LncRNAs在消化系统疾病中的研究进展

周 军 李善高

浙江中医药大学附属第一医院消化内科(310006)

近年来，随着基因测序技术的不断发展，大量长度超过200个核苷酸的长链非编码RNA(long noncoding RNAs, lncRNAs)被发现。研究显示这些lncRNAs虽无或很少有蛋白质编码功能，但能在表观遗传学、转录和转录后水平调控基因表达，广泛参与机体生理和病理过程，与多种疾病有密切联系。近年研究发现lncRNAs在多种消化系统疾病的发生、发展过程中发挥作用，本文在简要介绍lncRNAs基本概念的基础上，对相关研究进展作一综述。

一、lncRNAs的基本结构和功能

LncRNAs占非编码RNA的80%左右，通常由RNA转录酶Ⅱ转录，由于缺乏或只有很少的开放阅读框(ORF)而不能编码蛋白质。根据lncRNAs在基因组中与蛋白质编码基因的相对位置，可大致分为同义lncRNAs、反义lncRNAs、双向lncRNAs、内含子lncRNAs和基因间lncRNAs五类[1]。

较之其他RNA和蛋白质，lncRNAs在结构和功能上有其自身特点：①表达具有组织和时空特异性；②转录水平通常低于蛋白质编码基因，对突变有较大的包容性；③序列较miRNAs长，空间结构更复杂，携带的信息量更丰富，可同时结合多个分子，发挥更广泛的作用；④通过多种途径和机制在多个水平参与调控基因表达，如在表观遗传学水平发挥作用或通过直接结合靶基因激活或抑制其表达；⑤空间结构稳定性较蛋白质差，产生和分解速度较快。

LncRNAs起初被认为是RNA聚合酶Ⅱ转录的副产物，然而近年研究发现其具有广泛的生物学功能，主要功能包括[2-3]：①通过干扰转录因子与基因启动子结合、诱导组蛋白修饰、使染色质发生重构等方式直接影响邻近蛋白编码基因表达；②与蛋白编码基因的转录本形成互补双链，干扰mRNA的剪接或在Dicer酶的作用下产生内源性siRNA以调控基因表达；③募集靶蛋白如PcG蛋白、TrxG蛋白至目的基因，影响基因转录；④通过与蛋白伴侣作用或调节蛋白的亚细胞定位影响蛋白活性；⑤作为结构组分与蛋白质形成核酸蛋白复合物；⑥结合转录抑制复合物后诱导细胞凋亡。

二、lncRNAs与消化系统疾病

某一消化系统疾病中可存在多种lncRNAs表达异常，同一 种lncRNA亦可能存在于不同消化系统疾病中，这些lncRNAs在不同消化系统疾病中的表达水平和作用机制不尽相同，并具有不同的临床意义。

1. lncRNAs与肝癌：在消化系统疾病中，lncRNAs与肝癌关系的研究最多，其中一些lncRNAs有望成为肝癌诊断的特异性指标或治疗靶点。

①HULC(highly up-regulated in liver cancer)：HULC是首个被发现在HCC中特异性过表达的lncRNA。对肝细胞癌(HCC)组织与局灶结节性增生和肝硬化组织的比较显示癌组织中HULC表达增高极为显著，敲除HULC可改变某些HCC相关基因表达[4]。新近研究[5]发现HULC参与了HBV X蛋白(HBx)介导HCC发生的过程，HBx通过上调HULC，进而下调与HULC毗邻的抑癌基因p18而促进HCC细胞增殖，该发现为阐明lncRNAs在HBx致HCC中的作用提供了新的着眼点。Matouk等[6]发现结直肠癌(CRC)肝转移灶中亦存在HULC高表达，同一患者的转移淋巴结、CRC原发灶和正常结直肠组织中均未检测到HULC，表明HULC参与了肝转移癌的形成。HCC患者血浆HULC亦显著增高，并与Edmondson组织学分级和HBV水平呈正相关，提示血浆HULC有望作为HCC诊断和预后评估的生物学标记[7]。

②MALAT-1(metastasis-associated lung adenocarcinoma transcript 1)：MALAT-1在多种实体瘤中表达上调并与肿瘤转移和复发相关。Lai等[8]发现其在HCC细胞和组织标本(包括肝移植后标本)中的表达均上调，MALAT-1高表达的肝移植后患者HCC复发风险显著增加；此外，抑制MALAT-1表达能有效降低HCC细胞的活力和迁移、侵袭力，增加其对细胞凋亡的敏感性，因此MALAT-1有望成为HCC的治疗靶点。

③HOTAIR(Hox transcript antisense intergenic RNA)：HOTAIR在HCC组织中呈高表达并与肿瘤进展相关，与MALAT-1一样是预测HCC患者肝移植后复发的独立预后因子以及HCC的潜在治疗靶点，抑制HOTAIR表达可显著降低HCC细胞的活力和侵袭力并增加其化疗敏感性[9]。Ishibashi等[10]发现较之HOTAIR表达阴性者，HCC原发灶HOTAIR高表达者肿瘤体积较大且预后较差。

