长链非编码RNA调控结直肠癌相关信号通路的研究进展

李爱婷 综述 吴巍芸 审校

广东医科大学附属医院消化内科，广东 湛江 524001

《2020 年全球癌症统计》显示，结直肠癌(colorectal cancer，CRC)是全球第三大常见的恶性肿瘤，是癌症相关死亡的第二大病因[1]。早期手术切除和系统的临床治疗(放疗、全身化疗和靶向治疗)改善了部分CRC 患者的临床预后，但由于起病隐匿，一部分CRC被发现时已经是进展期或晚期，导致预后不良[2]。由于转移和复发是CRC 治疗失败的重要原因，因此，阐明CRC 进展和转移的分子机制，寻找可靠的CRC 诊断标志物及潜在的治疗靶点至关重要。研究发现，lncRNA与各种信号通路之间相互串扰，与CRC 的发展和进展密切相关[3]。lncRNAs 是一类长度超过200 个核苷酸的非编码RNA，研究表明，lncRNAs 在CRC 的诊断和预后方面具有巨大的潜力，如血浆的lncRNA SNHG6、lncRNA PVT1 等有望作为CRC 早期诊断的生物标志物，lncRNA MALAT、lncRNA HOTIAR 等与CRC 的预后相关；lncRNAs 也可调控CRC 细胞增殖、凋亡、迁移、侵袭以及对放/化疗敏感性等，有望作为治疗靶点[4]。研究lncRNAs在CRC发生发展中的作用机制，在寻找CRC 的早期诊断、预后预测的指标和开发有效的治疗方法等方面具有广阔的应用前景。此外，多个肿瘤相关的信号通路如Wnt/β-catenin、JAK/STAT等已被证明在CRC中异常表达，导致细胞获得恶性表型和生物学行为。lncRNAs通过调控这些信号通路参与CRC 的恶性进程。本文将围绕lncRNAs对CRC 发生发展的相关信号通路的调控作用做一综述。

1 lncRNA概述

随着基因组和转录测序的发展，研究发现蛋白质编码的基因只占全基因组的2%，其他大部分RNA 因缺乏蛋白质编码能力或只编码小肽链被称成非编码RNA (ncRNA)。ncRNA 包括lncRNA、miRNA (微小RNA)、piRNA(PIWI 相互作用RNA)、circRNA(环状RNA)和snRNA(小核仁RNA)等[5]。根据定位的不同，在细胞核中的lncRNAs可在转录、转录后或表观遗传水平来影响靶基因的表达从而实现其功能；而在细胞质中的lncRNAs则通过调节mRNA的翻译或稳定性、调节蛋白的定位来发挥作用[6]。lncRNAs 主要通过以下几种方式影响基因的表达：(1)通过调控转录因子的活性参与基因的转录，从而影响基因表达；(2)通过与RNA 结合蛋白结合，形成特定的lncRNA-蛋白复合物，导致mRNA 剪接和转录的改变，进而影响基因的表达；(3)通过DNA甲基化/羟甲基化或组蛋白乙酰化/甲基化等表观遗传学方式来调控基因的表达；(4)充当miRNA 的“sponges”，即miRNA 分 子 海 绵，又 名ceRNA(竞争性内源RNA)，一些含有miRNA 互补位点的lncRNA可以作为ceRNA使miRNA表达下调，降低miRNA 对靶mRNA 的抑制作用[7]。lncRNAs 通过上述不同方式调节基因表达或信号通路的活性，广泛参与机体的生理及病理过程，在胚胎发育、神经病理性疼痛、动脉粥样硬化、炎症等过程尤其是CRC进展、转移、耐药性中发挥重要作用[8]。

2 lncRNA与CRC的相关信号通路

细胞信号通路在响应细胞内或细胞外刺激的各种生物学过程中发挥着主要作用，它们通常是一系列生物反应和影响基因表达的关键。一条特定的信号通路通常由多种信号分子组成，它们可以直接或间接地调节转录因子的活性，影响基因的表达，最终影响疾病的进展[9]。研究发现，lncRNAs 通过调控多个关键细胞信号通路参与CRC 的发生和发展，其中包括Wnt/β-catenin、JAK/STAT、PI3K/AKT/mTOR、Notch、NF-κB等[10]。

