成为消化系统肿 瘤防治的难点.近年来研究发现, 一些LncRNA异常 表达于消化系统肿瘤, 在消化系统肿瘤的发生、发 展过程中扮演了重要角色(图1).目前, 国内外研究 发现了数十种与消化系统肿瘤密切相关的LncRNA, 本文将重点介绍5种作用机制较为明确的代表性 LncRNA. 1 MALAT1与结直肠癌和肝癌 肺腺癌转移相关转录本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1, MALAT1)定位于11q13.1, 全长8 708 nt, 广泛表达于人体正常组织细 胞, 而以胰腺和肺组织中含量最高.在细胞核内 转录后, MALAT1初始转录产物的3′末端通过类似 tRNA转录后加工机制裂解成MALAT1相关的小胞 质RNA(MALAT1-associated small cytoplasmic RNA, mascRNA), 随后被运送至胞浆中, 而MALAT1则稳 定地停留在胞核中[6] .细胞内MALAT1生物学功 能多样, 涉及丝氨酸/精氨酸富集蛋白(serine/arginie riched protein, SR protein)的招募和磷酸化、mRNA 前体加工、神经突触的形成与维持、基因表达调控 等过程[7] . 尽管MALAT1是最先在肺腺癌中发现并以此 命名的, 但现有许多研究证实, 多种消化系统肿瘤如 胰腺癌、结直肠癌、肝癌、胆囊癌和食管癌等恶性 肿瘤均涉及不同程度的MALAT1异常表达[8-9] .在 研究结直肠癌(colorectal cancer, CRC)转移发生机制 时, Xu等[10] 发现, 在原发性结直肠癌组织和结直肠 癌细胞株(SW620和SW480)中, MALAT1的3′末端区 域存在突变; 进一步实验又证明这个靠近3′末端的 区域是它的一个重要功能区, 对细胞的增殖、迁移 和侵袭有着举足轻重的作用.在研究原发性肝细胞 性肝癌(hepatocellular carcinoma, HCC)、肝母细胞 瘤(hepatoblastomas, HPBL)及对应癌旁组织的基因 表达类型和全基因组的改变时, 人们发现MALAT1 在HCC和HPBL组织中有明显的表达上调[9] , 在早 图1 LncRNA与消化系统肿瘤 Fig.1 LncRNAs and digestive system tumors 邵永富等: 长链非编码RNA在消化系统肿瘤发生中的作用 3 期肿瘤组织中的表达水平即可比正常肝组织增加 6倍[8] ; 继而又有学者发现, 无论在肝癌细胞株还是 HCC组织均存在MALAT1的表达上调, 并且高表达 MALAT1的患者肝移植术后复发风险更大(尤其是 超出米兰标准者); 多因素分析还发现, MALAT1可 作为一个预测肝癌复发的独立因子; 细胞水平实验 进一步证明, 下调MALAT1表达后, 肝癌细胞的生存 能力、迁移及侵袭力显著下降, 而对顺铂、阿霉素 等药物诱导凋亡的敏感性增强[11] .诚然, MALAT1 已经显示与多种消化系统肿瘤的密切相关性. 2 HULC与肝癌 肝癌高表达转录本(highly up-regulated in liver cancer, HULC)全长500 nt, 定位于染色体6p24.3, 在 人体多数正常组织中不表达, 肝局灶性结节性增生 时可轻度上调, 而发生原发性肝癌及结直肠癌肝转 移后表达水平显著上调[12-13] .迄今, HULC的生理功 能及分子机制仍了解不多. 与前述MALAT1的具有较广瘤谱特点[8-11] 不同 的是, HULC具有肝癌特异性.实验证明, HULC可 在转录后水平对肝癌细胞内多个靶基因的表达发 挥调控作用.用小干扰RNA(small interfering RNA, siRNA)下调Hep3B和HepG2等肝癌细胞中HULC 的表达可改变肝癌相关基因的表达[14] , 并抑制其邻 近基因 —溶质载体家族35成员B3(solute carrier family 35, member B3, SLC35B3)的表达[15] .这种改 变并非直接基于RNA间的相互作用, 而是借助自身 miRNA应答元件与其他RNA竞争结合同种miRNA 而实现转录后水平相互影响, 即通过竞争性内源 RNA(competing endogenous RNA, ceRNA)作用.肝 癌细胞内经蛋白激酶A(protein kinase A, PKA)途径 磷酸化的cAMP应答元件结合蛋白(cAMP response element binding protein, CREB)与HULC近端启动子区域结合, 同时打开并维持局部染色质结构, 促进HULC基因转录. 转录后的HULC扮演着内源性miRNA海绵样的角色, 在吸附并抑制miR-372等miRNA活性的同时, 通过ceRNA改变相关基因表 达.miR-372的下调减弱了PRKACB(一种cAMP 依赖的蛋白激酶的催化亚基)的靶向抑制, 进而加 强PRKACB诱导CREB磷酸化作用, 而磷酸化的CREB又可以与HULC启动子区域结合, 并进一步 激活HULC表达, 形成正反馈回路[16] (图2).有意 思的是, 近期报道HULC也参与乙型肝炎病毒X蛋白(hepatitis B virus X protein, HBx)介导的肝癌形 成过程[17] .其大概机制是: HBx通过与CREB相互 作用调节CREB依赖启动子的转录活性, 从而间接 活化HULC启动子以加强HULC基因转录, 过表达 的HULC又可抑制同一染色体上邻近肿瘤抑制基 因p18启动子活性, 造成p18在mRNA和蛋白质水平 下调, 进而促进肝癌细胞增殖(图2).值得关注的 是, 位于HULC启动子区域的rs7763881变异基因型 有助于降低HBV持续携带者发生HCC的易感性[18] , 提示HULC参与肝癌发生过程的作用亦与遗传背 景有关. 图2 HULC致癌机制 Fig.2 HULC's mechanisms in cancer promoting 4 · 综述 · 3 H19与结直肠癌、肝癌和胃癌 H19基因定位于人染色体11p15.5区域, 全长 2 322 bp, 包含5个外显子和4个内含子, 是一母源性 印迹基因, 主要作为印记基因网络的反式调节者控 制细胞生长.它的表达受到上游4 Kb处的差异甲基 化区(differentially methylated domain, DMD), 即印迹 控制区(imprinting control region, ICR)的调控[19] .在 胚胎发育期, H19基因高丰度表达于源于中胚层和 内胚层的组织, 人出生后大多数组织的表达趋于停 止, 仅在骨骼肌和心肌尚有一定表达, 而当机体组织 再生或形成肿瘤时可被重新激活[19] .已有报道揭示, H19在食道癌、胃癌、结直肠癌和肝癌等多种消化 系统肿瘤中存在程度不同的异常表达[20-24] . H19可以通过多种机制发挥类似癌基因的生物 学功能.Dugimont等[25] 发现, P53基因能有效地抑制 H19启动子的活性.在胃癌细胞中, Yang等[21] 研究 发现, H19能结合P53并抑制P53的活性, 并降低P53 下游靶基因Bax(凋亡相关基因)的水平, 从而促进胃 癌细胞增殖和逃逸凋亡.在结肠癌的研究中, H19 的促癌功能被发现与miR-675密切相关, 而且两者 的表达水平与抑癌基因—视网膜母细胞瘤基因 (retinoblastoma, RB)的表达水平呈负相关.H19基因 通过其第1外显子转录的miR-675作用于RB mRNA 的3′端非翻译区, 并抑制RB基因的表达进而促进肿 瘤细胞的生长[22] .因此, 有理由认为, H19在结直肠 癌中发挥了类似癌基因的生物学作用. 值得注意的是, H19亦可扮演抑癌基因角色. 在小鼠结肠癌、肝癌发生模型中, Yoshimizu等[23] 发现, H19表达的缺少能明显增加小鼠结肠息肉数 量和加速肝肿瘤的形成过程.他们认为, H19控制 着肿瘤形成的启动步骤, 缺失H19将促进肿瘤形成. 