高元峰，劉昭前，李 珊，肖望重，歐陽榮

(1. 湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院藥學(xué)部，湖南 長沙 410007；2. 中南大學(xué)湘雅醫(yī)院臨床藥理研究所，湖南 長沙 410008)

長鏈非編碼RNAs(long non-coding RNAs, lncRNAs)和環(huán)狀RNAs(circular RNAs, circRNAs)是內(nèi)源性非編碼RNAs(non-coding RNAs, ncRNAs)的重要組成。雖然它們都不能編碼蛋白，但卻均具有生物學(xué)功能和在哺乳動(dòng)物細(xì)胞分布廣泛的特性，使得它們越來越受到研究者的關(guān)注。lncRNAs和 circRNAs被發(fā)現(xiàn)之初，受限于當(dāng)時(shí)的研究條件，長期被認(rèn)為是DNA基因組轉(zhuǎn)錄的“噪音”，是RNA聚合酶Ⅱ轉(zhuǎn)錄的副產(chǎn)物，且被認(rèn)為沒有生物學(xué)功能。隨著測序技術(shù)的發(fā)展，lncRNAs和circRNAs的研究不斷深入，不僅在數(shù)量上取得巨大突破，還針對(duì)它們的功能角色進(jìn)行了廣泛研究。這些成果為我們進(jìn)一步了解腫瘤的發(fā)生、發(fā)展開拓了新的視野。本課題組一直致力于lncRNAs和circRNAs的研究。本文對(duì)lncRNAs和circRNAs的分類、特征、生物學(xué)功能等進(jìn)行比較，深入了解與區(qū)分，以期更好識(shí)別腫瘤生物標(biāo)志物。

1 lncRNAs和circRNAs的命名與分類

lncRNAs是一類長度大于200 個(gè)核苷酸的非編碼 RNA，屬線性RNA[1]。一般來說，lncRNAs通常較長，具有mRNA樣結(jié)構(gòu)，經(jīng)過剪接，具有polyA尾巴與啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)。目前研究發(fā)現(xiàn)，它的亞型包括：反義鏈lncRNAs、內(nèi)含子lncRNAs、基因間lncRNAs、啟動(dòng)子相關(guān)lncRNAs、非翻譯區(qū)(untranslated region，UTR)相關(guān)lncRNAs[1]。

circRNAs則是一類不具5′末端帽子和3′末端 polyA尾巴，并以共價(jià)鍵形成環(huán)形結(jié)構(gòu)的特殊RNA分子。具體來說，circRNAs是借助套索結(jié)構(gòu)或內(nèi)含子的互補(bǔ)配對(duì)，以反向剪切的方式來形成的[2]?？煞譃?類：外顯子circRNAs(exonic circRNA，ecRNA)、內(nèi)含子circRNAs(intronic circRNA，ciRNA)，以及由外顯子和內(nèi)含子共同組成的circRNAs(exon-intron circular RNAs，EIciRNA)[2-3]。

2 lncRNAs和circRNAs特征比較

lncRNAs和circRNAs在下面4個(gè)特征上的區(qū)別為，① 豐度：雖然lncRNAs在組織中分布廣泛，但lncRNAs的表達(dá)豐度相對(duì)較低。在實(shí)際檢測中，甚至有些lncRNAs用qPCR檢測不到其表達(dá)；circRNAs 在組織中分布也較為廣泛，其表達(dá)豐度較lncRNAs要高，研究表明，circRNAs較對(duì)應(yīng)線性lncRNAs的表達(dá)甚至超過10 倍之多[4]。② 穩(wěn)定性：lncRNAs具有polyA尾巴與啟動(dòng)子結(jié)構(gòu)，類似于mRNA，相對(duì)不穩(wěn)定；circRNAs 具有共價(jià)閉合環(huán)結(jié)構(gòu)，缺乏5′端的帽子結(jié)構(gòu)和3′末端 polyA尾巴，不易被RNA核酸外切酶降解，這使其比lncRNAs分子更穩(wěn)定[5]。③ 保守性：lncRNAs保守性較低；circRNAs以磷酸二酯鍵使得首尾相連，成環(huán)的特點(diǎn)揭示了它具有高度的保守性，同時(shí)在進(jìn)化上也是高度保守的[4]。④ 時(shí)空特異性：大多數(shù)的lncRNAs在組織分化發(fā)育過程中，都具有明顯的時(shí)空特異性；circRNAs同樣具有時(shí)空特異性，如circRNA S-7(circular RNA sponge for miR-7)主要存在于細(xì)胞質(zhì)[6]。

3 lncRNAs和circRNAs生物學(xué)功能的區(qū)別

隨著對(duì)lncRNAs 和 circRNAs研究的深入，已挖掘出數(shù)目龐大的lncRNAs 和 circRNAs，且對(duì)它們生物學(xué)功能的解讀日益完善。研究表明，lncRNAs 和 circRNAs在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中扮演關(guān)鍵的角色。下面從表觀遺傳調(diào)控、基因轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控、蛋白水平調(diào)控、miRNA競爭調(diào)控方面，來總結(jié)它們生物學(xué)功能的差異。

