消化系统恶性肿瘤中ceRNA的研究进展

曹金玉，张德元，刘繁荣

竞争性内源性RNA(competing endogenous RNA, ceRNA)假说是由美国哈佛大学医学院Salmena等[1]首先提出，该假说认为lncRNA、mRNA、假基因转录物、环状RNA等各类RNA分子，仅需相同的miRNA应答元件，就能竞争性结合相同的miRNA来调控靶基因，从而调节各自的表达，进一步影响肿瘤细胞的增殖、生长、分化、凋亡等一系列生物学行为[2]。目前研究表明ceRNA与肿瘤密切相关，并影响肿瘤的发生；Salmena等[1]提出的ceRNA假说是研究转录后调控机制的热门方向。现阶段ceRNA的发病机制尚未完全阐述清楚，但有研究发现ceRNA在消化系统肿瘤中发挥重要作用，为ceRNA在肿瘤发生、发展中的机制提供新的诊疗方法。

1 ceRNA假说

microRNA(miRNA)是一类单链且短链的非编码RNA，其长度约为22个核苷酸[3]。miRNA不具备编码蛋白质功能，因此在生物进化过程中属于相对保守的一类分子。miRNA介导的调控机制在真核生物中是一种广泛的转录后调控，影响多种基因转录本[4]。越来越多的研究表明miRNA参与细胞的一系列生理过程，如细胞的增殖、生长、分化、凋亡等，还通过多种典型的信号通路参与疾病(包括消化系统恶性肿瘤)的发生、发展。miRNA反应元件(miRNA response elements, MRE)是指位于mRNA上的miRNA结合的部分互补序列，常可降解靶基因mRNA的表达[1]。一种miRNA可以调控数百个mRNA，而一种mRNA也可以被数百个miRNA所调控，因此miRNA可以调控大部分的转录组[5]。研究发现，当miRNA靶基因的mRNA下调时，将会产生更多游离的miRNA，这些自由的miRNA可以沉默其它更多的靶mRNA[6]。因此，Salmena等[1]提出ceRNA假说，他们认为各类型的RNA分子(lncRNA、mRNA、假基因转录物、环状RNA等)，仅需相同的miRNA应答元件，就能竞争性结合相同的miRNA调控靶基因，从而调节各自的表达，这些RNA分子互称为ceRNA。各类RNA分子组成ceRNA的调控网络，它们之间共有的MRE数量越多，其交流或共同调节某个靶基因的可能性就越大[7]。

2 ceRNA与消化系统肿瘤

ceRNA在许多疾病中均存在差异性表达，特别是在恶性肿瘤中。多数研究表明，ceRNA参与消化系统肿瘤的发生、发展，并发挥非常重要的调控作用。研究ceRNA在食管癌、胃癌、肝细胞癌、结直肠癌等消化系统恶性肿瘤中的具体作用机制，对其早期诊断、靶向治疗及预后均有重大意义。

2.1ceRNA与食管癌全球食管癌的发病率和病死率分别为第8位和第6位[8]。Li等[9]发现cir-ITCH作为ceRNA参与食管癌的发生、发展。cir-ITCH在食管癌中低表达，可降低食管癌细胞的活力，抑制癌细胞的增殖，但是其促进miRNA靶基因ITCH的表达。研究表明，cir-ITCH有多个miRNA结合位点，如miR-7、miR-17和miR-214。其中miR-17已被广泛研究，其在食管癌中是上调的且是可能潜在的预后标志物。ITCH属于E3泛素连接酶中的一员，调节蛋白的稳定性和免疫应答反应，也可促进肿瘤的发生、发展；另外，ITCH基因在典型的信号通路(Wnt/β-catenin pathway)中同样也扮演非常重要的角色。一方面ITCH可通过降解磷酸化的Dvl2抑制Wnt通路，抑制肿瘤的恶化；另一方面可抑制致癌基因(c-Myc)的表达，间接阻止肿瘤的进一步发展。因此，Li等[9]研究表明，食管癌中的cir-ITCH可能属于抑癌因子，通过调控靶基因ITCH的表达，进一步调节Wnt通路来调控肿瘤的生长、发展过程。

