競爭性內源性RNA調控網絡在乳腺癌中的作用研究進展

伍夢妮，陳彥，徐志華

(蘇州大學附屬第一醫院普外科，江蘇 蘇州215006)

乳腺癌是一種常見的惡性腫瘤，具有高發病率和死亡率，占所有女性癌癥的30%[1]。乳腺癌是一種異質性疾病，存在不同的基因組亞型，因此具有不同的臨床預后結果[2]。盡管乳腺癌的預防、診斷和治療取得了進展，但其仍然是女性癌癥相關死亡的主要原因。由基因組編碼的RNA，尤其是非編碼RNA(noncoding RNA,ncRNA)之間的相互調節作用，在乳腺腫瘤發展的不同階段發揮重要作用。

約75%的人類基因組可以編碼功能性的轉錄產物，其中約2%是蛋白轉錄產物，其余大部分屬于非編碼RNA，包括長鏈非編碼RNA(long noncoding RNA，LncRNA)、微小RNA(microRNA，miRNA)、轉錄假基因和環狀RNA(circularRNA, circRNA)[3]。2011年，Salmena等[4]提出競爭性內源性RNA(competing endogeous RNA, ceRNA)假說，指出所有類別的RNA轉錄本之間都存在調控網絡，通過競爭miRNA反應元件的序列識別其靶點，最終導致轉錄后水平RNA的表達和活性受到抑制。miRNA反應元件通常位于編碼序列、5′-非翻譯區以及各種類型RNA的3′-非翻譯區。miRNA與其互補的反應元件相互作用，主要在靶轉錄物的3′-非翻譯區，通過堿基配對或阻斷翻譯抑制靶基因表達。總體而言，不同類型的ceRNA和miRNA之間存在聯系(圖1)，ceRNA網絡在乳腺腫瘤的發生發展中起著關鍵作用。本文針對ceRNA網絡在乳腺癌中的作用作一綜述。

圖1 不同類型的ceRNA和miRNA之間的聯系

1 構成ceRNA網絡的非編碼RNA

1.1 LncRNA

LncRNA是一類長度為0.2～100 kb的非編碼RNA，通過與其他非編碼RNA、mRNA、蛋白質和基因組DNA相互作用從而發揮調節功能。LncRNA擁有多種功能，包括充當信號轉導、支架和海綿作用，在表觀遺傳、轉錄和翻譯等方面發揮重要作用[5]。此外，LncRNA異常高表達或低表達與乳腺癌的發生發展密切相關，尤其在ceRNA網絡中以miRNA為載體的LncRNA，在乳腺癌中表達異常進而影響miRNA表達[6]。

1.2 circRNA

circRNA是特定外顯子或內含子在剪接過程中通過反剪接循環形成的內源性非編碼RNA[7]。細胞中的circRNA含量非常豐富，5.8%～23.0%的人類基因能夠產生circRNA[7]。circRNA的特征包括編碼蛋白質能力、組織中進化保守性、組織中表達特異性和細胞質內的穩定性[8]。circRNA可以通過不同的機制在乳腺癌的發生發展中發揮促癌或抑癌作用，如充當miRNA海綿、與RNA結合蛋白相互作用、調節轉錄以及選擇性剪接和翻譯mRNA等[9]。

1.3 轉錄假基因

假基因是基因組中與編碼基因序列非常相似的非功能性基因組DNA拷貝，含有一些有害的突變如終止密碼子突變、缺失/插入或移碼突變。這些突變阻礙假基因轉化為蛋白質，因此假基因被認為是無功能的殘留物[10]。研究表明，一些假基因可以通過產生內源性小干擾RNA(small interference，siRNA)、反義轉錄物以及阻斷miRNA，對靶基因功能起調節作用[11]。假基因還可通過改變其在ceRNA網絡中對miRNA的結合活性，調節轉錄后靶基因的表達[11]，從而發揮促癌或抑癌作用。

