长链非编码RNA在结直肠癌中的研究进展
2017-03-06赵春梅王旭东申娴娟鞠少卿
赵春梅,王旭东,申娴娟,鞠少卿
(南通大学附属医院a.检验医学中心,b.临床医学研究中心,江苏南通 226001)
·综述·
长链非编码RNA在结直肠癌中的研究进展
赵春梅a,王旭东a,申娴娟b,鞠少卿a
(南通大学附属医院a.检验医学中心,b.临床医学研究中心,江苏南通 226001)
结直肠癌的发生、发展是一个多步骤、多阶段、多基因参与的细胞遗传性疾病。长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)是一类长度超过200 bp核苷酸,不具备蛋白质编码功能,但具有广泛的基因表达调控作用的非编码RNA分子。研究显示,lncRNA在多种肿瘤中异常表达,其在结直肠癌的发生、发展过程中具有重要的作用,可作为结直肠癌诊断和预后的特异性分子标志物以及有效的治疗靶点。该文就lncRNA在结直肠癌中的研究进展作一综述,以期为其临床研究结直肠癌的诊断和治疗提供依据。
长链非编码RNA;结直肠癌
结直肠癌是常见的消化道恶性肿瘤,发生率和死亡率均较高[1]。结直肠癌的病因虽未明确,但其发生与饮食因素、遗传因素、息肉、慢性炎症刺激有关。癌细胞的侵袭与转移是结直肠癌高死亡率的主要原因[2]。长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)的异常表达与肿瘤的发生、发展直接相关,且对结直肠癌的侵袭与转移起重要的调控作用。
1 LncRNA概述
lncRNA是一类长度大于200 bp的核苷酸,不具备蛋白质编码功能,但具有广泛的基因表达调控的非编码RNA分子[3-5]。起初lncRNA被认为是基因组的“噪音”或“转录垃圾”,不具有生物学功能。随着新一代高通量基因测序技术和转录组研究技术等的不断发展,以DNA-RNA-蛋白质为中心的经典遗传学法则受到前所未有的挑战。第2代测序技术的检测结果显示,超过90%人类基因组被转录为RNA,但编码蛋白质的基因在全序列中仅占不到2%,转录组中98%的是无蛋白质编码功能的非编码RNA。LncRNA生物学功能广泛,涉及染色体修饰、转录及转录后调控、翻译调控、表观调控及细胞周期调节等。LncRNA还参与了许多疾病的病理、生理过程,尤其是在多种肿瘤的发生、发展中扮演着重要的角色,lncRNA通过表观遗传、转录以及转录后水平调控相应的靶基因,进而参与了肿瘤细胞的增殖、侵袭与转移、肿瘤血管生成以及化疗耐药等恶性生物学进程。目前虽然还不清楚绝大部分lncRNA的致病机制,但随着对lncRNA研究的深入,lncRNA的异常表达不仅影响正常的生理活动,而且许多lncRNA被发现与结直肠癌的发生、发展,侵袭及转移有密切的关系,并可能作为诊断和预后的特异性分子标志物以及有效的治疗靶点。
2 lncRNA在结直肠癌发生、发展中的作用
在结直肠癌发生、发展的过程中,通常伴有lncRNA的异常表达,lncRNA在肿瘤形成的过程中具有类似原癌基因和抑癌基因的作用。与癌旁组织相比,在癌组织表达水平上调的定义为原癌基因性lncRNA,下调的定义为抑癌基因性lncRNA。因此,识别结直肠癌相关lncRNA并确认其生物学行为,可为诊断、治疗结直肠癌提供新的理论依据。
2.1 原癌基因性lncRNA
2.1.1HOX基因的反义基因RNA(HOXtranscript antisense RNA,HOTAIR)HOTAIR定位于染色体12q13.13HOXC家族中HOXC11与HOXC12之间的位点上,全长2 300 bp,基因序列保守性较低,含有6个外显子,是首个被发现的具有反式转录调控作用的lncRNA,通过表观遗传调控机制起着关键的致癌作用。HOTAIR能引导多梳抑制复合体2(PRC2)和赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶(LSD1)形成复合体靶向目标基因,使组蛋白H3K27甲基化与H3K4去甲基化,从而使染色体结构变得紧密,继而导致靶基因沉默[6]。