段巧斌，俞金龍

南方醫(yī)科大學珠江醫(yī)院，廣東 廣州 510280

科學家在植物中發(fā)現非編碼基因的IPS1 RNA能夠吸附miR-3999，從而減少miR-3999對其靶標PHO2的抑制[1]，研究者在哺乳動物細胞中發(fā)現類似現象，合成的miRNA海綿能夠吸附miRNA而增加靶標基因的表達[2]。miRNA在生物體內與編碼蛋白RNA結合，抑制mRNA翻譯過程或者直接促進mRNA降解，而某些RNA能夠抑制這種效應。Salmena等[3]總結此種效應提出競爭性內源性RNA（ceRNA）理論，ceRNA理論認為含有編碼mRNA相同miRNA反應元件（MRE）的基因轉錄本（包括假基因轉錄本、LncRNA、circRNA、mRNA），能與編碼蛋白mRNA競爭性地結合miRNA的位點，從而減少miRNA對mRNA的抑制作用。ceRNA理論是發(fā)生在RNA-RNA之間的相互作用[4]，是轉錄后水平的調節(jié)機制。近年來的研究表明，ceRNA在結直腸癌、前列腺癌、乳腺癌、胃癌等腫瘤的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用[5-6]。

在全球范圍，結直腸癌是第3大常見高發(fā)腫瘤，死亡率也高居第4位[7]。2015年中國腫瘤數據統(tǒng)計，我國結直腸癌是男女中最常診斷的5大腫瘤之一，并且死亡率也居于腫瘤前列[8]。雖然隨著早期診斷技術及多學科綜合治療的提高，結直腸癌的整體死亡率下降，但結直腸癌發(fā)生有年輕化的趨勢[9]。在治療上，III期結直腸癌往往采用結直腸癌根治術加術后輔助放化療[10]，取得較好的療效。但由于結直腸腫瘤具有明顯異質性，即使同一分期的腫瘤使用同一種方式治療也會表現出截然不同的預后[11]。由于缺乏早期診斷標志物及有效的干預措施，結直腸癌的5年生存期仍然較差，因此尋找早期診斷標志物及有效治療靶點變得尤為重要。ceRNA理論從轉錄后調節(jié)水平認識結直腸癌的形成機制，近年來大量研究證實ceRNA分子參與結直腸癌的進展。這些ceRNA分子可能是結直腸癌的早期診斷標志物及治療靶點。本文將近年來ceRNA在結直腸的研究進行歸納整理，并闡述這些分子在結直腸癌中的功能。

1 ceRNA在結直腸癌的研究

miRNA能與相關基因的3’端非翻譯區(qū)（3’UTR）互補結合，降低mRNA的穩(wěn)定性或者抑制mRNA的翻譯，負性調節(jié)靶基因的表達[12]。靶基因的3’UTR含有MRE，能與miRNA互補結合，形成RNA誘導沉默復合體，相關酶將RNA誘導沉默復合體中靶基因mRNA結構破壞或者抑制其翻譯。而miRNA與其靶標RNA并不是一一對應的關系，一個miRNA能有幾十甚至上百個RNA靶標，而靶標RNA也可含有多種miRNA結合位點，能被多種miRNA所抑制[13]。同一miRNA靶標的多樣化促使科學家猜想不同的RNA能競爭基因組中有限的miRNA，Salmena等[3]提出ceRNA假說，ceRNA理論猜想任何RNA轉錄本，如果與其他RNA有相同的MRE，那么此RNA分子就能減少miRNA對其他RNA的抑制作用，從而正性調節(jié)miRNA靶基因的表達。植物和動物研究都證實ceRNA理論的正確性[1-2]。含有共同MRE的RNA分子之間，相互競爭地結合miRNA，于此同時，兩者互相成為對方的ceRNA分子[14]。隨著進一步的研究，擁有MRE的LncRNA、circRNA、假基因轉錄本以及mRNA都能成為ceRNA分子，通過復雜的ceRNA網絡調節(jié)基因的表達[5]。

近年來，大量研究發(fā)現假基因、LncRNA、circRNA、mRNA能作為ceRNA分子促進或者抑制結直腸癌的發(fā)展，以下內容將按不同分子類型作為ceRNA在結直腸癌的研究進行闡述。