又有研究发现, 如果原发性肝癌组织低表达H19将 能显著促进肿瘤转移, 患者术后无病生存期短、复 发风险高, 预后也较差[24] .H19促癌抑癌角色的转 换、功能作用的差异可能与肿瘤遗传背景、肿瘤的 微环境以及致瘤因素的差异有关. 关于H19与肿瘤转移的关系, 还有研究发现, H19与肿瘤细胞缺氧应激相关[26] : 在缺氧应激条件 下, P53与缺氧诱导因子1(hypoxia-inducible factor-1 alpha, HIF1-α)相互作用, 并通过调节H19表达水平 改变细胞应答状态; HIF-1上调H19表达、介导细胞 适应低氧, 而P53则抑制H19表达、加强低氧诱导细 胞凋亡作用, 两者作用结果的综合效应取决于P53的 状态.当P53突变或缺失时, H19表达上调促进肿瘤 进展(包括血管生成、肿瘤转移和化疗抵抗等). 最近研究又发现, H19启动子区域组蛋白异 常乙酰化可引起H19表达下调, miR-200家族上游区域异质核糖核蛋白U(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein U, hnRNP U)与P300/CBP相关因子 (P300/CBP associated factor, PCAF)结合减少, hnRNP U/PCAF/RNA Pol II蛋白复合物组蛋白乙酰化作用 减弱, miR-200家族启动子区域乙酰化异常表达水 平降低, 进而减弱了负调控miR-200的靶基因— 锌指增强子结合蛋白1/2(zinc finger E-box binding homeobox1/2, ZEB1/2)的抑制作用[24] .ZEB1/2表达 上调将促进肝癌细胞的上皮间充质转化(epithelial- mesenchymal transition, EMT), 这又可使HCC细胞侵袭 迁移能力增加.此外, H19也可通过与Zeste同源序列 2的增强子(enhancer of zeste homolog 2, EZH2)相互作 用促进EMT过程, 从而增加肿瘤细胞侵袭迁移力[27] . 但有意思的是, H19不仅与EZH2相互作用, 还可招募 多梳蛋白抑制复合体2(polycomb repressive complex 2, PRC2)到E-钙黏蛋白(E-cadherin)基因启动子区域, 引 起组蛋白H3的第27位点赖氨酸三甲基化(H3K27me3) 使E-钙黏蛋白基因的表达受到抑制; 同时还可通 过H3K27三甲基化使裸角质蛋白1(naked cuticle 1, NKD1)基因表达受阻.NKD1的减少将通过Wnt信号 通路促进β-链蛋白(β-catenin)核转移, 并与T细胞因子 /淋巴增强因子(T cell factor/lymphoid enhancer factor, TCF/LEF)结合成复合物, 进一步激活Snail和Slug基因 (属于锌指转录因子超家族成员)表达; 而后者是重要 的EMT调控因子, 可通过与E-钙黏蛋白基因启动子区 的增强子–盒(enhancer box, E-box)作用元件相结合下 调E-钙黏蛋白表达, 最终引起EMT(图3). H19在肿瘤发生中的作用确实很广泛(图3), 如: 最近有学者在其他系统肿瘤的研究中发现, H19可 通过DNA结合/分化2(DNA binding/differentiation 2, ID2)促进肿瘤细胞增殖, 或者由c-Myc直接诱导其表 达而促进肿瘤发生[28] . 4 HOTAIR与结直肠癌、肝癌和胃肠道 间质瘤 同源异型框基因反义基因间RNA(HOX antisense intergenic RNA, HOTAIR)定位于12q13.13, 邵永富等: 长链非编码RNA在消化系统肿瘤发生中的作用 5 全长2 337 nt, 是具有反式调控作用的LncRNA, 其功 能片段位于5′端1~300 nt和3′端1 500~2 146 nt区域, 可结合染色体修饰复合物从而实现表观遗传方式调 控相关基因的表达.HOTAIR的生物功能广泛, 主 要涉及细胞分化、 增殖、 凋亡、 转移及抗药等方面[29] . PRC2由EZH2、多梳蛋白SUZ12(suppressor of Zeste 12)及核心蛋白亚基EED(embryonic ectoderm development)组成; 而LSD1/CoREST/REST是由赖氨酸特异性脱甲基酶1(lysine-specific demethylase 1, LSD1)、 阻遏元件-1沉默转录因子辅阻遏物(corepressor for repressor element-1 silencing transcription factor, CoREST)和阻遏元件-1沉默转录因子(repressor element-1 silencing transcription factor, REST)等3种蛋白质结合而成的复合体.这2 类复合物都是与HOTAIR生物学功能的发挥密切相 关的染色体修饰复合物.研究发现[30-31] , HOTAIR 5′ 端可与PRC2复合物结合, EZH2的第345位苏氨酸残 基经周期蛋白依赖性激酶1(cyclin-dependent kinase 1, CDK1)磷酸化后又能增强自身与HOTAIR的结合, 然后使染色体组蛋白H3K27三甲基化, 进而沉默靶 基因; 而HOTAIR 3′端则能与LSD1/CoREST/REST 复合物结合, 通过介导H3K4me2去甲基化调节靶基 因转录活性.所以, HOTAIR属于含有不同结合域 的模块化双功能RNA, 它通过提供装配选择性组蛋 白修饰酶的结合表面来发挥类似支架的作用, 介导 了染色体修饰复合物到达特定位点, 引起组蛋白三 甲基化或去甲基化, 进而下调肿瘤转移抑制基因的 表达(图4). 图3 H19在肿瘤发生中的作用机制 Fig.3 H19's mechanisms in tumor occurrence 图4 HOTAIR促进肿瘤转移的机制 Fig.4 HOTAIR's mechanisms in tumor metastasis 6 · 综述 · 机体发生肿瘤时, HOTAIR表达量将增加, 而 上调的HOTAIR能显著促进肿瘤的发生、发展并 且与患者的预后关系密切.肝癌组织中高表达的 HOTAIR是患者肝切除和移植后预测肿瘤复发的独 立预后因素, 高表达的患者术后HCC易复发及淋巴 结转移, 无复发生存期缩短[32] .在结直肠癌进行的 类似研究中, Kogo等[33] 发现, 出现肝转移的肝癌患 者的肿瘤组织中HOTAIR的表达水平较癌旁组织的 显著升高; 多因素分析显示, HOTAIR水平是结直肠 癌一个独立的预后指标, 相对高表达HOTAIR的患 者组织分化程度相对低、肿瘤浸润较深、易发生肝 转移、预后差.体外实验进一步证明, 上调HOTAIR 表达将介导PRC2复合物的全基因重定位, 并显著促 进结直肠癌细胞的侵袭能力[33] . 尽管胃肠道间质瘤(gastrointestinal stromal tumors, GIST)与LncRNA关系的研究目前还较少, 但 与结直肠癌相似, HOTAIR在高风险GIST组织中的 表达也是上调的; 并且其表达水平与GIST的分级与 转移关系密切[34] .细胞水平实验发现, siRNA干扰 GIST-T1表达后, PCHD10、SEMA6A、丝氨酸苏氨 酸激酶17b(serine/threonine kinase 17b, STK17B)等HOTAIR靶基因表达增加, 细胞侵袭力减弱[34] . 此外, 高表达HOTAIR胰腺癌患者的生存率低, 容易发生浸润和区域淋巴结转移, 患者预后差; 调 整其表达水平可以在影响胰腺癌细胞侵袭的同时, 影响细胞增殖、凋亡和细胞周期进程, 这些功能也 是HOTAIR通过PRC2复合物作用于生长/分化因子 15(growth/differentiation factor 15, GDF15)基因而间 接发挥的[35] . 