3.1表觀遺傳調(diào)控表觀遺傳調(diào)控是lncRNAs的重要機(jī)制之一。研究表明，lncRNAs能通過DNA甲基化影響腫瘤發(fā)生、發(fā)展。例如lncRNA ZEB1-AS1就具有啟動(dòng)子區(qū)低甲基化的現(xiàn)象[7]。此外，lncRNAs還可影響染色質(zhì)修飾或其在染色體上的定位。lncRNA Xist能促進(jìn)染色質(zhì)修飾復(fù)合物的表達(dá)，從而調(diào)控DNA、RNA和組蛋白的數(shù)量[8]。干預(yù)lncRNA HOTAIR能調(diào)整其在HOXD基因簇的空間位置，最終間接沉默HOXD[9]；而circRNA關(guān)于表觀遺傳調(diào)控的報(bào)道尚不多見。

3.2基因轉(zhuǎn)錄水平調(diào)控lncRNAs可作為配基，與相應(yīng)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合，形成復(fù)合體，調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的活性。例如，lncRNA TSLC1-AS1與TSLC1 mRNA形成一定結(jié)構(gòu)的復(fù)合體，使得TSLC1 mRNA不被RNA酶降解，從而影響TSLC1蛋白的表達(dá)[10]。circRNAs也能夠通過RNA-RNA模式來調(diào)控基因的表達(dá)，如EIciRNA通過U1 snRNA介導(dǎo)其親本基因的表達(dá)明顯增加[11]。

3.3蛋白水平調(diào)控一般來說，lncRNAs和circRNAs不具有編碼蛋白能力，但卻可以調(diào)控蛋白活性。如lincRNA-UFC1能結(jié)合到HuR蛋白特定結(jié)構(gòu)域，影響其活性，從而增加細(xì)胞中β-catenin蛋白表達(dá)[12]。CircIMP3也能綁定到IMP3蛋白特定結(jié)構(gòu)域[3]。最新的研究顯示，大約兩萬條lncRNAs具有編碼蛋白質(zhì)的能力[13]，Legnini等[14]也發(fā)現(xiàn)，circ-ZNF609能通過特殊剪切及蛋白翻譯帽依賴方式來編碼蛋白。故lncRNAs和circRNAs究竟是編碼蛋白，抑或是調(diào)控蛋白活性尚需要進(jìn)一步研究。

3.4miRNA競爭調(diào)控一些lncRNA會(huì)攜帶某些miRNA的“種子序列”，像海綿一樣結(jié)合miRNA，從而阻止miRNA同其靶mRNA結(jié)合(ceRNA機(jī)制)。例如，lncRNA GAPLINC通過與miR311-3p競爭性結(jié)合，削弱miR311-3p對(duì)CD44的表達(dá)水平，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞的遷移和增殖[15]。

circRNAs在ceRNA機(jī)制中與lncRNAs類似，如Deng等[16]研究表明circ_0009910能調(diào)控miR449a，并進(jìn)一步調(diào)控miR449a的功能靶基因IL-6R，從而促進(jìn)骨肉瘤發(fā)生、發(fā)展。類似這樣的circRNAs還有circWDR77、circGFRA1、circRNA_0008219等。

4 來源與于同一條基因的lncRNAs和circRNAs

雖然lncRNAs和circRNAs的生物學(xué)功能還未能闡明，越來越多的研究表明，它們與人類疾病進(jìn)展密切相關(guān)，尤其是腫瘤。本課題組已經(jīng)認(rèn)識(shí)到某些基因存在既可轉(zhuǎn)錄成線性RNA，也可以轉(zhuǎn)錄成環(huán)狀RNA，不同的剪接模式使得它們在不同的腫瘤中扮演不同的角色。在這里我們首次總結(jié)在腫瘤中，從同一親本基因(母體基因)轉(zhuǎn)錄出來的lncRNAs和circRNAs。

4.1鋅指E盒結(jié)合因子1(zincfingerE-boxbindinghomeobox1gene,ZEB1) ZEB1基因位于染色體10p11.2，具有多種剪接變異體。其中，lncRNA ZEB1-AS1被證明在多種腫瘤中異常上調(diào)，包括肝癌、骨肉瘤、膠質(zhì)瘤。研究表明，lncRNA ZEB1-AS1能調(diào)控母體基因ZEB1 mRNA的表達(dá)，從而促進(jìn)腫瘤轉(zhuǎn)移[7]，其還能與miR200s產(chǎn)生競爭調(diào)控[17]。我們在CircNet(http://circnet.mbc.nctu.edu.tw/)數(shù)據(jù)庫中，發(fā)現(xiàn)了其環(huán)狀的轉(zhuǎn)錄本circZEB1，其在肺癌組織中高表達(dá)，并可能受miR1413p、miR200a的調(diào)控[18]。

