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        LncRNAs在消化系統(tǒng)疾病中的研究進(jìn)展

        2014-03-18 18:15:14李善高
        胃腸病學(xué) 2014年7期
        關(guān)鍵詞:靶點(diǎn)編碼調(diào)控

        周 軍 李善高

        浙江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院消化內(nèi)科(310006)

        近年來,隨著基因測序技術(shù)的不斷發(fā)展,大量長度超過200個(gè)核苷酸的長鏈非編碼RNA(long noncoding RNAs, lncRNAs)被發(fā)現(xiàn)。研究顯示這些lncRNAs雖無或很少有蛋白質(zhì)編碼功能,但能在表觀遺傳學(xué)、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達(dá),廣泛參與機(jī)體生理和病理過程,與多種疾病有密切聯(lián)系。近年研究發(fā)現(xiàn)lncRNAs在多種消化系統(tǒng)疾病的發(fā)生、發(fā)展過程中發(fā)揮作用,本文在簡要介紹lncRNAs基本概念的基礎(chǔ)上,對相關(guān)研究進(jìn)展作一綜述。

        一、lncRNAs的基本結(jié)構(gòu)和功能

        LncRNAs占非編碼RNA的80%左右,通常由RNA轉(zhuǎn)錄酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄,由于缺乏或只有很少的開放閱讀框(ORF)而不能編碼蛋白質(zhì)。根據(jù)lncRNAs在基因組中與蛋白質(zhì)編碼基因的相對位置,可大致分為同義lncRNAs、反義lncRNAs、雙向lncRNAs、內(nèi)含子lncRNAs和基因間lncRNAs五類[1]。

        較之其他RNA和蛋白質(zhì),lncRNAs在結(jié)構(gòu)和功能上有其自身特點(diǎn):①表達(dá)具有組織和時(shí)空特異性;②轉(zhuǎn)錄水平通常低于蛋白質(zhì)編碼基因,對突變有較大的包容性;③序列較miRNAs長,空間結(jié)構(gòu)更復(fù)雜,攜帶的信息量更豐富,可同時(shí)結(jié)合多個(gè)分子,發(fā)揮更廣泛的作用;④通過多種途徑和機(jī)制在多個(gè)水平參與調(diào)控基因表達(dá),如在表觀遺傳學(xué)水平發(fā)揮作用或通過直接結(jié)合靶基因激活或抑制其表達(dá);⑤空間結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較蛋白質(zhì)差,產(chǎn)生和分解速度較快。

        LncRNAs起初被認(rèn)為是RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物,然而近年研究發(fā)現(xiàn)其具有廣泛的生物學(xué)功能,主要功能包括[2-3]:①通過干擾轉(zhuǎn)錄因子與基因啟動(dòng)子結(jié)合、誘導(dǎo)組蛋白修飾、使染色質(zhì)發(fā)生重構(gòu)等方式直接影響鄰近蛋白編碼基因表達(dá);②與蛋白編碼基因的轉(zhuǎn)錄本形成互補(bǔ)雙鏈,干擾mRNA的剪接或在Dicer酶的作用下產(chǎn)生內(nèi)源性siRNA以調(diào)控基因表達(dá);③募集靶蛋白如PcG蛋白、TrxG蛋白至目的基因,影響基因轉(zhuǎn)錄;④通過與蛋白伴侶作用或調(diào)節(jié)蛋白的亞細(xì)胞定位影響蛋白活性;⑤作為結(jié)構(gòu)組分與蛋白質(zhì)形成核酸蛋白復(fù)合物;⑥結(jié)合轉(zhuǎn)錄抑制復(fù)合物后誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。

        二、lncRNAs與消化系統(tǒng)疾病

        某一消化系統(tǒng)疾病中可存在多種lncRNAs表達(dá)異常,同一 種lncRNA亦可能存在于不同消化系統(tǒng)疾病中,這些lncRNAs在不同消化系統(tǒng)疾病中的表達(dá)水平和作用機(jī)制不盡相同,并具有不同的臨床意義。

