人类肿瘤中竞争性内源性RNA的生物学调控作用

黄丽萍(综述)， 何 斐(审校)

随着城市化、工业化、老龄化及全球化进程的加剧，以及生态环境恶化、生活方式改变、生物学和遗传学因素的影响，恶性肿瘤的危险因素暴露频率与水平均不断增长，全世界恶性肿瘤发病率和死亡率均呈上升态势，2012年全球肿瘤流行病统计数据显示：2012年全球新增约1 410万例癌症病例，癌症死亡人数达820万，与之相比，2008年的数据分别为1 270万和760万。中国恶性肿瘤发病例数占世界恶性肿瘤发病例数的25.49%，死亡例数占世界死亡例数的26.70%，其发病率和死亡率均居世界恶性肿瘤第1位，已成为严重威胁人类生命和社会发展的重大公共卫生问题[1]。

异常的基因表达会导致人类疾病的发生，包括肿瘤。基因的异常表达不仅发生在信使RNA(mRNA)上，且可能发生在非基因编码区域内[2]。研究表明，人类基因中仅有2%左右的序列能够编码蛋白质，大量非编码RNA在基因组范围内的作用机制及其对编码基因的调控仍知之甚少[3-4]。当前有关微小RNA(RNA)、转运RNA(tRNA)的研究相对成熟，但对长链非编码RNA(lncRNA)、环状RNA(cRNA)、假基因等非编码RNA的研究发现，它们能够作为竞争性内源RNA(ceRNA)调节肿瘤细胞的增殖、凋亡、迁移、侵袭、自噬，影响肿瘤的生物学进程[5-6]。ceRNA假说的提出，赋予了miRNA及非编码RNA新的、更广泛的生物学功能。各种类型的RNA分子可通过竞争性的结合microRNA反应元件(miRNA response element,MRE)，形成lncRNA、RNA、假基因-miRNA-mRNA复杂的转录后调控网络，其表达水平和活性的变化参与一系列生理及病理过程，尤其是与肿瘤发生与发展密切相关。ceRNA假说对于肿瘤的发生发展机制提供了新的重要线索及研究方向，对于肿瘤的诊断、治疗等提供新的指导理论。笔者旨在综述各种类型的ceRNA与肿瘤间的作用关系及其机制。

1 假基因作为ceRNA与肿瘤的关系

假基因是一类具有与其功能基因序列相似，通常情况下不具有蛋白质翻译功能的基因，翻译过程因提前终止密码子、移码突变、插入或缺失而中断[7]。假基因在基因组中一直被认为是垃圾基因，但随着研究的深入，发现假基因能通过多个机制影响其同源基因的表达，促进或抑制肿瘤细胞增长，其中包括假基因的转录物能作为ceRNA吸附miRNA[8]。

1.1假基因作为ceRNA促进肿瘤的发生发展 在前列腺癌中发现，KRAS假基因1(KRAS pseudogene 1，KRASP1)和KRAS序列有一定的同源性，KRASP1可通过竞争性结合miRNA-let-7 family和miRNA-143的MREs来调控KRAS的表达水平，加速前列腺癌细胞的增殖速度，影响前列腺癌的生物学进程[9]。对干细胞多效转录因子OCT4研究发现，其假基因OCT4-pg4在肝癌中被异常激活，且表达水平与OCT4呈正相关。由于OCT4和OCT4-pg4都能被miRNA-145作用，因此OCT4-pg4作为天然的miRNA-145海绵保护OCT4免受miRNA-145的作用，使OCT4的蛋白表达水平升高，从而促进肝癌细胞的生长和肿瘤的发生[10]。此外，OCT4的另一个假基因POU5F1B与OCT4竞争相应的miRNA，促进胃癌细胞增殖，影响肿瘤的发生发展[11]。