5 MEG3与肝癌和结直肠癌 母本印迹表达基因3(maternally expressed gene 3, MEG3)定位于14q32.2, 在多数正常组织表达, 而 在肿瘤细胞中因MEG启动子甲基化等原因导致其 表达下调甚至缺失, 从而可促进细胞增殖和血管生 成, 因此MEG3被认为是一种新型的具有抑癌基因 活性的LncRNA. 研究表明, MEG3具有下调E3泛素连接酶MDM2(mouse double minute 2 homolog)水平, 减少 P53泛素化降解, 同时还能增加P53与GDF15启动子 的结合促进细胞增殖抑制剂GDF15转录从而抑制 肿瘤发生[36] .此外, 也有研究表明, 除P53外, MEG3 还可经其他途径抑制细胞恶性增殖, 从而发挥抑癌 功能[37] .人们观察到, 肝癌细胞MEG3的低表达与 miR-29的负性调控有关.miR-29的靶蛋白为DNA 甲基转移酶1(DNA -methyltransferase 1, DNMT1)和DNMT3b, 而肝癌细胞中miR-29往往是低表达的, 这样将减少其对这些酶表达的抑制作用, 从而使 MEG3基因启动子区域高度甲基化, 造成MEG3的表 达下降, 最终促进细胞的增殖[38] .Anwar等[39] 对肝 癌组织中223个印记基因位点的系统荟萃分析发现, MEG3区域频繁异常伴随广泛的DNA甲基化畸变, 同时确认印记的不稳定性与细胞的恶变过程有关. 早年在结直肠癌研究方面也有MEG3表达缺 失的报道[40] .作为LncRNA家族中具有抑癌功能的 MEG3展现了表观遗传、LncRNA与miRNA间复杂 的调控关系, 这些现象正体现了LncRNA作用机制 的复杂性. 6 其它LncRNA与消化系统肿瘤 Barrett食管和食管腺癌非编码区域的异常低甲 基化能改变AFAP1反义RNA1(AFAP1 antisense RNA 1, AFAP1-AS1)在组织细胞中的表达量, 人为沉默食 管癌细胞AFAP1-AS1的表达后, 癌细胞集落形成、 侵袭迁移、抵抗凋亡等生物学行为随之改变[41] , 提示AFAP1-AS1可能参与食管癌的形成.Yang等[42] 在 研究结肠癌相关的转录物1(colon cancer associated transcript 1, CCAT1)与胃癌关系时发现, CCAT1的表 达量与胃癌分期和转移相关, 而体外提高CCAT1表 达能促进胃癌细胞增殖和迁移; 机制研究发现, 这是 由于上调的c-Myc能直接与CCAT1基因启动子区域 的顺式调控元件E-box结合, 通过增强启动子活性促 进CCAT1转录. 肿瘤生长与转移很大程度上依赖于血管形 成.Yuan等[43] 发现, 过度表达的肝癌微血管侵犯 相关LncRNA(long noncoding RNA associated with microvascular invasion in HCC, LncRNA-MVIH)的 肝癌组织常伴有频繁微血管侵犯.造成这种现象 的原因是, MVIH抑制肝癌细胞磷酸甘油酸激酶 1(phosphoglycerate kinase 1, PGK1)的分泌, 削弱了 PGK1抑制血管生成作用.该研究的发现, 丰富了肿 瘤诱导血管生成的分子机制, 体现了LncRNA促进 肿瘤转移模式的多样性. 细胞周期网络调控失衡是肿瘤细胞恶性增殖 邵永富等: 长链非编码RNA在消化系统肿瘤发生中的作用 7 的重要机制之一.Yang等[44] 发现, 长链基因间非蛋 白质编码RNA-高表达于肝细胞肝癌(long intergenic non-protein coding RNA, highly expressed in hepatocellular carcinoma, LINC-HEIH; 又名LncRNA- HEIH) 5′端区域通过与EZH2相互作用介导PRC2复 合物定位于P16、P27等细胞周期相关基因启动子区 域, 催化组蛋白过度甲基化进而抑制P16、P27等表 达, 解除肝癌细胞G0/G1期阻滞, 参与肝癌细胞增殖 调控.该项研究成果展示了典型的LncRNA在表观 遗传层面的调控模式, 同时提示LncRNA亦可参与 细胞周期调控网络的构成. 在肝癌、结直肠癌等恶性肿瘤组织中常常 表1 消化系统肿瘤中常见异常表达的LncRNA Table 1 The dysregulated LncRNAs in digestive system neoplasms 简称 Abbreviation 全称 Full name 长度(nt) Size(nt) 基因定位 Location 表达情况 Expression 肿瘤类型 Tumor types 参考文献 References AFAP1-AS1 AFAP1 antisense RNA 1 6 810 4p16.1 ↓ Barrett's esophagus, esophageal adenocarcinoma [41] AIRN Antisense of IGF2R non-protein coding RNA 1 489 6q26 ↑ Liver cancer [57] BCYRN1 (BC200) Brain cytoplasmic RNA 1 200 2p21 ↑ Tongue cancer, oesophagus cancer [47] CCAT1 Colon cancer associated transcript-1 2 407 8q24.21 ↑ Colon cancer, gastric cancer [42,49] CRNDE Colorectal neoplasia differentially expressed 1 070 16q12.2 ↑ Colorectal neoplasia [51] DAPK1 Death-associated protein kinase 1 5 942 9q21.33 ↑ Pancreatic ductal adenocarcinoma [56] GACAT1 Gastric cancer associated transcript 1 84 591 2q12.3 ↓ Gastric cancer [46] H19 The reciprocally imprinted partner of Igf2 2 322 11p15.5 loss of imprinting, ↓or ↑ Colon cancer, liver cancer, gastric cancer, oesophagus cancer [19-22] HEIH Highly expressed in HCC 1 781 5q35.3 ↑ Liver cancer [44] HOTAIR Hox transcript antisense RNA 2 337 12q13.13 ↑ Colon cancer, liver cancer, gastrointestinal stromal tumors [32-35] HULC Highly up-regulated in liver cancer 500 6p24.3 ↑ Liver cancer, hepatic colorectal metastasis [12-13] IGF2-AS Insulin-like growth factor 2 antisense 2 881 11p15.5 ↑ Liver cancer [58] KCNQ1OT1 KCNQ1 opposite strand/antisense transcript 1 9 1671 11p15 Loss of imprinting Colorectal cancer [52] MALAT1 Metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript-1 8 708 11q13.1 ↑ Colon cancer, liver cancer, pancreas cancer [6,8-9] MEG3 Maternally expressed gene 3 1 506-9 701 