余 捷 薛寒冰

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院消化內(nèi)科 上海市消化疾病研究所(200001)

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·綜 述·

非編碼RNA在Barrett食管中作用的研究*

余 捷 薛寒冰#

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院消化內(nèi)科 上海市消化疾病研究所(200001)

非編碼RNA(ncRNA)是一類(lèi)不編碼蛋白質(zhì)的RNA，在人體生長(zhǎng)發(fā)育和疾病發(fā)生發(fā)展等過(guò)程中起重要作用。Barrett食管(BE)為食管腺癌的癌前病變。多項(xiàng)研究表明，ncRNA在疾病的診斷、治療和藥物靶向設(shè)計(jì)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。本文就ncRNA(主要是微RNA、長(zhǎng)鏈非編碼RNA和環(huán)狀RNA)在BE發(fā)生、發(fā)展和癌變過(guò)程中的作用作一綜述。

Barrett食管； RNA，未翻譯； 微RNAs； 長(zhǎng)鏈非編碼RNA； 環(huán)狀RNA

Barrett食管(BE)是指食管下端復(fù)層鱗狀上皮被化生的單層柱狀上皮所替代的一種病理現(xiàn)象，可伴或不伴腸上皮化生，其中伴腸上皮化生者屬于食管腺癌(EAC)的癌前病變[1]。2015年ACG指南將腸上皮化生列為診斷BE的必要條件[2]。BE是公認(rèn)的可導(dǎo)致EAC的最重要危險(xiǎn)因素，其發(fā)展為EAC的危險(xiǎn)性是普通人群的30～125倍[3]。EAC的發(fā)生一般經(jīng)歷“正常食管鱗狀上皮-反流性食管炎-柱狀上皮化生(BE)-輕度異型增生-重度異型增生-EAC”的過(guò)程[4]。多項(xiàng)研究[5-7]顯示BE發(fā)病率呈逐年上升的趨勢(shì)，早期診斷和治療BE對(duì)改善其不良預(yù)后有重要作用。

非編碼RNA(ncRNA)是一類(lèi)不能編碼蛋白質(zhì)的功能性RNA分子，可分為管家ncRNA和調(diào)控ncRNA。其中調(diào)控ncRNA按長(zhǎng)度可分為短鏈ncRNA(sncRNA)和長(zhǎng)鏈ncRNA(lncRNA)，前者包括微RNA(miRNA)、小干擾RNA(siRNA)、Piwi蛋白結(jié)合RNA(piRNA)等，后者包括核糖體RNA(rRNA)、轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(tRNA)、核小RNA(snRNA)、核仁小RNA(snoRNA)等[8-9]。在人類(lèi)基因組的30億個(gè)堿基對(duì)中，約75%的基因組序列能被轉(zhuǎn)錄成RNA，其中74%的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物是ncRNA[10]。以往這些ncRNA因不能編碼和翻譯成蛋白質(zhì)而被認(rèn)為是“垃圾RNA”，但隨著基因組學(xué)和生物信息學(xué)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)越來(lái)越多的ncRNA在表觀遺傳學(xué)修飾中扮演重要角色，可在基因組和染色體水平對(duì)基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控[11]。眾多ncRNA間可能存在復(fù)雜、交互的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，參與細(xì)胞生長(zhǎng)、分化和凋亡[12]。本文就ncRNA在BE發(fā)生、發(fā)展和癌變過(guò)程中的作用作一綜述。

一、miRNA

miRNA是一類(lèi)在動(dòng)植物中廣泛存在、高度保守的單鏈小分子ncRNA，長(zhǎng)度約為18～25 nt，能與AGO蛋白等結(jié)合形成沉默復(fù)合物，通過(guò)反向互補(bǔ)序列與靶基因mRNA的3’端非翻譯區(qū)結(jié)合，促進(jìn)其降解或抑制其翻譯，進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞的增殖、分化和凋亡[13-16]。miRNA在不同組織中的差異表達(dá)對(duì)BE和EAC的診斷、治療和預(yù)后評(píng)估有重要意義。

