非编码RNA在甲状腺癌中的作用
Xinying Li, Zhiming Wang
Department of General Surgery, Xiangya Hospital, Central South University, Xiangya Road 87, Changsha 410008, China
Correspondence to: Zhiming Wang, M.D, Ph.D. Department of General Surgery, Xiangya Hospital, Central South University, 87 Xiangya Road, Changsha 410008, China.
在人类肿瘤疾病中,我们不断发现一些异常表达的非编码RNA(ncRNAs)与癌症的发生相关。根据其分子大小,ncRNAs可被分为两类,即短链非编码RNA和长度超过200 nt的长链非编码RNA(lncRNAs)。短链非编码RNAs包括miRNAs,piRNAs,snoRNAs和内源性siRNAs,其中miRNAs在机体发育和癌生物学中的作用已经被广泛研究。与miRNA这样的短链非编码RNA相比,人们对长链非编码RNA在癌症特别是甲状腺癌中的作用还知之甚少。本文着重对miRNAs和lncRNAs在甲状腺的发育、肿瘤发生和转移中的作用及其临床意义进行综述。
关键词:微小RNA;长链非编码RNA;甲状腺癌
1 引言
哺乳动物基因组中,蛋白质编码基因不足2%,超过90%的基因组参与转录,但不编码蛋白质,其转录产物为非编码RNA。起初对于非编码RNA的生物学特性多有争议,但是越来越多的证据表明,ncRNAs调控机制复杂并具有重要的生物学功能[1]。根据分子大小,ncRNA可分为两类,即短链ncRNAs和长ncRNAs(lncRNAs)。短链ncRNAs的转录形式包括了miRNAs、tRNAs,干扰小RNAs(siRNAs),与Piwi蛋白相作用的RNA (piRNAs)和某些核糖体RNA,其中miRNA在人类癌症中已被深入研究。
尽管长链非编码RNA(>200 nt)与人类癌症的关系尚不明确,但在非编码RNA领域的研究中,长链非编码RNA已经成为研究热点。甲状腺癌是内分泌系统最常见的恶性肿瘤,其发病率在近几十年来呈稳定增长[2]。ncRNAs表达失调被认为是甲状腺癌发病和进展的重要调控因素。本文主要对miRNAs和lncRNAs在甲状腺发育、肿瘤发生和转移中的作用及其临床意义进行综述。
2 MiRNAs 与甲状腺癌
MiRNA是在mRNA转录后调控基因表达的一组内源性非编码RNA,参与细胞增殖、凋亡、分化等多种生理病理过程[3]。越来越多的证据表明miRNAs与人类恶性肿瘤的发生相关。MiRNAs表达失调被认为是肿瘤发病和进展的重要因子。由于miRNAs具有抑制基因表达的作用,某种特定miRNA的表达失调会导致抑癌基因表达减弱或癌基因表达增强,从而赋予细胞增殖、分化和凋亡的生物学功能改变。肿瘤miRNA表达谱的特征与肿瘤的诊断、分期、预后和疗效密切相关[4]。不仅肿瘤与正常组织的miRNA表达谱不同,不同亚型肿瘤、原发性肿瘤和转移性肿瘤之间都具有不同特征的miRNA表达谱。
一项微阵列芯片综合分析研究甲状腺癌的miRNA表达谱特征,结果发现,在众多与甲状腺癌相关的miRNAs中,有三个miRNAs即miR-221、miR-222,miR-181b被研究得最为透彻[5]。研究发现,与正常甲状腺组织相比,乳头状甲状腺癌(PTC)有3个miRNAs即miR-221,miR-222和miR-146在转录水平表达上调[6],功能性研究发现miR-221,miR-222是细胞周期调节蛋白——P27Kip1表达的内源性调节因子[7]。而在这3个miRNAs表达上调的同时,与甲状腺癌发病相关的KIT基因转录水平量和kit蛋白表达量均下降。PTCs微阵列芯片分析结果还显示,许多基因直接或间接受miR-221调控。用生物发光成像系统进行体内和体外研究,证实内源性或外源性miR-221对HOXB5基因有下调作用[8]。有学者报道甲状腺癌的miR-1相对于正常甲状腺组织显著下调。miR-1是肿瘤抑制因子,能靶向性抑制CCND2、CXCR4和SDF-1基因表达,具有抑制甲状腺肿瘤细胞增殖和转移的作用[9]。
常规使用福尔马林石蜡包埋(FFPE)的临床病理组织中成熟的miRNAs分子比mRNAs分子更加稳定和完整[10]。检测这些FFPE组织的miRNAs分子谱,进行大规模的回顾性研究表明,对于细针穿刺活检(FNAB)结果不明确的病例,miRNA表达谱在甲状腺癌的诊断过程中具有潜在的价值。FNAB是目前普遍采用的甲状腺结节术前诊断方法,但是约有30%的FNAB检查得不到明确的诊断结果[11]。研究FNAB样本的miRNAs表达谱,鉴别诊断不同的甲状腺肿瘤,有望提高FNAB细胞学检查的准确率。Pallante等[5]发现,与其他类型的结节相比,PTCs的FNAB样本中,miR-221、miR-222和miR-181b基因的表达水平有5~35倍的差异。滤泡源性的恶性肿瘤样本中可以检测到4种miRNAs (miR-100,miR-125b,miR-138和miR-768-3p)过度表达,而滤泡状甲状腺癌(FTC)样本仅检测到miR-125b的过度表达[12],这些实验结果表明手术标本和术前FNA样本的miRNA检测可作为较准确的潜在诊断方法。Mazeh等[13]发现miR-221是鉴别良恶性甲状腺癌最好的miRNA,特异度、阴阳性预测值和准确率分别达到100%、96%、100%和98%。miR-7对甲状腺癌的阴性预测值达100%,意味着miR-7阴性的患者不需要进行诊断性甲状腺切除术。