1.2假基因作为ceRNA抑制肿瘤的发生发展 PTENP1的3’UTR R1区与PTEN高度同源(95%的序列相同)，并与PTEN享有许多共同的miRNA结合位点[9]。通过这些共享的MRE，PTENP1可以与抑癌基因PTEN竞争性结合多种miRNA分子，解除miRNAs对PTEN mRNA的转录后抑制作用，从而确保PTEN的正常表达。Poliseno等在前列腺癌的研究中发现，PTENP1可以通过竞争性结合miRNA-19b、miRNA-20a、miRNA-21、miRNA-26a和miRNA-214，导致这些miRNA相对水平下降，上调细胞内PTEN的表达水平，抑制肿瘤细胞的增殖[9]。Yu等研究发现，PTENP1的表达水平与抑癌基因PTEN的表达呈正相关，过表达PTENP1可以解除miRNA-21对PTEN的转录后抑制作用，抑制肾透明细胞癌细胞的增殖、侵袭和转移，敲除miRNA发挥功能所必需的DICER基因后，PTENP1的抑癌功能丧失[12]。此外，整合子复合物亚基 6(Integrator complex subunit 6,INTS6)相关假基因 INTS6P1 能与 INTS6 竞争结合miRNA-17-5p，发挥抑癌作用[13]。这些研究表明，假基因可通过ceRNA的作用方式调节其同源编码基因的表达，进而在癌症相关病理过程中发挥重要作用。

2 mRNA作为ceRNA与肿瘤关系

人类基因组中大约有20 000个蛋白编码基因已被证实，其中许多富含MRE[14]。ceRNA假说的提出揭示了蛋白编码基因的非编码调节功能。mRNA作为编码基因的转录产物，其3’URT序列上存在着较多的MREs，可竞争性的结合miRNA，参与基因的表达调控，影响肿瘤的发生发展。

2.1mRNA作为ceRNA促进肿瘤的发生发展 癌基因高迁移率族蛋白A2(HMGA2)的mRNA 3’UTR含有7个miRNA-let-7的结合位点，能通过结合游离的miRNA-let-7，进而调节转化生长因子β受体3(TGFBR3)基因的表达，激活TGF-β信号通路，促进肺癌的进程[15]。有研究发现，星形胶质细胞上调基因 1(AEG-1)的mRNA 3’UTR可作为ceRNA结合miRNA-30a，影响间质细胞标志物Snail和波形蛋白Vimenti的mRNA，诱导非小细胞肺癌上皮间质转化(EMT)，进而影响肿瘤转移[16]。

2.2mRNA作为ceRNA抑制肿瘤的发生发展 第十号染色体同源丢失性磷酸酶-张力蛋白(PTEN)编码基因是当前研究较多的ceRNA[17]。PTEN是最重要肿瘤抑制基因之一，其参与多种细胞信号通路，调控肿瘤细胞的增殖和分化、细胞周期、细胞凋亡以及细胞迁移，影响肿瘤的发生与进展[18]。近年来，在PTEN基因表达的众多调控机制中，基于ceRNA-miRNA-mRNA轴的转录后调控机制的研究逐渐增多。Lee等研究发现，在乳腺癌中透明质酸结合蛋白Versican的mRNA能够竞争性结合miRNA-136、miRNA-144和miRNA-199a-3p，解除这些miRNAs对PTEN和RBl基因的转录后抑制作用，从而抑制乳腺癌细胞的生长[19]。Karreth等研究发现，在黑色素瘤中证实上皮-间质转化(EMT)相关转录抑制因子ZEB2也可以通过ceRNA机制调控PTEN蛋白的表达水平，ZEB2共享miRNA-25，miRNA-92a，miRNA-181和miRNA-200b结合位点，通过调控PI3K/AKT信号通路，影响PTEN蛋白的表达水平[20]。此外，还有研究报道，直肠癌细胞中囊泡相关膜蛋白相关蛋白A基因(VAPA)和CCR4-NOT转录物复合体亚基6样基因(CNOT6L)的mRNA与PTEN之间可以通过ceRNA机制进行相互调控，并通过影响PI3K/Akt通路发挥抑癌作用。VAPA mRNA通过竞争性结合miRNA-17，miRNA-19a，miRNA-20a，miRNA-20b，miRNA-26b，miRNA-106a和miRNA-106b等miRNA调控PTEN的表达水平，而CNOT6L mRNA通过竞争性结合miRNA-17，miRNA-19a，miRNA-19b，miRNA-20a，miRNA-20b和miRNA-106b等miRNA调控PTEN的表达水平。当VAPA或CNOT6L表达上调时，可以屏蔽这些miRNAs对PTEN mRNA的转录后抑制作用，上调PTEN蛋白的表达水平并提高其抑癌活性；而当VAPA或CNOT6L表达降低时，则可以释放大量靶向PTEN的miRNAs，导致PTEN蛋白表达减少，抑癌活性下降[21]。除了抑癌基因PTEN mRNA外，Yang等研究发现，叉头状转录因子O1(FoxO1) mRNA的3’UTR与E-钙粘蛋白(E-cadherin)基因转录的mRNA 3’UTR通过竞争结合miRNA-9实现相互调节，表达FoxO1 3’UTR能促进E-cadherin的表达，从而抑制乳腺癌细胞EMT进程[22]。

