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竞争性内源性 RNA 调控网络在乳腺癌中的作用研究进展

 2022-12-09 09:26:28  来源:123杂志网 

  [摘要]   乳腺癌是全球女性最常见的恶性肿瘤,尽管其治疗已取得进展,但仍然是女性癌症死亡的主要原因 。非 编码 RNA (noncoding RNA,ncRNA) 在乳腺癌的发生发展中起关键作用,但是不同 ncRNA 之间存在的作用机制尚 不清楚 。近来,RNA 研究领域新提出的概念是“竞争性内源性 RNA ( competing endogeous RNA,ceRNA) ”,即不同 RNA 之间存在相互调节作用,包括长链非编码 RNA (long noncoding RNA,LncRNA) 、微小 RNA、转录假基因和环状 RNA 。研究表明,这些 RNA 之间的作用失调在促进或抑制乳腺癌发生发展方面具有重要作用 。本文针对 ceRNA 网络调控轴在乳腺癌中的研究进展作一综述 。

  

  乳腺癌是一种常见的恶性肿瘤,具有高发病率 和死亡率,占所有女性癌症的 30% [1] 。乳腺癌是一 种异质性疾病,存在不同的基因组亚型,因此具有不 同的临床预后结果 [2] 。尽管乳腺癌的预防、诊断和 治疗取得了进展,但其仍然是女性癌症相关死亡的 主要原 因 。   由基因组编码的 RNA,尤 其 是 非 编 码 RNA ( noncoding RNA,ncRNA) 之 间的相互调节作 用,在乳腺肿瘤发展的不同阶段发挥重要作用。

  

  约 75% 的人类基因组可以编码功能性的转录 产物,其中约 2% 是蛋白转录产物,其余大部分属于 非编码 RNA,包括长链非编码 RNA ( long noncoding RNA,LncRNA) 、微小 RNA ( microRNA,miRNA) 、转 录假基 因 和 环 状 RNA ( circularRNA ,circRNA) [3] 。 2011 年,Salmena  等 [4]  提出竞争性内 源 性 RNA (competing endogeous RNA,ceRNA) 假说,指出所有 类别的 RNA 转录本之间都存在调控网络,通过竞争 miRNA 反应元件的序列识别其靶点,最终导致转录 后水平 RNA 的表达和活性受到抑制 。miRNA 反应 元件通常位于编码序列、5'-非翻译区以及各种类型 RNA 的 3'-非翻译区 。miRNA 与其互补的反应元件 相互作用,主要在靶转录物的 3'-非翻译区,通过碱 基配对或阻断翻译抑制靶基因表达 。总体而言,不 同类型的 ceRNA 和 miRNA 之间存在联系 ( 图 1 ) , ceRNA 网络在乳腺肿瘤的发生发展中起着关键作用 。本文针对 ceRNA 网络在乳腺癌中的作用作一 综述。

  

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  1   构成 ceRNA 网络的非编码 RNA

  

  1.1   LncRNA

  

  LncRNA 是一类长度为 0.2 ~ 100 kb 的非编码 RNA,通过与其他非编码 RNA、mRNA、蛋白质和基 因组 DNA 相互作用从而发挥调节功能 。LncRNA 拥有多种功能,包括充当信号转导、支架和海绵作 用,在 表 观 遗 传、转录和翻译等方面发挥重要作用 [5] 。此外,LncRNA 异常高表达或低表达与乳腺 癌的发生发展密切相关,尤其 在 ceRNA 网 络 中 以 miRNA 为载体的 LncRNA,在乳腺癌中表达异常进 而影响 miRNA 表达 [6] 。

  

  1.2   circRNA

  

  circRNA 是特定外显子或内含子在剪接过程中 通过反剪接循环形成的内源性非编码 RNA [7] 。细 胞中的 circRNA 含量非常丰富,5.8% ~ 23.0% 的人 类基因能够产生 circRNA [7] 。circRNA 的特征包括 编码蛋白质能力、组织中进化保守性、组织中表达特 异性和细胞质内的稳定性 [8] 。circRNA 可以通过不 同的机制在乳腺癌的发生发展中发挥促癌或抑癌作 用,如充当 miRNA 海 绵、与 RNA 结合蛋白相互作 用、调节转录以及选择性剪接和翻译 mRNA 等 [9] 。 1.3   转录假基因假基因是基因组中与编码基因序列非常相似的 非功能性基因组 DNA 拷贝,含有一些有害的突变如 终止密码子突变、缺失/ 插入或移码突变 。这些突变 阻碍假基因转化为蛋白质,因此假基因被认为是无 功能的残留物 [10] 。研究表明,一些假基因可以通过 产生内源性小干扰 RNA (small interference,siRNA) 、 反义转录物以及阻断 miRNA,对靶基因功能起调节 作用 [11] 。假基因还可通过改变其在 ceRNA 网络中 对 miRNA 的 结 合 活 性,调节转录后靶基因的表 达 [11] ,从而发挥促癌或抑癌作用。

