引用本文： 唐龙, 唐世磊, 刘古月, 马振南, 赵迪, 李航宇. 长链非编码RNA在常见消化系统肿瘤中的研究进展. 中国普外基础与临床杂志, 2015, 22(8): 1014-1018. doi: 10.7507/1007-9424.20150266 复制
长链非编码RNA（long noncoding RNAs，lncRNAs）是一类转录本长度超过200个核苷酸的RNA，其本身由于缺乏开放阅读框架区而无蛋白编码功能，但其具有调控基因表达的作用，以RNA的形式在多种层面上调控基因的表达水平[1-3]。一般而言，lncRNAs主要从以下3个层面实现对基因表达的调控：表观遗传学调控、转录调控和转录后调控[4-8]。对细胞核内lncRNAs的研究已经较为深入，越来越多的研究[9-10]发现，lncRNAs广泛参与了基因组调节，如X染色体沉默、基因组印记以及染色质修饰、转录激活、转录干扰、核内运输等多种对生长发育等生命过程重要的调控，并与包括肿瘤在内的许多疾病有着密切的联系。大量的临床和基础研究[11-14]结果表明，在肿瘤的发生、发展中，lncRNAs扮演着非常重要的角色。就目前关于lncRNAs对消化系统肿瘤发生、发展调控机制的研究进展来看，有必要揭示清楚lncRNAs对消化系统不同肿瘤调控的相同机制有哪些。现主要综述近年来常见lncRNAs对包括肝癌、胃肠肿瘤和胰腺癌在内的消化系统肿瘤发生、发展调控机制的研究进展。
1 lncRNA的功能及作用模式
lncRNA的功能及作用模式可大致分为三类：修饰（decoy）、指引（guide）和支架（scaffold）。
1.1 修饰
lncRNA的第一种作用是作为调控下游基因的分子修饰剂。有研究[15-18]发现，这类lncRNA被转录后会直接与转录因子或转录调节因子结合，从而隔离或阻断其下游信号通路。lncRNA生长停滞特异性转录本5（growth arrest-specific transcript 5，GAS5）可与糖皮质激素受体结合，从而抑制糖皮质激素受体介导的相关基因的表达[15]。lncRNA上游DNA损伤活化p21相关非编码RNA（p21 associated ncRNA DNA damage activated，PANDA）基因与核转录因子Yα亚基（nuclear transcription factor Y subunitα，NF-YA）结合，负向调控凋亡相关基因的表达[16]。lncRNA含有端粒重复单元的RNA（telomeric repeat-containing RNA，TERRA）通过重复序列与端粒酶相互作用抑制端粒酶的活性[17]。近年来Zhuang等[18]研究发现，抑癌性lncRNA H19/miR-675可通过直接作用于肿瘤抑制因子Runt结构域转录因子1（Runt domain transcription factor 1，RUNX1）促进胃癌细胞的生长和增殖。
1.2 指引
lncRNA的第二种作用是作为调控下游基因的分子指示剂。研究[19-21]发现，这类lncRNA可与蛋白（通常是转录因子）结合，然后指引核糖核蛋白复合物定位到特定DNA序列。失活X染色体特异转录本（X inactivation specific transcripts，XIST）是一个研究较为深入的lncRNA，它可引导多梳抑制复合体（polycomb repressive complex，PRC）2原位定位到X染色体实现X染色体失活[19]。长链基因间非编码RNA-p21（large intergenic ncRNAs-p21，lincRNA-p21）通过与核内不均一核蛋白K（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein-K，hnRNP-K）相结合并且引导其定位于细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1A（cyclin-dependent kinase inhibitor 1A，CDKN1A）基因，参与负向调控CDKN1A基因的表达，敲除lincRNA-p21的表达可改变1 000多种基因表达的改变[20]。