3 lncRNA作为ceRNA与肿瘤的关系

lncRNA是一类长度大于200 nt、保守性较低的非编码RNA，目前已发现超过 10 000种lncRNA可能具有潜在的ceRNA 特性，一些异常表达的疾病特异性lncRNA通过ceRNA介导的相互作用在癌症的进程中产生深远影响[17]。

3.1lncRNA作为ceRNA促进肿瘤的发生发展 lncRNA可作为ceRNA在相关信号通路和环路中发挥作用，影响肿瘤的进程。在对lncRNA-BGL3的研究中发现，其与PTEN竞争结合miRNA-17，miRNA-93，miRNA-20a，miRNA-20b，miRNA-106a和miRNA-106b，并影响PTEN的表达水平及其下游PI3K/AKT信号通路，进而影响Bcr-Abl的转化过程和肿瘤的生成[23]。有研究发现，lncRNA-CRNDE可通过调节雷帕霉素靶蛋白和大鼠骨骼肌核糖体蛋白S6激酶的磷酸化水平激活雷帕霉素靶蛋白信号通路，进而促进肝癌的发生发展[24]。同样，lncRNA HLUC在肝癌样本和细胞系中表达显著上调，HLUC 作为分子海绵抑制miRNA-372的表达，解除对cAMP依赖性蛋白激酶 A 催化亚基β(PRKACB)的抑制作用，诱导cAMP反应结合蛋白(CREB)的磷酸化，在肝癌中提高HULC表达水平，促进肝癌的生物学进程[25]。此外，还有研究报道，lncRNA FER1L4在胃癌中表达下调，FER1L4竞争性的结合miRNA-106a-5p，导致它的靶基因PTEN和RB1 mRNA表达的下调，活化PI3K/AKT信号通路，最终加速细胞周期进程、促进肿瘤细胞增殖。因此，FER1L4也是作为ceRNA调控miRNA-106a-5p 及其靶基因 PTEN mRNA 的表达，从而参与胃癌的发生[26]。

ceRNA调控网络除了影响信号通路外，还有发现lncRNA与肿瘤的上皮间质转化密切相关，进而影响肿瘤的侵袭与转移[27]。在结肠癌中，lncRNA H19竞争性结合miRNA-138-5p和miRNA-200a-3p，上调EMT中关键基因如VIM，ZEB1和ZEB2的表达，推进细胞上皮间质转化[28]。Sun等研究发现，一种由TGF-β活化的lncRNA-ATB，通过竞争性结合miRNA-200家族，上调ZEB1和ZEB2，诱导肝癌细胞的EMT，促进肝癌的侵袭、转移[29]。同样，lncRNA-PE通过下调miRNA-200a/b，增强ZEB1表达，促进肝癌细胞的上皮间质转化[30]。此外，在非小细胞肺癌中，lncRNA HOXA11-AS可竞争性结合miRNA-200b，上调ZEB1/ZEB2, Snail1/2的表达，诱导肺癌细胞的EMT，促进肿瘤的侵袭与转移[31]。

3.2lncRNA作为ceRNA抑制肿瘤的发生发展 近几年来，相继有研究发现，lncRNA 通过其“分子海绵”的作用发挥抗癌活性。LncRNA PVEl含有miRNA-200的结合位点，可通过竞争性结合miRNA-200，抑制miRNA-200对CDHl的靶向作用，提高CDHl的表达水平，促进细胞间的黏附，抑制乳腺癌细胞的侵袭及转移[32]。在甲状腺癌细胞系中，抑癌基因PTCSC3表达量显著降低，实验条件下过表达PTCSC3时，甲状腺癌细胞系中促癌miRNA-574-5p表达明显降低，实验结果表明，PTCSC3 通过结合miRNA-574-5p等一些特定的促癌 miRNA，抑制肿瘤的发生发展[33]。Zhang等发现，lncRNA-GAS5四号外显子能与 miRNA-21 结合抑制乳腺癌细胞增殖、迁移。ceRNA 在肿瘤中起着抑癌或促癌作用，因此，可通过改变相应 ceRNA 的表达量而起到临床治疗的作用[34]。人工 miRNA 海绵不仅是研究在体外和体内 miRNA 功能丧失的宝贵工具，也可以提供一个基于 RNA 潜在的肿瘤治疗应用新的平台[35]。

