長鏈非編碼RNA在胃癌中作用機制的研究進展

趙青芳+關露露+陳小兵

[摘要] 長鏈非編碼RNA（lncRNAs）是一類轉錄本長度大于200 nt的非編碼RNA，不具備蛋白質編碼功能。研究發現lncRNA異常表達與胃癌有關。在表觀遺傳學水平上，lncRNAs可通過與mRNA堿基互補配對形成雙鏈或與RNA結合蛋白（RBP）形成復合物，介導mRNA剪接和穩定性；也可與微小RNA（miRNA）形成競爭性內源RNA（ceRNA）調控網絡，參與基因表達調控；在某些情況下，lncRNAs招募組蛋白修飾復合物，抑制靶基因的轉錄；此外，lncRNAs還可通過腫瘤抑制基因P53或癌基因c-Myc發揮致癌或抑癌作用。同時，lncRNAs參與胃癌發生發展過程中的信號轉導通路，調節上皮-間質轉化（EMT）過程影響轉移。本文就lncRNA在胃癌中的作用機制的研究進展作一綜述。

[關鍵詞]長鏈非編碼RNA；胃腫瘤；表觀遺傳；上皮間質轉化

[中圖分類號] R735.2 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673-7210（2017）03（b）-0033-04

Mechanism of long non-coding RNAs in gastric cancer

ZHAO Qingfang GUAN Lulu CHEN Xiaobing

Department of Gastroenterology， Tumor Hospital Affiliated to Zhengzhou University， He'nan Province， Zhengzhou 450003， China

[Abstract] Long non-coding RNAs （lncRNAs） are non-coding RNAs that have transcript lengths exceeding 200 nt and do not have the capacity for protein coding. Aberrant expression of lncRNAs has been found associated with gastric cancer. At the level of epigenetics， lncRNAs may mediate mRNA stability and splicing by complementary base pairing with mRNAs or forming complexes with RNA binding proteins （RBPs）； lncRNAs also participate in the competing endogenous RNA （ceRNA） network with miRNA； under certain circumstances， lncRNAsmay inhibit the transcription of target genesby recruiting histone-modifying complexes； in addition， lncRNAs play oncogenic or tumor suppressor roles by correlated with tumor suppressor P53 or onco-protein c-Myc， respectively. They are involved in signaling pathways and affecting metastasis by regulating epithelial-to-mesenchymal transition （EMT） process. Therefore， this anicle mainly reviewed on the mechanism of long non-coding RNAs in gastric cancer.

[Key words] LncRNA； Stomach neoplasms； Epigenetic； Epithelial to mesenchymal transition

胃癌是世界上最常見的惡性腫瘤之一，盡管近年來胃癌死亡率有所下降，但仍是全球第三大癌癥致死性疾病[1]。因此，探索胃癌發生的分子機制，積極尋找有效的早期診斷標志物和治療策略尤為迫切。隨著基因芯片及高通量測序技術的發展，越來越多的研究發現胃癌中長鏈非編碼RNA（long non-coding RNAs，lncRNAs）表達異常。它們通過堿基互補配對原則與DNA、RNA和蛋白質之間發生特異性、動態性作用，形成復雜而微妙的基因表達調控網絡，參與細胞增殖、遷移、凋亡、侵襲、細胞周期和轉移等。本文就lncRNA在胃癌發生發展中作用機制作一綜述。

1 lncRNA概述

研究表明[2]人體中大約有15 000種lncRNA，大部分lncRNA顯示了不同的組織特異性。lncRNA具有不同的亞細胞定位，并在不同的細胞定位中起不同的作用。例如，在細胞核中，lncRNA主要調節基因轉錄和mRNA剪接，而在細胞質中主要影響RNA穩定性和微小RNA（miRNA）的活性。根據它們的位置和轉錄方向，將其分為以下5種：①正義lncRNA（sense lncRNA）：轉錄方向與鄰近mRNA轉錄方向相同；②反義lncRNA（antisense lncRNA）：轉錄方向與鄰近mRNA轉錄方向相反；③雙向lncRNA（bidirectional lncRNA）：可同時向相反的兩個方向發生轉錄；④內含子lncRNA（intronic lncRNA）：某一蛋白編碼基因的一個內含子轉錄而來；⑤基因間lncRNA（intergenic lncRNA）：位于兩個蛋白編碼基因之間[3]。

