假基因的分子生物学价值

张琳梅 倪敬顺 谭龙贤

摘 要：假基因常被认为是功能简单的，是一些编码基因错误的副本序列，正因为如此失去了其编码潜力和有效的功能的研究。近些年随着成千种假基因转录本以及上百种假基因翻译体被发现，学术界认为假基因在人类转录本和蛋白组学中表现出了显眼代表性。另外，假基因存还在重要的蛋白依赖或者蛋白非依赖功能，因此也涉及参与复杂的调控网络。同样假基因也可以作为非编码基因，参与调解机体的生物学功能，一旦其表达异常即可伴随疾病的发生。

关键词：假基因;检测;诊断;预后

1、假基因的检测

转录后的假基因可通过RNA测序、微阵列分析、以及实时定量PCR的技术检测到。RNA测序可以精确的获得目前转录本中所有的假基因种类以及它们的拷贝数。重要的是，它是这三种中唯一可以发现新假基因的技术，同时它可以提供其他两种技术赖以建立的知识基础。但是RNA测序技术的费用仍旧很昂贵，同时需要生物信息学的知识做数据分析。幸运的是，由 Kalyana-Sundaram等学者[1]在2012年发表了先驱性的研究结论后，就出现了相当多的此方面的研究发表。与此同时逐渐在多种肿瘤组织中确定了假基因的概念，其中包括：膀胱移行细胞癌、乳腺癌、宫颈癌、大肠癌、子宫内膜样癌、胃癌、胶质瘤、肾脏癌、肺癌、黑色素瘤、卵巢癌、胰腺癌和前列腺癌。微阵列分析，与RNA测序相比较费用较低数据运用更为简单，但事实上很少用于假基因的检测，除非实验者设计了特异性靶向假基因的包被探针，同时不需要探究与其祖先基因的关联。最后一种方法是实时定量PCR，它花费低廉，敏感性高同时特异性强。它也是这三种技术中唯一一种易于实验室常规诊断和预后检测的技术。然而在采用这种技術的同时也应注意确保被扩增的物体确实是假基因，避免其高度相似的祖先基因的异常扩增。应该使用多种程序针对其低同源性序列设计其特异性引物。同样扩增后应检查其产物是否具有特异性，确定其序列和大小是我们所需要的。同样在血清或者血浆中评估假基因的表达情况，对于内参的把控也行当重要。

2、假基因作为人类肿瘤的诊断标记物

假基因具有远大的诊断前景。在胃癌中假基因SUMO1P3的表达水平上调，可以用来区分良性胃病患者与胃癌患者。与健康对照组相比，胃癌患者的血清中假基因PTENp1是低表达的。与此同时还有两种长链非编码RNAs （CUDR和LSINCT-5）也有很高的诊断价值。类似的，与正常个体相比较，肝癌患者血清中假基因INTS6P1呈低表达趋势。如果它们的表达量不超过甲胎蛋白——肝癌的常用诊断标记物，那么几乎存在等价值的诊断意义[2]。由于如上述第二部分所阐述的生物信息学技术的飞快发展，我们才能够有更准确的技术在正常组织以及肿瘤组织中以及同一肿瘤不同亚分类中区分假基因的表达差异。通过对13例肿瘤患者的组织以及临近正常组织的测序检测到了293种假基因数据，Kalyana-Sundaram 和他的同事证实了有218种假基因只在肿瘤组织中表达而在其临近正常组织中不表达[74]。在这些假基因中，作者发现有40种假基因具有肿瘤特异性。最后他们筛选出了两种与肿瘤特异性表达相关的假基因：ATP8A2-pg （乳腺癌中仅表达于腺管细胞而在乳腺基底细胞不表达）和CXADR-pg（主要表现在不携带 ETS 融合基因的前列腺癌样本中）。更有趣的是，这一研究分析确定了假基因ATP8A2-pg在基底样乳腺癌肿瘤亚型中几乎不存在。他们的研究还表明卵巢浆液性囊腺癌中的假基因数据可以用以区分子宫内膜样癌和浆液性内膜癌亚型。

3、在人类肿瘤中假基因作为预后标记物

一旦正确的肿瘤种类和其亚型被确诊，选用最佳的治疗方将对对患者未来的治疗效果有预见性的作用。除了一些已经被确定的预后标记物外，假基因也可以作为有价值的预后标记物，可以用于预测肿瘤患者术后的生存寿命。例如在透明性肾细胞癌中，患者不表达PTENp1则其总的生存率要普遍低于表达PTENp1的患者。在胃癌细胞中 OCT4-pg1过表达主要是由于基因组扩增和OCT4-pg1蛋白通过促进增殖和血管形成以及抑制凋亡而存在致癌功能。另一种OCT4的假基因是OCT4-pg4，通过竞争性结合miR-145促进肝癌细胞的增殖，从而维持其祖先基因的表达。另外，研究发现OCT4-pg4的表达水平与肝癌患者的疾病分期和总的生存率息息相关，高表达者的生存率明显低于低表达者[4]。

4、人类肿瘤中假基因作为内源竞争性RNA

假基因可以作为内源竞争性RNAs，因为它们与祖先基因具有相似的序列，所以假基因也同时含有和其祖先基相同的很多中miRNAs作用元件（MREs），它们之间通过竞争性结合共有的miRNAs分子，从而假基因可以维护其祖先基因的表达量。因此当假基因的表达失调后就可能产生相应的致癌或者抑癌功能。人类肿瘤中ceRNA网络调控机制的研究表明：这些ceRNA包括假基因和一些其他的非编码RNA，同时还包括一些涉及蛋白编码功能的基因。加工型的假基因PTNEp1是在人类肿瘤中第一个被发现的ceRNA[5]。自从发现PTENp1后，很多种其他的致癌或者抑癌的假基因作为其祖先基因的ceRNA的角色才得以更进一步的研究。假基因探索空间最大的部分就是作为祖先基因非依赖性的ceRNA功能。将基因划分为并没有祖先基因相关性的一类主要是因为它们与这些突变的蛋白编码基因之间的靶向相关。

参考文献

[1]Shanker KS， Chandan KS， Sunita S， et al. Expressed pseudogenes in the transcriptional landscape of human cancers[J]. Cell， 2012， 149 （7）： 1622-1634.

[2]Lui KY， Peng HR， Lin JR， et al. Pseudogene integrator complex subunit 6 pseudogene 1 （INTS6P1） as a novel plasma-based biomarker for hepatocellular carcinoma screening[J]. Tumor Biology， 2015： 1-8.

[3]Han L， Yuan Y， Zheng S， et al. The Pan-Cancer analysis of pseudogene expression reveals biologically and clinically relevant tumour subtypes[J]. Nat Commun， 2014， 5： 3963-3963.

[4]Lei W， Zhang-Yan G， Rui Z， et al. Pseudogene OCT4-pg4 functions as a natural micro RNA sponge to regulate OCT4 expression by competing for miR-145 in hepatocellular carcinoma[J]. Carcinogenesis， 2013， 34 （8）： 1773-1781.

[5]Laura P， Leonardo S， Jiangwen Z， et al. A coding-independent function of gene and pseudogene mRNAs regulates tumour biology[J]. Nature， 2010， 465 （7301）： 1033-1038.