非编码RNA在Barrett食管中作用的研究*

余 捷 薛寒冰

上海交通大学医学院附属仁济医院消化内科 上海市消化疾病研究所(200001)



·综 述·

非编码RNA在Barrett食管中作用的研究*

余 捷 薛寒冰#

上海交通大学医学院附属仁济医院消化内科 上海市消化疾病研究所(200001)

非编码RNA(ncRNA)是一类不编码蛋白质的RNA，在人体生长发育和疾病发生发展等过程中起重要作用。Barrett食管(BE)为食管腺癌的癌前病变。多项研究表明，ncRNA在疾病的诊断、治疗和药物靶向设计中具有潜在的应用价值。本文就ncRNA(主要是微RNA、长链非编码RNA和环状RNA)在BE发生、发展和癌变过程中的作用作一综述。

Barrett食管； RNA，未翻译； 微RNAs； 长链非编码RNA； 环状RNA

Barrett食管(BE)是指食管下端复层鳞状上皮被化生的单层柱状上皮所替代的一种病理现象，可伴或不伴肠上皮化生，其中伴肠上皮化生者属于食管腺癌(EAC)的癌前病变[1]。2015年ACG指南将肠上皮化生列为诊断BE的必要条件[2]。BE是公认的可导致EAC的最重要危险因素，其发展为EAC的危险性是普通人群的30～125倍[3]。EAC的发生一般经历“正常食管鳞状上皮-反流性食管炎-柱状上皮化生(BE)-轻度异型增生-重度异型增生-EAC”的过程[4]。多项研究[5-7]显示BE发病率呈逐年上升的趋势，早期诊断和治疗BE对改善其不良预后有重要作用。

非编码RNA(ncRNA)是一类不能编码蛋白质的功能性RNA分子，可分为管家ncRNA和调控ncRNA。其中调控ncRNA按长度可分为短链ncRNA(sncRNA)和长链ncRNA(lncRNA)，前者包括微RNA(miRNA)、小干扰RNA(siRNA)、Piwi蛋白结合RNA(piRNA)等，后者包括核糖体RNA(rRNA)、转运RNA(tRNA)、核小RNA(snRNA)、核仁小RNA(snoRNA)等[8-9]。在人类基因组的30亿个碱基对中，约75%的基因组序列能被转录成RNA，其中74%的转录产物是ncRNA[10]。以往这些ncRNA因不能编码和翻译成蛋白质而被认为是“垃圾RNA”，但随着基因组学和生物信息学的发展，人们发现越来越多的ncRNA在表观遗传学修饰中扮演重要角色，可在基因组和染色体水平对基因表达进行调控[11]。众多ncRNA间可能存在复杂、交互的调控网络，参与细胞生长、分化和凋亡[12]。本文就ncRNA在BE发生、发展和癌变过程中的作用作一综述。

一、miRNA

miRNA是一类在动植物中广泛存在、高度保守的单链小分子ncRNA，长度约为18～25 nt，能与AGO蛋白等结合形成沉默复合物，通过反向互补序列与靶基因mRNA的3’端非翻译区结合，促进其降解或抑制其翻译，进而调控细胞的增殖、分化和凋亡[13-16]。miRNA在不同组织中的差异表达对BE和EAC的诊断、治疗和预后评估有重要意义。

Wijnhoven等[17]发现，柱状上皮组织中miRNA-21/143/145/194/215表达显著高于正常鳞状上皮组织，miRNA-203/205表达显著低于后者，EAC组织中miRNA-143/145/215表达低于BE组织，说明miRNA的特异性表达可能与食管上皮病变有关，特定miRNA表达失调可能参与了食管黏膜化生和肿瘤形成过程。研究[18]发现，当敲除miRNA-143/145的作用靶点纤维束蛋白同源物1(FSCN1)基因后，食管鳞癌细胞的增殖和浸润受到抑制，提示miR-143/145可作为食管癌早期诊断和预后判断的潜在生物标记物。van Baal等[19]发现miRNA-145可通过转录因子GATA6来调节骨形态发生蛋白4(BMP4)信号通路，进而调控BE的发生和发展。Matsuzaki等[20]发现，过表达的miRNA-221/222可与细胞周期蛋白依赖性激酶抑制因子p27Kip1mRNA的3’端非翻译区结合，抑制后者翻译，导致转录因子尾型同源盒基因2(CDX2)降解，从而参与BE进展为EAC的过程。

由此可见，BE癌变风险与miRNA-21/221/222表达水平呈正相关，而与miRNA-203/205水平呈负相关。miRNA-143/145/215过表达可作为临床诊断BE的潜在分子生物学指标，可有效提高BE的诊断准确率。

二、lncRNA

lncRNA是一类长度>200 nt的ncRNA，能在染色体、染色质、转录和转录后等多个水平，通过表观遗传修饰(DNA甲基化和组蛋白修饰)、染色体重构、作为miRNA前体、序列互补或空间结构互作等多种途径参与基因的表达调控[21]。