14q32.2 Loss of imprinting Colon cancer, liver cancer, [38,40] MAP3K14 Mitogen-activated protein kinase kinase kinase 14 906-1 260 17q21.31 ↑ Pancreatic ductal adenocarcinoma [56] lncRNA MVIH Long noncoding RNA associated with microvascular invasion in HCC 2 146 10q22 ↑ Liver cancer [43] NPTN-IT1 NPTN intronic transcript 1 2 271 15q24.1 ↓ Colorectal cancers, liver cancer [55] OCC-1 Overexpressed in colon carcinoma-1 1 383 12q23.3 ↑ Colorectal cancer [53] PPP3CB Protein phosphatase 3, catalytic subunit, beta isozyme 3 165 10q22.2 ↑ Pancreatic ductal adenocarcinoma [56] PVT1 Plasmacytoma variant translocation 1 1 716 8q24 ↑ Pancreatic cancer, [54] UCA1 (CUDR) Urothelial cancer associated 1 2 314 19p13.12 ↑ Colon cancer, liver cancer, gastric cancer, oesophagus cancer [50] 7SK(LARP7) 7SK small nuclear RNA 332 6p12.2 ↓ Gastric cancer [48] "↑": 上调表达; "↓": 下调表达. "↑" represents up-expression; "↓" represents down-regulation. 8 · 综述 · 出现一种名为"肿瘤低表达LncRNA"(lncRNA low expression in tumor, LncRNA-LET)的LncRNA.研究 证实, 低氧微环境可导致组蛋白去乙酰化酶3(histone deacetylase 3, HDAC3)活性下降, 而使LncRNA-LET 启动子区域乙酰化水平减少, 结果导致LncRNA- LET表达减少[45] ; 有意思的是, LncRNA-LET的下调 又能减少核因子90(nuclear factor 90, NF90)的降解, 而后者在由低氧诱导的癌细胞侵袭过程中发挥关键 作用[45] .最近, 本课题组研究发现, 胃癌相关转录本 1(gastric cancer associated transcript 1, GACAT1; 即AC096655.1-002)的表达水平与胃癌患者的淋巴结 转移、 远处转移和TNM分期等负相关[46] .由此可见, LncRNA与肿瘤转移关系的密切性. 总之, 现有发现充分证明, 许多LncRNA可在表 观遗传、转录、转录后等多个层次参与基因表达的 调控, 在消化系统肿瘤的发生、发展中扮演着重要 角色(表1). 7 结语与展望 随着人们对LncRNA与肿瘤关系的日益关注, 越来越多的与消化系统肿瘤相关LncRNA相继被 发现, 与此同时它们在肿瘤发生、发展中的作用机 制也不断被丰富.基于LncRNA在肿瘤发生中作 用的认识, 人们可针对肿瘤形成中起关键作用的 LncRNA设计靶向药物, 为肿瘤的分子靶向治疗提 供新途径; 有些LncRNA表达的组织特异性提示其 可作为肿瘤标志物用于消化系统肿瘤的辅助诊断; 有些LncRNA由于其与肿瘤分期、分级及患者无病 生存期密切相关, 则说明它们可用于肿瘤患者术后 的预后判断; 而另一些LncRNA的分布具有肿瘤亚 型差异, 所以它们有希望用于肿瘤亚型的鉴别.总 而言之, LncRNA在肿瘤发生、发展过程中扮演着重 要的角色; 开展LncRNA与消化系统肿瘤相关性的 研究有望给肿瘤诊疗带来新思路、开辟新路径. 参考文献 (References) 1 向剑锋, 殷庆飞, 陈玲玲. 探索长非编码RNA在哺乳动物细胞 中的功能秘密. 中国细胞生物学报(Xiang Jianfeng, Yin Qingfei, Chen Lingling. 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中国细胞生物学学报 Chinese Journal of Cell Biology 2013, 35(9): http://www.cjcb.org DOI: 10.11844/cjcb.2013.09.0149 收稿日期: 2013-05-10 接受日期: 2013-05-29 国家自然科学基金(批准号: 81171660)、宁波市自然科学基金(批准号: 2012A610207)、浙江省研究生创新科研项目(批准号: YK2011050)、宁波市科技 创新团队项目(批准号: 2011B82014)和宁波市重点学科项目(批准号: XKL11D2127)资助的课题 *通讯作者.Tel: 0574-87600758, Fax: 0574-87608638, E-mail: guojunming@nbu.edu.cn Received: May 10, 2013 Accepted: May 29, 2013 This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No.81171660), Natural Science Foundation of Ningbo (Grant No. 2012A610207), the Scientific Innovation Project for the Graduate Student in Zhejiang Province (Grant No.YK2011050), the Scientific Innovation Team Project of Ningbo (Grant No.2011B82014) and the Project of Key Disciplines in Ningbo (Grant No.XKL11D2127) *Corresponding author. Tel: +86-574-87600758, Fax: +86-574-87608638, E-mail: guojunming@nbu.edu.cn 长链非编码RNA在消化系统肿瘤发生中的作用 邵永富 蒋孝明 朱梦颖 杨芳鲁旭文 郭俊明* (宁波大学医学院生物化学与分子生物学研究所, 浙江省病理生理学技术研究重点实验室, 宁波 315211) 摘要 长链非编码RNA(long non-coding RNA, LncRNA)是一类长度大于200核苷酸且不具备 蛋白质编码功能的一类RNA分子.近年研究表明, LncRNA与消化系统肿瘤发生的关系非常密切, 它们可在表观遗传、转录以及转录后水平广泛参与基因表达调控, 影响肿瘤的发生、发展, 并且与 肿瘤侵袭、转移及患者预后密切相关.深入研究LncRNA与消化系统肿瘤发病的关系有望为消化 系统肿瘤的预防和诊治提供新策略. 