2.1 Wnt/β-catenin 信号通路 Wnt/β-catenin 信号通路是调控CRC 多种生物学过程的重要途径之一。Wnt/β-catenin 信号级联由β-catenin 复合物调节，该复合物由Fzd 或Frz(卷曲蛋白)、APC(肿瘤抑制基因)、Axin2 (轴抑制蛋白2)、CK1 (酪蛋白激酶1)和GSK-3β(糖原合成酶激酶3β)组成[11]。在经典的Wnt/β-catenin 信号通路中，Wnt 与Fzd 结合后激活胞内蛋白DVL，抑制GSK-3β等蛋白形成的β-catenin 降解复合物的活性，稳定细胞质中游离状态的β-catenin 蛋白；胞浆中积累的β-catenin 进入细胞核后结合TCF/LEF 转录因子家族，启动下游靶基因(如c-myc、Cyclin D1)的转录，诱导细胞周期进展和异常增殖[12]。lncRNA 通过作为Wnt 信号通路的转录因子或调节其他转录因子的表达，直接或间接地来影响基因的表达，参与CRC的发生与发展[13]。Zhang 等[14]研究发现，lncRNA NEAT1 在CRC 组织中的表达显著上调，与CRC 患者更短的总体生存期和无病生存期有关；NEAT1 可直接结合转录因子DDX5，上调DDX5 的表达，DDX5 通过与β-catenin形成复合物，激活β-catenin的转录活性，使Axin2、c-myc 和Cyclin D1 表达增加，促进CRC细胞的增殖、迁移和侵袭。Li等[15]研究表明，LINC01354在CRC组织和细胞系中表达上调，与CRC患者更大的肿瘤体积、更差的TNM 分期、淋巴结转移及远处转移相关；过表达LINC01354可与hnRNP-D(异源核糖核蛋白D)结合，增强β-catenin mRNA表达的稳定性，使β-catenin及Cyclin D1、c-myc和MMP7的表达增加，激活Wnt/β-catenin 信号转导，促进CRC 细胞的增殖、迁移和侵袭，抑制细胞凋亡，可作为CRC潜在的预后和诊断指标。Han 等[16]发现，敲低CRC 细胞的lncRNA CRNDE后，其作为miR-181a-5p的ceRNA作用减弱，使得miR-181a-5p的表达上调，进一步下调其靶点β-catenin 和TCF4 的表达，抑制Wnt/β-catenin 信号通路的激活，从而抑制CRC 细胞增殖和减低对5-Fu(5-氟尿嘧啶)的耐药性。

2.2 JAK/STAT 信号通路 JAK/STAT 信号通路可以将细胞外信号快速传递到细胞核，参与CRC的癌基因激活和抑癌基因失活过程[17]。JAK-STAT 途径由以下主要成分组成：(1)细胞外信号因子：包括干扰素、白细胞介素和生长因子等；(2)细胞表面受体；(3)JAK和STAT。细胞外信号分子与相应受体结合并诱导其形成二聚体，随后JAK 激酶与受体偶联并使其磷酸化，受体的酪氨酸残基被磷酸化形成周围氨基酸的对接位点，从而将STAT 蛋白募集到该对接位点，最后，STAT 蛋白被磷酸化激活形成二聚体从细胞质转移到细胞核，通过与特定的DNA 元件结合，完成对目的基因的表达调控[18]。JAK-STAT 通路异常可导致细胞免疫功能丧失或获得突变，这些突变可引发和驱动肿瘤的发生，如激活的STAT3 可以不同程度地破坏细胞外基质，导致基底膜的降解和破坏，为肿瘤细胞的早期转移提供合适的环境，促进EMT (上皮-间充质转化)过程。lncRNA可作为JAK/STAT途径的上游调节因子，通过降低或增强其活性，影响CRC细胞的增殖和转移[19]。研究发现，lncRNA AB073614 在CRC 组织中高表达；过表达AB073614后，EMT相关蛋白N-cadherin(N-钙黏蛋白)和Vimentin 的表达上调，E-cadherin(E-钙黏蛋白)和occludin(闭合蛋白)的表达下调，同时发现p-STAT3的表达上调；使用JAK 抑制剂AT9283 处理细胞后，STAT3 磷酸化程度降低，显著逆转AB073614 过表达对CRC 细胞迁移和侵袭能力的上调作用，提示AB073614可能通过调节JAK/STAT3通路的激活促进CRC 细胞的EMT[20]。lncRNA TPT1-AS1在CRC 组织中表达升高，与CRC 患者较低的总体生存率相关；GSEA分析发现TPT1(翻译调节肿瘤蛋白1)的高表达与FAK(黏着斑激酶)和JAK-STAT3信号通路有关，进一步研究表明，过表达TPT1-AS1 可募集组蛋白甲基转移酶MLL1，使TPT1 启动子区域H3K4ME3 甲基化水平增加，上调TPT1 的表达，p-FAK、p-JAK1、p-JAK2和p-STAT3 的表达水平随之上调，进而激活FAK/JAK-STAT3 信号通路，促进CRC 细胞的增殖、迁移和侵袭[21]。