Wu等[7]研究了120例肿瘤组织以及相应的癌旁组织,发现HOTAIR的异常高表达与结直肠癌侵犯的深度、淋巴结和器官转移、肿瘤组织血管侵犯等呈正相关,并且明显提高了结直肠癌细胞的迁移与侵袭能力。Svoboda等[8]研究了73例肿瘤组织与癌旁组织,发现HOTAIR肿瘤组织的表达量高于相应的癌旁组织,而在84个结直肠癌患者的血液标本中也发现HOTAIR的表达量高于健康人对照组(P<0.01),此外,HOTAIR的表达量与患者的总体生存率、TNM分期以及组织学分级相关。以上数据表明,HOTAIR在结直肠癌患者的肿瘤组织及血液标本中高表达可作为新型诊断标志物,具有较好的临床应用前景。
2.1.2 肝癌高表达转录本(highly up-regulated in liver cancer,HULC)HULC是典型的miRNA海绵体,该基因定位于人类染色体6p24.3,转录本长度约500 bp,由2个外显子组成。Panzitt等[9]发现HULC在肝细胞中低表达,而在肝癌细胞中高表达。Matouk等[10]研究发现,HULC在结直肠癌肝转移的患者中高表达,而在原发肿瘤以及淋巴结转移的结直肠癌中均未检测到HULC,表明HULC可能参与结直肠癌细胞肝转移的过程,并且HULC可能成为评估结直肠癌肝转移的新标志物。
2.1.3 肺腺癌转移相关转录本1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1,MALAT1)MALAT1定位于染色体11q13,全长大于8 000 nt,广泛表达于正常的人体细胞中。Ji等[11]在2003年发现MALAT1在非小细胞肺癌中高表达,并且MALAT1高表达与肿瘤转移与不良预后有关。Zheng等[12]评估了146例Ⅱ、Ⅲ期结直肠癌患者癌组织与23例癌旁组织标本中MALAT1的表达量,发现MALAT1在Ⅱ、Ⅲ期结直肠癌患者中高表达,并可能与不良预后密切相关。Ji等[13]研究了MALAT1的作用机制,发现敲除长链MALAT1能够抑制Wnt/β-catenin信号通路,导致c-MYC、MMP-7的低表达,从而抑制了结直肠癌细胞的侵袭和转移,在随后的实验中,其在结直肠癌中又发现高表达的MALAT1能结合到抑癌基因—富含脯氨酸/谷氨酰胺剪切因子(splicing factor proline and glutamine rich,SFPQ)上,使原癌基因—多嘧啶序列结合蛋白(polyprimidine tract binding protein,PTB)从SFPQ/PTBP2复合体中释放出来,促进了结直肠癌的增殖与转移[14]。以上结果提示,MALAT1可作为结直肠癌潜在的治疗靶分子。
2.1.4 结直肠癌相关转录本1(colon cancer associated transcript1,CCAT1)CCAT1定位于染色体8q24.21,是由2 628个核苷酸组成的lncRNA,位于转录因子C-Myc附近[15]。Ye等[16]研究了37例结直肠癌患者肿瘤组织及其相应的癌旁组织中CCAT1的表达水平,发现CCAT1在结直肠腺癌和结直肠癌组织中高表达,表达量与结直肠癌患者临床肿瘤分期、淋巴结转移和CA19-9的水平有关,且证实C-Myc通过与其启动子区域直接结合促进CCAT1的转录。以上研究表明CCAT1可作为一个分子诊断标志物可预测结直肠癌的发展,且其在直肠腺癌中的高表达促进了肿瘤细胞的侵袭与转移。
2.2 抑癌基因性LncRNA
2.2.1 母系印迹表达基因3(maternally expressed gene3,MEG3)MEG3位于染色体14q32,长度约17 00 bp,是第1个被发现具有肿瘤抑制功能的lncRNA,MEG3是由10个外显子组成的单拷贝印记基因,到目前为止,由于剪接方式的不同,共发现12种MEG3表型[17]。在许多恶性肿瘤细胞系中,MEG3启动子区域CpG岛异常的甲基化,使MEG3表达沉默。MEG3还可通过P53依赖和非P53依赖途径发挥肿瘤抑制作用[18]。
