長鏈非編碼RNA BCYRN1與相關疾病的研究進展①

李泳興 馬武華 王勇 莊月容 鐘鳴

（廣州中醫藥大學第一附屬醫院，廣州 510405）

真核生物轉錄組全基因組分析的研究進展表明，人類基因組中高達90%被轉錄。然而，蛋白質編碼基因的外顯子僅覆蓋基因組的2.94%，其余的轉錄為非編碼RNA（non-coding RNAs，ncRNAs）［1］。根據核苷酸長度，調控性ncRNAs一般分為兩類。少于200個核苷酸通常被稱為小非編碼RNA（short/small non-coding RNAs），包括microRNAs（miRNAs）；大于200個核苷酸的被稱為長鏈非編碼RNA（long non-coding RNAs，lncRNAs）［2］。lncRNAs可通過調節蛋白質的表達在多種生物學過程中發揮重要作用，隨著近年來對lncRNAs研究的不斷加深，lncRNAs與疾病相關的新證據和機制被不斷發現，有助于幫助人們更好地理解相關疾病的病因和治療機制［3］。

lncRNA在許多疾病中都起著重要作用。腦細胞質RNA1（brain cytoplasmic RNA1，BCYRN1，也稱作BC200）是一種含有200個核苷酸的長鏈非編碼RNA，由位于人類2號染色體上鈣調蛋白2（CALM2）和上皮細胞黏附分子（EPCAM）的蛋白質編碼基因之間的基因位點轉錄而來。在大腦中高水平表達，同時在多種腫瘤中表達增高［4］。本文主要對BCYRN1與神經系統、呼吸系統和腫瘤等疾病的相關機制進行綜述。

1 BCYRN1相關結構特點與功能

PATRYCJA等［5］在基于實驗和生物信息學共同驗證人類BCYRN1的二級和三級結構時發現BCYRN1的二級結構被分解為27個結構基序（包括內部3通和4通的連接環、11個環、3個莖和1個單鏈）。RHAU是一種依賴ATP的RNA解旋酶，對DNA和RNA中的四倍體結構具有很高的親和力。BOOY等［6］已鑒定出BCYRN1是在RHAU免疫沉淀的基礎上特別富集的。BOOY等［7］在蛋白質/RNA相互作用位點用一系列RNA截斷變短試驗進行定位，揭示了涉及5'Alu域、富含3'A或富含3'C區域的3種不同的相互作用模式。進一步分析發現了CSDE1（cold shock domain-containing E1，包含E1的冷休克域）和BCYRN1之間的直接相互作用以及絲氨酸/蘇氨酸激酶受體相關蛋白（serine/threonine kinase receptor associated protein，STRAP）通 過 與CSDE1異源二聚化間接結合到BCYRN1上。綜合分析發現，BCYRN1核糖核蛋白與CSDE1具有相互調節功能。

BCYRN1的功能主要是作為調節劑在神經元樹突后抑制翻譯過程起作用，JANG等［8］對BCYRN1進行了系統的區域解剖分析，并研究了不同RNA變體在體外抑制熒光素酶mRNA翻譯的能力。研究發現，由部分Alu結構域以及富含A/C的結構域組成的111~200個核苷酸區域對于翻譯抑制最為有效。富含A、富含A/C和Alu的單個結構域可以增強翻譯，但是每個域的翻譯水平不同，并且這些增強作用表現為依賴于5'端帽的翻譯。

KIM等［9］在研究BCYRN1的生物合成時發現BCYRN1 RNA的高效轉錄需要內部和上游啟動子元件。此研究通過缺失分析發現上游-100 bp區域對HeLa細胞BCYRN1 RNA的瞬時轉錄至關重要，通過瞬時轉染實驗發現外源性BCYRN1 RNA啟動子的轉錄活性隨癌細胞類型的不同而發生變化。BCYRN1轉錄復合物與上游100 bp序列中的一個廣泛區域相互作用，至少存在兩個轉錄因子結合位點，位于-100和-36之間的位點以及位于-35和-6之間的位點。后一個結合位點與下游的內部啟動子緊密相關。

