周蘇娜

周蘇娜,溫州醫(yī)科大學附屬臺州醫(yī)院放療科 浙江省臨海市 317000

0 引言

人類基因組絕大部分基因可轉錄為RNA,但僅1%-2%具備編碼蛋白的能力,不參與編碼蛋白的R N A占絕大多數(shù),被命名為非編碼RNA (non-coding RNAs,ncRNAs)[1].ncRNAs主要包括長度小于200 nt的短鏈ncRNA和長度大于200nt的長鏈ncRNAs (long non-coding RNAs,lncRNAs).微小RNA (microRNAs,miRNAs)是目前研究最廣泛的短鏈ncRNA,通過結合靶基因的mRNA負向調(diào)控基因表達,其失調(diào)與多種人類疾病尤其是腫瘤相關[2].同樣,lncRNAs參與調(diào)控染色質(zhì)重塑,轉錄和轉錄后加工等細胞生物學過程,其表達在人類各種疾病包括腫瘤中發(fā)揮重要作用[3].環(huán)狀RNA (circular RNAs,circRNAs)是一類新型ncRNA,因共價閉環(huán)結構具有高度穩(wěn)定性和保守性,通過充當miRNA“海綿”,蛋白質(zhì)“誘餌”或編碼小肽發(fā)揮重要的生物學功能.研究表明許多circRNA在腫瘤中異常表達,發(fā)揮致癌或抑癌基因作用[4].食管癌作為世界第6大致死性惡性腫瘤,其發(fā)生發(fā)展過程中同樣涉及多種ncRNAs的調(diào)控紊亂.近年來,隨著二代測序技術的日益進步及生物信息學的發(fā)展,關于食管癌中ncRNAs表達差異譜及生物功能學研究日漸受到關注,本文將對最新的研究進展作一述評,期望有助于開拓食管癌診治的新思路.

1 非編碼RNA在食管癌診斷中的作用

我國是食管癌的高發(fā)區(qū),2015年新發(fā)食管癌477900例,死亡約375000例[5].絕大部分初次就診的患者為中晚期,已失去治愈的機會.目前臨床缺少有效性及特異性高的食管癌篩選腫瘤標記物,隨著消化道內(nèi)鏡早癌篩查的逐步推進及測序技術的發(fā)展,尋找有效、易檢測的生物標志物是提高食管癌或癌前病變早期診斷的有效策略.

1.1 miRNAs 食管癌的主要病理類型包括食管腺癌(esophageal adenocarcinoma,EAC)和食管鱗癌(esophageal squamous cell carcinoma,ESCC).EAC的發(fā)生歷經(jīng)腸上皮化生(Barrett食管)→不典型增生→食管腺癌形成的過程.因此,Barrett食管是EAC的一種癌前病變狀態(tài).Barrett食管通常需要通過侵入性的內(nèi)鏡明確診斷.然而,許多腫瘤相關性miRNAs不僅穩(wěn)定存在于組織中,同時存在于體液如循環(huán)血中.血液中特定miRNAs比值的組合可高效區(qū)分EAC與Barrett食管患者、健康者[6].Barrett食管或高度不典型增生患者血液中的miR-199a-3p和miR-320e較健康者均顯著下降,是特異性與敏感性較好的循環(huán)標記物[7].腫瘤組織與循環(huán)血中的miRNA-95-3p、-136-5p、-194-5p、-451a、-382-5p、-133a-3p和-130a 表達譜可有效區(qū)分Barrett食管、EAC與健康人[8,9].Barrett食管與食管炎可通過組織或血液中的miR-194和miR-215表達差異區(qū)分[10].此外,研究顯示血清miR-10a、-22、-100、-148b、-223、-133a、-127-3p、-1246、-25、-92a-3p、-483-5p和組織miR-143、-145、-218-5p、-142-3p、-150-5p、-205-5p、-21、-203單獨或聯(lián)合應用作為食管癌新型的診斷和預后生物標志物應用具有強大的潛力[11-18].