2.3 PI3K/AKT/mTOR 信号通路PI3K/AKT/mTOR信号通路在肿瘤发展中起关键作用，可调控细胞增殖、凋亡、转移、自噬和耐药等，PI3K和AKT的磷酸化是其激活的关键步骤，PI3K 被磷酸化激活后，可使下游的AKT和mTOR磷酸化，激活的mTOR进一步影响下游转录因子(如HIF1α、c-myc、FoxO)，从而引起级联反应[22]。该途径的异常激活会导致细胞持续和不受控制的生长，从而导致肿瘤发生。某些lncRNAs可以通过与PI3K/AKT/mTOR 通路因子竞争或合作，参与CRC的进展[23]。lncRNA Rp4在CRC组织和细胞中表达下调；过表达lncRNA Rp4 通过与miR-7-5p 竞争性结合，上调其靶基因肿瘤抑制因子SH3GLB1 的表达，使细胞凋亡相关蛋白Bax 和Caspase-3 的水平上调；同时，PI3K、AKT和mTOR磷酸化减少，抑制PI3K/AKT/mTOR 信号传导，自噬相关蛋白LC3 表达上调，促进CRC 细胞凋亡及自噬，抑制其生长，可作为CRC的潜在治疗靶点[24]。岩藻糖基化是一种由FUTs(岩藻糖基转移酶)催化的糖基化反应，异常的岩藻糖基化与CRC 恶性行为有关，在CRC 中表达上调的lncRNA HOTAIR 通过作为miR-326 的ceRNA，使miR-326 表达降低，上调其下游靶点FUT6 的表达，FUT6 可以介导细胞表面CD44 的α1,3-岩藻糖基化，CD44 活化后进一步使PI3K、AKT 和mTOR 蛋白磷酸化水平升高，激活PI3K/AKT/mTOR 通路，促进CRC 细胞增殖、侵袭和肝转移[25]。

2.4 Notch 信号通路 Notch 信号通路是一条进化上保守的通路，在正常组织和细胞的发育过程中起着至关重要的作用，目前发现哺乳动物中有4种Notch信号受体(Notch1-4)和5 种Notch 配体(Dll-1、Dll-3、Dll-4、Jagged1 和Jagged2)[26]。Notch 受体与邻近细胞的跨膜配体结合，导致受体亚基分离和跨膜亚基的蛋白水解切割，释放NICD(Notch 细胞内结构域)进入细胞核，随后与DNA 结合蛋白RBPJ(也称为CSL)结合并募集转录共激活因子MAML，形成三元络合转录激活物(NICD-CSL-MAML)后，激活Notch 靶基因如Hes、Hey等的转录，促进下游基因的表达，从而发挥生物学作用；异常的Notch 信号可以对细胞增殖、凋亡、转移和EMT过程产生负面或积极影响，具体取决于不同肿瘤的细胞类型[27]。lncRNA可通过靶向配体、受体或下游靶基因(Hes-1)来激活或抑制Notch 通路，从而促进或抑制肿瘤的发展[28]。例如，在CRC组织和细胞中高表达的lncRNA FAM83H-AS1通过上调Notch1和Hes-1 的表达，激活Notch 信号通路，促进CRC细胞的增殖、迁移，抑制 凋亡[29]。lncRNA DSCAM-AS1 在CRC 组织和细胞系中的表达显著升高，与CRC 的转移和分期呈正相关；DSCAM-AS1 与miR-137 竞争性结合Notch1 的3'-UTR (3'端非编码区)，上调Notch1的表达，进而激活Notch 通路，使E-cadherin 表达下调，Vimentin 表达上调，促进CRC 细胞的增殖、迁移和EMT，可作为CRC 新的预后生物标志物和治疗靶点[30]。而敲低在CRC 组织和细胞系中高表达的lncRNA FOXD2-AS1后，Hes-1 和NICD的表达下调，使Notch 信号通路失活，抑制CRC 细胞的增殖、侵袭和迁移[31]。

2.5 NF-κB 信号通路 NF-κB 是由5 个亚基(p50/p105、p52/p100、p65/RelA、c-Rel 和RelB)组合而成的同源或异源二聚体，参与多种重要生理反应的表达调控，包括免疫反应、细胞增殖分化以及细胞死亡等[32]。在生理条件下，NF-κB被多种抑制性蛋白质(如IκBα、IκBβ等)结合隔离在细胞质中，当这些蛋白被磷酸化时，其对NF-κB 的抑制解除，NF-κB 被激活并移位到细胞核，通过调节基因的表达促进CRC的增殖和转移，也可以介导肿瘤对放疗和化疗的耐受性[33]。lncRNAs 通过直接或间接调节NF-κB 的表达来调控该级联反应，Liu等[34]研究发现，LINC01578 在CRC组织中表达升高；过表达LINC01578可募集EZH2(组蛋白甲基转移酶PRC2 的关键成分)直接结合到IκBβ的启动子，使其启动子区域H3K27ME3甲基化水平显著提高，抑制IκBβ的表达，激活NF-κB信号通路，进一步上调转录因子YY1 的表达，YY1 反过来还可增强LINC01578 自身启动子活性，形成正反馈回路，使LINC01578表达上调，通过激活NF-κB信号通路促进CRC 的转移，可作为CRC 转移的一个潜在的预后生物标志物和治疗靶点。Li 等[35]发现，lncRNA HOTAIR在CRC组织和细胞中表达上调；过表达HOTAIR通过招募EZH2 与miR-218 的启动子结合，抑制miR-218的表达，上调靶基因VOPP1 表达，VOPP1 作为转录因子，进一步促进NF-κB 的核易位并通过与DNA 结合增加NF-κB转录活性，从而激活NF-κB信号通路，促进CRC细胞的增殖和对5-Fu的耐药性。