Wijnhoven等[17]發(fā)現(xiàn)，柱狀上皮組織中miRNA-21/143/145/194/215表達(dá)顯著高于正常鱗狀上皮組織，miRNA-203/205表達(dá)顯著低于后者，EAC組織中miRNA-143/145/215表達(dá)低于BE組織，說(shuō)明miRNA的特異性表達(dá)可能與食管上皮病變有關(guān)，特定miRNA表達(dá)失調(diào)可能參與了食管黏膜化生和腫瘤形成過(guò)程。研究[18]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)敲除miRNA-143/145的作用靶點(diǎn)纖維束蛋白同源物1(FSCN1)基因后，食管鱗癌細(xì)胞的增殖和浸潤(rùn)受到抑制，提示miR-143/145可作為食管癌早期診斷和預(yù)后判斷的潛在生物標(biāo)記物。van Baal等[19]發(fā)現(xiàn)miRNA-145可通過(guò)轉(zhuǎn)錄因子GATA6來(lái)調(diào)節(jié)骨形態(tài)發(fā)生蛋白4(BMP4)信號(hào)通路，進(jìn)而調(diào)控BE的發(fā)生和發(fā)展。Matsuzaki等[20]發(fā)現(xiàn)，過(guò)表達(dá)的miRNA-221/222可與細(xì)胞周期蛋白依賴(lài)性激酶抑制因子p27Kip1mRNA的3’端非翻譯區(qū)結(jié)合，抑制后者翻譯，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄因子尾型同源盒基因2(CDX2)降解，從而參與BE進(jìn)展為EAC的過(guò)程。

由此可見(jiàn)，BE癌變風(fēng)險(xiǎn)與miRNA-21/221/222表達(dá)水平呈正相關(guān)，而與miRNA-203/205水平呈負(fù)相關(guān)。miRNA-143/145/215過(guò)表達(dá)可作為臨床診斷BE的潛在分子生物學(xué)指標(biāo)，可有效提高BE的診斷準(zhǔn)確率。

二、lncRNA

lncRNA是一類(lèi)長(zhǎng)度>200 nt的ncRNA，能在染色體、染色質(zhì)、轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)錄后等多個(gè)水平，通過(guò)表觀遺傳修飾(DNA甲基化和組蛋白修飾)、染色體重構(gòu)、作為miRNA前體、序列互補(bǔ)或空間結(jié)構(gòu)互作等多種途徑參與基因的表達(dá)調(diào)控[21]。

Sun等[22]發(fā)現(xiàn)，lncRNA GClnc1表達(dá)在胃癌從輕度-中度-重度癌前病變的發(fā)展過(guò)程中逐漸升高，GClnc1過(guò)表達(dá)參與胃癌發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移。進(jìn)一步機(jī)制探索發(fā)現(xiàn)，GClnc1作為腳手架分子，可影響組蛋白修飾分子WDR5和KAT2A的結(jié)合及其對(duì)組蛋白的修飾，進(jìn)而調(diào)控下游基因表達(dá)。說(shuō)明GClnc1可作為獨(dú)立的生物標(biāo)記物預(yù)測(cè)胃癌的發(fā)生和預(yù)后，并為抗腫瘤新藥的研發(fā)提供了新思路。

Wu等[23]發(fā)現(xiàn)肌動(dòng)蛋白纖維相關(guān)蛋白1-反義RNA1(AFAP1-AS1)在BE、EAC組織和EAC細(xì)胞中過(guò)表達(dá)，通過(guò)siRNA沉默其表達(dá)可抑制腫瘤細(xì)胞增殖、浸潤(rùn)和遷移，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Yang等[24]發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞核因子1同源異形框A-反義RNA1(HNF1A-AS1)在原發(fā)性EAC中過(guò)表達(dá)，敲除該基 因可抑制細(xì)胞進(jìn)入S期，從而抑制腫瘤細(xì)胞浸潤(rùn)和增殖。

由此可見(jiàn)，lncRNA AFAP1-AS1和HNF1A-AS1過(guò)表達(dá)可能在BE和EAC的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中扮演重要角色，提示其有望作為BE和EAC治療的特異性標(biāo)記物和潛在分子靶點(diǎn)。

