竞争性内源性RNA调控网络在乳腺癌中的作用研究进展

伍梦妮，陈彦，徐志华

(苏州大学附属第一医院普外科，江苏 苏州215006)

乳腺癌是一种常见的恶性肿瘤，具有高发病率和死亡率，占所有女性癌症的30%[1]。乳腺癌是一种异质性疾病，存在不同的基因组亚型，因此具有不同的临床预后结果[2]。尽管乳腺癌的预防、诊断和治疗取得了进展，但其仍然是女性癌症相关死亡的主要原因。由基因组编码的RNA，尤其是非编码RNA(noncoding RNA,ncRNA)之间的相互调节作用，在乳腺肿瘤发展的不同阶段发挥重要作用。

约75%的人类基因组可以编码功能性的转录产物，其中约2%是蛋白转录产物，其余大部分属于非编码RNA，包括长链非编码RNA(long noncoding RNA，LncRNA)、微小RNA(microRNA，miRNA)、转录假基因和环状RNA(circularRNA, circRNA)[3]。2011年，Salmena等[4]提出竞争性内源性RNA(competing endogeous RNA, ceRNA)假说，指出所有类别的RNA转录本之间都存在调控网络，通过竞争miRNA反应元件的序列识别其靶点，最终导致转录后水平RNA的表达和活性受到抑制。miRNA反应元件通常位于编码序列、5′-非翻译区以及各种类型RNA的3′-非翻译区。miRNA与其互补的反应元件相互作用，主要在靶转录物的3′-非翻译区，通过碱基配对或阻断翻译抑制靶基因表达。总体而言，不同类型的ceRNA和miRNA之间存在联系(图1)，ceRNA网络在乳腺肿瘤的发生发展中起着关键作用。本文针对ceRNA网络在乳腺癌中的作用作一综述。

图1 不同类型的ceRNA和miRNA之间的联系

1 构成ceRNA网络的非编码RNA

1.1 LncRNA

LncRNA是一类长度为0.2～100 kb的非编码RNA，通过与其他非编码RNA、mRNA、蛋白质和基因组DNA相互作用从而发挥调节功能。LncRNA拥有多种功能，包括充当信号转导、支架和海绵作用，在表观遗传、转录和翻译等方面发挥重要作用[5]。此外，LncRNA异常高表达或低表达与乳腺癌的发生发展密切相关，尤其在ceRNA网络中以miRNA为载体的LncRNA，在乳腺癌中表达异常进而影响miRNA表达[6]。

1.2 circRNA

circRNA是特定外显子或内含子在剪接过程中通过反剪接循环形成的内源性非编码RNA[7]。细胞中的circRNA含量非常丰富，5.8%～23.0%的人类基因能够产生circRNA[7]。circRNA的特征包括编码蛋白质能力、组织中进化保守性、组织中表达特异性和细胞质内的稳定性[8]。circRNA可以通过不同的机制在乳腺癌的发生发展中发挥促癌或抑癌作用，如充当miRNA海绵、与RNA结合蛋白相互作用、调节转录以及选择性剪接和翻译mRNA等[9]。

1.3 转录假基因

假基因是基因组中与编码基因序列非常相似的非功能性基因组DNA拷贝，含有一些有害的突变如终止密码子突变、缺失/插入或移码突变。这些突变阻碍假基因转化为蛋白质，因此假基因被认为是无功能的残留物[10]。研究表明，一些假基因可以通过产生内源性小干扰RNA(small interference，siRNA)、反义转录物以及阻断miRNA，对靶基因功能起调节作用[11]。假基因还可通过改变其在ceRNA网络中对miRNA的结合活性，调节转录后靶基因的表达[11]，从而发挥促癌或抑癌作用。