关键词 长链非编码RNA; 消化系统肿瘤; 发生机制 The Roles of Long Noncoding RNAs in the Occurrence of Digestive System Tumors Shao Yongfu, Jiang Xiaoming, Zhu Mengying, Yang Fang, Lu Xuwen, Guo Junming* (Department of Biochemistry and Molecular Biology, Zhejiang Provincial Key Laboratory of Pathophysiology, Ningbo University School of Medicine, Ningbo 315211, China) Abstract Long noncoding RNAs (LncRNAs) are noncoding RNA?molecules greater than 200 nt in length. Recent studies have demonstrated that the dysregulated LncRNAs are closely related with human digestive system tumors. They are widely involved in the regulation of gene expression network in the forms of epigenetic, transcriptional and post-transcriptional levels. Besides, they are associated with the tumor development, invasion, metastasis and prognosis. Further study of the relationship between LncRNAs and digestive cancers and their pathophysiological mechanisms will bring new strategies to tumor prevention and treatment. Key words LncRNA; digestive system tumor; mechanisms 长链非编码RNA(long noncoding RNA, LncRNA) 是指一类转录本长度大于200核苷酸(nucleotide, nt) 且不具有蛋白质编码功能的长链RNA分子[1] .它们 的长度一般介于200~100 000 nt之间, 具有高度保守 的序列元件、特定的空间二级结构, 亚细胞定位也 较复杂, 可位于细胞核内或胞浆中[2] .LncRNA曾被 认为是基因转录噪音而一直未受到重视, 近年来越 来越多研究显示, LncRNA是一类重要基因表达调控 元件, 能在多种水平(表观遗传、转录和转录后等)调 控基因表达[1-2] .现有研究发现, LncRNA与多种疾 病(如代谢性疾病、神经退行性疾病、自身免疫疾 病和肿瘤等)的发生与发展密切相关[3-4] .正因为如 此, LncRNA已成为继微小RNA(microRNA, MiRNA) 之后的又一个热点非编码RNA分子. 网络出版时间:2013-08-16 13:56 网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/31.2035.Q.20130816.1356.002.html 2 · 综述 · 由于环境污染、不良生活方式等诸多因素的 影响, 我国消化系统恶性肿瘤的发病率呈现逐年 上升的趋势.在我国, 该系统肿瘤占所有肿瘤的 60%~70%, 位居各系统肿瘤之首; 胃癌、肝癌、结 直肠癌和食管癌的发病率及死亡率均已处于恶性肿 瘤的前5位[5] .消化系统肿瘤具有发病率高、起病隐 匿和早期症状不明显等特点, 这已成为消化系统肿 瘤防治的难点.近年来研究发现, 一些LncRNA异常 表达于消化系统肿瘤, 在消化系统肿瘤的发生、发 展过程中扮演了重要角色(图1).目前, 国内外研究 发现了数十种与消化系统肿瘤密切相关的LncRNA, 本文将重点介绍5种作用机制较为明确的代表性 LncRNA. 1 MALAT1与结直肠癌和肝癌 肺腺癌转移相关转录本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1, MALAT1)定位于11q13.1, 全长8 708 nt, 广泛表达于人体正常组织细 胞, 而以胰腺和肺组织中含量最高.在细胞核内 转录后, MALAT1初始转录产物的3′末端通过类似 tRNA转录后加工机制裂解成MALAT1相关的小胞 质RNA(MALAT1-associated small cytoplasmic RNA, mascRNA), 随后被运送至胞浆中, 而MALAT1则稳 定地停留在胞核中[6] .细胞内MALAT1生物学功 能多样, 涉及丝氨酸/精氨酸富集蛋白(serine/arginie riched protein, SR protein)的招募和磷酸化、mRNA 前体加工、神经突触的形成与维持、基因表达调控 等过程[7] . 尽管MALAT1是最先在肺腺癌中发现并以此 命名的, 但现有许多研究证实, 多种消化系统肿瘤如 胰腺癌、结直肠癌、肝癌、胆囊癌和食管癌等恶性 肿瘤均涉及不同程度的MALAT1异常表达[8-9] .在 研究结直肠癌(colorectal cancer, CRC)转移发生机制 时, Xu等[10] 发现, 在原发性结直肠癌组织和结直肠 癌细胞株(SW620和SW480)中, MALAT1的3′末端区 域存在突变; 进一步实验又证明这个靠近3′末端的 区域是它的一个重要功能区, 对细胞的增殖、迁移 和侵袭有着举足轻重的作用.在研究原发性肝细胞 性肝癌(hepatocellular carcinoma, HCC)、肝母细胞 瘤(hepatoblastomas, HPBL)及对应癌旁组织的基因 表达类型和全基因组的改变时, 人们发现MALAT1 在HCC和HPBL组织中有明显的表达上调[9] , 在早 图1 LncRNA与消化系统肿瘤 Fig.1 LncRNAs and digestive system tumors 邵永富等: 长链非编码RNA在消化系统肿瘤发生中的作用 3 期肿瘤组织中的表达水平即可比正常肝组织增加 6倍[8] ; 继而又有学者发现, 无论在肝癌细胞株还是 HCC组织均存在MALAT1的表达上调, 并且高表达 MALAT1的患者肝移植术后复发风险更大(尤其是 超出米兰标准者); 多因素分析还发现, MALAT1可 作为一个预测肝癌复发的独立因子; 细胞水平实验 进一步证明, 下调MALAT1表达后, 肝癌细胞的生存 能力、迁移及侵袭力显著下降, 而对顺铂、阿霉素 等药物诱导凋亡的敏感性增强[11] .诚然, MALAT1 已经显示与多种消化系统肿瘤的密切相关性. 2 HULC与肝癌 肝癌高表达转录本(highly up-regulated in liver cancer, HULC)全长500 nt, 定位于染色体6p24.3, 在 人体多数正常组织中不表达, 肝局灶性结节性增生 时可轻度上调, 而发生原发性肝癌及结直肠癌肝转 移后表达水平显著上调[12-13] .迄今, HULC的生理功 能及分子机制仍了解不多. 与前述MALAT1的具有较广瘤谱特点[8-11] 不同 的是, HULC具有肝癌特异性.实验证明, HULC可 在转录后水平对肝癌细胞内多个靶基因的表达发 挥调控作用.用小干扰RNA(small interfering RNA, siRNA)下调Hep3B和HepG2等肝癌细胞中HULC 的表达可改变肝癌相关基因的表达[14] , 并抑制其邻 近基因 —溶质载体家族35成员B3(solute carrier family 35, member B3, SLC35B3)的表达[15] .这种改 变并非直接基于RNA间的相互作用, 而是借助自身 miRNA应答元件与其他RNA竞争结合同种miRNA 而实现转录后水平相互影响, 即通过竞争性内源 RNA(competing endogenous RNA, ceRNA)作用.肝 癌细胞内经蛋白激酶A(protein kinase A, PKA)途径 磷酸化的cAMP应答元件结合蛋白(cAMP response element binding protein, CREB)与HULC近端启动子区域结合, 同时打开并维持局部染色质结构, 促进HULC基因转录. 