        1. lncRNAs與肝癌:在消化系統(tǒng)疾病中,lncRNAs與肝癌關(guān)系的研究最多,其中一些lncRNAs有望成為肝癌診斷的特異性指標(biāo)或治療靶點(diǎn)。

        ①HULC(highly up-regulated in liver cancer):HULC是首個(gè)被發(fā)現(xiàn)在HCC中特異性過表達(dá)的lncRNA。對肝細(xì)胞癌(HCC)組織與局灶結(jié)節(jié)性增生和肝硬化組織的比較顯示癌組織中HULC表達(dá)增高極為顯著,敲除HULC可改變某些HCC相關(guān)基因表達(dá)[4]。新近研究[5]發(fā)現(xiàn)HULC參與了HBV X蛋白(HBx)介導(dǎo)HCC發(fā)生的過程,HBx通過上調(diào)HULC,進(jìn)而下調(diào)與HULC毗鄰的抑癌基因p18而促進(jìn)HCC細(xì)胞增殖,該發(fā)現(xiàn)為闡明lncRNAs在HBx致HCC中的作用提供了新的著眼點(diǎn)。Matouk等[6]發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌(CRC)肝轉(zhuǎn)移灶中亦存在HULC高表達(dá),同一患者的轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)、CRC原發(fā)灶和正常結(jié)直腸組織中均未檢測到HULC,表明HULC參與了肝轉(zhuǎn)移癌的形成。HCC患者血漿HULC亦顯著增高,并與Edmondson組織學(xué)分級和HBV水平呈正相關(guān),提示血漿HULC有望作為HCC診斷和預(yù)后評估的生物學(xué)標(biāo)記[7]。

        ②MALAT-1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1):MALAT-1在多種實(shí)體瘤中表達(dá)上調(diào)并與腫瘤轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)相關(guān)。Lai等[8]發(fā)現(xiàn)其在HCC細(xì)胞和組織標(biāo)本(包括肝移植后標(biāo)本)中的表達(dá)均上調(diào),MALAT-1高表達(dá)的肝移植后患者HCC復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)顯著增加;此外,抑制MALAT-1表達(dá)能有效降低HCC細(xì)胞的活力和遷移、侵襲力,增加其對細(xì)胞凋亡的敏感性,因此MALAT-1有望成為HCC的治療靶點(diǎn)。

        ③HOTAIR(Hox transcript antisense intergenic RNA):HOTAIR在HCC組織中呈高表達(dá)并與腫瘤進(jìn)展相關(guān),與MALAT-1一樣是預(yù)測HCC患者肝移植后復(fù)發(fā)的獨(dú)立預(yù)后因子以及HCC的潛在治療靶點(diǎn),抑制HOTAIR表達(dá)可顯著降低HCC細(xì)胞的活力和侵襲力并增加其化療敏感性[9]。Ishibashi等[10]發(fā)現(xiàn)較之HOTAIR表達(dá)陰性者,HCC原發(fā)灶HOTAIR高表達(dá)者腫瘤體積較大且預(yù)后較差。

        ④H19:印跡基因H19是較早被發(fā)現(xiàn)的與腫瘤相關(guān)的lncRNA,在HCC組織中呈高表達(dá),具有原癌基因樣作用,可促進(jìn)癌細(xì)胞生長、提高缺氧耐受能力、促進(jìn)血管生成,有望作為HCC的潛在治療靶點(diǎn)。熊偉民等[11]的研究顯示,在HCC細(xì)胞中過表達(dá)H19可致癌細(xì)胞過度增殖,敲除H19則可明顯抑制癌細(xì)胞的增殖和侵襲活性。有研究[12]發(fā)現(xiàn)姜黃素可抑制多個(gè)腫瘤細(xì)胞株的H19基因轉(zhuǎn)錄,為肝癌治療藥物的研究提供了新思路。