1.4 miRNA

miRNA是由内源基因编码的长度为20～25个核苷酸的非编码单链RNA分子，其经典生物学功能是通过结合靶基因的3′-非翻译区下调靶基因在胞质内的表达[12]。LncRNA因其存在内含子片段，长度可达数千核苷酸，为吸附结合大量的miRNA提供了良好的结构基础。LncRNA通过竞争并结合胞质内大量的miRNA，进而削减miRNA调节靶基因编码蛋白的能力，二者互为ceRNA关系[13]。因此，miRNA是关联节点，它的存在和桥接构成了ceRNA，共同组合即是ceRNA网络。每个miRNA可以靶向许多RNA，反之亦然，每个RNA可以被许多miRNA靶向调控。在乳腺癌的发展过程中，miRNA可调控关键促癌或抑癌基因的表达。

2 ceRNA网络在乳腺癌发病机制中的作用

在乳腺癌发生发展中，ceRNA网络可影响乳腺癌细胞增殖、迁移和侵袭能力、乳腺癌干细胞维持、血管生成能力和化疗耐药性等[13]。在ceRNA调控网络中，不同的RNA组成不同的调控轴，包括LncRNA-miRNA-mRNA轴、circRNA-miRNA-mRNA轴、假基因-miRNA-mRNA轴和mRNA-miRNA-mRNA轴等，具有不同的调控功能。

2.1 LncRNA-miRNA-mRNA调节轴

Eades等[14]研究发现，LincRNA-RoR/miR-145/ADP-核糖基化因子6(ARF)6轴是与乳腺癌相关的重要ceRNA调控网络。该研究表明，LincRNA-RoR通过靶向结合miR-145的3′-非翻译区，导致ARF6 mRNA过表达，进而抑制E-钙黏蛋白定位，从而促进三阴性乳腺癌细胞侵袭和转移。

Chou等[15]研究指出，肺腺癌转移相关转录物1(MALAT1)通过与miR-1结合，引起细胞分裂周期蛋白42(CDC42)表达上调，进而促进乳腺癌细胞迁移和侵袭。由于MALAT1和CDC42的3′-非翻译区有着相同的miR-1结合序列，二者通过相互关联的ceRNA网络在乳腺癌细胞迁移及侵袭中发挥作用。Kong等[16]研究发现，核仁小分子RNA宿主基因5(small nucleolar RNA host gene 5，SNHG15)参与构成SNHG15/miR-211-3p调节轴，其敲除可以显著抑制乳腺癌细胞增殖、迁移和侵袭以及上皮-间质转化，并可在体内外诱导乳腺癌细胞凋亡。

Li等[17]研究发现，LncRNA H19通过抑制miR-152表达，进而上调DNA甲基转移酶1(DNMT1)表达，致乳腺癌细胞增殖和侵袭能力增强。由此表明，miR-152敲低和DNMT1过表达可显著逆转H19基因敲除对乳腺癌细胞增殖和侵袭的抑制作用。因此，H19/miR-152/DNMT1轴可能是针对乳腺癌细胞增殖和侵袭的潜在治疗靶点。Peng等[18]研究发现，H19的另一个ceRNA功能是通过吸附let-7以维持乳腺癌干细胞的干性特征；H19在乳腺癌细胞中过表达，并通过ceRNA作用抑制miR-let-7表达，导致核心多能性因子LIN28mRNA表达增加，增强乳腺癌干细胞的干性，包括自我更新、菌落形成、球体形成和迁移。