④H19：印迹基因H19是较早被发现的与肿瘤相关的lncRNA，在HCC组织中呈高表达，具有原癌基因样作用，可促进癌细胞生长、提高缺氧耐受能力、促进血管生成，有望作为HCC的潜在治疗靶点。熊伟民等[11]的研究显示，在HCC细胞中过表达H19可致癌细胞过度增殖，敲除H19则可明显抑制癌细胞的增殖和侵袭活性。有研究[12]发现姜黄素可抑制多个肿瘤细胞株的H19基因转录，为肝癌治疗药物的研究提供了新思路。

⑤MEG3(maternally expressed gene 3)：MEG3亦为一种印迹基因，是第一个被发现的具有抑癌功能的lncRNA，能显著抑制HCC细胞生长并诱导细胞凋亡。研究[13]显示HCC细胞中的MEG3表达水平较正常肝细胞下调210倍，其表达下调是由启动子甲基化所致，而过表达miR-29a可抑制DNA甲基转移酶，上调MEG3表达，这一发现为研究lncRNAs、miRNAs和表观遗传学对HCC的调控作用提供了线索。

⑥HEIH(high expression in HCC)：对HBV相关HCC与配对癌旁组织间lncRNAs表达谱的比较显示HEIH在癌组织中呈特异性高表达，并与肿瘤复发显著相关，可作为患者生存期的独立预测因子；此外，HEIH在细胞周期调控中亦起关键作用，可能通过与EZH2结合，进而抑制其下游靶基因表达而发挥调控功能，促进肿瘤生长[14]。上述发现表明HEIH在HCC中起原癌基因样作用，是调控HCC进展的重要“枢纽”。

⑦lncRNA-MVIH(lncRNA associated with microvascular invasion in HCC)：lncRNA-MVIH在HCC中呈高表达，与肿瘤微血管侵袭、淋巴结转移以及无复发生存期(RFS)和总生存期降低相关，是预测HCC患者肝切除术后低RFS的独立风险因子，其作用机制可能为通过抑制磷酸甘油酸酯激酶1(PGK1)的分泌激活肿瘤血管生成，可能作为HCC抗血管生成新辅助治疗的潜在靶点[15]。

⑧uc002mbe.2：HCC细胞和组织中的uc002mbe.2表达均显著降低。研究[16]发现组蛋白脱乙酰基酶抑制剂曲古抑菌素A(TSA)在HCC细胞中可强烈诱导uc002mbe.2表达(上调超过300倍)，其诱导表达与TSA的促凋亡效应呈正相关，而敲除uc002mbe.2可显著抑制TSA介导的HCC细胞凋亡，表明此凋亡诱导过程是uc002mbe.2依赖性的，上调uc002mbe.2表达有望成为抗HCC新药研发的思路之一。

2. lncRNAs与胃癌：lncRNAs在胃癌领域的研究尚处于起步阶段。Arita等[17]检测了胃癌患者的血浆lncRNAs水平，发现其H19水平显著高于健康人，并于术后显著降低，提示了H19作为胃癌肿瘤标记物的潜在价值。Xu等[18]的研究发现胃癌组织中HOTAIR表达增高并与肿瘤淋巴结转移和TNM分期显著相关，其高表达提示预后不良，而抑制HOTAIR表达可抑制胃癌细胞的侵袭力并逆转其上皮-间质转化，提示了HOTAIR在胃癌诊治中的应用价值。lncRNA-CCAT1在胃癌组织中亦呈高表达，原癌基因c-Myc可直接结合至CCAT1的启动子区域以上调其表达，而CCAT1异常表达可促进胃癌细胞增殖和迁移，提示c-Myc诱导CCAT1表达在胃癌进展中起重要作用，有望作为胃癌治疗的靶点[19]。

新近研究[20]发现胃癌组织中MEG3表达显著降低并与肿瘤大小、TNM分期和侵袭深度相关，MEG3低表达者预后相对较差，提示其低表达可作为胃癌预后不良的生物学标记；体外实验证实敲除MEG3表达可促进胃癌细胞增殖，过表达则可抑制增殖、促进凋亡并调控抑癌基因p53表达。此外，MEG3的表达可由DNA甲基化调控，调控MEG3表达为胃癌治疗提供了新的思路。AC096655.1-002是又一在胃癌组织中表达下调的lncRNA，其表达与肿瘤淋巴结转移及其分期、远处转移和分化程度显著相关，对胃癌的诊断效能优于血清CEA，可能成为胃癌筛查的生物学标记[21]。

