李愛婷 綜述 吳巍蕓 審校

廣東醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院消化內(nèi)科，廣東 湛江 524001

《2020 年全球癌癥統(tǒng)計》顯示，結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)是全球第三大常見的惡性腫瘤，是癌癥相關(guān)死亡的第二大病因[1]。早期手術(shù)切除和系統(tǒng)的臨床治療(放療、全身化療和靶向治療)改善了部分CRC 患者的臨床預(yù)后，但由于起病隱匿，一部分CRC被發(fā)現(xiàn)時已經(jīng)是進展期或晚期，導(dǎo)致預(yù)后不良[2]。由于轉(zhuǎn)移和復(fù)發(fā)是CRC 治療失敗的重要原因，因此，闡明CRC 進展和轉(zhuǎn)移的分子機制，尋找可靠的CRC 診斷標(biāo)志物及潛在的治療靶點至關(guān)重要。研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA與各種信號通路之間相互串?dāng)_，與CRC 的發(fā)展和進展密切相關(guān)[3]。lncRNAs 是一類長度超過200 個核苷酸的非編碼RNA，研究表明，lncRNAs 在CRC 的診斷和預(yù)后方面具有巨大的潛力，如血漿的lncRNA SNHG6、lncRNA PVT1 等有望作為CRC 早期診斷的生物標(biāo)志物，lncRNA MALAT、lncRNA HOTIAR 等與CRC 的預(yù)后相關(guān)；lncRNAs 也可調(diào)控CRC 細胞增殖、凋亡、遷移、侵襲以及對放/化療敏感性等，有望作為治療靶點[4]。研究lncRNAs在CRC發(fā)生發(fā)展中的作用機制，在尋找CRC 的早期診斷、預(yù)后預(yù)測的指標(biāo)和開發(fā)有效的治療方法等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。此外，多個腫瘤相關(guān)的信號通路如Wnt/β-catenin、JAK/STAT等已被證明在CRC中異常表達，導(dǎo)致細胞獲得惡性表型和生物學(xué)行為。lncRNAs通過調(diào)控這些信號通路參與CRC 的惡性進程。本文將圍繞lncRNAs對CRC 發(fā)生發(fā)展的相關(guān)信號通路的調(diào)控作用做一綜述。

1 lncRNA概述

隨著基因組和轉(zhuǎn)錄測序的發(fā)展，研究發(fā)現(xiàn)蛋白質(zhì)編碼的基因只占全基因組的2%，其他大部分RNA 因缺乏蛋白質(zhì)編碼能力或只編碼小肽鏈被稱成非編碼RNA (ncRNA)。ncRNA 包括lncRNA、miRNA (微小RNA)、piRNA(PIWI 相互作用RNA)、circRNA(環(huán)狀RNA)和snRNA(小核仁RNA)等[5]。根據(jù)定位的不同，在細胞核中的lncRNAs可在轉(zhuǎn)錄、轉(zhuǎn)錄后或表觀遺傳水平來影響靶基因的表達從而實現(xiàn)其功能；而在細胞質(zhì)中的lncRNAs則通過調(diào)節(jié)mRNA的翻譯或穩(wěn)定性、調(diào)節(jié)蛋白的定位來發(fā)揮作用[6]。lncRNAs 主要通過以下幾種方式影響基因的表達：(1)通過調(diào)控轉(zhuǎn)錄因子的活性參與基因的轉(zhuǎn)錄，從而影響基因表達；(2)通過與RNA 結(jié)合蛋白結(jié)合，形成特定的lncRNA-蛋白復(fù)合物，導(dǎo)致mRNA 剪接和轉(zhuǎn)錄的改變，進而影響基因的表達；(3)通過DNA甲基化/羥甲基化或組蛋白乙?；?甲基化等表觀遺傳學(xué)方式來調(diào)控基因的表達；(4)充當(dāng)miRNA 的“sponges”，即miRNA 分 子 海 綿，又 名ceRNA(競爭性內(nèi)源RNA)，一些含有miRNA 互補位點的lncRNA可以作為ceRNA使miRNA表達下調(diào)，降低miRNA 對靶mRNA 的抑制作用[7]。lncRNAs 通過上述不同方式調(diào)節(jié)基因表達或信號通路的活性，廣泛參與機體的生理及病理過程，在胚胎發(fā)育、神經(jīng)病理性疼痛、動脈粥樣硬化、炎癥等過程尤其是CRC進展、轉(zhuǎn)移、耐藥性中發(fā)揮重要作用[8]。