  

  1.4   miRNA

  

  miRNA 是由内源基因编码的长度为 20 ~ 25 个核苷酸的非编码单链 RNA 分子,其经典生物学功能 是通过结合靶基因的 3'-非翻译区下调靶基因在胞 质内的表达 [12] 。LncRNA 因其存在内含子片段,长 度可达数千核苷酸,为吸附结合大量的 miRNA 提供 了良好的结构基础 。LncRNA 通过竞争并结合胞质 内大量的 miRNA,进而削减 miRNA 调节靶基因编 码蛋 白 的 能 力,二 者 互 为 ceRNA 关 系 [13] 。  因 此, miRNA 是 关 联 节 点,它 的 存 在 和 桥 接 构 成 了 ceRNA,共 同 组 合 即 是 ceRNA 网 络 。每 个 miRNA可以靶向许多 RNA,反之亦然,每个 RNA 可以被许 多 miRNA 靶 向 调 控 。  在乳腺癌的发展过程中, miRNA 可调控关键促癌或抑癌基因的表达。

  

  2   ceRNA 网络在乳腺癌发病机制中的作用

  

  在乳腺癌发生发展中,ceRNA 网络可影响乳腺 癌细胞增殖、迁移和侵袭能力、乳腺癌干细胞维持、血管生成能力和化疗耐药性等 [13] 。在 ceRNA 调控 网 络 中,不 同 的 RNA 组成不同的调控轴,包 括 LncRNA-miRNA-mRNA 轴、circRNA-miRNA-mRNA 轴、 假基因-miRNA-mRNA 轴和 mRNA-miRNA-mRNA 轴 等,具有不同的调控功能。

  

  2.1   LncRNA-miRNA-mRNA 调节轴

  

  Eades 等 [14] 研究发现,LincRNA-RoR / miR-145 / ADP-核糖基化因子 6(ARF) 6 轴是与乳腺癌相关的 重要 ceRNA 调控网络 。该研究表明,LincRNA-RoR 通过靶向结合 miR-145 的 3'-非翻译区,导致 ARF6 mRNA 过表达,进而抑制 E-钙黏蛋白定位,从而促 进三阴性乳腺癌细胞侵袭和转移。

  

  Chou 等 [15] 研究指出,肺腺癌转移相关转录物 1 (MALAT1) 通过与 miR-1 结合,引起细胞分裂周期 蛋白 42 ( CDC42) 表达上调,进而促进乳腺癌细胞迁 移和侵袭 。  由于 MALAT1 和 CDC42 的 3'-非翻译区 有着相同的 miR-1 结合序列,二者通过相互关联的 ceRNA 网络在乳腺癌细胞迁移及侵袭中发挥作用。 Kong 等 [16] 研究发现,核仁小分子 RNA 宿主基因 5 (small nucleolar RNA host gene 5,SNHG15) 参与构 成 SNHG15 / miR-211-3p 调节轴,其敲除可以显著抑 制乳腺癌细胞增殖、迁移和侵袭以及上皮  间质转 化,并可在体内外诱导乳腺癌细胞凋亡。

  

  Li 等 [17] 研究发现,LncRNA H19 通过抑制 miR- 152 表达,进而上调 DNA 甲基转移酶 1 ( DNMT1) 表 达,致乳腺癌细胞增殖和侵袭能力增强 。  由此表明, miR-152 敲低和 DNMT1 过表达可显著逆转 H19 基 因敲除对乳腺癌细胞增殖和侵袭的抑制作用 。  因 此,H19 / miR-152/ DNMT1 轴 可 能 是针对乳腺癌细 胞增殖和侵袭的潜在治疗靶点 。Peng 等 [18] 研究发 现,H19 的另一个 ceRNA 功能是通过吸附 let-7 以维持乳腺癌干细胞的干性特征 ; H19 在乳腺癌细胞 中过表达,并通过 ceRNA 作用抑制 miR-let-7 表达, 导致核心多能性因子 LIN28 mRNA 表达增加,增强 乳腺癌干细胞的干性,包括自我更新、菌落形成、球体形成和迁移。

  