Yin等[19]研究了62例结直肠癌患者肿瘤组织以及相应癌旁组织中MEG3的表达,发现MEG3在肿瘤组织中低表达(P<0.01),MEG3表达与肿瘤组织学分型、肿瘤浸润深度以及淋巴结转移有较强的相关性,且MEG3的过表达能够明显抑制体内外结直肠癌细胞的增殖。此外,MEG3的表达水平在结直肠癌细胞系中较正常细胞明显降低,并且MEG3的过表达能够抑制结直肠癌细胞的增殖、侵袭与迁移运动能力,凋亡随之增加。同时过表达MEG3后能明显减少基质金属蛋白酶-2及基质金属蛋白酶-9的表达,提示MEG3可能通过影响基质金属蛋白酶-2及基质金属蛋白酶-9,从而影响结直肠癌的发生与转移。以上均提示MEG3在结直肠癌的发生、发展过程中可能发挥抑癌基因的作用。
2.2.2P21 LncRNA-P21是细胞周期相关基因q21附近位点转录的lncRNA,定位于6P21,长度约3 100 bp。目前许多研究表明,lncRNA-P21与经典的抑癌基因P53有密切关系,P53能够诱导lncRNA-P21的表达。Zhai等[20]研究了66例结直肠癌患者,发现lncRNA-P21在结直肠癌组织中的表达水平较癌旁组织明显降低,直肠肿瘤患者表达水平高于结肠肿瘤患者,且lncRNA的表达水平与结直肠癌肿瘤分期有关。Wang等[21]研究发现,miR-451(Ad-Lnc-P21-MRE)可抑制β-catenin的信号通路,并且与结直肠癌肿瘤干细胞的致癌性有关。以上研究表明lncRNA-P21在结直肠癌发展中起到重要的抑癌作用,可作为分子标志物预测结直肠肿瘤的发生、发展,lncRNA-P21可能作为肿瘤治疗的新靶点。
2.2.3 Loc285194 Loc285194位于染色体3q13.31,是由2 105个核苷酸组成的lncRNA,由4个外显子组成。Liu等[22]研究提示,Loc285194可激活RNA诱导沉默复合物,通过调控肿瘤抑制因子P53的表达,抑制具有促进细胞增殖作用的miR-211的表达,从而抑制结直肠癌细胞的增殖。Qi等[23]研究了81例结直肠癌患者,发现loc285194的表达水平与结直肠肿瘤的大小、TNM分期、淋巴结转移呈负相关(P<0.05),而与年龄、性别、肿瘤部位等无关。以上研究说明loc285194有助于结直肠癌的早期诊断、靶向治疗及预后评估。
2.2.4 生长抑制特异性基因(growth arrest-specific transcript5,GAS5)GAS5定位于染色体1q25,全长约630个核苷酸。GAS5参与敏感细胞的凋亡[24-25]。Yin等[26]研究发现,在肿块体积大、组织学分级低、TNM分期高的结直肠癌肿瘤中,GAS5表达水平降低。体外实验中,结直肠癌细胞系中过表达GAS5后,细胞生长受到抑制;体内实验中,过表达GAS5的裸鼠移植瘤与对照组相比,肿瘤生长缓慢、瘤体积偏小,提示裸鼠体内高表达GAS5能显著抑制结直肠癌移植瘤的生长。以上研究表明GAS5是一个生长调控因子,在细胞生长停滞与凋亡中发挥重要的作用,可以作为结直肠癌的预后标志物。
2.3 双重作用的lncRNAH19是最早发现的lncRNA,定位于人类染色体11p15.5,全长2 300 bp,共有5个外显子及4个内含子。研究发现,在结直肠癌患者中,H19的高甲基化与IGF2的印迹丢失(LOI)有关。将H19的增强子和启动子与溶瘤病毒(oncolytic virus)重组后导入到IGF2印迹丢失的结直肠癌细胞系中,可诱导其凋亡[27]。在结直肠癌细胞系中,敲除H19后,肿瘤细胞生长速度加快,侵袭与迁移能力增强[28]。相反有研究发现,在人类结直肠癌细胞系中,过表达H19能直接激活癌基因c-Myc的表达,从而促进结直肠癌细胞的侵袭与转移,并与结直肠癌患者的不良预后明显相关[29]。以上说明H19在结直肠癌的发展中可能发挥着抑癌与致癌的双重作用。