1.4 miRNA

miRNA是由內源基因編碼的長度為20～25個核苷酸的非編碼單鏈RNA分子，其經典生物學功能是通過結合靶基因的3′-非翻譯區下調靶基因在胞質內的表達[12]。LncRNA因其存在內含子片段，長度可達數千核苷酸，為吸附結合大量的miRNA提供了良好的結構基礎。LncRNA通過競爭并結合胞質內大量的miRNA，進而削減miRNA調節靶基因編碼蛋白的能力，二者互為ceRNA關系[13]。因此，miRNA是關聯節點，它的存在和橋接構成了ceRNA，共同組合即是ceRNA網絡。每個miRNA可以靶向許多RNA，反之亦然，每個RNA可以被許多miRNA靶向調控。在乳腺癌的發展過程中，miRNA可調控關鍵促癌或抑癌基因的表達。

2 ceRNA網絡在乳腺癌發病機制中的作用

在乳腺癌發生發展中，ceRNA網絡可影響乳腺癌細胞增殖、遷移和侵襲能力、乳腺癌干細胞維持、血管生成能力和化療耐藥性等[13]。在ceRNA調控網絡中，不同的RNA組成不同的調控軸，包括LncRNA-miRNA-mRNA軸、circRNA-miRNA-mRNA軸、假基因-miRNA-mRNA軸和mRNA-miRNA-mRNA軸等，具有不同的調控功能。

2.1 LncRNA-miRNA-mRNA調節軸

Eades等[14]研究發現，LincRNA-RoR/miR-145/ADP-核糖基化因子6(ARF)6軸是與乳腺癌相關的重要ceRNA調控網絡。該研究表明，LincRNA-RoR通過靶向結合miR-145的3′-非翻譯區，導致ARF6 mRNA過表達，進而抑制E-鈣黏蛋白定位，從而促進三陰性乳腺癌細胞侵襲和轉移。

Chou等[15]研究指出，肺腺癌轉移相關轉錄物1(MALAT1)通過與miR-1結合，引起細胞分裂周期蛋白42(CDC42)表達上調，進而促進乳腺癌細胞遷移和侵襲。由于MALAT1和CDC42的3′-非翻譯區有著相同的miR-1結合序列，二者通過相互關聯的ceRNA網絡在乳腺癌細胞遷移及侵襲中發揮作用。Kong等[16]研究發現，核仁小分子RNA宿主基因5(small nucleolar RNA host gene 5，SNHG15)參與構成SNHG15/miR-211-3p調節軸，其敲除可以顯著抑制乳腺癌細胞增殖、遷移和侵襲以及上皮-間質轉化，并可在體內外誘導乳腺癌細胞凋亡。

Li等[17]研究發現，LncRNA H19通過抑制miR-152表達，進而上調DNA甲基轉移酶1(DNMT1)表達，致乳腺癌細胞增殖和侵襲能力增強。由此表明，miR-152敲低和DNMT1過表達可顯著逆轉H19基因敲除對乳腺癌細胞增殖和侵襲的抑制作用。因此，H19/miR-152/DNMT1軸可能是針對乳腺癌細胞增殖和侵襲的潛在治療靶點。Peng等[18]研究發現，H19的另一個ceRNA功能是通過吸附let-7以維持乳腺癌干細胞的干性特征；H19在乳腺癌細胞中過表達，并通過ceRNA作用抑制miR-let-7表達，導致核心多能性因子LIN28mRNA表達增加，增強乳腺癌干細胞的干性，包括自我更新、菌落形成、球體形成和遷移。