三、circRNA

circRNA大量存在于真核細(xì)胞中，多數(shù)來(lái)源于外顯子，少部分由內(nèi)含子直接環(huán)化形成[25]，具有一定的組織、時(shí)序和疾病特異性。由于circRNA環(huán)狀封閉的特性，不易被核酸外切酶剪切并降解，具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性，能在細(xì)胞中長(zhǎng)期穩(wěn)定存在。Guarnerio等[26]發(fā)現(xiàn)， circRNA可因癌癥基因組重排而發(fā)生異常融合，從而促進(jìn)腫瘤的發(fā)生、發(fā)展，提示靶向作用于融合circRNA的藥物研發(fā)可能是癌癥治療的新策略。circRNA分子富含miRNA應(yīng)答元件，可充當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA，與miRNA結(jié)合，解除miRNA對(duì)靶基因的抑制作用，上調(diào)靶基因的表達(dá)水平[27-28]。研究[27]還發(fā)現(xiàn)circRNA小腦變性相關(guān)蛋白1反義轉(zhuǎn)錄物(CDR1as)包含63個(gè)高度保守的miRNA-7結(jié)合位點(diǎn)，通過(guò)吸附miRNA-7有效解除后者對(duì)靶基因的抑制作用，促進(jìn)靶基因表達(dá)，從而影響大腦發(fā)育。然而，目前尚未見(jiàn)BE相關(guān)circRNA的報(bào)道。

四、其他ncRNA

超保守區(qū)轉(zhuǎn)錄子(T-UCR)是基因組中超高保守區(qū)域(UCR)轉(zhuǎn)錄形成的一類(lèi)lncRNA，由于其高度保守性且在各種組織中均大量表達(dá)，故在人體生命活動(dòng)中扮演著重要角色。Fassan等[29]發(fā)現(xiàn)在正常食管發(fā)展為BE、進(jìn)而演進(jìn)為EAC的不同階段，均可見(jiàn)特異性T-UCR表達(dá)，且表達(dá)水平各異，提示T-UCR可能參與了BE惡性轉(zhuǎn)化的過(guò)程。

snoRNA是一類(lèi)在真核細(xì)胞中廣泛存在的ncRNA，長(zhǎng)度約60～300 nt，主要由內(nèi)含子編碼，能與特定的蛋白質(zhì)結(jié)合形成復(fù)合物，在細(xì)胞中穩(wěn)定存在。snoRNA參與指導(dǎo)rRNA的轉(zhuǎn)錄后修飾，影響rRNA成熟和蛋白質(zhì)合成，并在snRNA、tRNA和mRNA轉(zhuǎn)錄后修飾中發(fā)揮重要作用[30]。劉玲燕[31]發(fā)現(xiàn)snord75作為一種在食管癌細(xì)胞中高表達(dá)的snoRNA，可誘導(dǎo)腫瘤惡性表型形成，并促進(jìn)腫瘤的淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。Yuan等[32]發(fā)現(xiàn)結(jié)直腸癌組織中snord44表達(dá)明顯降低，與宿主基因生長(zhǎng)阻滯特異性轉(zhuǎn)錄本5(GAS5)的表達(dá)呈正相關(guān)，過(guò)表達(dá)snord44和GAS5可抑制結(jié)直腸癌細(xì)胞增殖。

snRNA是真核生物轉(zhuǎn)錄后加工過(guò)程中RNA剪接體的主要成分，參與mRNA前體的加工過(guò)程。siRNA是由雙鏈RNA經(jīng)Dicer酶剪切后加工而成，能在AGO1、AGO2、DNA甲基轉(zhuǎn)移酶3A(DNMT3A)和組蛋白去乙?；?(HDAC1)等參與下，介導(dǎo)DNA甲基化和組蛋白修飾，導(dǎo)致轉(zhuǎn)錄基因沉默，進(jìn)而參與表觀遺傳調(diào)控。

五、結(jié)語(yǔ)與展望

總之，ncRNA在不同疾病及其病理生理過(guò)程中存在差異表達(dá)，可作為疾病診斷的標(biāo)記物和潛在的治療靶點(diǎn)。解析ncRNA與疾病的因果關(guān)系及其作用機(jī)制，有望為疾病診斷和治療提供新思路。ncRNA的研究已成為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)時(shí)代生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

1 中華醫(yī)學(xué)會(huì)消化病學(xué)分會(huì). Barret食管診治共識(shí)(2011修訂版，重慶)[J]. 中華消化內(nèi)鏡雜志, 2011, 28 (8): 421-423.