转录后的HULC扮演着内源性miRNA海绵样的角色, 在吸附并抑制miR-372等miRNA活性的同时, 通过ceRNA改变相关基因表 达.miR-372的下调减弱了PRKACB(一种cAMP 依赖的蛋白激酶的催化亚基)的靶向抑制, 进而加 强PRKACB诱导CREB磷酸化作用, 而磷酸化的CREB又可以与HULC启动子区域结合, 并进一步 激活HULC表达, 形成正反馈回路[16] (图2).有意 思的是, 近期报道HULC也参与乙型肝炎病毒X蛋白(hepatitis B virus X protein, HBx)介导的肝癌形 成过程[17] .其大概机制是: HBx通过与CREB相互 作用调节CREB依赖启动子的转录活性, 从而间接 活化HULC启动子以加强HULC基因转录, 过表达 的HULC又可抑制同一染色体上邻近肿瘤抑制基 因p18启动子活性, 造成p18在mRNA和蛋白质水平 下调, 进而促进肝癌细胞增殖(图2).值得关注的 是, 位于HULC启动子区域的rs7763881变异基因型 有助于降低HBV持续携带者发生HCC的易感性[18] , 提示HULC参与肝癌发生过程的作用亦与遗传背 景有关. 图2 HULC致癌机制 Fig.2 HULC's mechanisms in cancer promoting 4 · 综述 · 3 H19与结直肠癌、肝癌和胃癌 H19基因定位于人染色体11p15.5区域, 全长 2 322 bp, 包含5个外显子和4个内含子, 是一母源性 印迹基因, 主要作为印记基因网络的反式调节者控 制细胞生长.它的表达受到上游4 Kb处的差异甲基 化区(differentially methylated domain, DMD), 即印迹 控制区(imprinting control region, ICR)的调控[19] .在 胚胎发育期, H19基因高丰度表达于源于中胚层和 内胚层的组织, 人出生后大多数组织的表达趋于停 止, 仅在骨骼肌和心肌尚有一定表达, 而当机体组织 再生或形成肿瘤时可被重新激活[19] .已有报道揭示, H19在食道癌、胃癌、结直肠癌和肝癌等多种消化 系统肿瘤中存在程度不同的异常表达[20-24] . H19可以通过多种机制发挥类似癌基因的生物 学功能.Dugimont等[25] 发现, P53基因能有效地抑制 H19启动子的活性.在胃癌细胞中, Yang等[21] 研究 发现, H19能结合P53并抑制P53的活性, 并降低P53 下游靶基因Bax(凋亡相关基因)的水平, 从而促进胃 癌细胞增殖和逃逸凋亡.在结肠癌的研究中, H19 的促癌功能被发现与miR-675密切相关, 而且两者 的表达水平与抑癌基因—视网膜母细胞瘤基因 (retinoblastoma, RB)的表达水平呈负相关.H19基因 通过其第1外显子转录的miR-675作用于RB mRNA 的3′端非翻译区, 并抑制RB基因的表达进而促进肿 瘤细胞的生长[22] .因此, 有理由认为, H19在结直肠 癌中发挥了类似癌基因的生物学作用. 值得注意的是, H19亦可扮演抑癌基因角色. 在小鼠结肠癌、肝癌发生模型中, Yoshimizu等[23] 发现, H19表达的缺少能明显增加小鼠结肠息肉数 量和加速肝肿瘤的形成过程.他们认为, H19控制 着肿瘤形成的启动步骤, 缺失H19将促进肿瘤形成. 又有研究发现, 如果原发性肝癌组织低表达H19将 能显著促进肿瘤转移, 患者术后无病生存期短、复 发风险高, 预后也较差[24] .H19促癌抑癌角色的转 换、功能作用的差异可能与肿瘤遗传背景、肿瘤的 微环境以及致瘤因素的差异有关. 关于H19与肿瘤转移的关系, 还有研究发现, H19与肿瘤细胞缺氧应激相关[26] : 在缺氧应激条件 下, P53与缺氧诱导因子1(hypoxia-inducible factor-1 alpha, HIF1-α)相互作用, 并通过调节H19表达水平 改变细胞应答状态; HIF-1上调H19表达、介导细胞 适应低氧, 而P53则抑制H19表达、加强低氧诱导细 胞凋亡作用, 两者作用结果的综合效应取决于P53的 状态.当P53突变或缺失时, H19表达上调促进肿瘤 进展(包括血管生成、肿瘤转移和化疗抵抗等). 最近研究又发现, H19启动子区域组蛋白异 常乙酰化可引起H19表达下调, miR-200家族上游区域异质核糖核蛋白U(heterogeneous nuclear ribonucleoprotein U, hnRNP U)与P300/CBP相关因子 (P300/CBP associated factor, PCAF)结合减少, hnRNP U/PCAF/RNA Pol II蛋白复合物组蛋白乙酰化作用 减弱, miR-200家族启动子区域乙酰化异常表达水 平降低, 进而减弱了负调控miR-200的靶基因— 锌指增强子结合蛋白1/2(zinc finger E-box binding homeobox1/2, ZEB1/2)的抑制作用[24] .ZEB1/2表达 上调将促进肝癌细胞的上皮间充质转化(epithelial- mesenchymal transition, EMT), 这又可使HCC细胞侵袭 迁移能力增加.此外, H19也可通过与Zeste同源序列 2的增强子(enhancer of zeste homolog 2, EZH2)相互作 用促进EMT过程, 从而增加肿瘤细胞侵袭迁移力[27] . 但有意思的是, H19不仅与EZH2相互作用, 还可招募 多梳蛋白抑制复合体2(polycomb repressive complex 2, PRC2)到E-钙黏蛋白(E-cadherin)基因启动子区域, 引 起组蛋白H3的第27位点赖氨酸三甲基化(H3K27me3) 使E-钙黏蛋白基因的表达受到抑制; 同时还可通 过H3K27三甲基化使裸角质蛋白1(naked cuticle 1, NKD1)基因表达受阻.NKD1的减少将通过Wnt信号 通路促进β-链蛋白(β-catenin)核转移, 并与T细胞因子 /淋巴增强因子(T cell factor/lymphoid enhancer factor, TCF/LEF)结合成复合物, 进一步激活Snail和Slug基因 (属于锌指转录因子超家族成员)表达; 而后者是重要 的EMT调控因子, 可通过与E-钙黏蛋白基因启动子区 的增强子–盒(enhancer box, E-box)作用元件相结合下 调E-钙黏蛋白表达, 最终引起EMT(图3). H19在肿瘤发生中的作用确实很广泛(图3), 如: 最近有学者在其他系统肿瘤的研究中发现, H19可 通过DNA结合/分化2(DNA binding/differentiation 2, ID2)促进肿瘤细胞增殖, 或者由c-Myc直接诱导其表 达而促进肿瘤发生[28] . 4 HOTAIR与结直肠癌、肝癌和胃肠道 间质瘤 同源异型框基因反义基因间RNA(HOX antisense intergenic RNA, HOTAIR)定位于12q13.13, 邵永富等: 长链非编码RNA在消化系统肿瘤发生中的作用 5 全长2 337 nt, 是具有反式调控作用的LncRNA, 其功 能片段位于5′端1~300 nt和3′端1 500~2 146 nt区域, 可结合染色体修饰复合物从而实现表观遗传方式调 控相关基因的表达.HOTAIR的生物功能广泛, 主 要涉及细胞分化、 增殖、 凋亡、 转移及抗药等方面[29] . PRC2由EZH2、多梳蛋白SUZ12(suppressor of Zeste 12)及核心蛋白亚基EED(embryonic ectoderm development)组成; 而LSD1/CoREST/REST是由赖氨酸特异性脱甲基酶1(lysine-specific demethylase 1, LSD1)、 阻遏元件-1沉默转录因子辅阻遏物(corepressor for repressor element-1 silencing transcription factor, CoREST)和阻遏元件-1沉默转录因子(repressor element-1 silencing transcription factor, REST)等3种蛋白质结合而成的复合体.