2021, Vol. 48
2018年中国癌症统计数据显示结直肠癌(colorectal cancer, CRC)发病率和死亡率在恶性肿瘤中分别位居第3位和第5位, 中国已成为每年新发病例数和死亡病例数均位居前位的发展中国家[1]。CRC在50岁以下人群中的发病率和死亡率迅速上升, 呈现年轻化趋势。早期发现、诊断和治疗是改善预后、减少死亡率、减轻疾病负担的关键, 然而多数患者发现时已属晚期。早期诊断和早期治疗率偏低是限制我国CRC患者预后进一步提高的瓶颈, 因此探索新的生物标志物对CRC的早期诊断和治疗有重要意义。多因素、多基因变异参与CRC发病过程, 长链非编码RNA(long non-coding RNA, LncRNA)在CRC中的生物学作用已引起广泛关注。国内外研究表明, LncRNA参与肿瘤的增殖、侵袭、转移等生物学过程[2], 预测其可应用于CRC的诊断、治疗和耐药等方面。本文就抑癌基因LncRNA-p21、致癌基因LncRNA结直肠癌差异表达基因(LncRNA colorectal neoplasia differentially expressed, LncRNACRNDE)、LncRNA牛磺酸上调基因1(LncRNA taurine up-regulating gene 1, LncRNA-TUG1)、胃腺癌相关LncRNA(gastric adenocarcinoma related LncRNA, LncRNA-GAPLIC)等4种LncRNA在CRC中的研究进展进行综述。
LncRNA人类基因组DNA核苷酸序列中约93%能被转录为RNA, 被转录的RNA中仅有约2%的转录产物被翻译为蛋白质, 其余RNA绝大部分缺少AUG(起始密码子)[3-4], 被称为非编码RNA, 包括微RNA(microRNA, miRNA)、小干扰RNA(small interfering RNA, siRNA)和LncRNA等[5]。LncRNA于2002年在小鼠体内被鉴定, 是一类大于200个核苷酸的非编码RNA转录本[6]。Rinn等[7]研究发现其具有重要的生物学功能, 但不具有编码蛋白质的功能。多数LncRNA定位于细胞核内, 主要在分子水平发挥调控作用, 具有调节多种生物学过程的潜能, 如参与CRC的增殖、侵袭、凋亡、转移, 甚至有望作为CRC预后、诊断、疗效预测的生物标志物[8-9]。目前研究LncRNA的主要方法有Northern杂交(Northern blot)、荧光原位杂交(fluorescencein situ hybridization, FISH)、微阵列芯片(microarray)和高通量测序技术(next-generation sequencing)、定量RT-PCR等[10-13]。其中FISH是经典的手段, 也是检测LncRNA的金标准, 但实验过程较繁琐, 检测通量低。FISH使用荧光素标记探针, 通过探针与靶RNA序列互补的方法检测目标RNA。高通量微阵列芯片是筛选疾病有关LncRNA的有效工具, 该方法是将大量标记有特殊荧光染料的LncRNA检测探针聚集在一张芯片上, 再通过样本中的RNA与芯片探针进行杂交, 扫描芯片的荧光强度, 经由专业软件处理得到此疾病LncRNA的表达谱信息。定量RT-PCR是将所提取的RNA进行反转录, 所获得的cDNA作为模板, 设计引物进行扩增, 是一种检测基因表达的常用方法。高通量LncRNA表达谱芯片技术筛选出疾病相关的候选LncRNA, 再采用定量RT-PCR对候选LncRNA进行验证。自LncRNA被发现以来, 科学家一直致力于寻找有临床实用价值的LncRNA。
抑癌基因LncRNA-p21 作为CRC细胞的抑癌基因, LncRNA-p21位于编码关键细胞周期调节蛋白CDKNIA(p21)的基因上游15 kb, LncRNA-p21基因同时是p53的下游靶点, 又称为p53直接转录靶, 转录长度为3 kb, 含有2个外显子[14]。
信号通路方面的研究表明, LncRNA-p21通过调控mRNA翻译和抑制p53和Wnt/β-catenin信号通路影响人类疾病的发生, 其在癌症(如肝癌、胃癌、前列腺癌)中均有异常表达, 同时在CRC中发现其异常表达促进了肿瘤进展和转移。研究发现, LncRNA-p21过表达可以抑制直结肠癌细胞迁移、侵袭[15], 提示该基因可能作为肿瘤有效抑制因子, 有望成为治疗靶点。在治疗方面, Shen等[14]研究发现LncRNA-p21增强了实体肿瘤如肝癌和脑胶质瘤的放疗敏感性, 为放疗提供了有价值的治疗靶点。Zhai等[16]研究发现LncRNA-p21过表达抑制化疗的有效靶点通路(β-catenin信号通路), 从而促进细胞凋亡, 增强CRC放疗的敏感性, 为CRC放疗提供了一个潜在的治疗靶点; 另一方面, LncRNA-p21表达水平与CRC分期、肿瘤组织浸润、血管侵犯有关, 提示LncRNA-p21在CRC中具有潜在的抗肿瘤作用[16]。治疗方面还有研究表明LncRNA-p21参与了中药制剂银杏叶提取物(EGB761)对CRC抗调节控制机制。以上研究表明LncRNA-p21是潜在的生物标志物和重要的治疗靶点。