2 Shaheen NJ, Falk GW, Iyer PG, et al. ACG clinical guideline: diagnosis and management of Barrett’s esophagus[J]. Am J Gastroenterol, 2016, 111 (1): 30-50.

3 Reid BJ. Barrett’s esophagus and esophageal adenocarcinoma[J]. Gastroenterol Clin North Am, 1991, 20 (4): 817-834.

4 Poehlmann A, Kuester D, Malfertheiner P, et al. Inflammation and Barrett’s carcinogenesis[J]. Pathol Res Pract, 2012, 208 (5): 269-280.

5 Rameez MH, Mayberry JF. Epidemiology and risk factors for Barrett’s oesophagus[J]. Br J Hosp Med (Lond), 2015, 76 (3): 138-141.

6 Labenz J, Koop H, Tannapfel A, et al. The epidemiology, diagnosis, and treatment of Barrett’s carcinoma[J]. Dtsch Arztebl Int, 2015, 112 (13): 224-233.

7 Amano Y, Azumi T, Tsuboi M, et al. Epidemiology of Barrett’s cancer in Japan: presents and perspectives[Article in Japanese][J]. Nihon Shokakibyo Gakkai Zasshi, 2015, 112 (2): 219-231.

8 Ponting CP, Oliver PL, Reik W. Evolution and functions of long noncoding RNAs[J]. Cell, 2009, 136 (4): 629-641.

9 Zaratiegui M, Irvine DV, Martienssen RA. Noncoding RNAs and gene silencing[J]. Cell, 2007, 128 (4): 763-776.

10 Zhang R, Zhang L, Yu W. Genome-wide expression of non-coding RNA and global chromatin modification[J]. Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai), 2012, 44 (1): 40-47.

11 Jaenisch R, Bird A. Epigenetic regulation of gene expression: how the genome integrates intrinsic and environmental signals[J]. Nat Genet, 2003, 33 Suppl: 245-254.

12 于紅. 表觀遺傳學(xué): 生物細(xì)胞非編碼RNA調(diào)控的研究進(jìn)展[J]. 遺傳, 2009, 31 (11): 1077-1086.

13 Pasquinelli AE. MicroRNAs and their targets: recognition, regulation and an emerging reciprocal relationship[J]. Nat Rev Genet, 2012, 13 (4): 271-282.

14 Ucar A, Vafaizadeh V, Jarry H, et al. miR-212 and miR-132 are required for epithelial stromal interactions necessary for mouse mammary gland development[J]. Nat Genet, 2010, 42 (12): 1101-1108.

15 Stern-Ginossar N, Elefant N, Zimmermann A, et al. Host immune system gene targeting by a viral miRNA[J]. Science, 2007, 317 (5836): 376-381.

16 Di Leva G, Garofalo M, Croce CM. MicroRNAs in cancer[J]. Annu Rev Pathol, 2014, 9: 287-314.

17 Wijnhoven BP, Hussey DJ, Watson DI, et al. MicroRNA profiling of Barrett’s oesophagus and oesophageal adenocarcinoma[J]. Br J Surg, 2010, 97 (6): 853-861.

18 Liu R, Liao J, Yang M, et al. The cluster of miR-143 and miR-145 affects the risk for esophageal squamous cell carcinoma through co-regulating fascin homolog 1[J]. PLoS One, 2012, 7 (3): e33987.

19 van Baal JW, Verbeek RE, Bus P, et al. microRNA-145 in Barrett’s oesophagus: regulating BMP4 signalling via GATA6[J]. Gut, 2013, 62 (5): 664-675.