2 lncRNA與CRC的相關(guān)信號通路

細胞信號通路在響應(yīng)細胞內(nèi)或細胞外刺激的各種生物學(xué)過程中發(fā)揮著主要作用，它們通常是一系列生物反應(yīng)和影響基因表達的關(guān)鍵。一條特定的信號通路通常由多種信號分子組成，它們可以直接或間接地調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子的活性，影響基因的表達，最終影響疾病的進展[9]。研究發(fā)現(xiàn)，lncRNAs 通過調(diào)控多個關(guān)鍵細胞信號通路參與CRC 的發(fā)生和發(fā)展，其中包括Wnt/β-catenin、JAK/STAT、PI3K/AKT/mTOR、Notch、NF-κB等[10]。

2.1 Wnt/β-catenin 信號通路 Wnt/β-catenin 信號通路是調(diào)控CRC 多種生物學(xué)過程的重要途徑之一。Wnt/β-catenin 信號級聯(lián)由β-catenin 復(fù)合物調(diào)節(jié)，該復(fù)合物由Fzd 或Frz(卷曲蛋白)、APC(腫瘤抑制基因)、Axin2 (軸抑制蛋白2)、CK1 (酪蛋白激酶1)和GSK-3β(糖原合成酶激酶3β)組成[11]。在經(jīng)典的Wnt/β-catenin 信號通路中，Wnt 與Fzd 結(jié)合后激活胞內(nèi)蛋白DVL，抑制GSK-3β等蛋白形成的β-catenin 降解復(fù)合物的活性，穩(wěn)定細胞質(zhì)中游離狀態(tài)的β-catenin 蛋白；胞漿中積累的β-catenin 進入細胞核后結(jié)合TCF/LEF 轉(zhuǎn)錄因子家族，啟動下游靶基因(如c-myc、Cyclin D1)的轉(zhuǎn)錄，誘導(dǎo)細胞周期進展和異常增殖[12]。lncRNA 通過作為Wnt 信號通路的轉(zhuǎn)錄因子或調(diào)節(jié)其他轉(zhuǎn)錄因子的表達，直接或間接地來影響基因的表達，參與CRC的發(fā)生與發(fā)展[13]。Zhang 等[14]研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA NEAT1 在CRC 組織中的表達顯著上調(diào)，與CRC 患者更短的總體生存期和無病生存期有關(guān)；NEAT1 可直接結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子DDX5，上調(diào)DDX5 的表達，DDX5 通過與β-catenin形成復(fù)合物，激活β-catenin的轉(zhuǎn)錄活性，使Axin2、c-myc 和Cyclin D1 表達增加，促進CRC細胞的增殖、遷移和侵襲。Li等[15]研究表明，LINC01354在CRC組織和細胞系中表達上調(diào)，與CRC患者更大的腫瘤體積、更差的TNM 分期、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移及遠處轉(zhuǎn)移相關(guān)；過表達LINC01354可與hnRNP-D(異源核糖核蛋白D)結(jié)合，增強β-catenin mRNA表達的穩(wěn)定性，使β-catenin及Cyclin D1、c-myc和MMP7的表達增加，激活Wnt/β-catenin 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，促進CRC 細胞的增殖、遷移和侵襲，抑制細胞凋亡，可作為CRC潛在的預(yù)后和診斷指標(biāo)。Han 等[16]發(fā)現(xiàn)，敲低CRC 細胞的lncRNA CRNDE后，其作為miR-181a-5p的ceRNA作用減弱，使得miR-181a-5p的表達上調(diào)，進一步下調(diào)其靶點β-catenin 和TCF4 的表達，抑制Wnt/β-catenin 信號通路的激活，從而抑制CRC 細胞增殖和減低對5-Fu(5-氟尿嘧啶)的耐藥性。