lincRNA特异性调控基因表达的具体机制尚不十分清楚，并且其与基因的结合位点研究也不清楚。Chu等[21]应用RNA纯化染色质分离方法研究乳腺癌细胞中同源异形盒（homeobox，HOX）转录反义RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）的结合位点，结果发现，在整个基因组中有832个HOTAIR结合位点。有趣的是，HOTAIR的结合位点较为聚集（< 500 bp）并且位于多梳蛋白结合结构域的中间，表明HOTAIR可作为募集多梳蛋白并将其定位于靶基因的驱动因素。
1.3 支架
lncRNA的第三种作用是作为调控下游基因的分子支架。研究[22-26]发现，lncRNA可以空间特异性的方式介导多种分子间的相互聚集，起到作为多个转录因子共同结合平台的作用。当细胞中多条信号通路同时被激活，其信号下游的分子可结合到同一lncRNA链上，实现不同信号通路间的信号整合和交换。lncRNA INK4基因座中反义非编码RNA（antisense non-coding RNA in the INK4 locus，ANRIL）可以与PRC1和PRC2结合[22-23]；lncRNA Kcnq1反义转录本1（Kcnq1 opposite strand/antisense transcript 1，Kcnq1ot1）可以与G9a和PRC2结合[24]。此外，lncRNA肺腺癌转移相关转录本1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT）和核富含转录本1（nuclear enriched abundant transcript 1，NEAT1）也具有分子支架作用[25]。近来有研究[26]表明，HOTAIR可与PRC2复合物（H3K27三甲基化的抑制物）和LSD1/CoREST H3K4去甲基化酶复合物（H3K4三甲基化的失活物）这两个染色质修饰复合物相互作用，结果显示，PRC2结合结构域位于HOTAIR的5׳端，而LSD1结合结构域位于HOTAIR的3׳端，这表明HOTAIR可作为连接PRC2和LSD1的桥梁，最终使HOTAIR/PRC2/LSD1复合体通过多种可能机制抑制基因的表达。
需要注意的是，以上lncRNA的三种作用模式是相互联系的，并非孤立存在。
2 代表性lncRNA在常见消化系肿瘤中的研究概况
尽管大部分lncRNA的功能尚不清楚，近年来研究发现，在包括肝癌、胰腺癌、胃肠肿瘤在内的常见消化系统肿瘤中，既有致癌性lncRNA如HOTAIR、MALAT1、TUC338、uc.73a、H19，又有抑癌性lncRNA如母系表达基因3（materally expressed gene 3，MEG3）、PTENP1，还有一些lncRNA如肝癌高表达转录本（highly up-regulated in liver cancer，HULC）的作用尚不十分明确[27-58]，见表 1。
表1
代表性lncRNA在常见消化系统肿瘤中的研究汇总
2.1 致癌性lncRNA
2.1.1 HOTAIR