2 lncRNA對基因的表觀遺傳學調控

2.1 lncRNA與DNA相互作用

lncRNA可結合組蛋白修飾復合物，然后以DNA為靶點。例如長鏈非編碼RNA FENDRR由4個外顯子組成，可結合組蛋白修飾復合物，以啟動子片段為靶點，在維持染色體結構和基因活性方面發揮重要作用。HOX 基因轉錄反義基因間RNA（HOX transcript antisense intergenic RNA，HOTAIR）以雙鏈DNA（dsDNA）為靶點，抑制基因轉錄[4]。此外，人類二氫葉酸還原酶（dihydrofolatereductase，DHFR）基因的次要啟動子轉錄的lncRNA與宿主基因關鍵調節區結合，形成三重結構模型。這些三重結構可作為lncRNA和基因組DNA之間的特異性識別結構。

2.2 lncRNA與RNA相互作用

2.2.1 lncRNA與mRNA形成復合物 靶mRNA中的ALU序列和lncRNA互補序列通過不完全堿基配對形成RNA雙鏈（dsRNA）結構。Staufen 1（STAU1）蛋白識別dsRNA結合位點并降解mRNA。這種類型的lncRNA被稱為1/2-STAU1結合位點RNA，該過程稱為staufen介導的mRNA衰減（staufen-mediated mRNA decay，SMD）[5]。例如組織分化誘導非蛋白編碼RNA（TINCR）通過SMD過程損害Krüppel樣因子2（KLF2）mRNA的穩定性和表達。TINCR通過與含有其盒基序的mRNA雙鏈化，保持mRNA穩定[6]。除了直接作用，胃癌增殖轉錄本1（gastric carcinoma proliferation enhancing transcript 1，GHET1）與其靶mRNA之間發揮間接作用。 GHET1可促進胰島素樣生長因子mRNA結合蛋白1（IGF2BP1）和c-Myc mRNA結合，保持c-Myc mRNA的穩定性[7-8]，而c-myc基因可使細胞無限增殖，與多種腫瘤發生發展有關。

2.2.2 lncRNA作為miRNA前體 lncRNA的活性與miRNA有關。一方面，有些lncRNA是一部分miRNA的前體，通過細胞核中Drosha酶裂解作用和細胞質中Dicer酶切割作用，產生成熟的miRNA，調控靶基因表達。例如miR-675（H19的切割產物）在胃癌發生中起關鍵作用。H19通過調節miR-675的兩個靶點即Runt相關轉錄因子1（RUNX1）和鈣營養蛋白1（CALN1）的表達促進胃癌細胞增殖[9]。另一方面，lncRNA與miRNA 競爭性結合靶基因mRNA 的3′-UTR，從而對miRNA 的負向調控機制進行抑制[10]。

2.2.3 lncRNA作為競爭性內源RNA 有些lncRNA 能發揮內源性“miRNA 海綿”功能，與mRNA競爭性結合miRNA 的反應元件（miRNA response elements，MREs），從而抑制miRNA表達并其對靶基因進行負向調控，即ceRNA 機制。目前，已經發現4個lncRNA 可作為癌基因，以ceRNA機制參與調控胃癌進程，包括HOTAIR、GAPLINC、BC032469和H19。其中，HOTAIR在胃癌患者的血漿中高表達，它可與人上皮細胞生長因子受體2（HER2）MREs占位結合，從而減少HER2與miR-331-3P 結合，抑制miR-331-3P 對HER2的降解作用，間接上調HER2表達水平，調控胃癌細胞增殖、遷移等[10]。Hu等[11]發現lncRNA GAPLINC與癌基因CD44競爭性結合miR-311-3P 的結合位點，上調CD44 表達水平，從而調控細胞遷移和增殖。類似地，lncRNA BC032469 與miR-1207-5p通過競爭機制調節人端粒酶逆轉錄酶（hTERT）的表達[12]。miR-141與H19形成ceRNA，調節miR-141的靶基因ZEB1表達[13]。此外，FER1L4 和母系印記基因3（Maternal imprintedgenes 3，MEG3）可通過ceRNA 機制在胃癌發展進程中發揮抑癌基因的作用[14]。

