长链非编码RNA介导的ceRNA网络在膀胱癌中的作用

The Role of Long Chain Non Coding RNA Mediated ceRNA Network in Bladder Cancer

摘要: 膀胱癌(Bladder Cancer, BC)位列全球最常见的十种癌症之中，其患病率与致死率均处于较高水平。长链非编码核糖核酸(lncRNAs, 即Long non-coding RNAs)指的是那些核苷酸数量在200至100,000个之间的核糖核酸分子，这类分子几乎不编码蛋白质或仅有极低的编码潜力，并且近年来已经成为了研究热点。近年来，lncRNA逐渐被发现参与到多种生理病理过程之中，并与多种疾病的发生发展有关，其中尤其以癌症为甚。在膀胱癌中，lncRNA同样起到了关键的作用。它既可作为肿瘤抑制基因，也可能成为肿瘤促进基因。有充分证据表明，lncRNA能作为竞争性内源RNA (Competing endogenous RNA, ceRNA)与微小RNA (microRNA, miRNA)结合，进而调控靶基因的表达。这已被认为在许多类型的肿瘤中发挥着不可或缺的作用。本文就lncRNA在膀胱癌中的ceRNA机制作一综述。

Abstract: Bladder cancer (BC) ranks among the top ten most prevalent cancers globally, characterized by high incidence and mortality rates. Long noncoding RNAs (lncRNAs) are a class of RNA molecules with transcript lengths ranging from 200 to 100,000 nucleotides; they either lack or have minimal protein-coding capacity. In recent years, lncRNAs have garnered significant attention due to their involvement in various physiological and pathological processes, and they are increasingly recognized as being closely associated with the pathogenesis of numerous diseases, particularly in oncology. Within the context of bladder cancer, lncRNAs play a pivotal role, functioning both as tumor suppressors and oncogenes. Mounting evidence suggests that lncRNAs can act as competitive endogenous RNAs (ceRNAs) by binding to microRNAs (miRNAs), thereby influencing and modulating the expression of target genes, a role considered essential in multiple types of tumors. This review examines the role of the lncRNA ceRNA mechanism in bladder cancer.

1. 膀胱癌的概述

膀胱癌是泌尿系统中最常见的恶性疾病之一，并且在全球范围内也是发病率较高的癌症类型。根据统计数据，它是全球男性中第四大最常见的恶性肿瘤。而对于女性而言，其排名第八。主要的危险因素是吸烟，其次是在工作场所或环境中接触致癌物质[1] [2]。早期膀胱癌指的是表浅型的膀胱癌、原发性膀胱癌以及局限于黏膜内的非肌层浸润性膀胱肿瘤。膀胱癌的早期肿瘤生长速度比较快，癌症组织本身就可以发生破裂出血，而且癌细胞还可以对膀胱黏膜造成破坏，导致患者发生血尿的症状[3]。在普通人群中，膀胱癌每年约有11,000例新病例[4]。在中国，膀胱癌的发病率一直维持在高位水平。而相比之下，在国际范围内，该病的发病率仅低于前列腺癌，位列第二[5]。因此，对膀胱癌的发病机制、诊断和治疗等方面的研究具有重要的现实意义。

2. 长链非编码RNA的概述

lncRNA是一类真核生物的非编码RNA，其长度超过200个核苷酸，主要存在于基因间的区域或是位于蛋白质编码基因的反义方向[6]。尽管不具备编码潜力，但它们的基因结构却与RNA聚合酶II的产物类似[7]。lncRNA可以与DNA、RNA或蛋白质分子相互作用，从而调节基因表达，并通过多种机制发挥细胞效应。lncRNA参与基因表达调控的三个水平包括转录水平调控、表观修饰水平调控和转录后水平调控。据估计，人类基因组内包含了超过23,000种lncRNA [8]。lncRNA可以与DNA、RNA或蛋白质分子相互作用，从而调节基因表达，并通过多种机制发挥细胞效应。lncRNA参与基因表达调控的三个水平包括转录水平调控、表观修饰水平调控和转录后水平调控。已有众多研究指出，lncRNA在生物过程中有重要功能，特别是与癌症进展、细胞增殖、分化和转移相关的过程[9]。lncRNA或成肿瘤标志物及治疗靶标，为癌症诊疗带来新契机。

3. ceRNA概述

2011年，Salmena等人首先提出了竞争性内源性RNA (ceRNA)理论。该理论表明某些RNA分子能够通过与相同的miRNA结合来调控下游mRNA的表达。这一理论解释了ceRNAs如何通过与miRNA的结合位点相竞争，进而影响miRNA对mRNA的调控作用[10]。近年来，随着高通量测序技术的发展，越来越多的ceRNA被发现和研究。这些研究不仅揭示了ceRNA在生物体内的广泛存在和重要功能，也为我们提供了更多的疾病治疗和药物研发的思路。越来越多的研究证实，ceRNA调控网络在多种肿瘤的发展及发病机制中扮演核心角色，并有望成为肿瘤诊疗的新靶点[11]。尽管ceRNA研究取得了一些重要进展，但仍存在许多未知领域。未来的研究需要更深入地了解ceRNA的调控机制，探索其在各种生理和病理过程中的作用，以期为疾病诊断和治疗提供更多有效的策略。