甲状腺癌的miRNA表达谱与疾病的临床病理特征关系密切,因而有助于制定最佳的疾病处置方案。最近有报道认为可借助miRNA表达谱判别PTC肿瘤浸润程度[14]。该研究发现浸润性PTCs和非浸润性PTCs的4种miRNA(miR-146b,miR-222,miR-34b,miR-130b)呈现不同的表达谱。此外,已经证明miR-146b与BRAF基因阳性的PTC的肿瘤浸润行为关系密切,进一步肯定了BRAF对于预后的重要影响。研究还发现浸润型PTC患者的miRNA(miR-34b和miR-1)表达下调与MET基因高表达密切相关。Chou等[15]发现,miR-146b、miR-221和miR-222的过度表达与PTCs甲状腺外侵袭高度相关。有学者报道,miR-100的表达在甲状腺I期肿瘤和IV期肿瘤之间有显著差[16]。Schwertheim等[17]报道,低分化的甲状腺癌(PDTC)miRNA的表达谱明显不同于PTC和甲状腺未分化癌(ATC),提示某些miRNAs异常表达可能参与了从PTC选择向PDTC亚型发展的过程。
3 LncRNAs 与甲状腺癌
越来越多的研究表明,lncRNAs是肿瘤生物学的重要组成部分,具有包括调节凋亡和浸润、诱导多能干细胞重编辑、细胞命运标志和亲代印迹标志等功能。lncRNA分子具有重要的临床意义,肿瘤的发生和进展过程中存在特征性的lncRNA表达失调[18]。lncRNAs有多种调节基因表达的机制。通常lncRNAs是在转录水平或转录后水平对基因表达进行调节。有顺式调节和反式调节两种主要的转录调节方式,分别作用于邻近和远程基因组。lncRNAs对基因转录后水平的调节主要是针对转录后信使RNA的加工,包括剪接、编辑、运输、翻译和降解过程。最近有研究揭示了lncRNAs的一个新的调节机制,即lncRNAs可以对共享的miRNA扮演竞争性内源RNA(称为ceRNA)的角色[19-20],即ceRNA可通过在基因转录后竞争miRNA与目标mRNA的结合而发挥调节作用。ncRNAs的作用机制示意图见图1。
图1 lncRNAs作用机制示意图
通常lncRNAs是在基因转录或转录后水平对基因表达进行调节。有顺式调节和反式调节两种主要的转录调节方式,分别作用于邻近和远程基因组。转录后水平调节机制主要包括自然发生的反义转录(NATS)、前体mRNA剪接、假基因转录本、运输调节子和竞争性内源RNA。
LncRNAs有很多成员,迄今为止其中有几个如HOTAIR,H19,MALAT1,Xist,KCNQ1OT1,AIR和Evf-2与人类癌症的关系被广泛研究和报道。HOTAIR(HOX反义基因间RNA)可以远程调控HOXD的染色体区域,通过PRC2甲基化酶对其5'端进行物理干预使得HOXD基因沉默[21]。研究还发现,乳腺癌和肝细胞性肝癌的HOTAIR显著上调,可作为癌症预后的独立预测因子[18,22]。H19是一种与基因印迹关联的lncRNA,在肝细胞性肝癌和膀胱癌中均表达下调,并参与致癌或抑癌的过程。H19可直接被cMYC基因激活,而p53基因[23-24]能下调H19的表达,这可能导致了H19在不同癌症中发挥不同的作用。MALAT1在包括乳腺癌、肺癌、胰腺癌、前列腺癌、肝癌、结肠癌和卵巢癌的多种癌症中均异常表达[25-26]。在肺癌中,沉默MALAT1会影响细胞运动相关基因的表达,从而削弱癌细胞的迁移能力。
LncRNAs在甲状腺癌方面的研究才刚刚起步,还有很长的路要走。最近,一项全基因组关联研究对乳头状甲状腺癌易感基因进行定位,发现了两个与PTC高度相关的SNPs位点(rs965513和rs944289),分别位于9q22.33和14q13.3[27-30]。而一个被称作乳头状甲状腺癌易感候选基因3(PTCSC3)的lncRNAs即位于其中的一个SNPs位点——14q13.3的rs944289基因下游3.2 kb处[31]。研究发现仅甲状腺组织特异性地表达PTCSC3,PTCSC3在甲状腺肿瘤组织和甲状腺细胞株中均呈现表达下调,PTCSC3在甲状腺癌中的作用仍然不甚明了。Yoon等[32]报道,一个新基因——NAMA的表达下调与乳头状甲状腺癌BRAF基因V600E突变的激活高度相关,NAMA是与MAP激酶通路和生长阻滞相关的非编码RNA。
迄今为止,只有很少的一部分lncRNAs被鉴定出来,lncRNAs与肿瘤的发生、转移和进展的关系还有待进一步研究。已经发现lncRNAs是甲状腺癌发生和进展的重要调节分子。人类癌症的lncRNAs基因表达谱尚未完全被揭示,有关甲状腺癌lncRNAs的研究将有望于发现甲状腺癌诊断、预后和治疗靶点的新标志,必将成为相关领域的研究热点。
声明
本文作者宣称无任何利益冲突。
译者:张志斌,无锡市中医医院中心实验室主任审校:奚秋磊,医学博士,复旦大学附属中山医院普外科；姜可伟,北京大学人民医院胃肠外科副主任
点击《细胞学可疑良性甲状腺结节的术前诊断》阅读上期连载内容。
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