近来，研究发现心肌梗死相关转录本(MIAT)在乳腺癌的发生中起重要作用。Luan等[19]研究发现，LncRNA MIAT作为ceRNA，通过吸附miR-155-5p从而上调双特异性磷酸酶7(DUSP7)表达，进而促进乳腺癌细胞增殖、迁移、侵袭和上皮-间质转化，尤其是在三阴性乳腺癌亚型中。Yao等[20]研究显示，LncRNA TP73-AS1作为分子海绵吸附miR-200a，进而上调线粒体转录因子A(mitochondrial transcription factor A,TFAM )表达，致乳腺癌细胞增殖、侵袭能力增强，导致患者预后不良。该研究发现，TP73-AS1敲除导致乳腺癌细胞中TFAM蛋白表达水平下降和线粒体DNA拷贝数降低，而抑制miR-200a表达则可逆转该现象[20]。另有研究发现，TP73-AS1/miR-200a轴存在另一个靶标—E盒锌指结合蛋白1(ZEB1)mRNA，其通过抑制E-钙黏蛋白促进乳腺癌细胞迁移[21]。Jiang等[22]研究发现，LncRNA核富集组装转录本1作为ceRNA，通过吸附miR-448进而激活ZEB1表达，从而诱导乳腺癌细胞生长、迁移和侵袭。

2.2 circRNA-miRNA-mRNA调节轴

circGFRA1通过抑制miR-34a表达，进而上调胶质细胞源性神经营养因子受体1(GFRA1) mRNA表达，从而促进三阴性乳腺癌细胞增殖和抑制其凋亡[23]。乳腺癌患者GFRA1高表达与其不良预后相关[24]。由此表明，circGFRA1可能成为三阴性乳腺癌的有效预后生物标志物和治疗靶点。最近一项研究通过circRNA测序揭示，circ_0006528通过miR-7-5p-Raf1轴在乳腺癌细胞系对多柔比星的耐药性中发挥作用[25]；进一步敲低circ_0006528后，发现乳腺癌细胞对多柔比星的敏感性增加。此外，有研究表明[26-27]，miR-7-5p在三阴性乳腺癌IL-6表达诱导转移过程中，可直接靶向调控Raf1基因，其表达降低在乳腺癌新辅助化疗耐药中起重要作用。

Wang等[28]研究结果表明，circ_000911通过circRNA_000911/miR-449a/Notch1轴在乳腺癌中发挥抑癌作用；乳腺癌组织中circ_000911表达水平降低与患者不良预后相关。此外，该研究证实，作为NF-κB信号调节因子的Notch1表达升高；miR-449a结合的circ_00091呈过表达，进而抑制乳腺癌细胞增殖、侵袭和转移，同时促进其凋亡[28]。此外，NF-κB信号通路参与调节乳腺癌细胞增殖、黏附和侵袭[29]。

2.3 假基因-miRNA-mRNA调节轴

研究表明，细胞色素P450 4Z2假基因(CYP4Z2P)和细胞色素P450 4Z1(CYP4Z1)通过与多个miRNA包括miR-211、miR-125a-3p、miR-197、miR-204和miR-1226等结合，进而触发PI3K及ERK1/2信号通路，从而在体内外诱导乳腺癌血管生成[30-31]。蛋白编码基因CYP4Z1和假基因CYP4Z2P的3′-非翻译区含有多个靶miRNA的结合位点。CYP4Z2P通过ceRNA作用下调靶miRNA表达水平，进而上调CYP4Z1表达[30]。在乳腺癌组织和细胞系中，这种相互作用的结果是CYP4Z2P和CYP4Z1呈过表达，而miR-211、miR-125a-3p、miR-197、miR-204和miR-1226呈低表达，最终诱导乳腺癌血管生成。另一项研究发现，CYP4Z1和假基因CYP4Z2P可通过抑制雌激素受体阳性乳腺癌中miR-125a-3p表达从而增强CDK3表达，导致乳腺癌细胞对三苯氧胺(TAM)产生耐药性[31]。

De Martino等[32]研究发现，假基因HMGA1P7通过ceRNA作用抑制miR-15、miR-16、miR-214和miR-761等表达，促进乳腺癌中LncRNA H19和蛋白质编码基因Igf2表达。在之前研究[33]中，细胞功能实验发现，假基因HMGA1P6和HMGA1P7这两个假基因过表达导致HMGA1mRNA和蛋白表达水平增加，敲除则相反。