2.3 lncRNA與蛋白質的相互作用

2.3.1 lncRNA與組蛋白修飾復合物結合 多達38%的lncRNA可與組蛋白修飾復合物結合。例如HOTAIR作為分子支架，5'端結合多梳抑制復合體2（polycomb repressivecomplex 2，PRC2）介導染色體組蛋白H3K27甲基化。而其3'端結合組蛋白賴氨酸去甲基化酶（lysine specific demethylase1，LSD1）介導染色體組蛋白H3K4Me2的去甲基作用。HOTAIR通過多點反式作用募集PRC2，誘導HOXD基因座產生抑制性染色體結構，在HOXD基因座上長達40 kb的范圍內抑制轉錄[15]。研究發現[16]，FENDRR可以降低腫瘤轉移相關蛋白如纖維連接蛋白1（FN1）、MMP2 和MMP9的表達水平，從而抑制腫瘤細胞轉移。類似地，ANRIL、H19、MALAT1 和PVT1，均可通過招募組蛋白修飾物，以順式或反式作用抑制靶基因轉錄[17]。

2.3.2 lncRNA與P53和c-Myc相互作用 一些lncRNAs差異性表達潛在激活了胃癌中的P53信號傳導通路。TUSC7（tumor suppressor candidate 7）是腫瘤抑制基因，分別通過調節p53、c-myc 發揮致癌或抑癌作用[18]。Yang等[19]研究發現H19在胃癌組織中高表達，可結合P53并抑制其活性，降低P53下游靶基因Bax （凋亡相關基因）水平，從而促進胃癌細胞增殖和逃逸凋亡。MEG3的折疊導致P53表達水平顯著增加，從而抑制腫瘤細胞增生并誘導其凋亡而抑制胃癌的發生[20]。Myc蛋白含有結合E-box DNA識別片段（CACGTG）的堿性DNA結合結構域。CpG島和染色質的預乙酰化狀態使得與c-Myc的結合位點具有高親和力。微陣列結果表明[21]，1244 個lncRNAs可被c-Myc直接激活，在胃癌中c-Myc激活H19和結腸癌相關轉錄物1（colon cancer-associated transcript 1，CCAT1）的轉錄[22]。

3 lncRNA參與EMT過程影響胃癌轉移

E-鈣黏蛋白被認為是腫瘤轉移的抑制劑，其低表達是EMT的標志物之一。而轉錄因子Snail抑制 E-鈣粘蛋白表達，一些lncRNAs以E-鈣粘蛋白和Snail為靶點調節EMT過程。Xu等[23]發現HOTAIR 通過提高Snail 表達水平促進間質性標志物（如vimentin，N-cadherin）表達并抑制上皮性標志物（如E-cadherin、ZO-1）表達，促進EMT過程。另一種在胃癌中低表達的lncRNA LEIGC也參與調節EMT過程。Han等[24]證實間充質細胞相關基因（如zeb、twist、snail、slug）及其相應蛋白在LEIGC下調時增加。這些表明LEIGC是阻止EMT過程的關鍵調節器。此外，研究表明MEG3在胃癌中低表達，可抑制轉化生長因子-β（TGF-β）介導的EMT過程中細胞形態和運動特性的改變[25]。其他lncRNAs如肝細胞癌上調的長鏈非編碼RNA HULC、長基因非蛋白編碼RNA152（Linc00152）和MALAT2，也促進胃癌中EMT過程[26]。