Sun等[22]发现，lncRNA GClnc1表达在胃癌从轻度-中度-重度癌前病变的发展过程中逐渐升高，GClnc1过表达参与胃癌发生、发展和转移。进一步机制探索发现，GClnc1作为脚手架分子，可影响组蛋白修饰分子WDR5和KAT2A的结合及其对组蛋白的修饰，进而调控下游基因表达。说明GClnc1可作为独立的生物标记物预测胃癌的发生和预后，并为抗肿瘤新药的研发提供了新思路。

Wu等[23]发现肌动蛋白纤维相关蛋白1-反义RNA1(AFAP1-AS1)在BE、EAC组织和EAC细胞中过表达，通过siRNA沉默其表达可抑制肿瘤细胞增殖、浸润和迁移，诱导细胞凋亡。Yang等[24]发现肝细胞核因子1同源异形框A-反义RNA1(HNF1A-AS1)在原发性EAC中过表达，敲除该基 因可抑制细胞进入S期，从而抑制肿瘤细胞浸润和增殖。

由此可见，lncRNA AFAP1-AS1和HNF1A-AS1过表达可能在BE和EAC的发生、发展过程中扮演重要角色，提示其有望作为BE和EAC治疗的特异性标记物和潜在分子靶点。

三、circRNA

circRNA大量存在于真核细胞中，多数来源于外显子，少部分由内含子直接环化形成[25]，具有一定的组织、时序和疾病特异性。由于circRNA环状封闭的特性，不易被核酸外切酶剪切并降解，具有高度的化学稳定性，能在细胞中长期稳定存在。Guarnerio等[26]发现， circRNA可因癌症基因组重排而发生异常融合，从而促进肿瘤的发生、发展，提示靶向作用于融合circRNA的药物研发可能是癌症治疗的新策略。circRNA分子富含miRNA应答元件，可充当竞争性内源RNA，与miRNA结合，解除miRNA对靶基因的抑制作用，上调靶基因的表达水平[27-28]。研究[27]还发现circRNA小脑变性相关蛋白1反义转录物(CDR1as)包含63个高度保守的miRNA-7结合位点，通过吸附miRNA-7有效解除后者对靶基因的抑制作用，促进靶基因表达，从而影响大脑发育。然而，目前尚未见BE相关circRNA的报道。

四、其他ncRNA

超保守区转录子(T-UCR)是基因组中超高保守区域(UCR)转录形成的一类lncRNA，由于其高度保守性且在各种组织中均大量表达，故在人体生命活动中扮演着重要角色。Fassan等[29]发现在正常食管发展为BE、进而演进为EAC的不同阶段，均可见特异性T-UCR表达，且表达水平各异，提示T-UCR可能参与了BE恶性转化的过程。

snoRNA是一类在真核细胞中广泛存在的ncRNA，长度约60～300 nt，主要由内含子编码，能与特定的蛋白质结合形成复合物，在细胞中稳定存在。snoRNA参与指导rRNA的转录后修饰，影响rRNA成熟和蛋白质合成，并在snRNA、tRNA和mRNA转录后修饰中发挥重要作用[30]。刘玲燕[31]发现snord75作为一种在食管癌细胞中高表达的snoRNA，可诱导肿瘤恶性表型形成，并促进肿瘤的淋巴结转移。Yuan等[32]发现结直肠癌组织中snord44表达明显降低，与宿主基因生长阻滞特异性转录本5(GAS5)的表达呈正相关，过表达snord44和GAS5可抑制结直肠癌细胞增殖。

snRNA是真核生物转录后加工过程中RNA剪接体的主要成分，参与mRNA前体的加工过程。siRNA是由双链RNA经Dicer酶剪切后加工而成，能在AGO1、AGO2、DNA甲基转移酶3A(DNMT3A)和组蛋白去乙酰化酶1(HDAC1)等参与下，介导DNA甲基化和组蛋白修饰，导致转录基因沉默，进而参与表观遗传调控。

五、结语与展望

总之，ncRNA在不同疾病及其病理生理过程中存在差异表达，可作为疾病诊断的标记物和潜在的治疗靶点。解析ncRNA与疾病的因果关系及其作用机制，有望为疾病诊断和治疗提供新思路。ncRNA的研究已成为精准医学时代生物医学领域研究的热点和难点。

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(2016-11-09收稿；2016-12-27修回)

Study on Role of Non-coding RNA in Barrett’s Esophagus

YU Jie, XUE Hanbing.

Division of Gastroenterology and Hepatology, Ren Ji Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine; Shanghai Institute of Digestive Disease, Shanghai (200001)

XUE Hanbing, Email: medxue@126.com

Non-coding RNA (ncRNA) is a class of RNA not coding the protein and plays a significant role in the process of growth and development of diseases. Barrett’s esophagus (BE) is considered as the precancerous lesion of esophageal adenocarcinoma. Several studies showed that ncRNA has the potential value in diagnosis, treatment and designing of targeting drugs. This article reviewed the role of ncRNA, especially microRNA, long non-coding RNA and circular RNA in the development and carcinogenic process of BE.

Barrett Esophagus; RNA, Untranslated; MicroRNAs; Long Non-Coding RNA; Circular RNA

10.3969/j.issn.1008-7125.2017.07.011

上海市科学技术委员会项目(15DZ1940202)

#本文通信作者，Email: medxue@126.com