        ⑤MEG3(maternally expressed gene 3):MEG3亦為一種印跡基因,是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的具有抑癌功能的lncRNA,能顯著抑制HCC細(xì)胞生長并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。研究[13]顯示HCC細(xì)胞中的MEG3表達(dá)水平較正常肝細(xì)胞下調(diào)210倍,其表達(dá)下調(diào)是由啟動(dòng)子甲基化所致,而過表達(dá)miR-29a可抑制DNA甲基轉(zhuǎn)移酶,上調(diào)MEG3表達(dá),這一發(fā)現(xiàn)為研究lncRNAs、miRNAs和表觀遺傳學(xué)對HCC的調(diào)控作用提供了線索。

        ⑥HEIH(high expression in HCC):對HBV相關(guān)HCC與配對癌旁組織間lncRNAs表達(dá)譜的比較顯示HEIH在癌組織中呈特異性高表達(dá),并與腫瘤復(fù)發(fā)顯著相關(guān),可作為患者生存期的獨(dú)立預(yù)測因子;此外,HEIH在細(xì)胞周期調(diào)控中亦起關(guān)鍵作用,可能通過與EZH2結(jié)合,進(jìn)而抑制其下游靶基因表達(dá)而發(fā)揮調(diào)控功能,促進(jìn)腫瘤生長[14]。上述發(fā)現(xiàn)表明HEIH在HCC中起原癌基因樣作用,是調(diào)控HCC進(jìn)展的重要“樞紐”。

        ⑦lncRNA-MVIH(lncRNA associated with microvascular invasion in HCC):lncRNA-MVIH在HCC中呈高表達(dá),與腫瘤微血管侵襲、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移以及無復(fù)發(fā)生存期(RFS)和總生存期降低相關(guān),是預(yù)測HCC患者肝切除術(shù)后低RFS的獨(dú)立風(fēng)險(xiǎn)因子,其作用機(jī)制可能為通過抑制磷酸甘油酸酯激酶1(PGK1)的分泌激活腫瘤血管生成,可能作為HCC抗血管生成新輔助治療的潛在靶點(diǎn)[15]。

        ⑧uc002mbe.2:HCC細(xì)胞和組織中的uc002mbe.2表達(dá)均顯著降低。研究[16]發(fā)現(xiàn)組蛋白脫乙?;敢种苿┣乓志谹(TSA)在HCC細(xì)胞中可強(qiáng)烈誘導(dǎo)uc002mbe.2表達(dá)(上調(diào)超過300倍),其誘導(dǎo)表達(dá)與TSA的促凋亡效應(yīng)呈正相關(guān),而敲除uc002mbe.2可顯著抑制TSA介導(dǎo)的HCC細(xì)胞凋亡,表明此凋亡誘導(dǎo)過程是uc002mbe.2依賴性的,上調(diào)uc002mbe.2表達(dá)有望成為抗HCC新藥研發(fā)的思路之一。

        2. lncRNAs與胃癌:lncRNAs在胃癌領(lǐng)域的研究尚處于起步階段。Arita等[17]檢測了胃癌患者的血漿lncRNAs水平,發(fā)現(xiàn)其H19水平顯著高于健康人,并于術(shù)后顯著降低,提示了H19作為胃癌腫瘤標(biāo)記物的潛在價(jià)值。Xu等[18]的研究發(fā)現(xiàn)胃癌組織中HOTAIR表達(dá)增高并與腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和TNM分期顯著相關(guān),其高表達(dá)提示預(yù)后不良,而抑制HOTAIR表達(dá)可抑制胃癌細(xì)胞的侵襲力并逆轉(zhuǎn)其上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化,提示了HOTAIR在胃癌診治中的應(yīng)用價(jià)值。lncRNA-CCAT1在胃癌組織中亦呈高表達(dá),原癌基因c-Myc可直接結(jié)合至CCAT1的啟動(dòng)子區(qū)域以上調(diào)其表達(dá),而CCAT1異常表達(dá)可促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖和遷移,提示c-Myc誘導(dǎo)CCAT1表達(dá)在胃癌進(jìn)展中起重要作用,有望作為胃癌治療的靶點(diǎn)[19]。