  近来,研究发现心肌梗死相关转录本(MIAT) 在 乳腺癌 的 发 生 中 起 重 要 作 用 。Luan 等 [19] 研 究 发 现,LncRNA MIAT 作为 ceRNA,通过吸附 miR-155- 5p 从而上调双特异性磷酸酶 7 ( DUSP7) 表达,进而 促进乳腺癌细胞增殖、迁移、侵袭和上皮  间质转化, 尤其是在三阴性乳腺癌亚型中 。Yao 等 [20] 研究显 示,LncRNA  TP73-AS1  作 为 分 子 海 绵 吸 附 miR- 200a,进而上调线粒体转录因子 A ( mitochondrialtranscription factor A,TFAM ) 表达,致乳腺癌细胞增 殖、侵袭能力增强,导致患者预后不良 。该研究发现,TP73-AS1 敲除导致乳腺癌细胞中 TFAM 蛋白表 达水平下降和线粒体 DNA 拷 贝 数 降 低,而 抑 制 miR-200a 表达则可逆转 该 现 象 [20] 。  另 有 研 究 发 现,TP73-AS1/ miR-200a 轴 存 在 另 一 个 靶 标—E 盒 锌指结合蛋白 1 (ZEB1) mRNA,其通过抑制 E-钙黏 蛋白促进乳腺癌细 胞 迁 移 [21] 。Jiang 等 [22] 研 究 发 现,LncRNA 核富集组装转录本 1 作为 ceRNA,通过 吸附 miR-448 进而激活 ZEB1 表达,从而诱导乳腺 癌细胞生长、迁移和侵袭。

  

  2.2   circRNA-miRNA-mRNA 调节轴

  

  circGFRA1 通 过 抑 制 miR-34a 表 达,进 而 上 调 胶质细胞源性神经营养因子受体 1 ( GFRA1) mRNA 表达,从而促进三阴性乳腺癌细胞增殖和抑制其凋 亡 [23] 。乳腺癌患者 GFRA1 高表达与其不良预后相 关 [24] 。  由此表明,circGFRA1 可能成为三阴性乳腺 癌的有效预后生物标志物和治疗靶点 。最近一项研 究通过 circRNA 测序揭示,circ_0006528 通过 miR- 7-5p-Raf1 轴在乳腺癌细胞系对多柔比星的耐药性 中发挥作用 [25] ; 进一步敲低 circ_0006528 后,发现 乳腺癌细胞对多柔比星的敏感性增加 。此外,有研 究表明 [26-27] ,miR-7-5p 在三阴性乳腺癌 IL-6 表达 诱导转移过程中,可直接靶向调控 Raf1 基因,其表 达降低在乳腺癌新辅助化疗耐药中起重要作用。

  

  Wang 等 [28] 研 究 结 果 表 明,circ _ 000911 通 过 circRNA_000911/ miR-449a /Notch1 轴在乳腺癌中发 挥抑癌作用 ; 乳腺癌组织中 circ_000911 表达水平降低与患者不良预后相关 。此外,该研究证实,作为 NF-κB 信号调节因子的 Notch1 表达升高 ; miR-449a 结合的 circ_00091 呈过表达,进而抑制乳腺癌细胞 增殖、侵袭和转移,同时促进其凋亡 [28] 。此外,NF- κB 信号通路参与调节 乳腺癌细胞增殖、黏 附 和 侵袭 [29] 。

  

  2.3   假基因-miRNA-mRNA 调节轴

  

  研究表明,细胞色素 P450 4Z2 假基因(CYP4Z2P) 和细胞色素 P450 4Z1 ( CYP4Z1) 通过与多个 miRNA 包 括 miR-211、miR-125a-3p、miR-197、miR-204  和 miR-1226 等结合,进而 触 发 PI3K 及 ERK1/2 信 号 通路,从而在体内外诱导乳腺癌血管生成 [30-31] 。蛋 白编码基因 CYP4Z1 和假基因 CYP4Z2P 的 3'-非翻 译区含有多个靶 miRNA 的结合位点 。CYP4Z2P 通 过 ceRNA 作用下调靶 miRNA 表达水平,进而上调 CYP4Z1 表达 [30] 。在乳腺癌组织和细胞系中,这种相互作用的结果是 CYP4Z2P 和 CYP4Z1 呈过表达, 而 miR-211、miR-125a-3p、miR-197、miR-204 和 miR- 1226 呈低表达,最终诱导乳腺癌血管生成 。另一项 研究发现,CYP4Z1 和假基因 CYP4Z2P 可通过抑制雌激素受体阳性乳腺癌中 miR-125a-3p 表达从而增 强 CDK3 表达,导致乳腺癌细胞对三苯氧胺 (TAM) 产生耐药性 [31] 。

  

  De Martino 等 [32] 研 究 发 现,假 基 因 HMGA1P7 通过 ceRNA 作 用 抑 制 miR-15、miR-16、miR-214 和 miR-761 等表达,促 进 乳 腺 癌 中 LncRNA H19 和 蛋 白质编码基因 Igf2 表达 。在之前研究 [33] 中,细胞功 能实验发现,假基因 HMGA1P6 和 HMGA1P7 这两个 假基因过表达导致 HMGA1 mRNA 和蛋白表达水平 增加,敲除则相反。

  