1.2 lncRNAs 基于TCGA和GEO數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)食管癌與良性食管病變之間存在成百上千個差異表達的lncRNAs,且ESCC與EAC的差異表達譜不同但存在部分重疊[19-25].分析ESCC、食管異型增生及健康人的血液發(fā)現(xiàn)Linc00152,CFLAR-AS1和POU3F3是預測ESCC早期發(fā)生的潛在生物標志物[26].基于組織中7種lncRNAs聯(lián)合(BQ376030、ASLNC11164、BF894811、RP11473M20.9、X LOC _00 7869、XLOC_006476、CK327190)構建的危險因素評分預測模型是ESCC獨立預后指標[27].基于G E O數(shù)據(jù)分析提示組織中AC098973、AL133493、RP11-51M24、RP11-317N8、RP11-834C11、RP11-69C17、LINC00471、LINC01193和RP1-124C能高效篩選早期ESCC及預測特定患者群(60歲以下男性,吸煙喝酒,分期為N0+N1或T3+T4,且未接受輔助治療)的預后[28].而且,與比常規(guī)血清生物標記物(如AFP、CA153和NSE)相比,lncRNAs如CCAT2在食管癌診斷中顯示出更高的診斷性能[29].

1.3 circRNAs circRNAs主要通過充當miRNAs 的分子海綿對其下游靶基因進行正向調(diào)節(jié)從而在腫瘤發(fā)生中發(fā)揮調(diào)控作用,在腫瘤中提供診斷和預后價值.多數(shù)circRNAs穩(wěn)定存在于循環(huán)血中,可作為一種微創(chuàng)的腫瘤標記物應用于臨床.越來越多的研究證實食管癌組織或血液中異常表達的circRNAs具有作為食管癌篩查或診斷指標的潛力[30-34].如circ-TTC17在ESCC細胞,血漿和組織中的表達水平明顯高于正常人[35].

目前關于表達失調(diào)的ncRNAs作為食管癌早期診斷的相關證據(jù)逐漸增多,尤其是循環(huán)血中穩(wěn)定表達的ncRNAs與傳統(tǒng)腫瘤標記物相比具有微創(chuàng)、敏感性高的優(yōu)勢.如上所述,ncRNAs無論是單個、兩兩組合或多個聯(lián)合用于食管癌的診斷,通過回歸模型評估提示具有顯著診斷價值.但是目前的診斷模型不成熟,仍需要更大樣本量系統(tǒng)全面地訓練驗證.此外,不同病理類型食管癌之間的特異性循環(huán)ncRNA也值得進一步探索.

2 非編碼RNA在食管癌發(fā)生發(fā)展中的作用特點

不僅食管癌、食管癌癌前病變、食管良性病變的患者組織及循環(huán)血中的ncRNAs水平存在差異性表達,不同發(fā)展階段的食管癌之間同樣存在ncRNAs表達差異.不同的ncRNAs在食管發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著癌基因或抑癌基因的功能,具有促進腫瘤增殖、遷移、侵襲等惡性表型轉化功能,可能提供潛在的食管癌治療靶點.

2.1 miRNAs 晚期EAC患者血清中的miR-130a和-223-5p明顯高于早期患者[9,17].ESCC患者血漿中低水平的miR-655、腫瘤組織中miR-92a、-429、-451上調(diào)及miR-143、-145表達下調(diào)與淋巴轉移、TNM分期及預后不良有關[12,36-38].血清miR-331-3p表達下降、miR-652-5p聯(lián)合-7-2-3p高表達是用于識別高復發(fā)風險的EAC患者的有效生物標志物[39,40].機制研究揭示許多miRNAs與靶基因的3’UTR結合,在mRNA水平上阻斷靶基因翻譯導致其失活,從而促進或抑制食管癌細胞的發(fā)生和發(fā)展[36,41-47].

