长链非编码RNA (long non-coding RNA, lncRNA) 作为一类转录本,其长度大于200 个核苷酸,在功能上少有或没有参与蛋白质编码,但在多种生理功能中发挥作用。近年来,最新的研究发现lncRNA 在胃癌的发生发展及转移等多种生理过程中发挥作用,并可能预测患者的预后。部分研究者发现幽门螺杆菌(HP)感染可诱导胃黏膜上皮细胞中一部分lncRNA的异常表达,这些差异表达的lncRNA可能在免疫应答、炎症过程、胃癌的发生发展及转移事件中发挥部分或关键作用。但是,大多数lncRNA的作用未被揭示,仅有很少一部分lncRNA被我们用来研究与疾病的相关性,在像胃癌这样的HP感染相关疾病的研究中也是如此。因此推测这些差异表达的lncRNA可能为今后对HP相关疾病以及胃癌的诊断、治疗提供潜在的靶点和新的思路。
1.1 HP HP是胃癌的致癌因素之一,一般认为HP诱发的胃癌是由慢性炎症起源,经历胃萎缩、肠上皮化生、异型增生等过程,以腺癌为终点,整个过程呈现多级发展[1]。HP的感染可导致炎性细胞因子上调。有实验显示,在感染GES1或SGC-7901细胞后,可使TNF-α、IL-1β、IL-6和IL-8的表达水平较感染前显著上调[2]。Zandi等[3]的研究也指出HP的感染可以通过调节SIRT2基因及KF-KB信号通路调节胃炎的炎症过程,但由炎症逐渐癌变的分子机制还有待进一步研究。
1.2 HP与胃癌相关性的研究进展 日本最新公布的《幽门螺杆菌管理指南》认为,所有HP感染的患者都有罹患HP相关疾病的高风险,支持所有有HP感染相关慢性胃炎的患者进行HP根除治疗。然而,即使在治愈HP感染后,胃癌的风险仍然存在[4]。Take等[5]的研究也指出:虽然进行HP根除治疗可以降低胃癌的发生率,但它不能完全阻止胃癌的发展,特别是对于癌前病变的患者。在原则上,所有感染HP的人都有很高的风险进展为胃肿瘤,但目前具体原因尚不明确。同时HP有能力逃脱宿主防御机制,使其可以持续控制感染和维持慢性炎症的发展,如利用巨噬细胞诱导型C型凝集素在促炎和抗炎反应之间取得平衡,以确保其在宿主体内的持续存在,从而逃避清除[6-7]。由此可见我们需要一种新的方式去筛选出这部分曾有过HP感染史的可能罹患胃癌的高危人群。另一项日本的多中心研究表明,HP根除治疗对于局部胃HP阳性的MALT淋巴瘤CR率达87%,完全缓解率达95%,存活率达97%,并且二次治疗转移率只有10%。根除HP是所有被该细菌感染的MALT淋巴瘤患者的首选治疗方法[8-9]。
1.3 HP感染所致胃癌高危人群的筛选方法 虽然确定HP感染的对象是确定胃癌高危人群的第一个方法,但是HP抗体的存在并不足以用于胃癌筛查。近期的研究表明,血清或尿液中的细胞毒素相关基因A抗体、胃蛋白酶原、microRNAs及lncRNA与癌前病变或胃癌相关。HP感染的血清学标记可以作为胃癌的潜在预测因子[4]。
2.1 关于lncRNA 全基因组研究显示,只有一小部分人类基因组编码蛋白质,其中不参与编码蛋白质作用的lncRNA占全基因组的98%[10]。疾病的发生、增殖、转移和侵袭被认为和lncRNA的异常表达有关,产生上诉影响的主要方式包括:mRNA的转录、剪接、翻译、蛋白质表达[11]。另外,Derrien等[12]的研究证明了lncRNA的组织特异性,为疾病诊断的准确定位提供了依据。
2.2 lncRNA与胃癌的联系 lncRNA可以作为癌基因或者抑癌基因在肿瘤的发生发展中发挥作用[13]。许多lncRNA在胃癌组织、胃液、血浆和细胞中都有异常表达[10]。并能够直接或间接地调控已知癌基因或抑癌基因的表达[14-16,10]。目前已经探索了几种胃癌相关的lncRNA,如CCAT1、GACAT1、H19、HULC、FENDRR、MEG3和GHET1[17],其中血清HULC的增加可能是胃癌检测的理想肿瘤生物标志物[18]。这些lncRNA的改变与胃癌的发生、进展和结果有关,说明lncRNA在疾病演进过程中起到了重要的作用[19]。
根据癌变组织的严重程度,lncRNA的表达情况也有所不同。Zhou等[20]发现胃癌相关lncRNA AF1477447的表达在胃癌组织中明显减少。通过结合临床特征相比较,肠上皮化生患者的AF147447的表达量比浅表性胃炎、萎缩性胃炎患者的更低。提示组织学更为严重者所表达的AF147447较低。同时他们对肿瘤组织进行比较,发现晚期患者的AF147447表达水平明显更低。此后,通过检测也证明了化生、炎症、肿瘤中的lncRNA的含量不同,说明了lncRNA可以反映组织恶性分化的严重程度。