2 假基因作為ceRNA在結直腸癌的研究

假基因是與基因組同源基因序列類似，但缺乏編碼蛋白功能的基因序列。假基因可來源于親代基因的突變，不嚴格基因復制或者親代基因合成的mRNA反轉錄轉座進入基因組，相應的分成單一假基因、未加工假基因及加工假基因三種類型[15]。以前研究者認為假基因是無功能的物質，但人類基因組計劃發(fā)現假基因的數量大概占編碼基因的一半以上[16]，這意味著假基因可能在人體中發(fā)揮作用。近年來的研究表明，假基因的確在腫瘤及其他疾病發(fā)揮功能[15，17-18]。

ceRNA機制的關鍵是RNA之間含有相同的MRE，由于假基因與親代基因同源性很高，兩者具有很多類似的MRE，所以假基因轉錄本往往能與同源基因RNA競爭結合miRNA[15]。例如PTENP1作為抑癌基因PTEN的同源假基因，序列差異非常小，它們含有多種共同的MRE。在多種腫瘤中，PTENP1通過ceRNA機制解除microRNA對PTEN轉錄的mRNA的抑制作用而發(fā)揮抑癌作用。研究表明，在腎透明細胞癌[19]及口腔鱗狀細胞癌[20]，PTENP1通過與PTEN競爭性結合miR-21的作用位點上調PTEN的表達，從而抑制腫瘤的惡性生物行為。在乳腺癌中，PTENP1通過競爭性地結合miR-19b的位點，解除miR-19b對PTEN表達的抑制，從而上調PTEN，抑制乳腺癌的增殖、遷移、侵襲能力[21]。同樣地，在結直腸癌中，有研究表明，在結腸癌組織中PTEN表達下降，PTENP1與PTEN呈正相關，意味著PTENP1在腸癌中的表達也下降，同時在敲除miRNA成熟體加工酶DICER后，在結直腸癌細胞中PTENP1對miRNA對PTEN的去抑制作用也下降，這說明PTENP1可能通過ceRNA機制而上調PTEN的表達[18]。近年來，也有研究發(fā)現另一些假基因在結直腸癌的異常功能。Ye等[22]研究發(fā)現VEGFR1（也稱為FLT1）的假基因FLT1P1能雙向轉錄為FLT1P1-s及FLT1P1-as，并且可調節(jié)同源基因VEGFR1及非同源基因。結果表明，FLT1P1-s轉錄物能正性調節(jié)VEGFR1的表達，研究猜想假基因FLT1P1是通過ceRNA機制上調VEGFR1。與之相反，FLT1P1-as轉錄物卻負性調控同源基因VEGFR1及非同源基因的表達，FLT1P1-as轉錄物可能通過特殊機制發(fā)揮作用。另有一項研究發(fā)現，在結直腸癌中，假基因DUXAP10能夠通過表觀沉默P21和PTEN抑癌基因的表達，從而促進腫瘤增殖、抑制腫瘤凋亡[23]。

3 長鏈非編碼RNA（LncRNA）作為ceRNA在結直腸癌的研究

LncRNA是長度超過200 bp的非編碼基因轉錄本，以前被認為是轉錄噪音而不被重視[24]，但自發(fā)現非編碼基因廣泛參與有機體的正常及異常生命活動后，LncRNA逐漸成為研究的熱點。LncRNA在人類基因中數量相當龐大，ENCODE工程研究并注釋了9640個LncRNA[16]。除了數量上多的特點，LncRNA的功能也很強大，LncRNA幾乎能在所有控制水平調控基因的表達，包括表觀調節(jié)（組蛋白修飾、DNA甲基化和染色質的重塑）、轉錄調節(jié)（調節(jié)轉錄因子、增強子）以及轉錄后的調節(jié)（對RNA加工、穩(wěn)定和翻譯的調節(jié)）[25]。數十年來的研究表明，LncRNA的表達異常能促使多種疾病的發(fā)生，當然，LncRNA也與結直腸癌的發(fā)生發(fā)展有著密切聯系[25-27]。