4. ceRNA在膀胱癌不同发展阶段中的作用变化

在膀胱癌的早期阶段，ceRNA网络主要通过调节细胞增殖和凋亡来影响肿瘤的发展。例如，长非编码RNA GAS5在膀胱癌早期阶段表现出显著的抑癌作用。GAS5通过海绵吸附miR-221，减少miR-221对CDK6的抑制，从而促进细胞凋亡[12]。此外，GAS5还可以通过抑制EZH2的转录，进一步促进膀胱癌细胞的凋亡[13]。

随着膀胱癌的发展进入进展期，ceRNA网络的作用逐渐转向促进肿瘤的侵袭和转移。例如，circRNA cTFRC通过海绵吸附miR-107，促进膀胱癌的进展[14]。ceRNA网络的变化有助于肿瘤细胞突破基底膜，进入周围组织和血管，从而促进肿瘤的转移。

在膀胱癌的晚期阶段，ceRNA网络的作用更加复杂，不只关联肿瘤的扩增与迁移，也包含对化疗药抗性的调整。例如，长非编码RNA HOTAIR在膀胱癌晚期表现出显著的促癌作用[15]。此外，HOTAIR还可以通过抑制化疗药物多柔比星的敏感性，导致肿瘤对化疗药物的耐药性增加[16]。

5. 长链非编码RNA调控的ceRNA网络

5.1. 长链非编码RNA在ceRNA网络中的作用

在ceRNA网络里，lncRNA起着至关重要的作用。它能与miRNA进行竞争性结合，进而调控基因的表达，构建起一个错综复杂的调控体系。lncRNA作为ceRNA时，可吸附miRNA，解除其对靶mRNA的抑制，实现对基因表达的调节[17]。例如，在胰腺癌中，lncRNA HOTAIR通过与miR-106b和miR-93竞争，抑制PTEN的表达，促进肿瘤的增殖和转移[18]。lncRNA在ceRNA网络里的功能并非只与肿瘤相关，其在诸多疾病中都有显著影响。以神经退行性疾病为例，借助构建lncRNA-miRNA-mRNA ceRNA网络，研究人员得以洞察此类疾病的调控原理[19]。在缺血性脑卒中场景下，由lncRNA主导的ceRNA调控网络于病理生理进程中扮演着核心角色，对疾病的诊断、治疗及预后改善有着显著助力[20]。此外，lncRNA作为ceRNA的调控机制还广泛关联到细胞凋亡、血管生成、炎症反应等诸多生物学环节[21]-[23]。相关研究揭示，lncRNA在ceRNA网络里靠和miRNA竞争结合，调节下游基因表达，进而对疾病的演进及治疗成效产生影响。

5.2. 不同lncRNA调控的ceRNA轴之间的相互作用

5.2.1. 竞争性结合miRNA

各类lncRNA所调控的ceRNA轴会通过竞相结合同一种miRNA来调控基因表达。以胃癌为例，当CircHIAT1表达增多时，会对miR-21产生负向调控作用，使得miR-21的靶向基因PTEN表达上升，从而抑制PI3K/AKT信号通路的活性，发挥出抗癌效果[24]；而CIRS-7高表达则会海绵吸附miR-7，阻断miR-7的抑癌效果，上调PTEN/PI3K/AKT信号通路，促进胃癌侵袭[25]。这两个ceRNA轴通过与不同miRNA的相互作用，分别在胃癌的发生发展中发挥着相反的调控作用。

5.2.2. 影响miRNA的可用性

lncRNA作为ceRNA，能够改变miRNA的活性和可用性，进而影响其他ceRNA轴的功能。如在胰腺癌中，GAS5通过海绵吸附miR-221，减少了miR-221对SOCS3的抑制，激活了SOCS3-JAK2/STAT3信号通路[26]。这不仅影响了GAS5/miR-221/SOCS3轴本身的功能，也可能间接影响其他以miR-221为调控中心的ceRNA轴，改变细胞内miR-221的分布和靶向情况。

5.2.3. 协同或拮抗作用

不同lncRNA-ceRNA轴之间可能存在协同或拮抗作用，共同参与疾病的发生发展。在结直肠癌研究中，发现多种表达异常的lncRNA与miRNA、mRNA构成复杂ceRNA调控网[27]。部分lncRNA或许能协作调控某信号通路或生物过程，像细胞增殖、凋亡、侵袭等；而另一些lncRNA则可能发挥拮抗作用，相互制衡，维持细胞内基因表达的稳态。