在 腫 瘤BCYRN1的 研 究 中，SHIN等［10］發 現BCYRN1 RNA可能在癌細胞中被修飾，轉變為具有腫瘤特性BCYRN1 RNA。此研究發現，BCYRN1 RNA序列由于在內部富含A的區域插入多個腺嘌呤核苷酸，在癌細胞中具有高度異質性。腺嘌呤核苷酸的插入增強了BC200 RNA介導的翻譯抑制。

2 BCYRN1與相關系統疾病

2.1 BCYRN1與神經系統相關疾病BCYRN1是源于腦細胞質的RNA，因此BCYRN1與神經系統疾病密切相關，包括膠質瘤、星形細胞瘤、帕金森病、腦卒中和阿爾茨海默病（alzheimer's disease，AD）等神經系統疾病。

BCYRN1基因的上調可促進膠質瘤細胞的增殖、遷移和侵襲。研究表明BCYRN1在體外促進膠質瘤細胞增殖、侵襲和遷移。從機制上講，BCYRN1在膠質瘤中的表達上調，就像海綿一樣隔離內源性腫瘤抑制因子miR-125a-5p并進一步增加其內源性靶點TAZ的表達。YU等［11］研究表明BCYRN1是一種新的癌基因，也是膠質瘤治療的新靶點。LIU等［12］研究認為，BCYRN1的表達下調與人腦膠質瘤細胞的壞死相關。ZHENG等［13］使用Subpathway?LNCE的方法（專門設計用來識別lncRNA在疾病中競爭性調節功能的方法），鑒定出BCYRN1為有效的腦卒中生物標志物。ZHANG等［14］通過體外敲除和過度表達BCYRN1來研究細胞周期蛋白D1（CCND1）的生物學功能，研究發現BCYRN1通過影響細胞周期蛋白D1從而影響星形細胞瘤的病理分級和增殖活性。

MARKI等［15］研究發現位于BCYRN1基因下游的rs13388259基因間多態性的稀有等位基因在帕金森病患者中的頻率明顯高于對照組。rs13388259多態性可能干擾轉錄因子HNF4A的結合親和力，導致靶基因如BCYRN1的異常表達。約有50個基因與帕金森病的發病機制有關，其中BCYRN1的表達差異較明顯。

越來越多研究證明BCYRN1表達的改變與AD相關，有研究發現，BCYRN1在正常衰老大腦額葉皮質中下降，而在AD患者中增加，發病的嚴重程度隨著BCYRN1水平的增加而增加［16］。BCYRN1的上調與對應的大腦功能區域相關，同時與臨床癡呆癥評分相符，這些區域的相對BCYRN1表達量隨著AD的進展而增加。在疾病晚期，BCYRN1在核周通常呈簇狀分布，表現出樹突的丟失伴隨著BCYRN1在體細胞中過度表達。BCYRN1的定位改變和過度表達可能是由AD神經元突觸樹突退化的反應性代償改變導致［17］。

2.2 BCYRN1與呼吸系統相關疾病BCYRN1在呼吸系統里的研究主要局限在支氣管哮喘和肺癌等疾病上。lncRNAs通過調節蛋白質的表達在多種生物學過程中發揮重要作用。支氣管哮喘是一種影響全球眾多人群的慢性氣道炎癥性疾病，具有慢性氣道炎癥和氣道重塑的免疫病理學特征。氣管平滑肌是氣道重塑的重要機制之一。BCYRN1在原發性氣管平滑肌細胞中調節失衡，可能起到miRNA“海綿”的作用［3］。BCYRN1基因過度表達增加了大鼠哮喘模型中的氣管平滑肌細胞增殖和遷移。通過RNA下拉實驗和RIP分析，發現BCYRN1可以通過提高瞬時受體電位1（TRPC1）的穩定性來上調TRPC1的蛋白水平［18］。張曉宇等［19］發現哮喘組大鼠氣管平滑肌細胞中BCYRNl相對表達水平顯著高于對照組，PDGF-BB處理的氣管平滑肌細胞中BCYRN1相對表達水平也顯著高于對照組，下調BCYRN1表達可以降低哮喘大鼠的吸氣阻力和呼氣阻力。ZHANG等［20］通過研究哮喘大鼠氣道平滑肌細胞增殖和遷移的影響機制發現miR-150抑制BCYRN1的表達，同時在轉染miR-150抑制劑的氣管平滑肌細胞實驗中得到了證實。而五味子素B增加miR-150的表達，降低BCYRN1的表達，miR-150可抑制BCYRN1的表達，即五味子素B可以通過miR-150調節BCYRN1。此研究表明BCYRN1在哮喘氣管平滑肌細胞的異常增殖和遷移中發揮重要作用。