2.2ceRNA与胃癌胃癌的发生率男性是女性的2倍[10]，其主要发生在亚洲东部、东欧和南美等一些发达国家。Peng等[11]发现lncRNA MEG3在胃癌组织和癌细胞中均低表达，而MEG3与癌症分期及肿瘤转移有关。研究表明，MEG3可以充作miR-181家族成员的ceRNA，上调BCL-2表达，从而抑制胃癌细胞的增殖、迁移、侵袭过程，进而抑 制胃癌的进一步癌变。此外，MEG3可以影响miR-181在胃癌中的表型变化，但是却未改变miR-181各亚型的表达水平，因此MEG3可通过改变miRNA靶基因的活性来调节miR-181表达。MEG3可作为ceRNA在人类胃癌中扮演着抑癌因子的作用，表明MEG3可能是一个潜在的抗肿瘤标志物。Endo等[12]研究表明HOTAIR在胃癌中表达量明显增高。Liu等[13]认为HOTAIR可作为miR-331-3p的ceRNA，解除对HER-2的抑制作用从而促进转录后水平的调控，提示HOTAIR在胃癌中可能有致癌作用。Song等[14]发现胃癌中lncRNA FER1L4的表达下调。Xia等[15]研究发现FER1L4在胃癌中可竞争性结合miR-106a-5p，进而调控PTEN的表达，参与胃癌的发生、发展。

2.3ceRNA与肝细胞癌肝细胞癌是全球最常见的消化系统恶性肿瘤之一[16]。多数肝细胞癌发生在亚洲和非洲等国家，主要发生在中国[17]。长链非编码RNA HULC是肝细胞癌的重要调控分子，参与肝细胞癌的发生、发展[18-19]。与正常的肝脏组织和肝细胞相比，HULC在肝细胞癌中过表达。HULC可作为miR-200a-3p的ceRNA，上调miR-200a-3p靶基因ZEB1，导致不同程度的上皮细胞-间充质转化，抑制肝细胞癌细胞的凋亡，促进肝细胞癌细胞的增殖、侵袭转移并有利于癌症的继续恶化。上皮细胞-间充质转化在肿瘤的侵袭和转移过程中是极其重要的影响因素。miR-200a-3p是与ZEB1的3’UTR结合位点发挥作用。Li等认为，HULC是被CREB转录激活且像miRNA分子天然海绵一样激活miRNA， IGF2BP也可能参与调控HULC的表达，上调HULC的表达。另外，HULC可通过激活miR-9介导的RXRA信号通路，增加人体内异常的脂质代谢。张德元等[19-20]发现lncRNA-ATB 充当 miR-200家族的ceRNA，竞争性结合miR-200家族成员，上调ZEB1和ZEB2的表达水平，从而诱导肝细胞癌细胞的上皮细胞-间充质转化和侵袭转移过程，导致肝细胞癌患者预后不佳。

2.4ceRNA与结直肠癌结直肠癌是全球发病率和病死率的主要原因，每年发病率均不断地增加，其病死率一直居高不下[21]。Christensen等[22]发现SNHG16在结直肠癌中高表达，能竞争性结合AGO和HuR，同时SNHG16也结合SCD的非翻译区，而SCD参与脂质的合成，提示SNHG16可通过调节某些信号通路影响脂质的异常代谢，进一步促进癌症的发展。Huang等[23]发现CASC2在结直肠癌组织及癌细胞中表达明显降低。一系列的功能实验表明CASC2可竞争性结合miR-18a，缓解miRNA对靶基因PIAS3的抑制作用。此外，Liang等[24]通过生物信息学分析和RNA免疫沉淀反应并结合荧光素酶报告分析，证明H19可充当ceRNA，竞争性结合miR-138和miR-200a，从而抑制vimentin、ZEB1、ZEB2的表达。H19在早期结直肠癌组织和癌细胞中过表达，而H19则明显促进上皮细胞-间充质转化过程，且加速体内外肿瘤的生长。Tay等[25]证实PTEN可通过ceRNA转录后调控模式调控多种基因(VAPA、CNOT6L、SERINC1等)的表达，从而导致结肠癌的发生。这些研究发现提示ceRNA的转录后调控模式在结直肠癌发生、发展中具有重大意义，具体机制有待我们进一步深入分析。