4 lncRNA調控胃癌的信號通路

Flockhart等[27]發現體外沉默鼠類肉瘤濾過性毒菌致癌同源體B1激活的非編碼RNA（BANCR）導致胃癌細胞活力下降、凋亡增加、NF-κb1表達下降，提示BANCR可能通過NF-κb通路參與胃癌的發生發展。研究發現[28]，在胃癌中H19異常上調并通過滅活p53促進胃癌細胞增殖或通過miR-675抑制腫瘤抑制基因RUNX1表達。而Akt/mTOR信號軸受RUNX1調節[14]，并在大多數腫瘤包括胃癌中被激活。因此推測H19可能通過miR-675抑制RUNX1表達，從而激活Akt/mTOR途徑，在胃癌發生中發揮關鍵作用。此外，Notch 1配體表觀遺傳沉默激活Notch 1信號傳導途徑，Notch 1影響胃癌細胞凋亡、增殖及耐藥基因的表達，加劇腫瘤細胞惡化。研究表明[29]lncRNA AK022798參與細胞耐藥性的形成，而AK022798的表達由Notch1調節。因此認為增加lncRNA AK022798的表達水平可激活Notch 1，促進胃癌的發展進程。

5 小結與展望

lncRNA的特征在于其作用機制的復雜性。本文總結了lncRNAs與DNA、RNA和蛋白質及相關轉移信號通路在胃癌發生發展中的相互作用，但具體分子機制的研究尚處于起步階段，有待深入研究。LncRNA作為一種新型的生物標志物，在胃癌的早期診斷、療效、預后評估、及靶向治療等方面有巨大的潛力。較前沿的領域集中于使用外來體、微泡、凋亡小體和凋亡微粒中包含的RNA分子作為生物標志物。相信隨著lncRNA與胃癌相關研究的逐漸深入，胃癌的診斷和治療將能取得新的進展。

[參考文獻]

[1] Li P，Chen S，Chen H，et al. Using circular RNA as a novel type of biomarker in the screening of gastric cancer [J].Clinica Chimica Acta，2015，444：132-136.

[2] Derrien T，Johnson R，Bussotti G，et al.The GENCODE v7 catalog of human long noncoding RNAs：analysis of their gene structure，evolution，and expression [J]. Genome Research，2012，22（9）：1775-1789.

[3] Nina H，Damjan G. Long non-coding RNA in cancer [J]. International Journal of Molecular Sciences，2013，14（3）：4655-4669.

[4] Grote P，Herrmann BG. The long non-coding RNA Fendrr links epigenetic control mechanisms to gene regulatory networks in mammalian embryogenesis [J]. RNA Biol，2013，10（10）：1579-1585.

[5] Xu TP，Liu XX，Xia R，et al. SP1-induced upregulation of the long noncoding RNA TINCR regulates cell proliferation and apoptosis by affecting KLF2 mRNA stability in gastric cancer [J]. Oncogene，2015，34（45）：5648-5661.

[6] Kretz M，Siprashvili Z，Chu C，et al. Control of somatic tissue differentiation by the long non-coding RNA TINCR [J].Nature，2013，493（7431）：231-235.

[7] Yang F，Xue X，Zheng L，et al. Long non-coding RNA GHET1 promotes gastric carcinoma cell proliferation by increasing c-Myc mRNA stability [J]. Febs Journal，2014，281（3）：802-813.

[8] Wang J，Su L，Chen X，et al. MALAT1 promotes cell proliferation in gastric cancer by recruiting SF2/ASF [J]. Biomed Pharmacother，2014，68（5）：557-564.

[9] Zhuang M，Gao W，Xu J，et al.The long non-coding RNA H19-derived miR-675 modulates human gastric cancer cell proliferation by targeting tumor suppressor RUNX1 [J]. Biochemical & Biophysical Research Communications，2014，448（3）：315-322.

[10] Liu XH，Sun M，Nie FQ，et al. Lnc RNA HOTAIR functions as a competing endogenous RNA to regulate HER2 expression by sponging miR-331-3p in gastric cancer [J]. Molecular Cancer，2014，13（1）：92-105.

[11] Hu Y，Wang J，Qian J，et al. Long noncoding RNA GAPLINC regulates CD44-dependent cell invasiveness and associates with poor prognosis of gastric cancer [J]. Cancer Research，2014，74（23）：6890-6902.

[12] Lyu MH，Tang B，Zeng S，et al. Long noncoding RNA BC032469，a novel competing endogenous RNA，upregulates hTERT expression by sponging miR-1207-5p and promotes proliferation in gastric cancer [J]. Oncogene，2015，35（27）：3524-3534.