近來，研究發現心肌梗死相關轉錄本(MIAT)在乳腺癌的發生中起重要作用。Luan等[19]研究發現，LncRNA MIAT作為ceRNA，通過吸附miR-155-5p從而上調雙特異性磷酸酶7(DUSP7)表達，進而促進乳腺癌細胞增殖、遷移、侵襲和上皮-間質轉化，尤其是在三陰性乳腺癌亞型中。Yao等[20]研究顯示，LncRNA TP73-AS1作為分子海綿吸附miR-200a，進而上調線粒體轉錄因子A(mitochondrial transcription factor A,TFAM )表達，致乳腺癌細胞增殖、侵襲能力增強，導致患者預后不良。該研究發現，TP73-AS1敲除導致乳腺癌細胞中TFAM蛋白表達水平下降和線粒體DNA拷貝數降低，而抑制miR-200a表達則可逆轉該現象[20]。另有研究發現，TP73-AS1/miR-200a軸存在另一個靶標—E盒鋅指結合蛋白1(ZEB1)mRNA，其通過抑制E-鈣黏蛋白促進乳腺癌細胞遷移[21]。Jiang等[22]研究發現，LncRNA核富集組裝轉錄本1作為ceRNA，通過吸附miR-448進而激活ZEB1表達，從而誘導乳腺癌細胞生長、遷移和侵襲。

2.2 circRNA-miRNA-mRNA調節軸

circGFRA1通過抑制miR-34a表達，進而上調膠質細胞源性神經營養因子受體1(GFRA1) mRNA表達，從而促進三陰性乳腺癌細胞增殖和抑制其凋亡[23]。乳腺癌患者GFRA1高表達與其不良預后相關[24]。由此表明，circGFRA1可能成為三陰性乳腺癌的有效預后生物標志物和治療靶點。最近一項研究通過circRNA測序揭示，circ_0006528通過miR-7-5p-Raf1軸在乳腺癌細胞系對多柔比星的耐藥性中發揮作用[25]；進一步敲低circ_0006528后，發現乳腺癌細胞對多柔比星的敏感性增加。此外，有研究表明[26-27]，miR-7-5p在三陰性乳腺癌IL-6表達誘導轉移過程中，可直接靶向調控Raf1基因，其表達降低在乳腺癌新輔助化療耐藥中起重要作用。

Wang等[28]研究結果表明，circ_000911通過circRNA_000911/miR-449a/Notch1軸在乳腺癌中發揮抑癌作用；乳腺癌組織中circ_000911表達水平降低與患者不良預后相關。此外，該研究證實，作為NF-κB信號調節因子的Notch1表達升高；miR-449a結合的circ_00091呈過表達，進而抑制乳腺癌細胞增殖、侵襲和轉移，同時促進其凋亡[28]。此外，NF-κB信號通路參與調節乳腺癌細胞增殖、黏附和侵襲[29]。

2.3 假基因-miRNA-mRNA調節軸

研究表明，細胞色素P450 4Z2假基因(CYP4Z2P)和細胞色素P450 4Z1(CYP4Z1)通過與多個miRNA包括miR-211、miR-125a-3p、miR-197、miR-204和miR-1226等結合，進而觸發PI3K及ERK1/2信號通路，從而在體內外誘導乳腺癌血管生成[30-31]。蛋白編碼基因CYP4Z1和假基因CYP4Z2P的3′-非翻譯區含有多個靶miRNA的結合位點。CYP4Z2P通過ceRNA作用下調靶miRNA表達水平，進而上調CYP4Z1表達[30]。在乳腺癌組織和細胞系中，這種相互作用的結果是CYP4Z2P和CYP4Z1呈過表達，而miR-211、miR-125a-3p、miR-197、miR-204和miR-1226呈低表達，最終誘導乳腺癌血管生成。另一項研究發現，CYP4Z1和假基因CYP4Z2P可通過抑制雌激素受體陽性乳腺癌中miR-125a-3p表達從而增強CDK3表達，導致乳腺癌細胞對三苯氧胺(TAM)產生耐藥性[31]。

De Martino等[32]研究發現，假基因HMGA1P7通過ceRNA作用抑制miR-15、miR-16、miR-214和miR-761等表達，促進乳腺癌中LncRNA H19和蛋白質編碼基因Igf2表達。在之前研究[33]中，細胞功能實驗發現，假基因HMGA1P6和HMGA1P7這兩個假基因過表達導致HMGA1mRNA和蛋白表達水平增加，敲除則相反。