        新近研究[20]發(fā)現(xiàn)胃癌組織中MEG3表達(dá)顯著降低并與腫瘤大小、TNM分期和侵襲深度相關(guān),MEG3低表達(dá)者預(yù)后相對較差,提示其低表達(dá)可作為胃癌預(yù)后不良的生物學(xué)標(biāo)記;體外實(shí)驗(yàn)證實(shí)敲除MEG3表達(dá)可促進(jìn)胃癌細(xì)胞增殖,過表達(dá)則可抑制增殖、促進(jìn)凋亡并調(diào)控抑癌基因p53表達(dá)。此外,MEG3的表達(dá)可由DNA甲基化調(diào)控,調(diào)控MEG3表達(dá)為胃癌治療提供了新的思路。AC096655.1-002是又一在胃癌組織中表達(dá)下調(diào)的lncRNA,其表達(dá)與腫瘤淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及其分期、遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移和分化程度顯著相關(guān),對胃癌的診斷效能優(yōu)于血清CEA,可能成為胃癌篩查的生物學(xué)標(biāo)記[21]。

        3. lncRNAs與CRC:HOTAIR在CRC中的作用與在HCC和胃癌中類似,參與腫瘤進(jìn)展、轉(zhuǎn)移并與預(yù)后不良相關(guān),可作為腫瘤監(jiān)測、預(yù)防和治療的靶點(diǎn)。Wu等[22]證實(shí)CRC組織中HOTAIR高表達(dá)與腫瘤侵襲深度、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移和遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移、組織學(xué)分化程度、血管侵襲以及腫瘤分期的進(jìn)展顯著相關(guān),HOTAIR高表達(dá)者復(fù)發(fā)率較低表達(dá)者增高,生存期縮短;體外實(shí)驗(yàn)顯示HOTAIR對CRC細(xì)胞的促增殖作用有限,但能顯著促進(jìn)細(xì)胞遷移和侵襲,并參與上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化。MALAT-1在CRC轉(zhuǎn)移中起關(guān)鍵作用。Xu等[23]通過分析MALAT-1的基因序列,發(fā)現(xiàn)其3’端片段在CRC細(xì)胞的侵襲和轉(zhuǎn)移過程中發(fā)揮重要作用,為相關(guān)分子機(jī)制的研究提供了新的方向。

        OCC-1(overexpressed in colon carcinoma-1)基因轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物lncRNA-OCC-1在部分CRC組織中表達(dá)增高,這部分癌組織的共同特征為具有近二倍體核型,OCC-1高表達(dá)可作為此CRC亞型的標(biāo)記物[24]。PCAT-1(prostate cancer-associated ncRNA transcripts 1)被鑒定為與前列腺癌的進(jìn)展有關(guān),Ge等[25]分析了該lncRNA與CRC進(jìn)展的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)64%的CRC組織中PCAT-1表達(dá)上調(diào)超過50%,其表達(dá)與腫瘤遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移顯著相關(guān),PCAT-1高表達(dá)者生存期顯著短于低表達(dá)者,提示其高表達(dá)可能作為CRC預(yù)后不良的生物學(xué)標(biāo)記。

        4. lncRNAs與胃腸道間質(zhì)瘤(GIST):GIST中亦可見HOTAIR表達(dá)增高,其高表達(dá)與腫瘤高風(fēng)險(xiǎn)分級和轉(zhuǎn)移顯著相關(guān),敲除其表達(dá)可抑制GIST細(xì)胞的侵襲性,提示HOTAIR有望成為惡性GIST的生物學(xué)標(biāo)記和治療靶點(diǎn)[26]。