3 LncRNA在结直肠癌放化疗中的作用
手术切除及放化疗是结直肠癌的主要治疗方法,放化疗更是结直肠癌晚期患者的主要治疗手段,多重耐药带来的放化疗失败已成为治疗结直肠癌的棘手问题。目前已有学者研究某些lncRNA分子对多种耐药相关分子的影响及作用机制,这或许能够改善结直肠癌患者的耐药,并为促进更好的治疗提供新的靶点。Wang等[30]研究发现,lncRNAP21通过促进细胞凋亡提高对结直肠癌放疗的敏感性。Bian等[31]研究表明,尿路上皮癌相关抗原1(urothelial cancer associated1,UCA1)在结直肠癌患者中表达较高,预后越差,敲除UCA1基因后,结直肠癌细胞系对化疗敏感性增强。
化疗药物在毒性和抗肿瘤作用方面表现出明显的个体化差异,因此对具体的个体而言,就很难制定出最佳的治疗方案。随着对结直肠癌治疗方案研究的深入,个体化的靶向治疗越来越受到重视,靶向作用于表皮生长因子(EGFR)和表皮生长因子受体的单克隆抗体与细胞毒性化疗药物单一使用或联合应用可用于结直肠癌患者的精准治疗。此外,研究发现,Kras基因是EGFR信号通路中重要分子之一,位于染色体12p12.1,突变型的Kras基因不受上游EGFR基因状态的影响,从而对EGFR单抗治疗无效。在结直肠癌患者治疗前常规检测Kras基因状态,可以筛选出EGFR靶向治疗的最合适人群,制定个体化治疗方案。而越来越多的研究发现lncRNA与EGFR信号通路有关,直接或间接地导致Kras基因突变。以上结果表明lncRNA有望成为结直肠癌患者有效的治疗靶点。
4 外周血中的游离lncRNA作为诊断标志物
血液学标志物因其简便易测且创伤性小,是良好的辅助诊断手段,但传统的血清学标志物,如CEA、CA19-9等缺乏足够的灵敏度和特异性,因此,寻找辅助早期诊断的血液学标志物十分必要。结直肠癌差异表达基因(colorectal neoplasia differentially expressed,CRNDE)是位于16号染色体的lncRNA,由1 070个核苷酸组成,CRNDE在绝大部分的结直肠癌组织中高表达,而在其所有的亚型中,CRNDE-h在结直肠癌中的敏感性达95%,特异性达96%。Liu等[32]研究发现,CRNDE-h随外泌体从肿瘤细胞分泌至血浆,在血浆中高表达。CRNDE表达量在结直肠癌肿瘤组织中普遍升高,且CRNDE-h亚型在结直肠癌患者的血浆中的敏感性和特异性分别为70.3%和94.4%。因此CRNDE在结直肠癌的早期诊断与预防具有重要意义。
5 展望
越来越多的研究表明,LncRNA与结直肠癌的发生密切相关,而肿瘤转移与癌细胞发生上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)、迁移侵袭以及粘附能力密切相关,越来越多的lncRNA分子与结直肠癌发生、发展的关系被阐述,但具体机制仍不清楚,其可能通过甲基化、组蛋白修饰等多种途径参与结直肠癌的发生、发展。目前lncRNA在结直肠癌的研究领域中尚有许多问题有待研究和解决,如lncRNA在结直肠癌的发生、侵袭和转移过程中有无共同的作用机制,结直肠癌患者的血液、尿液中能否检测到更多特异性的lncRNA,其是否与结直肠癌的发生、发展相关。相信不久的将来,LncRNA有望成为结直肠癌的分子标志物及治疗靶点,为其预防、诊断、治疗和预后开辟出一条新的途径。
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(本文编辑:许晓蒙)
10.13602/j.cnki.jcls.2017.05.13
赵春梅,1989年生,女,硕士研究生,研究方向:临床检验诊断学。
鞠少卿,主任技师,博士,E-mail:jsq814@hotmail.com。
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2017-02-06)