Shao等[21]测试了胃癌患者的组织、血浆、胃液中的AA174084表达水平和胃癌临床病理特点间的潜在关系。发现AA174084可以在胃液中被检测到,恶性溃疡患者的胃液AA174084水平明显高于良性巨大胃溃疡患者,胃癌患者术后的AA174084在血浆中的表达量也显著降低,表明胃液的AA174084水平与肿瘤的进展呈正相关,可能是一个筛选早期胃癌和预测其预后的潜在生物标志物。
类似的,患者血浆中ZNFX1-AS1、HULC水平明显较术后患者及健康对照组高,选择胃癌患者与健康对照组为研究对象,建立ROC曲线,发现ZNFX1-AS1和HULC的ROC值分别为0.85和0.65。表明lncRNA ZNFX1-AS1和HULC在胃癌临床诊断中具有广阔的应用前景[22]。
2.3 lncRNA在胃癌发生发展过程中可能的作用机制 H19通过抑制P53活性,促进肿瘤细胞的增殖,抑制其凋亡。H19是miR-675的前体,而miR-675可促进胃癌的发生[23]。胃癌组织中GHET1发生高表达,加快胃癌细胞生长速度。它与胰岛素样生长因子2 mRNA结合蛋白 1形成复合物,通过 IGF2BP1 与 c-Myc原癌基因的mRNA相互作用,使后者的稳定性提高[10]。c-Myc 结合于 CCAT1 基因启动子区域的 E-box 元件,使胃癌细胞中的CCAT1高表达,在胃癌细胞的生长、转移方面发挥促进作用[10]。MEG3能通过竞争性地结合 miR-181a 调控 Bcl2 表达而影响胃癌发生。在体外胃癌细胞实验中,抑制其表达则能够促进胃癌细胞的生长[24]。
3.1 HP感染可致lncRNA异常表达参与胃癌发生发展 国内外多项研究已经证实,HP感染可导致数百条lncRNA差异表达,这些lncRNA能够导致包括胃溃疡和胃癌在内的多种疾病发生[25]。Yang等[26-27]使HP感染 GES-1 细胞,发现在HP感染状态下有23个lncRNA上调,21个lncRNA下调,结合HP感染阳性患者的临床胃黏膜标本中证实了XLOC_004122和 XLOC_014388表达量的减少,并与肠化生的严重程度成线性关系,同时若HP感染情况发生改善,这两段lncRNA的表达量也会恢复正常。提示其有可能成为一种标志物,用来判断HP治疗的效果、感染状态、预后。GO分析、共表达分析提示XLOC_004122 共表达包括膜蛋白组分、跨膜蛋白、离子通道等相应功能的基因,预示其可能与细胞吞噬HP的过程有关[27]。
Zhou等[20]在HP阳性和阴性患者的胃组织中发现了差异表达的lncRNA。证明了HP感染的组织具有特定的lncRNA特征,在正常细胞和癌细中均能发现lncRNA AF147447在HP感染条件下的表达量减少,AF147447可以抑制胃癌细胞在体外和体内的增殖和侵袭,作为一种肿瘤抑制因子在HP诱导的胃癌中发挥作用。它也可以通过直接结合或增加mir-34c表达来抑制MUC2的表达。因此,lncRNA AF147447在HP感染相关胃癌中起着重要的作用。同样,lncRNA-MEG3在HP感染后呈现低表达,实验中lncRNA-MEG3在HP阳性胃癌细胞株AGS和MKN28以及正常胃黏膜细胞GES-1中低表达,而在未受HP感染的正常胃黏膜细胞GES-1呈现高表达[25]。
对GES-1细胞(HP+)、人正常胃黏膜组织HP(-)、慢性萎缩性胃炎组织(HP+)、胃癌组织(HP+)进行检测,并结合临床样本,验证了2个在HP感染状态中发生上调的基因:LncHP、PVT1。lncHP、PVT1的高表达可促进细胞炎症因子表达,且提高细胞的迁移能力[28]。在HP感染的胃黏膜正常上皮细胞中LINC00260的表达量明显降低,通过敲除LINC00260,可降低HP感染状态下炎症相关因子 TNF-α、 IL-1β、 IL-6 和 IL-8 的表达量,同时抑制了胃癌细胞的迁移能力,提示LINC00260 可能是一个癌基因,并得出结论:LINC00260作用于胃癌细胞的迁移过程是通过负反馈调节炎性细胞因子的表达发生的[2]。