LncRNA能夠作為ceRNA調控結直腸癌的增殖、凋亡、轉移及耐藥等過程。如研究較多的LncRNA H19在許多腫瘤中表現為促癌功能，類似地，LncRNA H19在結直腸癌中也發(fā)揮促癌作用。Yang等[28]研究發(fā)現LncRNA H19在結直腸癌組織較癌旁組織表達升高，功能實驗顯示過表達H19促進結直腸癌細胞增殖表型，而干擾H19出現相反的結果，進一步機制研究表明H19作為ceRNA通過與beta-Catenin競爭性結合miR-200a而發(fā)揮促進結直腸癌增殖的作用。另外，研究發(fā)現LncRNA UCA1海綿吸收miR-204-5p，從而解除miR-204-5p對新的靶標基因CREB1的抑制作用，進一步的發(fā)揮生物學功能，表明UCAI-miR-204-5p-CREB1通路能夠促進結直腸癌的增殖以及對5-氟尿嘧啶的耐藥[29]。除此之外，Yang等[30]研究表明Long noncoding RNA XIST在結直腸癌組織和細胞中上調，并與轉移和差的預后相關，機制研究表明XIST競爭地結合miR-200b-3p的結合位點而調節(jié)ZEB1的表達，從而促進結直腸癌的轉移及EMT過程。有些新發(fā)現的LncRNAs也能夠作為ceRNA促進結直腸的發(fā)展。通過肝轉移的結直腸癌與非肝轉移的組織進行基因芯片差異分析，發(fā)現在肝轉移的結直腸癌中高表達的LncRNA，并將其命名為LncRNA UICLM[31]。進一步研究表明UICLM作為miR-215的ceRNA調節(jié)ZEB2的表達，從而促進結直腸癌的增殖、侵襲、EMT及干細胞特性功能，促進結直腸癌的肝轉移。同樣地，新發(fā)現的LncRNA CRNDE通過海綿吸收miR-136而作為ceRNA促進結直腸癌的轉移及對奧沙利鉑的耐藥[32]，另有研究表明CRNDE也能通過海綿吸收miR-181a-5p而發(fā)揮促進結直腸癌的增殖及耐藥的作用[33]。LncRNA除了上述作為促癌作用，有些也能發(fā)揮抑癌作用。如LncRNA CASC2在結直腸癌中表達下調，可作為miR-18a的ceRNA調節(jié)PIAS3的表達，抑制增殖，然而促進周期停滯[34]。此外，LncRNA TUSC7及LncRNA RP4也能作為ceRNA抑制結直腸癌的增殖、侵襲，促進凋亡、自噬[35-36]。

4 環(huán)狀RNA（circRNA）作為ceRNA在結直腸癌的研究

circRNA也屬于非編碼RNA的一種，是一種特殊類型的RNA。circRNA數量眾多，人類基因組中至少含有7112個circRNA[37]。circRNA起源多樣，大部分來源于編碼序列的外顯子，少部分來自3’-UTR、5’-UTR、內含子、基因間序列、或者反義鏈RNA[38]。在結構上，circRNA的3’和5’端連接在一起形成環(huán)狀[39]，也因此具有穩(wěn)定性和保守性的特點[40]。在生物學作用上，circRNA具有調節(jié)轉錄、與RBPs相互作用、吸附miRNA、調節(jié)翻譯的功能[40]。

眾多研究表明，circRNA能作為ceRNA參與調節(jié)結直腸癌的增殖、侵襲、轉移等惡性發(fā)展。Li等[41]發(fā)現hsa_circ_001569能夠海綿吸附miR-145而調節(jié)基因E2F5，BAG4和FMNL2，從而促進結直腸癌的增殖和侵襲。相似的，Qu等[42]研究發(fā)現Hsa_circ_0020397通過促進miR-138的靶標基因的表達而調節(jié)結直腸癌的增殖活性、凋亡和侵襲能力。此外，cir-ITCH在結直腸癌中表達下降，cir-ITCH能夠吸附多種miRNA，下調的cir-ITCH抑制Wnt/β-catenin通路，促進ITCH的表達，上調的cir-ITCH能抑制增殖[43]。另有研究發(fā)現，hsa_circ_0000069能夠促進結直腸的增殖、遷移和侵襲，可能是結直腸癌潛在的診斷和治療的靶點[44]。CircCCDC66可能作為miRNA海綿保護MYC mRNA而促進結直腸癌的增殖、遷移和轉移[45]。ciRS-7在結直腸癌中表達升高，并且高表達的ciRS-7與臨床差的預后相關，機制上，ciRS-7作為EGFR和RAF1的ceRNA而海綿吸附miR-7促進結直腸癌的惡性生物行為[46]。綜上，circRNAs與結直腸癌的惡性進展有著密不可分的聯系，circRNAs可能作為治療結直腸癌的分子靶點。