2.2 JAK/STAT 信號通路 JAK/STAT 信號通路可以將細胞外信號快速傳遞到細胞核，參與CRC的癌基因激活和抑癌基因失活過程[17]。JAK-STAT 途徑由以下主要成分組成：(1)細胞外信號因子：包括干擾素、白細胞介素和生長因子等；(2)細胞表面受體；(3)JAK和STAT。細胞外信號分子與相應(yīng)受體結(jié)合并誘導(dǎo)其形成二聚體，隨后JAK 激酶與受體偶聯(lián)并使其磷酸化，受體的酪氨酸殘基被磷酸化形成周圍氨基酸的對接位點，從而將STAT 蛋白募集到該對接位點，最后，STAT 蛋白被磷酸化激活形成二聚體從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細胞核，通過與特定的DNA 元件結(jié)合，完成對目的基因的表達調(diào)控[18]。JAK-STAT 通路異?？蓪?dǎo)致細胞免疫功能喪失或獲得突變，這些突變可引發(fā)和驅(qū)動腫瘤的發(fā)生，如激活的STAT3 可以不同程度地破壞細胞外基質(zhì)，導(dǎo)致基底膜的降解和破壞，為腫瘤細胞的早期轉(zhuǎn)移提供合適的環(huán)境，促進EMT (上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化)過程。lncRNA可作為JAK/STAT途徑的上游調(diào)節(jié)因子，通過降低或增強其活性，影響CRC細胞的增殖和轉(zhuǎn)移[19]。研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA AB073614 在CRC 組織中高表達；過表達AB073614后，EMT相關(guān)蛋白N-cadherin(N-鈣黏蛋白)和Vimentin 的表達上調(diào)，E-cadherin(E-鈣黏蛋白)和occludin(閉合蛋白)的表達下調(diào)，同時發(fā)現(xiàn)p-STAT3的表達上調(diào)；使用JAK 抑制劑AT9283 處理細胞后，STAT3 磷酸化程度降低，顯著逆轉(zhuǎn)AB073614 過表達對CRC 細胞遷移和侵襲能力的上調(diào)作用，提示AB073614可能通過調(diào)節(jié)JAK/STAT3通路的激活促進CRC 細胞的EMT[20]。lncRNA TPT1-AS1在CRC 組織中表達升高，與CRC 患者較低的總體生存率相關(guān)；GSEA分析發(fā)現(xiàn)TPT1(翻譯調(diào)節(jié)腫瘤蛋白1)的高表達與FAK(黏著斑激酶)和JAK-STAT3信號通路有關(guān)，進一步研究表明，過表達TPT1-AS1 可募集組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶MLL1，使TPT1 啟動子區(qū)域H3K4ME3 甲基化水平增加，上調(diào)TPT1 的表達，p-FAK、p-JAK1、p-JAK2和p-STAT3 的表達水平隨之上調(diào)，進而激活FAK/JAK-STAT3 信號通路，促進CRC 細胞的增殖、遷移和侵襲[21]。

2.3 PI3K/AKT/mTOR 信號通路PI3K/AKT/mTOR信號通路在腫瘤發(fā)展中起關(guān)鍵作用，可調(diào)控細胞增殖、凋亡、轉(zhuǎn)移、自噬和耐藥等，PI3K和AKT的磷酸化是其激活的關(guān)鍵步驟，PI3K 被磷酸化激活后，可使下游的AKT和mTOR磷酸化，激活的mTOR進一步影響下游轉(zhuǎn)錄因子(如HIF1α、c-myc、FoxO)，從而引起級聯(lián)反應(yīng)[22]。該途徑的異常激活會導(dǎo)致細胞持續(xù)和不受控制的生長，從而導(dǎo)致腫瘤發(fā)生。某些lncRNAs可以通過與PI3K/AKT/mTOR 通路因子競爭或合作，參與CRC的進展[23]。lncRNA Rp4在CRC組織和細胞中表達下調(diào)；過表達lncRNA Rp4 通過與miR-7-5p 競爭性結(jié)合，上調(diào)其靶基因腫瘤抑制因子SH3GLB1 的表達，使細胞凋亡相關(guān)蛋白Bax 和Caspase-3 的水平上調(diào)；同時，PI3K、AKT和mTOR磷酸化減少，抑制PI3K/AKT/mTOR 信號傳導(dǎo)，自噬相關(guān)蛋白LC3 表達上調(diào)，促進CRC 細胞凋亡及自噬，抑制其生長，可作為CRC的潛在治療靶點[24]。巖藻糖基化是一種由FUTs(巖藻糖基轉(zhuǎn)移酶)催化的糖基化反應(yīng)，異常的巖藻糖基化與CRC 惡性行為有關(guān)，在CRC 中表達上調(diào)的lncRNA HOTAIR 通過作為miR-326 的ceRNA，使miR-326 表達降低，上調(diào)其下游靶點FUT6 的表達，F(xiàn)UT6 可以介導(dǎo)細胞表面CD44 的α1,3-巖藻糖基化，CD44 活化后進一步使PI3K、AKT 和mTOR 蛋白磷酸化水平升高，激活PI3K/AKT/mTOR 通路，促進CRC 細胞增殖、侵襲和肝轉(zhuǎn)移[25]。