4 cRNA作为ceRNA与肿瘤的关系

cRNA是一类特殊的非编码RNA，与传统的mRNA(含 5′和 3′末端)不同，cRNA呈闭环状，不受RNA外切酶影响，结构更趋于稳定[36]。近年研究发现， 许多cRNA分子也具有miRNA 结合位点，作为miRNA诱饵(miRNAs decay) 解除对靶基因的抑制作用，在肿瘤的发生发展中都发挥着调控作用[37]。

4.1cRNA作为ceRNA促进肿瘤的发生发展 有研究在神经胶质细胞瘤中发现，沉默cZNF29表达会使其下游Cyclin A,CDK2和PRR11等靶mRNA的表达下调，通过调节Wnt/β-catenin通路，进而发生细胞G2/M期阻滞，影响肿瘤细胞的增殖[38]。Su等发现，cRNA-001059和cRNA-000167可竞争性结合相应的靶miRNA，通过调节Wnt信号通路，降低食管癌细胞的放射敏感性，促进食管癌的发生发展[39]。还有报道，circTCF25在膀胱癌中表达上调，其可竞争性结合miRNA-103a-3p/miRNA-107，上调CKD6表达，促进膀胱癌的侵袭及转移[40]。此外，在直肠癌中ciRS-7可结合miRNA-7，促进致癌转录体YYl的表达，抑制P53的表达，促进癌细胞的增殖、转移并抑制癌细胞的凋亡[41]。

4.2cRNA作为ceRNA抑制肿瘤的发生发展 ITCH是一种高度保守的HECT家族E3泛素连接酶，cir-ITCH是由ITCH多个外显子环化形成的环状RNA分子，cir-ITCH与ITCH有共同的MRE。研究发现，cir-ITCH可通过占领miRNA-7，miRNA-17和miRNA-214，解除其对ITCH的抑制作用，ITCH 表达增加则促使磷酸化Dvl蛋白泛素化降解，抑制Wnt/β-catenin通路，进而抑制其靶基因cMyc等表达，抑制食管癌发生发展，同样的实验结果在结直肠癌的研究中也得到验证[42]。Foxo 3基因在多种肿瘤中表达下调，而被认为是肿瘤抑制基因。在乳腺癌的研究中发现，circ Foxo 3可充当Foxo 3的ceRNA调节其表达，通过竞争性结合miRNA-22,miRNA-136，miRNA-138，miRNA-149，miRNA-433，miRNA-762，miRNA-3614-5p and miRNA-3622b-5p这8个靶miRNA，上调Foxo 3基因表达，抑制肿瘤细胞的生长、增殖[43]。cRNA作为ceRNA在肿瘤发生中的作用存在争议，但其作为ceRNA的一位新成员在肿瘤发生中的作用仍未知，需要科研人员的进一步深入研究，为了解肿瘤发病机制、肿瘤诊断及治疗提供新的方向。

5 展望

大量研究已证实，ceRNA在癌组织与正常组织的表达存在明显差异，ceRNA失调参与肿瘤的进程。而迄今为止，ceRNA在癌症方面的研究还处于起步阶段，当前的理论方法和实验技术还不够完善，需要更大量且细致的功能学研究来进一步了解ceRNA 在肿瘤发生、发展中的作用机制，且目前已知功能的lncRNA、cRNA并不多，其作为ceRNA的功能研究更少，深入研究这些ceRNA分子可能能为肿瘤等疾病的预测和诊断提供一类新的分子标记，并通过靶向ceRNA调控网络的关键分子有望成为新型肿瘤治疗的靶点。因此，ceRNA与肿瘤发生发展的关系将成为未来研究的热点方向。