SGK1可以在数种恶性肿瘤中被触发。Yao等[29]的研究证实了Lnc-SGK1可以通过SGK1/JunB信号促进Th2和Th17的分化,而Th2和Th17的应答在HP阳性胃癌中占主导地位,提示这种主导作用与Lnc-SGK1和SGK1的过度表达有关。首先通过分析245份肿瘤组织和邻近正常组织,发现肿瘤相邻组织中SGK1的表达显著增加,胃癌和正常组织间非实质细胞SGK1表达存在明显差异。其次,在胃癌肿瘤浸润淋巴细胞(TILS)中,Lnc-SGK1和SGK1转录显著高于相邻正常组织和外周血单核细胞(PBMCs)。在健康对照组和胃癌 PBMCs组之间,Lnc-SGK1和SGK1表达也有显著差异。在HP感染T细胞的体外实验中,HP感染可以刺激Lnc-SGK1和SGK1显著增高,且这种刺激是HP所特有的。将HP感染及高盐饮食等因素结合在一起时,T细胞中的Lnc-sgk1表达可能是一个良好的预后指标。Yang等[23]的研究证明H19和LINC00152的高表达联合HP感染可显著影响人罹患胃癌的风险。结合之前学者的研究,我们可以发现,HP感染确实可以引起胃黏膜正常细胞中lncRNA的异常表达,且这些lncRNA可以在胃癌的发生发展中发挥主要或部分作用。
3.2 HP感染相关异常表达lncRNA可行的检测方法 尽管已经努力改善了胃癌的诊断方式,包括使用胃内窥镜来早期检测胃癌,但患者对这种不舒服的侵入性检查依从性极差。结果导致超过50%的胃癌患者在第一次诊断时已处于进展阶段,5年的总生存率低于30%[30]。故寻找其他的更为方便舒适的诊断方法成为当务之急。Arita等[31]在此前的研究中已证实了血浆中循环lncRNA H19的存在。许多文献也证实了lncRNA可在血浆中被检测到[32,18,31]。Shao等[21]确认了lncRNA AA174084存在于人血浆和胃液中,并证实了胃液中的AA174084表达水平与肿瘤的进展呈正相关。
Lin等[33]评估了血浆中外泌体LncUEGC1的诊断准确性,从健康个体和癌前慢性萎缩性胃炎患者中鉴别出早期胃癌患者的AUC值分别为0.8760和0.8406,高于癌胚抗原的诊断准确性。因此,血浆外泌体lncUEGC1可作为早期胃癌诊断的高度敏感、稳定和无创的生物标志物。Yang等[34]发现使用胃液ABHD11-AS1作为标志物时,早期胃癌患者阳性检出率达到71.4%,证明胃液中的lncRNA ABHD11AS1可能是胃癌筛查中的一个潜在的生物标志物。此外也有部分文献提出也许可以在尿液中检测lncRNA[10, 18]。
综合上述研究以及lncRNA在疾病诊断中的特异性[10, 12],我们可以选择血浆、胃液、尿液中的特异性lncRNA作为疾病诊断的生物标志物。由于获得标本容易且舒适度高,可以提高人们的依从性,利于相关疾病的早期诊断。
由于缺乏理想的生物标志物,目前仍不能针对胃癌进行可靠的早期诊断、个性化治疗、预后评估和术后复发风险的预测。HP的感染广泛存在于人群中,被认为是胃炎和胃癌的主要病原体, 75%以上的胃癌都伴随着HP感染,其被认定为胃癌的Ⅰ类致癌物[35-37, 1]。大量的研究证明了HP感染可导致胃黏膜正常细胞中lncRNA的显著异常表达,并在人类癌症表现出独特的基因表达模式。随着最新研究的进展,lncRNA 被证明可参与胃癌发生的各个阶段,且其表达水平不仅与患者的预后相关,还能参与肿瘤细胞生长、侵袭和转移过程,因此将其作为胃癌诊断的标志物是具有可行性的。由于HP感染人群数量庞大,如果能发现HP感染与lncRNA之间存在的潜在关系,可为胃癌的诊断、治疗提供新思路,并对此类人群进行高风险筛选及早期诊断,从而大大降低人群中罹患胃癌的比例。
然而,由于lncRNA具有复杂的结构及相应的作用方式,现在仅少部分与HP感染相关的lncRNA功能被阐明。进一步研究lncRNA的功能不仅对胃癌的诊断和判断预后有帮助,还有可能发现新的治疗靶点。因此,随着未来对HP研究的深入,探明更多种类的lncRNA,并阐明其生理过程,将进一步利用HP和lncRNA在胃癌诊治中的价值。
[1]THRIFT A P. The epidemic of oesophageal carcinoma: where are we now?[J]. Cancer Epidemiol, 2016, 41(4): 88-95.