  研究表明,假基因 PTENP1 通过 ceRNA 作用结 合 miR-19b 进而上调抑癌基因 PTEN 表达,从而抑 制乳腺癌细胞增殖、迁移和侵袭,促进细胞凋亡 [34] 。 Su 等 [35] 研究发现,PTENP1 表达上调可抑制乳腺癌 细胞增 殖 和 迁 移 。   由 此 表 明,PTENP1/ PTEN/ miR- 19b 调控轴在乳腺癌发展中起抑癌作用。

  

  2.4   mRNA-miRNA-mRNA 调节轴

  

  Yang  等 [36]  首 次 提 出  mRNA-miRNA-mRNA ceRNA 网络在乳腺癌发展中 的 作 用,其 中,FOXO1 mRNA 新的非编码作用与其在乳腺恶性肿瘤中的编 码功能一致,其通过充当 miR-9 ceRNA,进而诱导 E- 钙黏蛋白表达,从而抑制乳腺癌细胞转移。

  

  Zheng 等 [37] 在 ceRNA 调节网络中揭示了 C-X- C 趋化因子受体 4 ( CXCR4) mRNA 的非编码功能, CXCR4 通过分泌 miR-146a,导致 TRAF6 和 EGFR 基 因表达上调,在乳腺癌中发挥促癌作用 。另一项研 究表明,miR-146a 作为肿瘤抑制因子,通过靶向调 控 CXCR4 和 TRAF6 以及 EGFR 表达进而抑制 NF- κB 信号通路的活性,从而抑制乳腺癌细胞迁移 [38] 。 Wu 等 [39] 在体外和体内实验中发现,X 连锁凋亡抑 制蛋白 (XIAP) mRNA 通过分泌 miR-29a-5p,进而上调 FSCN1 表达,从而促进乳腺癌细胞增殖、迁移和侵袭过程。

  

  Jeyapalan 等 [40] 研究发现,CD44 mRNA 通过其 3'-非翻译区在乳腺癌的发生和血管生成中发挥作 用 : 一方面,CD44 mRNA 作为 ceRNA 海绵 致 miR- 216a、miR-330 和 miR-608 失活,致 CD44 和 CDC42 蛋白表达增加,从而导致细胞增殖和肿瘤形成受到 抑制 ; 另一方面,CD44 可以诱导肿瘤细胞凋亡和增 加细胞对化疗药物的敏感性。

  

  Li 等 [41] 研究发现,乳腺癌中存在一个与类固醇 敏感 性 调 节 蛋 白 相 关 脂 类 转 运 体 结 构 域  13 ( STARD13 ) 相 关 的  ceRNA  网 络,钙 黏 蛋 白 5 ( CDH5) 通过该网络可抑制乳腺癌转移 。STARD13 与 CDH5 异位高表达通过抑制上皮  间质转化抑制 乳腺癌转移 。此外,Hu 等 [42] 研究发现,半胱氨酸  半胱氨酸趋化因子受体 2 ( CCR2) mRNA 通过吸附 miR-125b 进 而 上 调 STARD13 表 达 发 挥 ceRNA 功 能,从而抑制乳腺癌细胞转移。

  

  另一个与 STARD13 和 miR-125b 相关的 ceRNA 网络,通过 STARD13 mRNA、肿瘤蛋白 53 诱导的核 蛋白 1 (TP53INP1) 和 miR-125b 之间的相互调节作 用,在阻止乳腺癌细胞转移中发挥重要作用 [43] 。在 该调节环中,STARD13 通过 ceRNA 作用竞争 性 结 合 miR-125b,进而上调 TP53INP1 mRNA 表达,从而 抑 制 乳 腺 癌 细 胞 转 移 。  在 乳 腺 癌 中,STARD13mRNA 还可通过吸附 miR-125b,进而上调 Bcl-2 表 达,从而致乳腺癌细胞凋亡 [44] 。

  

  3   结语

  

  ceRNA 网络涵盖了 RNA 系统中各种 RNA 类别 之间的交叉作用,进而参与乳腺癌的发生发展 [45] 。 本文总结概括了乳腺癌中 LncRNA、circRNA、假 基 因和 mRNA 形成的 ceRNA 网络 ( 表 1 ) 。不同种类 的 RNA 分子,如 mRNA、LncRNA、假基因和 circRNA 可 以 在 乳 腺 肿 瘤 中 充 当  ceRNA [46] ,分 别 构 成 LncRNA-miRNA-mRNA  轴 、circRNA-miRNA-mRNA 轴、假基因-miRNA-mRNA 轴和 mRNA-miRNA-mRNA 轴,由此揭示乳腺癌发生发展过程中 ceRNA 网络的 重要作用 。失调的 ceRNA 网络轴参与乳腺癌发展的多种过程,包括细胞增殖、迁移、侵袭、血管生成和 化疗耐药等。

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  伍梦妮,陈产,徐志华


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