2.5ceRNA与其他消化系统恶性肿瘤目前，ceRNA在其他消化系统恶性肿瘤中也有一些报道。如Gao等[26]发现胰腺癌中ROR可充当miR-145的ceRNA，调节转录因子Nanog的表达，因而影响胰腺癌的预后。胆囊癌中MALAT1不仅可作为miR-363-3p的ceRNA[27]，还可作为miR-206的ceRNA[28]，通过两种不同的途径参与调控胆囊癌的发生、发展。因此，ceRNA在其他消化系统恶性肿瘤中发挥着抑癌或者致癌的作用，有望我们进一步研究。

3 总结

随着科技水平及分子生物学的不断发展，各类型的RNA分子充当ceRNA的模式逐渐为人们所熟知。虽然目前ceRNA假说的研究还处于初始阶段，但是已向我们展示了新的转录后调控模式，让我们对转录组调控有新的认识。研究表明，ceRNA在多种消化系统恶性肿瘤中均有差异性表达，但关于ceRNA在消化系统恶性肿瘤中的研究报道仍较少，有待我们进一步研究，并深入探索其在肿瘤中具体的调控机制和具体的靶基因，为疾病的早期诊断、基因靶点治疗和预后提供新的思路和研究方向。

[1] Salmena L, Poliseno L, Tay Y,etal. A ceRNA hypothesis: the rosetta stone of a hidden RNA language?[J]. Cell, 2011,146(3):353-358.

[2] Tay Y, Rinn J, Pandolfi P P,etal. The multilayered complexity of ceRNA crosstalk and competition[J]. Nature, 2014,505(7483):344-352.

[3] Sanchez-Mejias A, Tay Y. Competing endogenous RNA networks: tying the essential knots for cancer biology and therapeutics[J]. J Hematol Oncol, 2015,8:30.

[4] Su X, Xing J, Wang Z,etal. MicroRNAs and ceRNAs: RNA networks in pathogenesis of cancer[J]. Chin J Cancer Res, 2013,25(2):235-239.

[5] Ergun S, Oztuzcu S. Oncocers: ceRNA-mediated cross-talk by sponging miRNAs in oncogenic pathways[J]. Tumour Biol, 2015,36(5):3129-3136.

[6] Arvey A, Larsson E, Sander C,etal. Target mRNA abundance dilutes microRNA and siRNA activity[J]. Mol Syst Biol, 2010,6(1):363.

[7] Karreth F A, Pandolfi P P. CeRNA cross-talk in cancer: when ce-bling rivalries go awry[J]. Cancer Discov, 2013,3(10):1113-1121.

[8] Sakai N S, Samia-Aly E, Barbera M,etal. A review of the current understanding and clinical utility of miRNAs in esophageal cancer[J]. Semin Cancer Biol, 2013,23(6 Pt B):512-521.

[9] Li F, Zhang L, Li W,etal. Circular RNA ITCH has inhibitory effect on ESCC by suppressing the Wnt/beta-catenin pathway[J]. Oncotarget, 2015,6(8):6001-6013.

[10] Jemal A, Bray F, Center M M,etal. Global cancer statistics[J]. CA Cancer J Clin, 2011,61(2):69-90.