[2]李凌雪, 韩涛涛, 刘彦信, 等. 长链非编码RNA LINC00260抑制幽门螺杆菌感染胃上皮细胞系引起的炎性反应和细胞迁移[J]. 基础医学与临床, 2016, 36(4):480-485.
[3]ZANDI S, HEDAYATI M A, MOHAMMADI E A. Helicobacter pylori infection increases sirt2 gene expression in gastric epithelial cells of gastritis patients[J]. Microb Pathog, 2018, 116: 120-123.
[4]SHIOTA S, YAMAOKA Y . Biomarkers for Helicobacter pylori infection and gastroduodenal diseases[J]. Biomarkers in Medicine, 2014, 8(9):1127-1137.
[5]TAKE S, MIZUNO M, ISHIKI K, et al. The long-term risk of gastric cancer after the successful eradication of Helicobacter pylori[J]. J Gastroenterol, 2011, 46(3): 318-324.
[6]DEVI S, RAJAKUMARA E, AHMED N. Induction of mincle by Helicobacter pylori and consequent anti-inflammatory signaling denote a bacterial survival strategy[J]. Sci Rep, 2015(5): 15049.
[7] TIZIANA L, ISABELLA L, EVELINA S, et al. Helicobacter pylori and T helper cells: mechanisms of immune escape and tolerance[J]. Journal of Immunology Research, 2015,2015(12): 1-10.
[8]SUGIZAKI K, TARI A, KITADAI Y, et al. Anti-Helicobacter pylori therapy in localized gastric mucosa-associated lymphoid tissue lymphoma: a prospective, nationwide, multicenter study in Japan[J]. Helicobacter, 2018, 23(2): e12474.
[9]FISCHBACH W. Gastric MALT lymphoma -Update on diagnosis and treatment[J]. Best Practice & Research in Clinical Gastroenterology, 2014, 28(6): 1069-1077.
[10]WANG JJ, SUN J X, WANG J, et al. Long noncoding RNAs in gastric cancer: functions and clinical applications[J]. Onco Targets Ther, 2016,2016 (9): 681-697.
[11]KOTAKE Y, NAEMURA M, MURASAKI C. Regulation of cell proliferation and apoptosis by long noncoding RNA,ANRIL and PANDA[J]. Seikagaku, 2015, 87(2): 230-233.
[12]DERRIEN T, JOHNSON R, BUSSOTTI G, et al. The GENCODE v7 catalog of human long noncoding RNAs: analysis of their gene structure, evolution, and expression[J]. Genome Res, 2012, 22(9): 1775-1789.
[13]LU M H, TANG B, ZENG S, et al. Long noncoding RNA BC032469, a novel competing endogenous RNA, upregulates hTERT expression by sponging miR-1207-5p and promotes proliferation in gastric cancer[J]. Oncogene, 2016, 35(27): 3524-3534.
[14]ZHU H, WANG Q, YAO Y Z, et al.Microarray analysis of long non-coding RNA expression profiles in human gastric cells and tissues with Helicobacter pylori infection[J]. BMC Med Genomics, 2015, 8(1): 1-11.
[15]GUO X, GAO L, WANG Y, et al. Advances in long noncoding RNAs: identification,structure prediction and function annotation[J]. Brief Funct Genomics, 2016, 15(1): 38-46.
[16]HARROW J, FRANKISH A, GONZALEZ J M, et al. GENCODE: the reference human genome annotation for The ENCODE Project[J]. Genome Res, 2012, 22(9): 1760-1774.