6. 长链非编码RNA通过ceRNA机制调控膀胱癌的发生发展

最近，人们对长非编码RNA在各种不同疾病中的关键角色产生了广泛的关注。尤其是在膀胱癌的发生机制中，lncRNA扮演的角色已经得到了许多研究所明确确认。多项研究揭示了lncRNA可以通过竞争性内源性RNA机制作为miRNA海绵发挥作用，在膀胱癌里参与细胞周期和死亡调控，影响其侵袭转移[28]。通过以往的一些研究我们总结了几个常见的促进和抑制膀胱癌症发展和转移的lncRNA，就它们对膀胱癌的ceRNA调控作用做一描述。

6.1. 长链非编码RNA通过介导ceRNA网络促进膀胱癌发展

6.1.1. 长链非编码RNA 19 (H19)通过ceRNA机制促进膀胱癌发展

H19属于上调的长链非编码RNA，并参与膀胱癌的增殖、转移和侵袭[29]。H19启动子区能够与 CCCTC结合因子和胰岛素样生长因子2结合，从而影响膀胱癌的发展[30]。此外，H19的过度表达也与膀胱癌的转移有关[31]。Lv等人的研究发现，H19通过miR-29b-3p担任ceRNA，进而调节膀胱癌的上皮间质转化和转移[32]。在这个研究中，研究人员依据微阵列和QRT-PCR的数据证明了H19的调节与膀胱癌患者侵袭和转移的能力有关，这显示出H19调节在肿瘤进展中的病理意义。然后，研究人员探究了H19作为miR-29b-3p的ceRNA对DNMT3b 3’ UTR的调控作用，从而在功能上解除了对该靶基因的内源性抑制。研究人员发现H19/miR-29b-3p/DNMT3B轴在体外和体内都可以刺激细胞增殖、迁移、侵袭、EMT 和转移能力，而H19的下调则会对膀胱癌细胞产生抑制效果。总而言之，H19利用ceRNA机制干扰miR-29b-3p，影响膀胱癌进程中EMT与MET的调控，发挥关键作用。H19利用ceRNA机制抑制miR-29b-3p，影响膀胱癌进程中EMT与MET的调控，发挥关键作用。

6.1.2. 尿路上皮癌胚抗原1 (UCA1)通过ceRNA机制促进膀胱癌发展

尿路上皮癌胚抗原1 (Urothelial cancer associated 1, UCA1)是非编码RNA中的一种致癌基因，在许多类型的癌症中都有异常表现[33]，而且它在膀胱癌中的作用也受到了许多研究者的关注。

Wu研究小组通过qRT-PCR、WB、transwell迁移和侵袭、荧光素酶报告基因等实验证明了长非编码RNA UCA1靶向miR-582-5p，通过aTg7介导的自噬抑制作用促进膀胱癌症细胞的进展和耐药性[34]。Luo等人的研究同样表明，UCA1可提升膀胱癌细胞侵袭力并促进EMT进程。过程，其机制是对miR-143及HMGB1信号通路的调节[35]。Pan等人的研究揭示了UCA1在膀胱癌化疗过程中可促进细胞增殖并减少化疗药物顺铂/吉西他滨诱导的细胞凋亡，miR-196a-5p可以在一定程度上缓解UCA1的这种作用[36]。Xue等人的另一个研究表明，可能通过调节hsa-miR-145/ZEB1/2/FSCN1这一信号通路来实现对膀胱癌的影响[37]。Li等人通过实验得出的一些数据表明，在实验室条件下(包括体外和体内实验)，UCA1经由调节UCA1/miR-195/ARL2通路，增强了线粒体功能及细胞存活力。此信号网络的发现，为膀胱癌分子病理机制的理解及UCA1作为潜在诊断标志物和治疗靶点的应用提供了坚实基础[38]。综上所述，UCA1通过ceRNA机制促进膀胱癌的发生发展，有望成为膀胱癌的新型诊断手段与治疗靶点。

6.1.3. 牛磺酸上调1 (TUG1)通过ceRNA机制促进膀胱癌的发展

Yuan等人通过一系列实验对预测的lncRNA-TUG1/miR-140-3p轴调控的Annexin A8对膀胱癌的影响的研究，研究结果表明TUG1通过吸附miR-140-3p激活ANXA8来促进膀胱癌的进展和转移，这揭示了膀胱癌的发病机制[39]。Tan研究团队了解到TUG1参与人类恶性肿瘤的发展，但是TUG1在膀胱癌中的内在和具体分子机制在很大程度上仍然未知。所以Tan等人对TUG1在膀胱癌中发生发展的分子机制进行进一步的研究，研究显示TUG1经调控miR-320a/FOXQ1轴，使膀胱癌恶性程度加重[40]。当然，TUG1促进膀胱癌发生发展的机制远不止这些，Yu等人也探讨长非编码RNA TUG1对癌症细胞迁移和侵袭的影响机制。本研究通过人群验证及细胞功能实验，确认miR-29c-3p影响膀胱癌迁移与侵袭。研究发现，该因素通过与TUG1相互作用并调节CAPN7的表达，从而对膀胱癌细胞的迁移和侵袭产生影响。这为膀胱癌分子机制的研究带来了新视角，也为临床治疗提供了新的潜在靶向点[41]。