4.2INK4基因座中反義非編碼RNA(antisensenon-codingRNAintheINK4locusgene,ANRIL) ANRIL基因位于染色體9p21，其可以轉(zhuǎn)錄成線性及環(huán)狀的RNA。其中，lncRNA ANRIL在多種癌癥中高表達(dá)，包括肝癌、乳腺癌、鼻咽癌、黑色素瘤、宮頸瘤、骨肉瘤、甲狀腺癌、結(jié)直腸癌、膽囊癌、前列腺癌。研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA ANRIL發(fā)揮效應(yīng)與競爭性調(diào)控miR122有關(guān)[19]。此外，過表達(dá)的lncRNA ANRIL能調(diào)節(jié)let-7a/TGF-β1/Smad信號(hào)通路，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞的增殖和遷移[20]。circANRIL在不同組織和細(xì)胞系中的表達(dá)比線性lncRNA ANRI的表達(dá)要高[4]。circANRIL能結(jié)合到60s亞基重要組成蛋白PES1，從而介導(dǎo)p53活化，最終誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡和抑制增殖[4]。

4.3漿細(xì)胞瘤多樣異位基因1(plasmacytomavarianttranslocation1gene,PVT1) PVT1基因位于染色體8p24，其也具有上述特征。有數(shù)據(jù)表明，lncRNA PVT1促進(jìn)宮頸癌發(fā)生發(fā)展與負(fù)調(diào)控miR424有關(guān)[21]，其還能使miR195啟動(dòng)子區(qū)域H3K27me3水平升高[22]。此外，lncRNA PVT1參與的腫瘤還包括胃癌、黑色素瘤、乳腺癌、肺癌、骨肉瘤、前列腺癌。circPVT1是一個(gè)新的與胃癌發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后相關(guān)的生物標(biāo)記物，它在胃癌組織中異常高表達(dá)，且能通過調(diào)控miR125家族成員，促進(jìn)細(xì)胞增殖[23]。

4.4鋅指和BTB結(jié)構(gòu)域基因46(zincfingerandBTBdomaincontaining46gene,ZBTB46) ZBTB46基因位于染色體20q13。lncZBTB46是在乳腺癌lncRNA芯片中被首次發(fā)現(xiàn)的，它在乳腺癌組織中異常上調(diào)[24]。circZBTB46也已經(jīng)被鑒定，后續(xù)的功能還有待進(jìn)一步研究[25]。

5 展望

總之，lncRNAs和circRNAs既有區(qū)別又有聯(lián)系，對(duì)它們在腫瘤中的角色和機(jī)制的研究拓寬了我們對(duì)腫瘤發(fā)生、發(fā)展的理解。整體來說，circRNAs的起步相較lncRNAs要晚，許多機(jī)制研究都是沿用了lncRNAs的套路，且當(dāng)前對(duì)lncRNAs和circRNAs大都從ceRNA(與miRNA競爭調(diào)控)的角度來闡述，不利于它們的深入研究。另外，lncRNAs和circRNAs在腫瘤中有獨(dú)特的表達(dá)和功能，它們被認(rèn)為是下一個(gè)腫瘤診療的新靶標(biāo)。然而，許多關(guān)鍵問題仍需要深入探討：① 影響腫瘤發(fā)生、發(fā)展的基因大體上可分為兩類：促癌基因和抑癌基因。其中，常見的促癌基因包括EGFR、bFGF、PDGF、VEGF、IGF-1等；抑癌基因包括p53、p16、PTEN、Rb、E2F-1 等。盡管上述多個(gè)功能基因早已明確，但是它們與lncRNAs和circRNAs之間相互作用的研究報(bào)道略少。另外，我們不得不思考的一個(gè)問題是mRNA、lncRNAs和circRNAs，哪個(gè)更適合作為生物標(biāo)記物？② lncRNAs和circRNAs 究竟能不能編碼蛋白？怎么編碼蛋白？哪些能編碼蛋白？③ lncRNAs和circRNAs與腫瘤發(fā)生、發(fā)展及化療預(yù)后的關(guān)系雖有報(bào)道，但還不太明確。④ lncRNAs和circRNAs及microRNA之間關(guān)系模糊，一般認(rèn)為是符合ceRNA理論，但有沒有不是ceRNA的現(xiàn)象？另外，細(xì)胞內(nèi)是如何平衡它們與miRNA的關(guān)系？lncRNAs和circRNAs的研究仍處于起步階段，仍需要更多深入的探討，以便進(jìn)一步確認(rèn)它們在腫瘤發(fā)生、發(fā)展中的功能角色。盡管lncRNAs和circRNAs在各腫瘤中的分子機(jī)制尚未完全闡明，但是lncRNAs和circRNAs可能在不久的將來能徹底改變腫瘤的診斷和治療。