[17]陈国栋,张艳.长链非编码RNA在胃癌中的研究进展[J].微生物学免疫学进展,2016,44(6):81-84.
[18]JIN C, SHI W, WANG F, et al. Long non-coding RNA HULC as a novel serum biomarker for diagnosis and prognosis prediction of gastric cancer[J].Oncotarget, 2016, 7(32): 51763-51772.
[19]PEI P F, Li, SHENG S C, et al. Non-coding RNAs and gastric cancer[J]. World Journal of Gastroenterology, 2014, 20(18): 5411-5419.
[20]ZHOU X Y, CHEN H, ZHU L, et al.Helicobacter pylori infection related long noncoding RNA (lncRNA) AF147447 inhibits gastric cancer proliferation and invasion by targeting MUC2 and up-regulating miR-34c[J]. Oncotarget, 2016, 7(50): 82770-82782.
[21]SHAO Y, YE M, JIANG X, et al. Gastric juice long noncoding RNA used as a tumor marker for screening gastric cancer[J]. Cancer, 2014, 120(21): 3320-3328.
[22]XIAN H P, ZHUO Z L, SUN Y J, et al. Circulating long non-coding RNAs HULC and ZNFX1-AS1 are potential biomarkers in patients with gastric cancer[J]. Oncol Lett, 2018, 16(4): 4689-4698.
[23]YANG T, ZENG H M, CHEN W Q, et al.Helicobacter pylori infection, H19 and LINC00152 expression in serum and risk of gastric cancer in a Chinese population[J]. Cancer Epidemiol, 2016, 44: 147-153.
[24]杨允奔,李田文,郭俊明.长链非编码RNA在胃癌发生中的作用及其应用[J].中国生物化学与分子生物学报,2016, 32(4): 388-395.
[25]李楠.lncRNA-MEG3在幽门螺杆菌介导MUC5AC促进胃溃疡发生的机制[D].新乡:新乡医学院,2015.
[26]YANG L, LONG Y P, LI C, et al. Genome-wide analysis of long noncoding RNA profile in human gastric epithelial cell response to helicobacter pylori[J]. Jpn J Infect Dis, 2015, 68(1): 63-66.
[27]杨柳.幽门螺杆菌感染相关的非编码RNA筛选,鉴定及其功能研究[Z].大连:大连医科大学,2016.
[28]李凌雪.lncRNA参与幽门螺杆菌感染相关胃癌的功能及机制研究[D].北京:北京协和医学院,2016.
[29]YAO Y, JIANG Q, JIANG L, et al. Lnc-SGK1 induced by Helicobacter pylori infection and high salt diet promote Th2 and Th17 differentiation in human gastric cancer by SGK1/Jun B signaling[J]. Oncotarget, 2016, 7(15): 20549-20560.
[30]SIEGEL R L, MILLER K D, JEMAL A. Cancer statistics, 2015[J]. CA Cancer JClin, 2015, 65(1): 5-29.
[31]ARITA T, ICHIKAWA D, KONISHI H, et al. Circulating long non-coding RNAs in plasma of patients with gastric cancer[J]. Anticancer Res, 2013, 33(8): 3185-3193.
[32]TIE J, ZHANG X Y, FAN D M. Epigenetic roles in the malignant transformation of gastric mucosal cells[J]. Cellular and Molecular Life Sciences, 2016, 73(24): 4599-4610.
[33]LIN L Y, YANG L, ZENG Q, et al. Tumor-originated exosomal lncUEGC1 as a circulating biomarker for early-stage gastric cancer[J]. Mol Cancer, 2018, 17(1): 84.
[34]YANG Y, SHAO Y, ZHU M, et al. Using gastric juice lncRNA-ABHD11-AS1 as a novel type of biomarker in the screening of gastric cancer[J]. Tumour Biol, 2016, 37(1): 1183-1188.
[35] PAYO S L, RASMUSSEN L T. Helicobacter pylori and its reservoirs: a correlation with the gastric infection[J]. World J Gastrointest Pharmacol Ther, 2016, 7(1): 126-132.
[36]SALAMA N R, HARTUNG M L, MUELLER A. Life in the human stomach: persistence strategies of the bacterial pathogen Helicobacter pylori[J]. Nat Rev Microbiol, 2013, 11(6): 385-399.
[37]LIBANIO D, AZEVEDO L F. Analysis of the Cochrane review: Helicobacter pylori eradication for the prevention of gastric neoplasia. Cochrane Database Syst Rev. 2015;7:CD005583[J]. Acta Med Port, 2015, 28(6): 684-686.