2.4 Notch 信號通路 Notch 信號通路是一條進化上保守的通路，在正常組織和細胞的發(fā)育過程中起著至關(guān)重要的作用，目前發(fā)現(xiàn)哺乳動物中有4種Notch信號受體(Notch1-4)和5 種Notch 配體(Dll-1、Dll-3、Dll-4、Jagged1 和Jagged2)[26]。Notch 受體與鄰近細胞的跨膜配體結(jié)合，導(dǎo)致受體亞基分離和跨膜亞基的蛋白水解切割，釋放NICD(Notch 細胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域)進入細胞核，隨后與DNA 結(jié)合蛋白RBPJ(也稱為CSL)結(jié)合并募集轉(zhuǎn)錄共激活因子MAML，形成三元絡(luò)合轉(zhuǎn)錄激活物(NICD-CSL-MAML)后，激活Notch 靶基因如Hes、Hey等的轉(zhuǎn)錄，促進下游基因的表達，從而發(fā)揮生物學(xué)作用；異常的Notch 信號可以對細胞增殖、凋亡、轉(zhuǎn)移和EMT過程產(chǎn)生負面或積極影響，具體取決于不同腫瘤的細胞類型[27]。lncRNA可通過靶向配體、受體或下游靶基因(Hes-1)來激活或抑制Notch 通路，從而促進或抑制腫瘤的發(fā)展[28]。例如，在CRC組織和細胞中高表達的lncRNA FAM83H-AS1通過上調(diào)Notch1和Hes-1 的表達，激活Notch 信號通路，促進CRC細胞的增殖、遷移，抑制 凋亡[29]。lncRNA DSCAM-AS1 在CRC 組織和細胞系中的表達顯著升高，與CRC 的轉(zhuǎn)移和分期呈正相關(guān)；DSCAM-AS1 與miR-137 競爭性結(jié)合Notch1 的3'-UTR (3'端非編碼區(qū))，上調(diào)Notch1的表達，進而激活Notch 通路，使E-cadherin 表達下調(diào)，Vimentin 表達上調(diào)，促進CRC 細胞的增殖、遷移和EMT，可作為CRC 新的預(yù)后生物標(biāo)志物和治療靶點[30]。而敲低在CRC 組織和細胞系中高表達的lncRNA FOXD2-AS1后，Hes-1 和NICD的表達下調(diào)，使Notch 信號通路失活，抑制CRC 細胞的增殖、侵襲和遷移[31]。

2.5 NF-κB 信號通路 NF-κB 是由5 個亞基(p50/p105、p52/p100、p65/RelA、c-Rel 和RelB)組合而成的同源或異源二聚體，參與多種重要生理反應(yīng)的表達調(diào)控，包括免疫反應(yīng)、細胞增殖分化以及細胞死亡等[32]。在生理條件下，NF-κB被多種抑制性蛋白質(zhì)(如IκBα、IκBβ等)結(jié)合隔離在細胞質(zhì)中，當(dāng)這些蛋白被磷酸化時，其對NF-κB 的抑制解除，NF-κB 被激活并移位到細胞核，通過調(diào)節(jié)基因的表達促進CRC的增殖和轉(zhuǎn)移，也可以介導(dǎo)腫瘤對放療和化療的耐受性[33]。lncRNAs 通過直接或間接調(diào)節(jié)NF-κB 的表達來調(diào)控該級聯(lián)反應(yīng)，Liu等[34]研究發(fā)現(xiàn)，LINC01578 在CRC組織中表達升高；過表達LINC01578可募集EZH2(組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶PRC2 的關(guān)鍵成分)直接結(jié)合到IκBβ的啟動子，使其啟動子區(qū)域H3K27ME3甲基化水平顯著提高，抑制IκBβ的表達，激活NF-κB信號通路，進一步上調(diào)轉(zhuǎn)錄因子YY1 的表達，YY1 反過來還可增強LINC01578 自身啟動子活性，形成正反饋回路，使LINC01578表達上調(diào)，通過激活NF-κB信號通路促進CRC 的轉(zhuǎn)移，可作為CRC 轉(zhuǎn)移的一個潛在的預(yù)后生物標(biāo)志物和治療靶點。Li 等[35]發(fā)現(xiàn)，lncRNA HOTAIR在CRC組織和細胞中表達上調(diào)；過表達HOTAIR通過招募EZH2 與miR-218 的啟動子結(jié)合，抑制miR-218的表達，上調(diào)靶基因VOPP1 表達，VOPP1 作為轉(zhuǎn)錄因子，進一步促進NF-κB 的核易位并通過與DNA 結(jié)合增加NF-κB轉(zhuǎn)錄活性，從而激活NF-κB信號通路，促進CRC細胞的增殖和對5-Fu的耐藥性。