这2 类复合物都是与HOTAIR生物学功能的发挥密切相 关的染色体修饰复合物.研究发现[30-31] , HOTAIR 5′ 端可与PRC2复合物结合, EZH2的第345位苏氨酸残 基经周期蛋白依赖性激酶1(cyclin-dependent kinase 1, CDK1)磷酸化后又能增强自身与HOTAIR的结合, 然后使染色体组蛋白H3K27三甲基化, 进而沉默靶 基因; 而HOTAIR 3′端则能与LSD1/CoREST/REST 复合物结合, 通过介导H3K4me2去甲基化调节靶基 因转录活性.所以, HOTAIR属于含有不同结合域 的模块化双功能RNA, 它通过提供装配选择性组蛋 白修饰酶的结合表面来发挥类似支架的作用, 介导 了染色体修饰复合物到达特定位点, 引起组蛋白三 甲基化或去甲基化, 进而下调肿瘤转移抑制基因的 表达(图4). 图3 H19在肿瘤发生中的作用机制 Fig.3 H19's mechanisms in tumor occurrence 图4 HOTAIR促进肿瘤转移的机制 Fig.4 HOTAIR's mechanisms in tumor metastasis 6 · 综述 · 机体发生肿瘤时, HOTAIR表达量将增加, 而 上调的HOTAIR能显著促进肿瘤的发生、发展并 且与患者的预后关系密切.肝癌组织中高表达的 HOTAIR是患者肝切除和移植后预测肿瘤复发的独 立预后因素, 高表达的患者术后HCC易复发及淋巴 结转移, 无复发生存期缩短[32] .在结直肠癌进行的 类似研究中, Kogo等[33] 发现, 出现肝转移的肝癌患 者的肿瘤组织中HOTAIR的表达水平较癌旁组织的 显著升高; 多因素分析显示, HOTAIR水平是结直肠 癌一个独立的预后指标, 相对高表达HOTAIR的患 者组织分化程度相对低、肿瘤浸润较深、易发生肝 转移、预后差.体外实验进一步证明, 上调HOTAIR 表达将介导PRC2复合物的全基因重定位, 并显著促 进结直肠癌细胞的侵袭能力[33] . 尽管胃肠道间质瘤(gastrointestinal stromal tumors, GIST)与LncRNA关系的研究目前还较少, 但 与结直肠癌相似, HOTAIR在高风险GIST组织中的 表达也是上调的; 并且其表达水平与GIST的分级与 转移关系密切[34] .细胞水平实验发现, siRNA干扰 GIST-T1表达后, PCHD10、SEMA6A、丝氨酸苏氨 酸激酶17b(serine/threonine kinase 17b, STK17B)等HOTAIR靶基因表达增加, 细胞侵袭力减弱[34] . 此外, 高表达HOTAIR胰腺癌患者的生存率低, 容易发生浸润和区域淋巴结转移, 患者预后差; 调 整其表达水平可以在影响胰腺癌细胞侵袭的同时, 影响细胞增殖、凋亡和细胞周期进程, 这些功能也 是HOTAIR通过PRC2复合物作用于生长/分化因子 15(growth/differentiation factor 15, GDF15)基因而间 接发挥的[35] . 5 MEG3与肝癌和结直肠癌 母本印迹表达基因3(maternally expressed gene 3, MEG3)定位于14q32.2, 在多数正常组织表达, 而 在肿瘤细胞中因MEG启动子甲基化等原因导致其 表达下调甚至缺失, 从而可促进细胞增殖和血管生 成, 因此MEG3被认为是一种新型的具有抑癌基因 活性的LncRNA. 研究表明, MEG3具有下调E3泛素连接酶MDM2(mouse double minute 2 homolog)水平, 减少 P53泛素化降解, 同时还能增加P53与GDF15启动子 的结合促进细胞增殖抑制剂GDF15转录从而抑制 肿瘤发生[36] .此外, 也有研究表明, 除P53外, MEG3 还可经其他途径抑制细胞恶性增殖, 从而发挥抑癌 功能[37] .人们观察到, 肝癌细胞MEG3的低表达与 miR-29的负性调控有关.miR-29的靶蛋白为DNA 甲基转移酶1(DNA -methyltransferase 1, DNMT1)和DNMT3b, 而肝癌细胞中miR-29往往是低表达的, 这样将减少其对这些酶表达的抑制作用, 从而使 MEG3基因启动子区域高度甲基化, 造成MEG3的表 达下降, 最终促进细胞的增殖[38] .Anwar等[39] 对肝 癌组织中223个印记基因位点的系统荟萃分析发现, MEG3区域频繁异常伴随广泛的DNA甲基化畸变, 同时确认印记的不稳定性与细胞的恶变过程有关. 早年在结直肠癌研究方面也有MEG3表达缺 失的报道[40] .作为LncRNA家族中具有抑癌功能的 MEG3展现了表观遗传、LncRNA与miRNA间复杂 的调控关系, 这些现象正体现了LncRNA作用机制 的复杂性. 6 其它LncRNA与消化系统肿瘤 Barrett食管和食管腺癌非编码区域的异常低甲 基化能改变AFAP1反义RNA1(AFAP1 antisense RNA 1, AFAP1-AS1)在组织细胞中的表达量, 人为沉默食 管癌细胞AFAP1-AS1的表达后, 癌细胞集落形成、 侵袭迁移、抵抗凋亡等生物学行为随之改变[41] , 提示AFAP1-AS1可能参与食管癌的形成.Yang等[42] 在 研究结肠癌相关的转录物1(colon cancer associated transcript 1, CCAT1)与胃癌关系时发现, CCAT1的表 达量与胃癌分期和转移相关, 而体外提高CCAT1表 达能促进胃癌细胞增殖和迁移; 机制研究发现, 这是 由于上调的c-Myc能直接与CCAT1基因启动子区域 的顺式调控元件E-box结合, 通过增强启动子活性促 进CCAT1转录. 肿瘤生长与转移很大程度上依赖于血管形 成.Yuan等[43] 发现, 过度表达的肝癌微血管侵犯 相关LncRNA(long noncoding RNA associated with microvascular invasion in HCC, LncRNA-MVIH)的 肝癌组织常伴有频繁微血管侵犯.造成这种现象 的原因是, MVIH抑制肝癌细胞磷酸甘油酸激酶 1(phosphoglycerate kinase 1, PGK1)的分泌, 削弱了 PGK1抑制血管生成作用.该研究的发现, 丰富了肿 瘤诱导血管生成的分子机制, 体现了LncRNA促进 肿瘤转移模式的多样性. 细胞周期网络调控失衡是肿瘤细胞恶性增殖 邵永富等: 长链非编码RNA在消化系统肿瘤发生中的作用 7 的重要机制之一.Yang等[44] 发现, 长链基因间非蛋 白质编码RNA-高表达于肝细胞肝癌(long intergenic non-protein coding RNA, highly expressed in hepatocellular carcinoma, LINC-HEIH; 又名LncRNA- HEIH) 5′端区域通过与EZH2相互作用介导PRC2复 合物定位于P16、P27等细胞周期相关基因启动子区 域, 催化组蛋白过度甲基化进而抑制P16、P27等表 达, 解除肝癌细胞G0/G1期阻滞, 参与肝癌细胞增殖 调控.该项研究成果展示了典型的LncRNA在表观 遗传层面的调控模式, 同时提示LncRNA亦可参与 细胞周期调控网络的构成. 