在众多lncRNA中，研究较为清楚的是HOTAIR。HOTAIR最初由Rinn等[47]发现，其主要通过募集PRC2介导H3K27的三甲基化来调控HOXD基因的表达，这种表观遗传沉默在肿瘤中发挥重要作用。研究[27-30]发现，HOTAIR在肝癌、结直肠癌、胰腺癌及胃肠道间质瘤中呈异常高表达，参与调控肿瘤增殖、侵袭、转移等多种生物学功能，其分子作用模式较多且复杂，并且与患者的不良预后呈明显正相关。在恶性胃肠道间质瘤中，HOTAIR可通过与miR-196a相互结合介导HOXC基因H3K4三甲基化，从而在表观遗传学水平调控基因表达，最终导致胃肠道间质瘤的恶性表型[30]。我们通过应用real-time RT-PCR曾对46例胆管癌患者手术切除的癌组织、癌旁组织及正常组织中的HOTAIR含量进行了定量分析，结果（未发表）显示与癌旁组织和正常组织相比，癌组织中HOTAIR呈明显高表达，这似乎提示HOTAIR可能参与胆管癌恶性生物学行为的某些表型。
2.1.2 MALAT1
MALAT1最初是作为转移相关基因被发现的[48]。MALAT1定位于核散斑，核散斑中含有多种参与选择性剪切的蛋白。研究[32, 48-49]发现，MALAT1高表达于肺癌、乳腺癌、前列腺癌、肝癌、胰腺癌等多种恶性肿瘤中。在消化系统恶性肿瘤中，MALAT1主要异常表达于肝癌、胰腺癌。研究[50]发现，MALAT1可通过调节丝氨酸/精氨酸剪切因子的磷酸化使肝癌细胞mRNA前体发生不同形式的选择性剪切。Liu等[35]发现，MALAT1在胰腺导管腺癌组织和胰腺导管上皮细胞系HPDE6c-7中的表达明显高于正常胰腺组织和细胞，并且MALAT1的表达水平与肿瘤大小、分期、浸润深度和无病生存时间明显呈正相关。Ji等[57]在对MALAT1介导的结直肠癌转移机制研究中发现，MALAT1可通过分子支架模式作用于PTB相关剪接因子（SFPQ）/多聚嘧啶序列结合蛋白（PTBP2）复合体，使SFPQ从复合物解离，最终PTBP2促进肿瘤细胞增殖和转移。此外，Yang等[58]研究发现，MALAT1可调控结肠癌细胞中至少243种基因的表达，结果发现，MALAT1可通过其中一种基因AKAP-9（PRKA激酶锚定蛋白-9）介导结直肠癌细胞增殖、侵袭和转移的发生。
2.1.3 HULC
HULC最初是在肝癌中发现表达明显上调的基因，定位于6p24.3[51]。Xie等[53]发现，肝癌患者外周血中HULC的表达明显高于正常人。Wang等[45]研究发现，肝癌中过表达HULC可通过下调miR-372的表达、上调CREB基因表达等分子事件最终导致肝癌细胞染色质聚集。Matouk等[54]研究表明，非编码RNA HULC不仅在肝癌中异常过表达，而且在肝转移性结直肠癌中异常高表达，这似乎提示非编码RNA HULC的高表达可能与肝脏的特殊内环境有关。除在肝癌中存在异常高表达外，Zhao等[52]发现，胃癌组织和细胞中HULC的表达均高于正常胃组织，并且其过表达与淋巴结转移和远处转移呈正相关。此外，HULC可介导胃癌SGC7901细胞自噬的发生以及促进上皮间质转化。
2.2 抑癌性lncRNA——MEG3
MEG3是最先被发现具有抑癌基因功能的lncRNA。MEG3正常表达于多种组织中，但在一些肿瘤细胞株，如脑膜瘤[43]中MEG3基本不表达，这提示MEG3具有抑癌基因功能。在一些消化系统肿瘤的研究[42, 56]中发现，与正常组织细胞相比，MEG3在肝癌[42]、胃癌[56]肿瘤细胞中的表达明显下调，并且转染MEG3基因后可通过上调p53基因的表达使癌细胞生长受抑制，诱导细胞凋亡。此外，研究[55]还发现，miRNA-29a可直接调控lncRNA MEG3基因在肝癌细胞中的表达水平。
3 小结
lncRNA可能通过多种机制对肿瘤细胞进行调控：①参与表观遗传沉默，如miR-196a-H3K4me3-HOXC的异常沉默在恶性胃肠道间质瘤中发挥作用[30]；②参与剪切调控，如lncRNA MALAT1可通过调节丝氨酸/精氨酸剪切因子的磷酸化使肝癌细胞mRNA前体发生不同形式的选择性剪切[50]；③参与转录后调控，如MEG3可严格调控p53的活性[42-43]。总之，与研究较为成熟的短链非编码RNA如microRNA不同，lncRNA对肿瘤调控机制的研究较为困难和复杂。然而，与microRNA相似，lncRNA不仅可作为肿瘤标志物用于临床诊断，而且有望成为肿瘤靶向治疗的新靶点。