3. lncRNAs与CRC：HOTAIR在CRC中的作用与在HCC和胃癌中类似，参与肿瘤进展、转移并与预后不良相关，可作为肿瘤监测、预防和治疗的靶点。Wu等[22]证实CRC组织中HOTAIR高表达与肿瘤侵袭深度、淋巴结转移和远处转移、组织学分化程度、血管侵袭以及肿瘤分期的进展显著相关，HOTAIR高表达者复发率较低表达者增高，生存期缩短；体外实验显示HOTAIR对CRC细胞的促增殖作用有限，但能显著促进细胞迁移和侵袭，并参与上皮-间质转化。MALAT-1在CRC转移中起关键作用。Xu等[23]通过分析MALAT-1的基因序列，发现其3’端片段在CRC细胞的侵袭和转移过程中发挥重要作用，为相关分子机制的研究提供了新的方向。

OCC-1(overexpressed in colon carcinoma-1)基因转录产物lncRNA-OCC-1在部分CRC组织中表达增高，这部分癌组织的共同特征为具有近二倍体核型，OCC-1高表达可作为此CRC亚型的标记物[24]。PCAT-1(prostate cancer-associated ncRNA transcripts 1)被鉴定为与前列腺癌的进展有关，Ge等[25]分析了该lncRNA与CRC进展的关系，发现64%的CRC组织中PCAT-1表达上调超过50%，其表达与肿瘤远处转移显著相关，PCAT-1高表达者生存期显著短于低表达者，提示其高表达可能作为CRC预后不良的生物学标记。

4. lncRNAs与胃肠道间质瘤(GIST)：GIST中亦可见HOTAIR表达增高，其高表达与肿瘤高风险分级和转移显著相关，敲除其表达可抑制GIST细胞的侵袭性，提示HOTAIR有望成为恶性GIST的生物学标记和治疗靶点[26]。

5. lncRNAs与食管癌：目前关于lncRNAs与食管癌的研究较少，但能确认两者间存在密切联系。HOTAIR能促进食管鳞癌(ESCC)细胞迁移和侵袭，其高表达与预后不良显著相关；分子机制研究显示HOTAIR可通过促进WIF-1基因启动子区域组蛋白H3K27甲基化而抑制其表达，进而激活Wnt/β-catenin信号通路而参与ESCC细胞的转移，HOTAIR/WIF-1轴有可能成为ESCC的治疗靶点[27]。Wu等[28]发现Barrett食管(BE)和食管腺癌(EAC)基因组呈普遍低甲基化，尤其是非编码区域，其中lncRNA-AFAP1-AS1表现为极度低甲基化和高表达，沉默其表达可抑制EAC细胞的增殖、集落形成能力以及迁移和侵袭力并诱导细胞凋亡，表明此lncRNA有成为EAC治疗靶点的潜能。

6. lncRNAs与胰腺癌：HOTAIR在胰腺癌中的高表达、促侵袭和预后不良提示作用与在其他消化系统恶性肿瘤中一致。此外，HOTAIR在胰腺癌细胞中尚能促进细胞增殖和改变细胞周期进程[29]。Liu等[30]发现MALAT-1在胰腺导管腺癌(PDAC)组织中呈高表达，其表达与肿瘤大小、分期和侵袭深度显著相关，高表达者无病生存期相对较短，表明MALAT-1可作为PDAC的预后因子以及诊断和基因治疗靶点。

7. lncRNAs与其他消化系统疾病：Xu等[31]发现在小鼠肝脏再生过程中，lncRNA-LALR1(an lncRNA associated with liver regeneration 1)表达上调可激活Wnt/β-catenin信号通路，通过促进细胞周期蛋白D1表达而促进细胞周期进展，加速肝细胞增殖，人类肝脏中存在与小鼠同源的hLALR1表达，因此靶向LALR1的药物干预可能通过诱导肝脏再生对肝衰竭和肝移植起治疗作用。新近研究[32]发现MALAT-1在胆囊癌组织中的表达显著上调，敲除其表达可显著抑制癌细胞增殖和转移，可能用于胆囊癌的治疗。

三、结语与展望

目前关于lncRNAs与消化系统疾病的研究多集中于肿瘤学方面，随着越来越多的lncRNAs被发现以及相关基因调控机制的揭示，lncRNAs与其他疾病关系的研究将逐渐展开。对 lncRNAs的研究将为多种消化系统疾病发生的预测、诊断和治疗以及预后评估提供有价值的信息，然而这些lncRNAs本身表达异常的机制及其在疾病发生、发展中的确切作用尚待进一步研究。

lncRNAs数量众多，功能复杂，目前所鉴定的功能性lncRNAs仅为生物信息学推测数目中极小的一部分，相关研究亦多处于起步阶段。综合应用分子生物学、蛋白质组学、基因杂交技术、细胞实验、动物实验等手段从多个方面研究特定lncRNA的功能及其调控机制，将有助于提高对消化系统疾病的认识水平，为疾病诊治提供丰富的理论依据。

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