BCYRN1在非小細胞肺癌（NSCLC）組織和細胞中高表達。曾曉等［21］以74例非小細胞肺癌患者作為研究對象，采用實時定量PCR方法檢測兩組人群血清中BCYRN1的表達。發現BCYRN1在NSCLC患者血清中高表達，并且高表達BCYRN1與NSCLC患者不良預后密切相關，可作為NSCLC的新型生物標志物和診斷靶標。在分子機制上，LANG等［22］研究發現，BCYRN1通過調節非小細胞肺癌的miR?149/PKM2軸促進糖酵解和腫瘤進展。BCYRN1誘導非小細胞肺癌細胞糖酵解并上調丙酮酸激酶M1/2（PKM2）的表達水平。此外，BCYRN1可調節miR-149的表達水平，miR-149抑制劑減輕了si-BCYRN1對葡萄糖消耗和乳酸生成的影響。BCYRN1基因敲除和miR-149的過表達可抑制了這兩個過程。研究發現BCYRN1通過調節miR-149和PKM2參與非小細胞肺癌的糖酵解、增殖和侵襲。GAO等［23］研究發現lncRNA BCYRN1通過PI3K/AKT途徑調節非小細胞肺癌細胞的增殖和順鉑耐藥性。

2.3 BCYRN1與腫瘤以前的研究認為，BCYRN1除了靈長類動物的神經系統外，在正常組織中沒有檢測到［24］，但是近年來隨著對BCYRN1研究的深入，發現其不僅在神經系統組織檢測到，在某些腫瘤和其他疾病組織中也檢測到其表達的增高。在腫瘤中，除了以上提到的肺癌外，還發現在胃癌、宮頸癌、乳腺癌、大腸癌、肝細胞癌和口腔鱗狀細胞癌等腫瘤組織中BCYRN1的表達也是升高的［25］。SHIN等［26］認為BCYRN1已成為一種新興的腫瘤治療靶點和診斷標志物。

在BCYRN1啟動子區有一個癌基因c-MYC結合位點，HU等［27］研究中發現，在非腫瘤肺組織中觀察到低水平但可檢測到的BCYRN1。BCYRN1作為c-MYC的靶基因，通過一條未知的途徑介導非小細胞肺癌細胞株A549的遷移和侵襲。BCYRN1在一定程度上影響了基質金屬蛋白酶MMP9和MMP13的表達，從而介導了非小細胞肺癌細胞的遷移和侵襲。

LU等［28］研究發現早期胃癌組織與血漿中BCYRN1的表達水平呈顯著正相關，研究提示BCYRN1可作為早期胃癌的潛在診斷標志物。REN等［29］研究發現BCYRN1在胃癌樣本中顯著上調，其表達與腫瘤TNM分期晚期和腫瘤大小呈正相關。在功能上，用siRNA敲除BCYRN1后可抑制胃癌細胞株AGS細胞增殖，使細胞分裂停止在G1/G0細胞周期，并且增加細胞凋亡，降低AGS細胞的遷移能力。研究表明BCYRN1的高表達是胃癌進展中的潛在風險因素，并可能成為胃癌的潛在治療靶點。