长链非编码RNA（long noncoding RNAs，lncRNAs）是一类转录本长度超过200个核苷酸的RNA，其本身由于缺乏开放阅读框架区而无蛋白编码功能，但其具有调控基因表达的作用，以RNA的形式在多种层面上调控基因的表达水平[1-3]。一般而言，lncRNAs主要从以下3个层面实现对基因表达的调控：表观遗传学调控、转录调控和转录后调控[4-8]。对细胞核内lncRNAs的研究已经较为深入，越来越多的研究[9-10]发现，lncRNAs广泛参与了基因组调节，如X染色体沉默、基因组印记以及染色质修饰、转录激活、转录干扰、核内运输等多种对生长发育等生命过程重要的调控，并与包括肿瘤在内的许多疾病有着密切的联系。大量的临床和基础研究[11-14]结果表明，在肿瘤的发生、发展中，lncRNAs扮演着非常重要的角色。就目前关于lncRNAs对消化系统肿瘤发生、发展调控机制的研究进展来看，有必要揭示清楚lncRNAs对消化系统不同肿瘤调控的相同机制有哪些。现主要综述近年来常见lncRNAs对包括肝癌、胃肠肿瘤和胰腺癌在内的消化系统肿瘤发生、发展调控机制的研究进展。
1 lncRNA的功能及作用模式
lncRNA的功能及作用模式可大致分为三类：修饰（decoy）、指引（guide）和支架（scaffold）。
1.1 修饰
lncRNA的第一种作用是作为调控下游基因的分子修饰剂。有研究[15-18]发现，这类lncRNA被转录后会直接与转录因子或转录调节因子结合，从而隔离或阻断其下游信号通路。lncRNA生长停滞特异性转录本5（growth arrest-specific transcript 5，GAS5）可与糖皮质激素受体结合，从而抑制糖皮质激素受体介导的相关基因的表达[15]。lncRNA上游DNA损伤活化p21相关非编码RNA（p21 associated ncRNA DNA damage activated，PANDA）基因与核转录因子Yα亚基（nuclear transcription factor Y subunitα，NF-YA）结合，负向调控凋亡相关基因的表达[16]。lncRNA含有端粒重复单元的RNA（telomeric repeat-containing RNA，TERRA）通过重复序列与端粒酶相互作用抑制端粒酶的活性[17]。近年来Zhuang等[18]研究发现，抑癌性lncRNA H19/miR-675可通过直接作用于肿瘤抑制因子Runt结构域转录因子1（Runt domain transcription factor 1，RUNX1）促进胃癌细胞的生长和增殖。
1.2 指引
lncRNA的第二种作用是作为调控下游基因的分子指示剂。研究[19-21]发现，这类lncRNA可与蛋白（通常是转录因子）结合，然后指引核糖核蛋白复合物定位到特定DNA序列。失活X染色体特异转录本（X inactivation specific transcripts，XIST）是一个研究较为深入的lncRNA，它可引导多梳抑制复合体（polycomb repressive complex，PRC）2原位定位到X染色体实现X染色体失活[19]。长链基因间非编码RNA-p21（large intergenic ncRNAs-p21，lincRNA-p21）通过与核内不均一核蛋白K（heterogeneous nuclear ribonucleoprotein-K，hnRNP-K）相结合并且引导其定位于细胞周期蛋白依赖性激酶抑制剂1A（cyclin-dependent kinase inhibitor 1A，CDKN1A）基因，参与负向调控CDKN1A基因的表达，敲除lincRNA-p21的表达可改变1 000多种基因表达的改变[20]。