5 mRNA作為ceRNA在結直腸癌的研究

除了非編碼RNA能作為ceRNA發(fā)揮生物學功能，含有MRE的蛋白編碼mRNA也是潛在的ceRNA網絡的參與者。抑癌基因PTEN不僅能與其假基因PTENP1作為ceRNA，而且能與其他編碼蛋白mRNA產生ceRNA效應[47-48]。

在腫瘤中，不同mRNA由于含有共同的MRE，兩者會競爭結合miRNA而互為競爭內源性RNA。例如，在非小細胞肺癌中[49]，編碼蛋白基因AEG-1的3’UTR通過結合miR-30a，競爭性解除miR-30a對Vimentin和Snail的mRNA的抑制，從而促進肺癌的上皮間質轉化過程，改變肺癌的進展。另有研究發(fā)現，編碼蛋白基因FOXO1和CD44的3’-非翻譯區(qū)能夠作為ceRNA在乳腺癌的腫瘤發(fā)生和轉移中發(fā)揮著作用[50-51]。當然，在結直腸癌中，也有許多的mRNA能通過ceRNA機制發(fā)揮功能。如Guo等[47]研究發(fā)現在含有Dicer酶的結直腸癌細胞HCT116中，干擾ZEB2的表達后，PTEN的表達下降，過表達ZEB2，PTEN的表達也隨之升高，但在敲除Dicer的腸癌細胞中，則不會出現這種效應，這說明ZEB2需要通過microRNA來調控PTEN，進一步研究說明ZEB2能與PTEN競爭性地結合miRNAs來調節(jié)PTEN。除了ZEB2能與PTEN相互競爭結合miRNA外，Hsiao等[48]研究發(fā)現，在結直腸癌中，VAPA、CNOT6L也能與PTEN競爭性結合miRNAs而調節(jié)PTEN的表達，進而調控PI3K/AKT通路而影響腫瘤的進展。此外，有研究發(fā)現在結直腸癌中DCAMKL-1表達升高，干擾DCAMKL-1后，pri-let-7a升高，導致腫瘤基因c-Myc表達下降，從而抑制了腫瘤的增殖[52]，這說明DCAMKL-1能作為c-Myc的ceRNA而發(fā)揮促癌的作用。最新的研究發(fā)現，編碼基因的不同mRNA剪切體也能形成ceRNA，如研究[53-55]發(fā)現在結直腸癌中，編碼基因OCT4的mRNA剪切體OCT4B能作為另一剪切體OCT4A的ceRNA，OCT4B能與OCT4A競爭結合miRNA，從而解除miRNA對OCT4A的抑制作用，改變OCT4A蛋白地表達而影響腫瘤進展。

6 總結與展望

結直腸癌的發(fā)生率和死亡率都位于腫瘤前列，嚴重危害著公眾的健康。雖然隨著科技的發(fā)展，有許多治療結直腸癌的方法，但都無法攻破腫瘤惡性進展的難題，結直腸癌患者往往死于其他部位的轉移，如果能從腫瘤發(fā)生發(fā)展的機制上了解結直腸癌，將有望提高結直腸癌的生存期及生活質量。ceRNA機制從分子水平闡述了基因在轉錄后的調控模式，表明非編碼基因能與編碼基因相互作用。大量研究證實了假基因轉錄本、長鏈非編碼RNA、circRNA及mRNA等分子能通過ceRNA機制促進或者抑制結直腸癌的進展。這些分子可能成為未來結直腸癌的診斷分子與治療靶點。目前ceRNA在結直腸癌的研究還處于早期，mRNA、假基因轉錄本及circRNA在結直腸癌中的報道尚少，且ceRNA的研究面臨著諸多挑戰(zhàn)。盡管如此，ceRNA分子仍然是值得深入研究的方向，在未來應用ceRNA理論可能有助于解決結直腸癌診斷與治療的難題。