[13] Zhou X，Ye F，Yin C，et al. The Interaction between MiR-141 and lncRNA-H19 in regulating cell proliferation and migration in gastric cancer [J]. Cellular Physiology & Biochemistry International Journal of Experimental Cellular Physiology Biochemistry & Pharmacology，2015，36（4）：1440-1452.

[14] Tian X，Qi L，Jiang X，et al. Long noncoding RNA associated-competing endogenous RNAs in gastric cancer [J]. Scientific Reports，2014，4：6088-6094.

[15] Liu Y，Sun M，Xia R，et al. LincHOTAIR epigenetically silences miR34a by binding to PRC2 to promote the epithelial-to-mesenchymal transition in human gastric cancer [J]. Cell Death & Disease，2015，6（7）：e1802.

[16] Xu TP，Huang MD，Xia R，et al.Decreased expression of the long non-coding RNA FENDRR，is associated with poor prognosis in gastric cancer and FENDRR，regulates gastric cancer cell metastasis by affecting fibronectin1 expression [J]. Journal of Hematology & Oncology，2014， 7（1）：63-77.

[17] Li T，Mo X，Fu L，et al. Molecular mechanisms of long noncoding RNAs on gastric cancer [J]. Oncotarget，2016，7（8）：8601-8612.

[18] Qi P，Xu MD，Shen XH，et al.Reciprocal repression between TUSC7 and miR-23b in gastric cancer [J]. International Journal of Cancer，2015，137（6）：1269-1278.

[19] Feng Y，Bi J，Xue X，et al. Up-regulated long non-coding RNA H19 contributes to proliferation of gastric cancer cells [J]. Febs Journal，2012，279（17）：3159–3165.

[20] Sun M，Xia R，Jin F，et al. Downregulated long noncoding RNA MEG3 is associated with poor prognosis and promotes cell proliferation in gastric cancer [J]. Tumor Biology，2014，35（2）：1065-1073.

[21] Winkle M，Van d BA，Tayari M，et al. Long noncoding RNAs as a novel component of the Myc transcriptional network [J]. Faseb Journal Official Publication of the Federation of American Societies for Experimental Biology，2015，29（6）：2338-2346.

[22] Zhang E B，Han L，Yin D D，et al. c-Myc-induced，long，noncoding H19 affects cell proliferation and predicts a poor prognosis in patients with gastric cancer [J]. Medical Oncology，2014，31（5）：914-921.

[23] Xu ZY，Yu QM，Du YA，et al.Knockdown of Long Non-coding RNA HOTAIR suppresses tumor invasion and reverses epithelial-mesenchymal transition in gastric cancer [J]. International Journal of Biological Sciences，2013，9（6）：587-597.

[24] Han Y，Ye J，Wu D，et al. LEIGC long non-coding RNA acts as a tumor suppressor in gastric carcinoma by inhibiting the epithelial-to-mesenchymal transition [J]. BMC Cancer，2014，14（1）：1-11.

[25] Terashima M，Tange S，Ishimura A，et al. MEG3 long noncoding RNA contributes to the epigenetic regulation of epithelial-mesenchymal transition in lung cancer cell lines [J]. Journal of Biological Chemistry，2017，292（1）：82-99.

[26] Zhao J，Liu Y，Zhang W，et al. Long non-coding RNA Linc00152 is involved in cell cycle arrest，apoptosis，epithelial to mesenchymal transition，cell migration and invasion in gastric cancer [J]. Cell Cycle，2015，14（19）：3112-3123.

[27] Flockhart RJ，Webster DE，Qu K，et al. BRAFV600E remodels the melanocyte transcriptome and induces BANCR to regulate melanoma cell migration [J]. Genome Research，2012，22（6）：1006-1014.

[28] Kung JT，Colognori D，Lee J T. Long noncoding RNAs：past，present，and future [J]. Genetics，2013，193（3）：651-669.

[29] Hang Q，Sun R，Jiang C，et al. Notch 1 promotes cisplatin-resistant gastric cancer formation by upregulating lncRNA AK022798 expression [J]. Anti-cancer drugs，2015，26（6）：632-640.