2.6 TGF-β/Smad 信號通路 TGF-β (轉(zhuǎn)化生長因子β)在腫瘤發(fā)生過程中有雙重作用，在腫瘤發(fā)展的早期階段，TGF-β抑制正常的腸上皮細胞增殖并誘導(dǎo)細胞凋亡和分化，對腫瘤起抑制作用；隨著腫瘤的進展，TGF-β表達增加，促進有絲分裂生長因子(TGF-α、FGF和EGF)的產(chǎn)生，成為一種促癌因素[36]。在哺乳動物中有8種Smad蛋白(Smad 1～8)，Smad蛋白是TGF-β家族受體下游的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，按功能分為3類：即受體調(diào)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 能與Smad4 形成復(fù)合物激活后轉(zhuǎn)移到細胞核中，與靶基因啟動子區(qū)域的位點特異性識別序列結(jié)合，直接調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄；Smad1/5/9還能激活I(lǐng)-Smads的基因轉(zhuǎn)錄，啟動負反饋環(huán)抑制信號傳導(dǎo)，參與目標(biāo)基因表達的調(diào)控[37]。lncRNA可調(diào)節(jié)TGF-β與其受體的結(jié)合，激活TGF-β通路，進一步啟動Smad 途徑，參與CRC 的發(fā)展[38]。沉默CRC 細胞中的lncRNA MIR22HG后，其與Smad2結(jié)合減少，Smad2表達上調(diào)，與Smad4 形成復(fù)合物移動到細胞核，Smad2/4復(fù)合體進一步與EMT 關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子SNAI1 的啟動子結(jié)合，使E-cadherin 表達下調(diào)，N-cadherin、Vimentin 表達上調(diào)，通過MIR22HG-SMAD2/4-SNAI1 軸促進CRC 的EMT[39]。LINC00941 在CRC 中表達升高，通過與β-TrCP(E3 泛素連接酶)競爭性結(jié)合，抑制Smad4泛素化，增強Smad4 蛋白的穩(wěn)定性，Smad4 表達上調(diào)，由于Smad4 是結(jié)合活化的Smad2 和Smad 3 形成調(diào)節(jié)靶基因轉(zhuǎn)錄的復(fù)合物的重要輔助因子，進而使得Smad2和Smad 3 的表達升高，激活TGF-β/Smad2/3 信號通路，促進CRC的轉(zhuǎn)移[40]。在CRC中，過表達的lncRNA CTBP1-AS2 通過與miR-93-5p 競爭性結(jié)合，下調(diào)miR-93-5p 表達，使得靶基因TGF-β1表達上調(diào)，上調(diào)的TGF-β1可促進Smad2 和Smad3 的羧基末端絲氨酸磷酸化，進而激活TGF-β/Smad通路，促進CRC細胞增殖和侵襲，抑制細胞凋亡[41]。

2.7 其他信號通路 lncRNA GClnc1 在CRC 組織高表達，提示預(yù)后不良；過表達GClnc1 顯著抑制p53與細胞周期蛋白依靠性激酶抑制劑p21的結(jié)合，下調(diào)p21 和凋亡基因BAX 的表達，通過抑制p53 通路促進CRC 細胞的增殖，抑制其凋亡[42]。Hou 等[43]研究發(fā)現(xiàn)，lncRNA FGF14-AS2 在CRC 組織中表達下調(diào)；過表達FGF14-AS2 通過競爭性抑制miR-1288-3p 的表達，上調(diào)其靶點RERG 的表達，RERG 作為MAPK/ERK 通路的負調(diào)控基因，抑制ERK1/2 的磷酸化，使MAPK/Ras/ERK 信號通路失活，抑制CRC 細胞增殖，促進細胞凋亡。

3 展望

本綜述總結(jié)了lncRNAs 在CRC 中的調(diào)控的多種信號通路，lncRNAs通過靶向這些信號通路的不同組分來控制CRC 的特性，在CRC 的發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用，這將有利于臨床靶向藥物的開發(fā)。然而，由于CRC 進展分子機制的復(fù)雜性，確定和驗證可靠的靶標(biāo)，開發(fā)穩(wěn)定和安全的藥物仍具有挑戰(zhàn)性。此外，盡管研究表明某些lncRNAs 可以作為CRC 的診斷和預(yù)后生物標(biāo)記物或潛在的治療靶點，但仍需要更多的樣本和實驗來驗證。隨著對lncRNAs更加深入的研究，有望闡明lncRNA在CRC中的作用機制，為CRC的臨床診治提供更多新的思路。