研究發現BCYRN1在宮頸癌組織中表達上調。PENG等［30］在3種人宮頸癌細胞系（SiHa、HeLa和CaSki）中也檢測到BCYRN1水平升高，小干擾RNA（siRNA）轉染HeLa細胞后，BCYRN1的表達受到抑制。BCYRN1的沉默顯著降低了細胞活力和運動能力。同時，使用熒光素酶報告分析發現BCYRN1和miR-138之間有靶向關聯。在裸鼠體內實驗證實BCYRN1 siRNA能夠抑制腫瘤生長、降低金屬蛋白酶2（MMP-2）和血管內皮細胞生長因子的表達以及升高miR-138的表達水平。這些結果表明lncRNA BCYRN1通過靶向調控miR-138促進宮頸癌的增殖和侵襲。

MARIA等［31］對有生育經歷的和無生育經歷的絕經后女性的正常乳腺進行測序分析，發現BCYRN1在未生育婦女的乳腺細胞中以及乳腺癌細胞中表達增加，在體外實驗中發現過表達BCYRN1時乳腺癌細胞增殖、遷移和侵襲增加，在體內實驗中過表達BCYRN1時會增加腫瘤的大小。

BCYRN1在大腸癌中表達明顯上調，高表達的BCYRN1促進了大腸癌患者的腫瘤轉移，預后較差。YU等［32］在體外研究發現，小干擾RNA si-BCYRN1下調BCYRN1表達可顯著抑制大腸癌細胞的侵襲和遷移，BCYRN1是參與大腸癌進展的一個新的因子，是一個潛在的生物標志物和治療靶點。

BCYRN1與肝癌患者生存率降低有關，并促進腫瘤細胞的生長和轉移。TAN等［33］研究發現肝細胞癌組織中BCYRN1的表達水平高于癌旁組織，BCYRN1對肝癌細胞株HepG2細胞的增殖和遷移有影響。同時，BCYRN1影響c-Myc蛋白的表達，BCYRN1的過度表達降低了Bcl-xL蛋白的表達，增加了Bax蛋白的表達。這項研究提示BCYRN1可能在肝癌中起重要作用。DING等［34］進行了一系列實驗，表明BCYRN1的過度表達顯著加快了肝細胞癌細胞的生長、克隆形成和運動能力。MING等［35］采用微陣列數據挖掘、計算生物學和實驗驗證相結合的綜合策略，發現BCYRN1在肝細胞癌中表達上調，其表達與肝細胞癌患者的腫瘤轉移和生存率降低呈正相關，BCYRN1是一種潛在的診斷和預后的生物標志物，并為肝癌的病因研究提供了一個新的視角。

2.4 BCYRN1與其他系統疾病BCYRN1與其他系統疾病的相關研究也主要集中在對應的腫瘤研究上，除了腫瘤外，還有少數如精神疾病、免疫系統疾病等研究。MIR等［36］對一群多種神經精神疾病患者進行基因分型，其中發現53例缺陷多動障礙（ADHD）與BCYRN1的表達異常有關。同時，ILHAM等［37］發現BCYRN1與自身免疫性疾病（系統性紅斑狼瘡）的發病機制相關。在PETRA等［38］的研究中，恒河猴接種了人類變種Creutzfeldt-Jakob病（vCJD）的病毒，盡管恒河猴病毒感染嚴重，但是發現BCYRN1的轉錄和編輯并未受到影響，因此，BCYRN1與病毒感染相關研究結論仍然不明確。

3 總結

近年來隨著長鏈非編碼RNA研究的不斷加深，相關研究發現BCYRN1在腫瘤、神經系統疾病、呼吸系統疾病等相關疾病中高表達以后，BCYRN1在以上疾病的重要性及相關作用機制被逐步發現。不斷有新的研究發現BCYRN1可作為疾病早期診斷和治療的靶點，但具體作用機制仍然相對缺乏或不夠明確，需要進行更多更深入的研究。