        5. lncRNAs與食管癌:目前關(guān)于lncRNAs與食管癌的研究較少,但能確認(rèn)兩者間存在密切聯(lián)系。HOTAIR能促進(jìn)食管鱗癌(ESCC)細(xì)胞遷移和侵襲,其高表達(dá)與預(yù)后不良顯著相關(guān);分子機(jī)制研究顯示HOTAIR可通過促進(jìn)WIF-1基因啟動(dòng)子區(qū)域組蛋白H3K27甲基化而抑制其表達(dá),進(jìn)而激活Wnt/β-catenin信號通路而參與ESCC細(xì)胞的轉(zhuǎn)移,HOTAIR/WIF-1軸有可能成為ESCC的治療靶點(diǎn)[27]。Wu等[28]發(fā)現(xiàn)Barrett食管(BE)和食管腺癌(EAC)基因組呈普遍低甲基化,尤其是非編碼區(qū)域,其中l(wèi)ncRNA-AFAP1-AS1表現(xiàn)為極度低甲基化和高表達(dá),沉默其表達(dá)可抑制EAC細(xì)胞的增殖、集落形成能力以及遷移和侵襲力并誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡,表明此lncRNA有成為EAC治療靶點(diǎn)的潛能。

        6. lncRNAs與胰腺癌:HOTAIR在胰腺癌中的高表達(dá)、促侵襲和預(yù)后不良提示作用與在其他消化系統(tǒng)惡性腫瘤中一致。此外,HOTAIR在胰腺癌細(xì)胞中尚能促進(jìn)細(xì)胞增殖和改變細(xì)胞周期進(jìn)程[29]。Liu等[30]發(fā)現(xiàn)MALAT-1在胰腺導(dǎo)管腺癌(PDAC)組織中呈高表達(dá),其表達(dá)與腫瘤大小、分期和侵襲深度顯著相關(guān),高表達(dá)者無病生存期相對較短,表明MALAT-1可作為PDAC的預(yù)后因子以及診斷和基因治療靶點(diǎn)。

        7. lncRNAs與其他消化系統(tǒng)疾病:Xu等[31]發(fā)現(xiàn)在小鼠肝臟再生過程中,lncRNA-LALR1(an lncRNA associated with liver regeneration 1)表達(dá)上調(diào)可激活Wnt/β-catenin信號通路,通過促進(jìn)細(xì)胞周期蛋白D1表達(dá)而促進(jìn)細(xì)胞周期進(jìn)展,加速肝細(xì)胞增殖,人類肝臟中存在與小鼠同源的hLALR1表達(dá),因此靶向LALR1的藥物干預(yù)可能通過誘導(dǎo)肝臟再生對肝衰竭和肝移植起治療作用。新近研究[32]發(fā)現(xiàn)MALAT-1在膽囊癌組織中的表達(dá)顯著上調(diào),敲除其表達(dá)可顯著抑制癌細(xì)胞增殖和轉(zhuǎn)移,可能用于膽囊癌的治療。

        三、結(jié)語與展望

        目前關(guān)于lncRNAs與消化系統(tǒng)疾病的研究多集中于腫瘤學(xué)方面,隨著越來越多的lncRNAs被發(fā)現(xiàn)以及相關(guān)基因調(diào)控機(jī)制的揭示,lncRNAs與其他疾病關(guān)系的研究將逐漸展開。對 lncRNAs的研究將為多種消化系統(tǒng)疾病發(fā)生的預(yù)測、診斷和治療以及預(yù)后評估提供有價(jià)值的信息,然而這些lncRNAs本身表達(dá)異常的機(jī)制及其在疾病發(fā)生、發(fā)展中的確切作用尚待進(jìn)一步研究。

        lncRNAs數(shù)量眾多,功能復(fù)雜,目前所鑒定的功能性lncRNAs僅為生物信息學(xué)推測數(shù)目中極小的一部分,相關(guān)研究亦多處于起步階段。綜合應(yīng)用分子生物學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、基因雜交技術(shù)、細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等手段從多個(gè)方面研究特定lncRNA的功能及其調(diào)控機(jī)制,將有助于提高對消化系統(tǒng)疾病的認(rèn)識水平,為疾病診治提供豐富的理論依據(jù)。

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