2.2 lncRNAs lncRNAs在食管癌中的異常表達預示著腫瘤進展如淋巴結轉移、遠處轉移、更晚的臨床分期及更短的生存期[48-52].如食管癌組織中HOTAIR、LINC00152表達與TNM分期,淋巴結轉移和組織分化程度顯著相關[49,53].lncRNA TP73-AS1水平上調(diào)與食管癌的腫瘤位置及TNM分期均相關[54].組織中NONHSAT104436、LncH19的過表達與腫瘤大小、遠處轉移和不良生存預后密切相關[48,55].lncRNA Epist在食管組織中高表達,發(fā)揮抑癌基因功能抑制腫瘤轉移,但在食管癌發(fā)展過程中表達下調(diào)[56].體外實驗證實多種lncRNAs促進ESCC細胞的增殖,遷移和侵襲[23,25,49,53,57-60].

2.3 circRNAs 食管癌中表達異常的circRNAs通過海綿作用抑制miRNAs表達從而激活miRNAs下游靶基因或信號通路發(fā)揮癌基因或抑癌基因的功能,調(diào)控食管癌細胞的增殖、遷移和侵襲.如circUBAP2、circ_0000654、circ_0006168、circ_0006948、circ GSK3β、cZNF292、circPVT1、circRAD23B、circ_0004370、circ_0000337、circ-TTC17、circRNA_100876、ciRS-7等通過circRNA/miRNA/mRNA軸發(fā)揮促進食管癌細胞惡性表型進展[30-35,61-68].circLARP4、circ-Foxo3、cZNF292作為抑癌基因競爭性結合相應miRNAs發(fā)揮抑制食管癌細胞發(fā)展為強侵襲、易遷移的細胞[69-71].此外,研究證實人工合成的circRNA也可以作為治療性分子海綿,有效抑制類似癌基因的miRNAs,從而阻遏食管癌細胞增殖、遷移[72].血漿高circ-SLC7A5、高circGSK3β的ESCC患者與較晚的腫瘤分期及較短的生存期有關[62,73].ESCC患者腫瘤組織中circ_0006168表達水平增加與淋巴結轉移和TNM分期呈正相關[63].冰凍及石蠟包埋的ESCC組織中的circ_0001946被證實可預測腫瘤復發(fā)、總生存期和無病生存期[74].ESCC患者血漿中circ-SMAD7表達下調(diào)與TNM分期和淋巴結轉移呈高度負相關[75].

臨床中關于食管癌的N分期,因為診斷性縱隔鏡或胸腔鏡并非常規(guī)開展,而影像學依據(jù)并不是診斷陽性淋巴結的金標準.綜上文獻回顧,關于部分ncRNAs的異常表達對食管癌淋巴轉移及TNM分期的預測可能性已被證實,那么進一步構建有效的分期、預后診斷模型并作訓練驗證有助于無法接受手術的食管癌患者準確分期,有效指導后續(xù)治療.

3 非編碼RNA在食管癌抗腫瘤治療中的作用特點

近年來的研究結果提示ncRNAs在食管癌抗腫瘤治療療效及生存預后的預測中也具有很好的臨床應用前景.在接受術前新輔助放化療或化療的Ⅱ期食管癌患者組織中,miR-21水平上調(diào)預示著術后預后不良[76].血清miR-339-5p水平與ESCC患者放療敏感性呈正相關,且通過miRNAs-mRNA途徑調(diào)控ESCC細胞的放射敏感性[77].miR-125a-5p、miR-455-3p、miR-221、miR-338-5p在ESCC細胞化療敏感性調(diào)控中發(fā)揮重要作用[78-81].miR-34b/c啟動子區(qū)域的多態(tài)性與局部晚期ESCC患者放化療療效密切相關[82].血液中l(wèi)ncRNAs(Linc00152、CFLAR-AS1和POU3F3)表達升高是ESCC患者術后生存期短的預測指標[26].敲除lncRNA TP73-AS1可增強食管癌細胞對5-FU和順鉑的化學敏感性[54].lncRNA TUG1通過上調(diào)Nrf2促進ESCC細胞對順鉑的耐藥性[83].食管癌組織中高表達的lncRNA CCAT2被證實與食管癌患者臨床放療預后負相關,進一步機制研究發(fā)現(xiàn)其異常表達通過對miR-145/p70S6K1的負調(diào)控來促進食管癌細胞的放射抵抗性[84].circRNA_100367、circRNA_001059、circRNA_000167、circVRK1通過circRNA-miRNAmRNA途徑增強ESCC的放射抵抗性[77,85,86].