6.2. 长链非编码RNA通过介导ceRNA网络抑制膀胱癌发展和转移

6.2.1. 生长抑制特异性基因(GAS5)通过ceRNA机制抑制膀胱发展

lncRNA生长停滞特异性5 (Growth Arrest Specific 5, GAS5)在多种生物进程中，其关键作用已被证实，包括肿瘤调控与基因转录。然而，尽管GAS5已被证实是一种多效的抑癌基因，但它在膀胱癌中的具体作用机制尚未完全明了。一项由Zhang等人开展的研究试图了解GAS5在膀胱癌中的具体生物学性质及其作用机制。在本研究中，他们团队对50对膀胱癌组织及其对应的正常黏膜组织进行了GAS5表达水平的检测。实验结果表明，在膀胱癌组织中，GAS5的表达显著低于正常黏膜组织。为了进一步探究GAS5的功能，研究人员实施了细胞培养与动物模型实验，后续研究显示GAS5对膀胱癌细胞增殖与迁移有重要调节作用。主要机制是GAS5通过调控miR-18a-5p/AXIN2/GSK3β轴来控制Wnt/β-catenin信号通路的活性，从而影响膀胱癌的发展进程[42]。另一项由Chen等人开展的研究利用双荧光素酶报告方法，从膀胱癌样本中收集数据，证明了GAS5与miR-21存在负相关的关系。数据显示GAS5表达水平较高的患者，其生存期较长，同时miR-21的表达水平较低。研究进一步证实，GAS5抑制了膀胱癌细胞的增殖，促进了细胞凋亡，而miR-21则有相反的作用。miR-21是GAS5直接的靶标，且磷脂酶和张力同源物(Phosphatase and Tensin Homolog, PTEN)是miR-21的直接目标基因。当miR-21表达水平降低时，GAS5沉默引起的增殖和抗凋亡效应会被逆转。GAS5高表达及miR-21低表达可能与BC患者的高生存率有关，而GAS5通过miR-21和PTEN对膀胱癌细胞发挥抗增殖和促凋亡作用[43]。此外，Cao等人的研究进一步证实，GAS5可以通过抑制CCL1的表达来阻止膀胱癌细胞的增殖。上述研究充分说明了GAS5在膀胱癌发展中的调控作用，并为膀胱癌的治疗提供了新的潜在策略[44]。

6.2.2. 母系表达基因3 (MEG3)通过ceRNA机制抑制膀胱癌发展

在各种肿瘤中，长非编码RNA MEG3是一种重要的肿瘤抑制基因。但它在膀胱癌症中的生物学作用尚未得到研究。Shan等人为了研究MEG3在膀胱癌中的生物学机制，实验证实MEG3调控miR-494及PTEN，有效阻碍膀胱肿瘤增殖。提示MEG3可以与miR-494相互作用以调节PTEN在膀胱癌症发展中的作用[45]。Hong等人通过生物信息学分析预测了MEG3在膀胱癌中的表达以及与其结合的miR-21-5p，从数据库中预测miR-21-5P的下游靶点SPRY2，并根据进一步的研究得出lncRNA MEG3通过与miR-21-5p竞争性结合来促进SPRY2的表达，从而抑制BC细胞的增殖并促进其凋亡[46]。

7. 总结

尽管已有大量研究揭示了lncRNA在膀胱癌中的关键角色及其机制，但在该领域仍有许多未解之谜，尤其是在lncRNA的异常表达、其作为ceRNA的角色以及相关调控机制方面。这些未解决的问题为深入研究lncRNA在膀胱癌中的作用及其在诊断和治疗中的潜在应用提出了挑战和机遇，旨在更好地理解该疾病的病理状态并推进新疗法的研发。例如，一些lncRNA已被认为有可能作为有效的生物标记物，用于预测膀胱癌的发展进程或治疗反应。然而，仍需更多研究来探索如何针对这些lncRNA的功能开发出针对性的治疗方案或预防措施，以有效应对这一疾病带来的威胁。在膀胱癌的诊断和治疗领域，迫切需要更深入地理解lncRNA及其相互关系，以及它们与其他基因之间的交互，特别是在ceRNA领域的深入解析，这可能带来极大的临床价值。

NOTES

^*通讯作者。