在肝癌、结直肠癌等恶性肿瘤组织中常常 表1 消化系统肿瘤中常见异常表达的LncRNA Table 1 The dysregulated LncRNAs in digestive system neoplasms 简称 Abbreviation 全称 Full name 长度(nt) Size(nt) 基因定位 Location 表达情况 Expression 肿瘤类型 Tumor types 参考文献 References AFAP1-AS1 AFAP1 antisense RNA 1 6 810 4p16.1 ↓ Barrett's esophagus, esophageal adenocarcinoma [41] AIRN Antisense of IGF2R non-protein coding RNA 1 489 6q26 ↑ Liver cancer [57] BCYRN1 (BC200) Brain cytoplasmic RNA 1 200 2p21 ↑ Tongue cancer, oesophagus cancer [47] CCAT1 Colon cancer associated transcript-1 2 407 8q24.21 ↑ Colon cancer, gastric cancer [42,49] CRNDE Colorectal neoplasia differentially expressed 1 070 16q12.2 ↑ Colorectal neoplasia [51] DAPK1 Death-associated protein kinase 1 5 942 9q21.33 ↑ Pancreatic ductal adenocarcinoma [56] GACAT1 Gastric cancer associated transcript 1 84 591 2q12.3 ↓ Gastric cancer [46] H19 The reciprocally imprinted partner of Igf2 2 322 11p15.5 loss of imprinting, ↓or ↑ Colon cancer, liver cancer, gastric cancer, oesophagus cancer [19-22] HEIH Highly expressed in HCC 1 781 5q35.3 ↑ Liver cancer [44] HOTAIR Hox transcript antisense RNA 2 337 12q13.13 ↑ Colon cancer, liver cancer, gastrointestinal stromal tumors [32-35] HULC Highly up-regulated in liver cancer 500 6p24.3 ↑ Liver cancer, hepatic colorectal metastasis [12-13] IGF2-AS Insulin-like growth factor 2 antisense 2 881 11p15.5 ↑ Liver cancer [58] KCNQ1OT1 KCNQ1 opposite strand/antisense transcript 1 9 1671 11p15 Loss of imprinting Colorectal cancer [52] MALAT1 Metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript-1 8 708 11q13.1 ↑ Colon cancer, liver cancer, pancreas cancer [6,8-9] MEG3 Maternally expressed gene 3 1 506-9 701 14q32.2 Loss of imprinting Colon cancer, liver cancer, [38,40] MAP3K14 Mitogen-activated protein kinase kinase kinase 14 906-1 260 17q21.31 ↑ Pancreatic ductal adenocarcinoma [56] lncRNA MVIH Long noncoding RNA associated with microvascular invasion in HCC 2 146 10q22 ↑ Liver cancer [43] NPTN-IT1 NPTN intronic transcript 1 2 271 15q24.1 ↓ Colorectal cancers, liver cancer [55] OCC-1 Overexpressed in colon carcinoma-1 1 383 12q23.3 ↑ Colorectal cancer [53] PPP3CB Protein phosphatase 3, catalytic subunit, beta isozyme 3 165 10q22.2 ↑ Pancreatic ductal adenocarcinoma [56] PVT1 Plasmacytoma variant translocation 1 1 716 8q24 ↑ Pancreatic cancer, [54] UCA1 (CUDR) Urothelial cancer associated 1 2 314 19p13.12 ↑ Colon cancer, liver cancer, gastric cancer, oesophagus cancer [50] 7SK(LARP7) 7SK small nuclear RNA 332 6p12.2 ↓ Gastric cancer [48] "↑": 上调表达; "↓": 下调表达. "↑" represents up-expression; "↓" represents down-regulation. 8 · 综述 · 出现一种名为"肿瘤低表达LncRNA"(lncRNA low expression in tumor, LncRNA-LET)的LncRNA.研究 证实, 低氧微环境可导致组蛋白去乙酰化酶3(histone deacetylase 3, HDAC3)活性下降, 而使LncRNA-LET 启动子区域乙酰化水平减少, 结果导致LncRNA- LET表达减少[45] ; 有意思的是, LncRNA-LET的下调 又能减少核因子90(nuclear factor 90, NF90)的降解, 而后者在由低氧诱导的癌细胞侵袭过程中发挥关键 作用[45] .最近, 本课题组研究发现, 胃癌相关转录本 1(gastric cancer associated transcript 1, GACAT1; 即AC096655.1-002)的表达水平与胃癌患者的淋巴结 转移、 远处转移和TNM分期等负相关[46] .由此可见, LncRNA与肿瘤转移关系的密切性. 总之, 现有发现充分证明, 许多LncRNA可在表 观遗传、转录、转录后等多个层次参与基因表达的 调控, 在消化系统肿瘤的发生、发展中扮演着重要 角色(表1). 7 结语与展望 随着人们对LncRNA与肿瘤关系的日益关注, 越来越多的与消化系统肿瘤相关LncRNA相继被 发现, 与此同时它们在肿瘤发生、发展中的作用机 制也不断被丰富.基于LncRNA在肿瘤发生中作 用的认识, 人们可针对肿瘤形成中起关键作用的 LncRNA设计靶向药物, 为肿瘤的分子靶向治疗提 供新途径; 有些LncRNA表达的组织特异性提示其 可作为肿瘤标志物用于消化系统肿瘤的辅助诊断; 有些LncRNA由于其与肿瘤分期、分级及患者无病 生存期密切相关, 则说明它们可用于肿瘤患者术后 的预后判断; 而另一些LncRNA的分布具有肿瘤亚 型差异, 所以它们有希望用于肿瘤亚型的鉴别.总 而言之, LncRNA在肿瘤发生、发展过程中扮演着重 要的角色; 开展LncRNA与消化系统肿瘤相关性的 研究有望给肿瘤诊疗带来新思路、开辟新路径. 参考文献 (References) 1 向剑锋, 殷庆飞, 陈玲玲. 探索长非编码RNA在哺乳动物细胞 中的功能秘密. 中国细胞生物学报(Xiang Jianfeng, Yin Qingfei, Chen Lingling. 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