目前關于ncRNAs在食管癌臨床抗腫瘤治療敏感性及預后預測中的意義處于研究起始階段,雖然越來越多的研究發(fā)現(xiàn)了與食管癌放化療敏感性調(diào)控相關的各種ncRNAs,并且對可能涉及的分子調(diào)控機制做了初步探索,但最終如何轉化應用于臨床診療還有漫漫長路需要摸索.此外,食管癌患者復查隨訪過程中尚缺乏敏感性、特異性高的微創(chuàng)腫瘤標記物,因此發(fā)掘能在食管癌抗腫瘤治療不同階段進行療效追蹤的循環(huán)ncRNAs動態(tài)表達譜也是值得探索的方向.

4 食管癌相關非編碼RNA的研究難點

ncRNAs在食管癌篩查、早期診斷、監(jiān)測病情、手術及放化療療效評估、預后判斷等方面已展示了巨大潛力,引起廣泛關注.尤其是循環(huán)ncRNAs的異常表達不僅存在于組織、細胞中,還穩(wěn)定存在于包括血液成分、尿液、唾液等各種體液中,具有取材方便、微創(chuàng)等優(yōu)勢.隨著分子生物學技術的發(fā)展,新的檢測技術如基因芯片、實時定量逆轉錄PCR、深度測序等日益更新,為檢測各種組織、體液中的ncRNA提供了技術支持.目前的研究數(shù)據(jù)顯示有應用潛力的循環(huán)ncRNAs成百上千,但是因為不同研究選擇的樣本保存條件、質(zhì)量控制、檢測方法等問題,我們還需要進一步確定統(tǒng)一的樣本質(zhì)檢標準及診斷量化標準等.目前,現(xiàn)有的食管癌診斷或預測實驗模型,雖然大部分顯示了良好的敏感性和特異性,但是缺少大樣本量的驗證和訓練,而且缺乏miRNAs、lncRNAs、circRNAs三者的聯(lián)合診斷模型.此外,深入的機制挖掘顯示不同ncRNAs在食管癌發(fā)生發(fā)展中可能通過lncRNA-miRNA-mRNA或circRNA-miRNA-mRNA或circRNAs-lncRNAs的模式參與調(diào)控[31,32,34,52,53,60,61,67-71,84,87-94].已有數(shù)據(jù)顯示多種miRNAs、lncRNAs、circRNAs在食管癌的增殖、侵襲、遷移中發(fā)揮重要作用,但是腫瘤進展過程不僅受一個或一種基因的調(diào)控,我們需要進一步探索三者之間的串擾,明確lncRNA-miRNA-circRNA-mRNA模式在食管癌中的調(diào)控機理,有助于發(fā)現(xiàn)決定性的調(diào)控基因,為開發(fā)有效的治療靶點提供重要依據(jù).

5 結論

食管正常上皮經(jīng)歷癌前病變、早期癌及進展期癌的過程中涉及成百上千的非編碼RNA表達及功能異常.非編碼RNA相關診斷模型、預測模型的構建及作為治療靶點應用于食管癌研究中已經(jīng)有許多的數(shù)據(jù)結果.非編碼RNA在食管癌中的調(diào)節(jié)作用涉及復雜精密的機理,值得進一步深入研究,有助于為食管癌的防治提供新的機遇.