lincRNA特异性调控基因表达的具体机制尚不十分清楚，并且其与基因的结合位点研究也不清楚。Chu等[21]应用RNA纯化染色质分离方法研究乳腺癌细胞中同源异形盒（homeobox，HOX）转录反义RNA（HOX transcript antisense RNA，HOTAIR）的结合位点，结果发现，在整个基因组中有832个HOTAIR结合位点。有趣的是，HOTAIR的结合位点较为聚集（< 500 bp）并且位于多梳蛋白结合结构域的中间，表明HOTAIR可作为募集多梳蛋白并将其定位于靶基因的驱动因素。
1.3 支架
lncRNA的第三种作用是作为调控下游基因的分子支架。研究[22-26]发现，lncRNA可以空间特异性的方式介导多种分子间的相互聚集，起到作为多个转录因子共同结合平台的作用。当细胞中多条信号通路同时被激活，其信号下游的分子可结合到同一lncRNA链上，实现不同信号通路间的信号整合和交换。lncRNA INK4基因座中反义非编码RNA（antisense non-coding RNA in the INK4 locus，ANRIL）可以与PRC1和PRC2结合[22-23]；lncRNA Kcnq1反义转录本1（Kcnq1 opposite strand/antisense transcript 1，Kcnq1ot1）可以与G9a和PRC2结合[24]。此外，lncRNA肺腺癌转移相关转录本1（metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1，MALAT）和核富含转录本1（nuclear enriched abundant transcript 1，NEAT1）也具有分子支架作用[25]。近来有研究[26]表明，HOTAIR可与PRC2复合物（H3K27三甲基化的抑制物）和LSD1/CoREST H3K4去甲基化酶复合物（H3K4三甲基化的失活物）这两个染色质修饰复合物相互作用，结果显示，PRC2结合结构域位于HOTAIR的5׳端，而LSD1结合结构域位于HOTAIR的3׳端，这表明HOTAIR可作为连接PRC2和LSD1的桥梁，最终使HOTAIR/PRC2/LSD1复合体通过多种可能机制抑制基因的表达。
需要注意的是，以上lncRNA的三种作用模式是相互联系的，并非孤立存在。
2 代表性lncRNA在常见消化系肿瘤中的研究概况
尽管大部分lncRNA的功能尚不清楚，近年来研究发现，在包括肝癌、胰腺癌、胃肠肿瘤在内的常见消化系统肿瘤中，既有致癌性lncRNA如HOTAIR、MALAT1、TUC338、uc.73a、H19，又有抑癌性lncRNA如母系表达基因3（materally expressed gene 3，MEG3）、PTENP1，还有一些lncRNA如肝癌高表达转录本（highly up-regulated in liver cancer，HULC）的作用尚不十分明确[27-58]，见表 1。
表1
代表性lncRNA在常见消化系统肿瘤中的研究汇总
2.1 致癌性lncRNA
2.1.1 HOTAIR
在众多lncRNA中，研究较为清楚的是HOTAIR。HOTAIR最初由Rinn等[47]发现，其主要通过募集PRC2介导H3K27的三甲基化来调控HOXD基因的表达，这种表观遗传沉默在肿瘤中发挥重要作用。研究[27-30]发现，HOTAIR在肝癌、结直肠癌、胰腺癌及胃肠道间质瘤中呈异常高表达，参与调控肿瘤增殖、侵袭、转移等多种生物学功能，其分子作用模式较多且复杂，并且与患者的不良预后呈明显正相关。在恶性胃肠道间质瘤中，HOTAIR可通过与miR-196a相互结合介导HOXC基因H3K4三甲基化，从而在表观遗传学水平调控基因表达，最终导致胃肠道间质瘤的恶性表型[30]。我们通过应用real-time RT-PCR曾对46例胆管癌患者手术切除的癌组织、癌旁组织及正常组织中的HOTAIR含量进行了定量分析，结果（未发表）显示与癌旁组织和正常组织相比，癌组织中HOTAIR呈明显高表达，这似乎提示HOTAIR可能参与胆管癌恶性生物学行为的某些表型。