20 Matsuzaki J, Suzuki H, Tsugawa H, et al. Bile acids increase levels of microRNAs 221 and 222, leading to degradation of CDX2 during esophageal carcinogenesis[J]. Gastroenterology, 2013, 145 (6): 1300-1311.

21 Shi X, Sun M, Liu H, et al. Long non-coding RNAs: a new frontier in the study of human diseases[J]. Cancer Lett, 2013, 339 (2): 159-166.

22 Sun TT, He J, Liang Q, et al. LncRNA GClnc1 promotes gastric carcinogenesis and may act as a modular scaffold of WDR5 and KAT2A complexes to specify the histone modification pattern[J]. Cancer Discov, 2016, 6 (7): 784-801.

23 Wu W, Bhagat TD, Yang X, et al. Hypomethylation of noncoding DNA regions and overexpression of the long noncoding RNA, AFAP1-AS1, in Barrett’s esophagus and esophageal adenocarcinoma[J]. Gastroenterology, 2013, 144 (5): 956-966. e4.

24 Yang X, Song JH, Cheng Y, et al. Long non-coding RNA HNF1A-AS1 regulates proliferation and migration in oesophageal adenocarcinoma cells[J]. Gut, 2014, 63 (6): 881-890.

25 Salzman J, Gawad C, Wang PL, et al. Circular RNAs are the predominant transcript isoform from hundreds of human genes in diverse cell types[J]. PLoS One, 2012, 7 (2): e30733.

26 Guarnerio J, Bezzi M, Jeong JC, et al. Oncogenic role of fusion-circRNAs derived from cancer-associated chromo-somal translocations[J]. Cell, 2016, 165 (2): 289-302.

27 Memczak S, Jens M, Elefsinioti A, et al. Circular RNAs are a large class of animal RNAs with regulatory potency[J]. Nature, 2013, 495 (7441): 333-338.

28 Hansen TB, Jensen TI, Clausen BH, et al. Natural RNA circles function as efficient microRNA sponges[J]. Nature, 2013, 495 (7441): 384-388.

29 Fassan M, Dall’Olmo L, Galasso M, et al. Transcribed ultraconserved noncoding RNAs (T-UCR) are involved in Barrett’s esophagus carcinogenesis[J]. Oncotarget, 2014, 5 (16): 7162-7171.

30 Mannoor K, Liao J, Jiang F. Small nucleolar RNAs in cancer[J]. Biochim Biophys Acta, 2012, 1826 (1): 121-128.

31 劉玲燕. 非編碼RNA調(diào)控食管癌轉(zhuǎn)移的功能機(jī)制研究[D]. 北京: 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院, 2015.

32 Yuan S, Wu Y, Wang Y, et al. An oncolytic adenovirus expressing SNORD44 and GAS5 exhibits antitumor effect in colorectal cancer cells[J]. Hum Gene Ther, 2017 [Epub ahead of print].

(2016-11-09收稿；2016-12-27修回)

Study on Role of Non-coding RNA in Barrett’s Esophagus

YU Jie, XUE Hanbing.

Division of Gastroenterology and Hepatology, Ren Ji Hospital, Shanghai Jiao Tong University School of Medicine; Shanghai Institute of Digestive Disease, Shanghai (200001)

XUE Hanbing, Email: medxue@126.com

Non-coding RNA (ncRNA) is a class of RNA not coding the protein and plays a significant role in the process of growth and development of diseases. Barrett’s esophagus (BE) is considered as the precancerous lesion of esophageal adenocarcinoma. Several studies showed that ncRNA has the potential value in diagnosis, treatment and designing of targeting drugs. This article reviewed the role of ncRNA, especially microRNA, long non-coding RNA and circular RNA in the development and carcinogenic process of BE.

Barrett Esophagus; RNA, Untranslated; MicroRNAs; Long Non-Coding RNA; Circular RNA

10.3969/j.issn.1008-7125.2017.07.011

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)項(xiàng)目(15DZ1940202)

#本文通信作者，Email: medxue@126.com