研究表明，假基因PTENP1通过ceRNA作用结合miR-19b进而上调抑癌基因PTEN表达，从而抑制乳腺癌细胞增殖、迁移和侵袭，促进细胞凋亡[34]。Su等[35]研究发现，PTENP1表达上调可抑制乳腺癌细胞增殖和迁移。由此表明，PTENP1/PTEN/miR-19b调控轴在乳腺癌发展中起抑癌作用。

2.4 mRNA-miRNA-mRNA 调节轴

Yang等[36]首次提出mRNA-miRNA-mRNA ceRNA网络在乳腺癌发展中的作用，其中，FOXO1mRNA新的非编码作用与其在乳腺恶性肿瘤中的编码功能一致，其通过充当miR-9 ceRNA，进而诱导E-钙黏蛋白表达，从而抑制乳腺癌细胞转移。

Zheng等[37]在ceRNA调节网络中揭示了C-X-C趋化因子受体4(CXCR4) mRNA的非编码功能，CXCR4通过分泌miR-146a，导致TRAF6和EGFR基因表达上调，在乳腺癌中发挥促癌作用。另一项研究表明，miR-146a作为肿瘤抑制因子，通过靶向调控CXCR4和TRAF6以及EGFR表达进而抑制NF-κB信号通路的活性，从而抑制乳腺癌细胞迁移[38]。Wu等[39]在体外和体内实验中发现，X连锁凋亡抑制蛋白(XIAP) mRNA 通过分泌miR-29a-5p，进而上调FSCN1表达，从而促进乳腺癌细胞增殖、迁移和侵袭过程。

Jeyapalan等[40]研究发现，CD44mRNA通过其3′-非翻译区在乳腺癌的发生和血管生成中发挥作用：一方面，CD44mRNA作为ceRNA海绵致miR-216a、miR-330和miR-608失活，致CD44和CDC42蛋白表达增加，从而导致细胞增殖和肿瘤形成受到抑制；另一方面，CD44可以诱导肿瘤细胞凋亡和增加细胞对化疗药物的敏感性。

Li等[41]研究发现，乳腺癌中存在一个与类固醇敏感性调节蛋白相关脂类转运体结构域13(STARD13)相关的ceRNA网络，钙黏蛋白5(CDH5)通过该网络可抑制乳腺癌转移。STARD13与CDH5异位高表达通过抑制上皮-间质转化抑制乳腺癌转移。此外，Hu等[42]研究发现，半胱氨酸-半胱氨酸趋化因子受体2(CCR2) mRNA通过吸附miR-125b进而上调STARD13表达发挥ceRNA功能，从而抑制乳腺癌细胞转移。

另一个与STARD13和miR-125b相关的ceRNA网络，通过STARD13mRNA、肿瘤蛋白53诱导的核蛋白1(TP53INP1)和miR-125b之间的相互调节作用，在阻止乳腺癌细胞转移中发挥重要作用[43]。在该调节环中，STARD13通过ceRNA作用竞争性结合miR-125b，进而上调TP53INP1mRNA表达，从而抑制乳腺癌细胞转移。在乳腺癌中，STARD13mRNA还可通过吸附miR-125b，进而上调Bcl-2表达，从而致乳腺癌细胞凋亡[44]。

3 结语

ceRNA网络涵盖了RNA系统中各种RNA类别之间的交叉作用，进而参与乳腺癌的发生发展[45]。本文总结概括了乳腺癌中LncRNA、circRNA、假基因和mRNA形成的ceRNA网络(表1)。不同种类的RNA分子，如mRNA、LncRNA、假基因和circRNA可以在乳腺肿瘤中充当ceRNA[46]，分别构成LncRNA-miRNA-mRNA轴、circRNA-miRNA-mRNA轴、假基因-miRNA-mRNA轴和mRNA-miRNA-mRNA轴，由此揭示乳腺癌发生发展过程中ceRNA网络的重要作用。失调的ceRNA网络轴参与乳腺癌发展的多种过程，包括细胞增殖、迁移、侵袭、血管生成和化疗耐药等。