2.1.2 MALAT1
MALAT1最初是作为转移相关基因被发现的[48]。MALAT1定位于核散斑，核散斑中含有多种参与选择性剪切的蛋白。研究[32, 48-49]发现，MALAT1高表达于肺癌、乳腺癌、前列腺癌、肝癌、胰腺癌等多种恶性肿瘤中。在消化系统恶性肿瘤中，MALAT1主要异常表达于肝癌、胰腺癌。研究[50]发现，MALAT1可通过调节丝氨酸/精氨酸剪切因子的磷酸化使肝癌细胞mRNA前体发生不同形式的选择性剪切。Liu等[35]发现，MALAT1在胰腺导管腺癌组织和胰腺导管上皮细胞系HPDE6c-7中的表达明显高于正常胰腺组织和细胞，并且MALAT1的表达水平与肿瘤大小、分期、浸润深度和无病生存时间明显呈正相关。Ji等[57]在对MALAT1介导的结直肠癌转移机制研究中发现，MALAT1可通过分子支架模式作用于PTB相关剪接因子（SFPQ）/多聚嘧啶序列结合蛋白（PTBP2）复合体，使SFPQ从复合物解离，最终PTBP2促进肿瘤细胞增殖和转移。此外，Yang等[58]研究发现，MALAT1可调控结肠癌细胞中至少243种基因的表达，结果发现，MALAT1可通过其中一种基因AKAP-9（PRKA激酶锚定蛋白-9）介导结直肠癌细胞增殖、侵袭和转移的发生。
2.1.3 HULC
HULC最初是在肝癌中发现表达明显上调的基因，定位于6p24.3[51]。Xie等[53]发现，肝癌患者外周血中HULC的表达明显高于正常人。Wang等[45]研究发现，肝癌中过表达HULC可通过下调miR-372的表达、上调CREB基因表达等分子事件最终导致肝癌细胞染色质聚集。Matouk等[54]研究表明，非编码RNA HULC不仅在肝癌中异常过表达，而且在肝转移性结直肠癌中异常高表达，这似乎提示非编码RNA HULC的高表达可能与肝脏的特殊内环境有关。除在肝癌中存在异常高表达外，Zhao等[52]发现，胃癌组织和细胞中HULC的表达均高于正常胃组织，并且其过表达与淋巴结转移和远处转移呈正相关。此外，HULC可介导胃癌SGC7901细胞自噬的发生以及促进上皮间质转化。
2.2 抑癌性lncRNA——MEG3
MEG3是最先被发现具有抑癌基因功能的lncRNA。MEG3正常表达于多种组织中，但在一些肿瘤细胞株，如脑膜瘤[43]中MEG3基本不表达，这提示MEG3具有抑癌基因功能。在一些消化系统肿瘤的研究[42, 56]中发现，与正常组织细胞相比，MEG3在肝癌[42]、胃癌[56]肿瘤细胞中的表达明显下调，并且转染MEG3基因后可通过上调p53基因的表达使癌细胞生长受抑制，诱导细胞凋亡。此外，研究[55]还发现，miRNA-29a可直接调控lncRNA MEG3基因在肝癌细胞中的表达水平。
3 小结
lncRNA可能通过多种机制对肿瘤细胞进行调控：①参与表观遗传沉默，如miR-196a-H3K4me3-HOXC的异常沉默在恶性胃肠道间质瘤中发挥作用[30]；②参与剪切调控，如lncRNA MALAT1可通过调节丝氨酸/精氨酸剪切因子的磷酸化使肝癌细胞mRNA前体发生不同形式的选择性剪切[50]；③参与转录后调控，如MEG3可严格调控p53的活性[42-43]。总之，与研究较为成熟的短链非编码RNA如microRNA不同，lncRNA对肿瘤调控机制的研究较为困难和复杂。然而，与microRNA相似，lncRNA不仅可作为肿瘤标志物用于临床诊断，而且有望成为肿瘤靶向治疗的新靶点。