2.6 TGF-β/Smad 信号通路 TGF-β (转化生长因子β)在肿瘤发生过程中有双重作用，在肿瘤发展的早期阶段，TGF-β抑制正常的肠上皮细胞增殖并诱导细胞凋亡和分化，对肿瘤起抑制作用；随着肿瘤的进展，TGF-β表达增加，促进有丝分裂生长因子(TGF-α、FGF和EGF)的产生，成为一种促癌因素[36]。在哺乳动物中有8种Smad蛋白(Smad 1～8)，Smad蛋白是TGF-β家族受体下游的信号转导分子，按功能分为3类：即受体调控型Smads(R-Smads即Smad1/2/3/5/8)、共同通路型Smad(Co-Smad 即Smad4)和抑制型Smads(I-Smads即Smad6/7)；磷酸化的R-Smad 能与Smad4 形成复合物激活后转移到细胞核中，与靶基因启动子区域的位点特异性识别序列结合，直接调节基因转录；Smad1/5/9还能激活I-Smads的基因转录，启动负反馈环抑制信号传导，参与目标基因表达的调控[37]。lncRNA可调节TGF-β与其受体的结合，激活TGF-β通路，进一步启动Smad 途径，参与CRC 的发展[38]。沉默CRC 细胞中的lncRNA MIR22HG后，其与Smad2结合减少，Smad2表达上调，与Smad4 形成复合物移动到细胞核，Smad2/4复合体进一步与EMT 关键转录因子SNAI1 的启动子结合，使E-cadherin 表达下调，N-cadherin、Vimentin 表达上调，通过MIR22HG-SMAD2/4-SNAI1 轴促进CRC 的EMT[39]。LINC00941 在CRC 中表达升高，通过与β-TrCP(E3 泛素连接酶)竞争性结合，抑制Smad4泛素化，增强Smad4 蛋白的稳定性，Smad4 表达上调，由于Smad4 是结合活化的Smad2 和Smad 3 形成调节靶基因转录的复合物的重要辅助因子，进而使得Smad2和Smad 3 的表达升高，激活TGF-β/Smad2/3 信号通路，促进CRC的转移[40]。在CRC中，过表达的lncRNA CTBP1-AS2 通过与miR-93-5p 竞争性结合，下调miR-93-5p 表达，使得靶基因TGF-β1表达上调，上调的TGF-β1可促进Smad2 和Smad3 的羧基末端丝氨酸磷酸化，进而激活TGF-β/Smad通路，促进CRC细胞增殖和侵袭，抑制细胞凋亡[41]。

2.7 其他信号通路 lncRNA GClnc1 在CRC 组织高表达，提示预后不良；过表达GClnc1 显著抑制p53与细胞周期蛋白依靠性激酶抑制剂p21的结合，下调p21 和凋亡基因BAX 的表达，通过抑制p53 通路促进CRC 细胞的增殖，抑制其凋亡[42]。Hou 等[43]研究发现，lncRNA FGF14-AS2 在CRC 组织中表达下调；过表达FGF14-AS2 通过竞争性抑制miR-1288-3p 的表达，上调其靶点RERG 的表达，RERG 作为MAPK/ERK 通路的负调控基因，抑制ERK1/2 的磷酸化，使MAPK/Ras/ERK 信号通路失活，抑制CRC 细胞增殖，促进细胞凋亡。

3 展望

本综述总结了lncRNAs 在CRC 中的调控的多种信号通路，lncRNAs通过靶向这些信号通路的不同组分来控制CRC 的特性，在CRC 的发生发展中起关键作用，这将有利于临床靶向药物的开发。然而，由于CRC 进展分子机制的复杂性，确定和验证可靠的靶标，开发稳定和安全的药物仍具有挑战性。此外，尽管研究表明某些lncRNAs 可以作为CRC 的诊断和预后生物标记物或潜在的治疗靶点，但仍需要更多的样本和实验来验证。随着对lncRNAs更加深入的研究，有望阐明lncRNA在CRC中的作用机制，为CRC的临床诊治提供更多新的思路。