致癌基因LncRNA-CRNDE LncRNA-CRNDE全称CRC差异表达基因的转录本, 是长度超过200 bp的LncRNA, 位于人类基因组16号染色体上, 是CRC中高表达的基因, 它与IrQuooS同源盒5(Irx5)共享一个双向启动子[17]。LncRNA在转录和转录后的过程中起关键性的作用。LncRNA-CRNDE的表达有组织特异性, 在成人大肠黏膜、肝脏和白细胞中几乎不表达, 而在睾丸、乳腺和皮肤中高表达。LncRNA-CRNDE在大肠癌中表达显著上调。基因异常表达的细胞或组织中往往伴随LncRNACRNDE表达增加, 提示其可能是肿瘤发生的重要参与者。
LncRNA-CRNDE基因在结肠腺瘤和结肠癌中表达上调, 而其在正常结肠上皮中几乎不表达。信号通路和生物学功能方面的研究证实, LncRNACRNDE通过CRC细胞中的胰岛素/IGF信号促进代谢。另有研究发现LncRNA-CRNDE通过表观沉默DUSP5/CDKN1A促进CRC细胞增殖; 其在CRC组织中表达上调, 与肿瘤大小、晚期TNM分期、淋巴结转移呈正相关。Peng等[7]研究表明LncRNA-CRNDE可通过Wnt/β-catenin信号通路调节CRC的表达, 并影响化疗药物的耐药性, 进一步提示LncRNA-CRNDE可作为恶性肿瘤的预后标志物。上述研究表明LncRNA-CRNDE在CRC中高表达, 促进癌细胞增殖与淋巴转移, 并且与TNM分期有关, 可能是CRC患者生存期的独立预测因子。
致癌基因LncRNA-TUG1 LncRNA-TUG1也称为LNC000080和NCRNA000080, 全长7.1 kb, 位于人22号常染色体长臂1区2号带2亚带(22q12.2), 最初被为是由牛磺酸上调的转录物, 在人类癌细胞系和肿瘤中均有表达[18]。LncRNATUG1是致癌基因, 其在不同类型的癌症中均有异常上调, 包括食管鳞状细胞癌、B细胞恶性肿瘤、肝细胞癌、膀胱癌等, 可通过敲除LncRNA-TUG1证明其抑制细胞增殖、侵袭或集落形成。
研究发现肠癌组织中LncRNA-TUG1高表达与疾病快速进展显著相关, 且目的基因通过调节miR-197-3p在CRC的ceRNA介导5-氟尿嘧啶抗性[19]。Zhai等[20]研究发现LncRNA-TUG1可作为CRC潜在的癌基因。过表达LncRNA-TUG1可能促进CRC癌细胞的增殖和迁移。研究者发现在致病机制方面, CRC组织和细胞中LncRNA-TUG1上调, 并通过影响上皮-间质转换(epithelial-mesenchymal transition, EMT)促进其转移, 因此CRC预后差[21], 而EMT是癌组织侵袭转移的主要机制。研究者通过生物信息学软件DIANA预测了LncRNA-TUG1和miR-600之间可能存在的结合位点, 随后研究发现LncRNA-TUG1通过miR600促进KIAA1199表达、促进CRC细胞转移和EMT[26], 但详细的致病机制尚未明确。上述研究表明LncRNA-TUG1异常表达在CRC转移中起重要作用, 在临床实践中可能具有重要价值, LncRNA-TUG1可能作为CRC的生物标志物、治疗靶点和预后因子。
致癌基因LncRNA-GAPLINC LncRNAGAPLINC长度为924 bp, 在胃癌、肝癌等多种肿瘤中均有表达。Hu等[22]研究发现胃癌细胞中的LncRNA-GAPLINC高表达, 参与肿瘤增殖、迁移及血管生成等生物学过程, 其机制可能是LncRNAGAPLINC通过竞争miR211-3p, 从而在转录后调节CD44表达, LncRNA-GAPLINC可能成为该疾病的潜在生物标志物和治疗靶点。该机制在CRC中也有报道: LncRNA-GAPLINC通过竞争miR211-3p, 在CRC中调节CD44依赖的细胞生长。LncRNAGAPLINCP在其他肿瘤中可能也发挥致病作用[23]。
LncRNA-GAPLINC在CRC进展中具有多种功能。通过人类癌细胞LncRNA PCR芯片检测CRC标本中差异表达的LncRNA-GAPLINC, 采用实时荧光PCR、Western blot等方法研究人CRC细胞株(HCT116)的迁移和侵袭相关基因的分子机制, 结果表明LncRNA-GAPLINC通过调节miR-34a/c-Met信号通路促进CRC细胞迁移和侵袭[24]。GAPLCN还能促进CRC细胞的增殖。通过LncRNA阵列和生物信息学分析证明, CRC淋巴结转移组的LncRNA-GAPLINC表达高于正常淋巴结组, 且LncRNA-GAPLINC与肿瘤大小及TNM分期有关[25]。关于LncRNA在CRC转移中的作用, 研究者采用多种研究方法对CRC细胞系HCT116、HT29、SW480、DLD-1和SW620D等具有代表性的细胞株进行研究, 结果表明LncRNA-GAPLINC与PSF/NONO结合, 通过刺激SNAI2的表达, 从而促进CRC侵袭。因此LncRNA-GAPLINC可作为CRC诊断和治疗的靶点。
结语 关于LncRNA与CRC的研究报道日益增加, LncRNA异常表达参与CRC细胞的表观遗传和转录后调控等生物学过程, 与CRC细胞的异常增殖、侵袭、转移密切相关。随着LncRNA在CRC发病机制中的研究逐步深入, 其有望作为肿瘤的诊断及预后的标志物。
作者贡献声明 陈猛云 文献收集, 论文构思、撰写和修订。樊晓明 论文指导和修订。
利益冲突声明 所有作者均声明不存在利益冲突。
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