研究表明，假基因PTENP1通過ceRNA作用結合miR-19b進而上調抑癌基因PTEN表達，從而抑制乳腺癌細胞增殖、遷移和侵襲，促進細胞凋亡[34]。Su等[35]研究發現，PTENP1表達上調可抑制乳腺癌細胞增殖和遷移。由此表明，PTENP1/PTEN/miR-19b調控軸在乳腺癌發展中起抑癌作用。

2.4 mRNA-miRNA-mRNA 調節軸

Yang等[36]首次提出mRNA-miRNA-mRNA ceRNA網絡在乳腺癌發展中的作用，其中，FOXO1mRNA新的非編碼作用與其在乳腺惡性腫瘤中的編碼功能一致，其通過充當miR-9 ceRNA，進而誘導E-鈣黏蛋白表達，從而抑制乳腺癌細胞轉移。

Zheng等[37]在ceRNA調節網絡中揭示了C-X-C趨化因子受體4(CXCR4) mRNA的非編碼功能，CXCR4通過分泌miR-146a，導致TRAF6和EGFR基因表達上調，在乳腺癌中發揮促癌作用。另一項研究表明，miR-146a作為腫瘤抑制因子，通過靶向調控CXCR4和TRAF6以及EGFR表達進而抑制NF-κB信號通路的活性，從而抑制乳腺癌細胞遷移[38]。Wu等[39]在體外和體內實驗中發現，X連鎖凋亡抑制蛋白(XIAP) mRNA 通過分泌miR-29a-5p，進而上調FSCN1表達，從而促進乳腺癌細胞增殖、遷移和侵襲過程。

Jeyapalan等[40]研究發現，CD44mRNA通過其3′-非翻譯區在乳腺癌的發生和血管生成中發揮作用：一方面，CD44mRNA作為ceRNA海綿致miR-216a、miR-330和miR-608失活，致CD44和CDC42蛋白表達增加，從而導致細胞增殖和腫瘤形成受到抑制；另一方面，CD44可以誘導腫瘤細胞凋亡和增加細胞對化療藥物的敏感性。

Li等[41]研究發現，乳腺癌中存在一個與類固醇敏感性調節蛋白相關脂類轉運體結構域13(STARD13)相關的ceRNA網絡，鈣黏蛋白5(CDH5)通過該網絡可抑制乳腺癌轉移。STARD13與CDH5異位高表達通過抑制上皮-間質轉化抑制乳腺癌轉移。此外，Hu等[42]研究發現，半胱氨酸-半胱氨酸趨化因子受體2(CCR2) mRNA通過吸附miR-125b進而上調STARD13表達發揮ceRNA功能，從而抑制乳腺癌細胞轉移。

另一個與STARD13和miR-125b相關的ceRNA網絡，通過STARD13mRNA、腫瘤蛋白53誘導的核蛋白1(TP53INP1)和miR-125b之間的相互調節作用，在阻止乳腺癌細胞轉移中發揮重要作用[43]。在該調節環中，STARD13通過ceRNA作用競爭性結合miR-125b，進而上調TP53INP1mRNA表達，從而抑制乳腺癌細胞轉移。在乳腺癌中，STARD13mRNA還可通過吸附miR-125b，進而上調Bcl-2表達，從而致乳腺癌細胞凋亡[44]。

3 結語

ceRNA網絡涵蓋了RNA系統中各種RNA類別之間的交叉作用，進而參與乳腺癌的發生發展[45]。本文總結概括了乳腺癌中LncRNA、circRNA、假基因和mRNA形成的ceRNA網絡(表1)。不同種類的RNA分子，如mRNA、LncRNA、假基因和circRNA可以在乳腺腫瘤中充當ceRNA[46]，分別構成LncRNA-miRNA-mRNA軸、circRNA-miRNA-mRNA軸、假基因-miRNA-mRNA軸和mRNA-miRNA-mRNA軸，由此揭示乳腺癌發生發展過程中ceRNA網絡的重要作用。失調的ceRNA網絡軸參與乳腺癌發展的多種過程，包括細胞增殖、遷移、侵襲、血管生成和化療耐藥等。