[11] Peng W, Si S, Zhang Q,etal. Long non-coding RNA MEG3 functions as a competing endogenous RNA to regulate gastric cancer progression[J]. J Exp Clin Cancer Res, 2015,34:79.

[12] Endo H, Shiroki T, Nakagawa T,etal. Enhanced expression of long non-coding RNA HOTAIR is associated with the development of gastric cancer[J]. PLoS One, 2013,8(10):e77070.

[13] Liu X H, Sun M, Nie F Q,etal. Lnc RNA HOTAIR functions as a competing endogenous RNA to regulate HER2 expression by sponging miR-331-3p in gastric cancer[J]. Mol Cancer, 2014,13:92.

[14] Song H, Sun W, Ye G,etal. Long non-coding RNA expression profile in human gastric cancer and its clinical significances[J]. J Transl Med, 2013,11:225.

[15] Xia T, Chen S, Jiang Z,etal. Long noncoding RNA FER1L4 suppresses cancer cell growth by acting as a competing endogenous RNA and regulating PTEN expression[J]. Sci Rep, 2015,5:13445.

[16] Yang J D, Roberts L R. Hepatocellular carcinoma: a global view[J]. Nat Rev Gastroenterol Hepatol, 2010,7(8):448-458.

[17] McClune A C, Tong M J. Chronic hepatitis B and hepatocellular carcinoma[J]. Clin Liver Dis, 2010,14(3):461-476.

[18] Li S P, Xu H X, Yu Y,etal. LncRNA HULC enhances epithelial-mesenchymal transition to promote tumorigenesis and metastasis of hepatocellular carcinoma via the miR-200a-3p/ZEB1 signaling pathway[J]. Oncotarget, 2016,7(27):42431-42446.

[19] 张德元，曹金玉，刘繁荣. 竞争性内源RNA在肝癌中的研究进展[J]. 临床与实验病理学杂志, 2016,32(10):1145-1148.

[20] Yuan J H, Yang F, Wang F,etal. A long noncoding RNA activated by TGF-beta promotes the invasion-metastasis cascade in hepatocellular carcinoma[J]. Cancer Cell, 2014,25(5):666-681.

[21] McNair A G, Whistance R N, Forsythe R O,etal. Core outcomes for colorectal cancer surgery: a consensus study[J]. PLoS Med, 2016,13(8):e1002071.

[22] Christensen L L, True K, Hamilton M P,etal. SNHG16 is regulated by the Wnt pathway in colorectal cancer and affects genes involved in lipid metabolism[J]. Mol Oncol, 2016,17(6):1-17.

[23] Huang G, Wu X, Li S,etal. The long noncoding RNA CASC2 functions as a competing endogenous RNA by sponging miR-18a in colorectal cancer[J]. Sci Rep, 2016,6:26524.

[24] Liang W C, Fu W M, Wong C W,etal. The lncRNA H19 promotes epithelial to mesenchymal transition by functioning as miRNA sponges in colorectal cancer[J]. Oncotarget, 2015,6(26):22513-22525.

[25] Tay Y, Kats L, Salmena L,etal. Coding-independent regulation of the tumor suppressor PTEN by competing endogenous mRNAs[J]. Cell, 2011,147(2):344-357.

[26] Gao S, Wang P, Hua Y,etal. ROR functions as a ceRNA to regulate Nanog expression by sponging miR-145 and predicts poor prognosis in pancreatic cancer[J]. Oncotarget, 2016,7(2):1608-1618.

[27] Wang S H, Zhang W J, Wu X C,etal. The lncRNA MALAT1 functions as a competing endogenous RNA to regulate MCL-1 expression by sponging miR-363-3p in gallbladder cancer[J]. J Cell Mol Med, 2016,15(7):1-10.

[28] Wang S H, Zhang W J, Wu X C,etal. Long non-coding RNA Malat1 promotes gallbladder cancer development by acting as a molecular sponge to regulate miR-206[J]. Oncotarget, 2016,13(5):37857-37867.