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1cerna的分類及其生物學功能

1.1假基因轉錄物作為ceRNA假基因是一類具有與其功能基因序列相似，通常情況下不具有蛋白質翻譯功能的基因，翻譯過程因提前終止密碼子、移碼突變、插入或缺失而中斷。假基因在基因組中一直被認為是垃圾基因，但隨著研究的深入，發現假基因能通過多個機制促進或抑制其同源基因的表達，增強或抑制其生物功能，其中包括假基因的轉錄物能作為ceRNA吸附miRNA。假基因的轉錄物可以作為理想的ceRNA，是由于它們具有很多與其同源基因相同的MRE。例如，許多在PTEN3′UTR上的保守MRE，也出現在PTEN的假基因PTENP1的轉錄物中，并且過表達PTENP1的3′UTR，并以Dicer依賴的方式上調PTEN的表達水平，這暗示PTENP1轉錄物通過與PTENmRNA競爭共同的miRNA，從而調節PTEN的表達。假基因的轉錄物在ceRNA調控中作為miRNA分子海綿(Sponge)，其作用可被功能化。由于假基因的同源基因可能是關鍵致病基因（如腫瘤抑制基因或癌基因），通過ceRNA調節，假基因也能在病理過程中發揮一定作用。如PTEN的假基因PTENP1，與PTEN一樣具有抑制腫瘤的特性，并在一些人類腫瘤中選擇性缺失。對其他假基因的研究發現，過表達KRAS的假基因KRAS1P的3′UTR，能增加KRAS轉錄物的表達，并加速細胞的增殖速度，影響腫瘤的發生。對干細胞多效轉錄因子OCT4的研究發現，其假基因OCT4-pg4在肝癌中被異常激活，且其表達水平與OCT4呈正相關。由于OCT4和OCT4-pg4都能被miR-145作用，因此OCT4-pg4作為天然的miR-145海綿保護OCT4免受miR-145的作用，使OCT4的蛋白表達水平升高，從而促進肝癌細胞的生長和腫瘤的發生。此外，整合子復合物亞基6（Integratorcomplexsubunit6,INTS6）相關假基因INTS6P1能與INTS6競爭結合miR-17-5p，發揮抑癌作用。以上研究表明，假基因在基因組中并非無關緊要，其通過ceRNA的作用方式調節其同源編碼基因的表達，進而在癌癥相關的病理過程中發揮著重要的作用。

1.2lncRNA作為ceRNAlncRNA是一類長度大于200nt、由RNA聚合酶Ⅱ或Ⅲ轉錄、保守性較低的非編碼RNA，并且其轉錄物可通過多種調節機制參與生物學過程。目前已發現超過10000種lncRNA可能具有潛在的ceRNA特性，許多研究已經證實lncRNA作為miRNA和mRNA的競爭平臺，在病理和生理相關過程中發揮重要作用。研究發現，一些異常表達的疾病特異性的lncRNA通過ceRNA介導的相互作用在癌癥的進程中產生深遠影響。在對lncRNA-BGL3的研究中發現，其與PTEN競爭結合miR-17、miR-93、miR-20a、miR-20b、miR-106a和miR-106b，并影響PTEN的表達水平及其下游PI3K/AKT信號通路，進而影響Bcr-Abl的轉化過程和腫瘤的生成。同樣，lncRNA-HLUC在肝癌樣本和細胞系中表達顯著上調。對HLUC上調的多個機制研究中發現，其ceRNA特性是一個復雜的自動環路的一部分：HLUC作為分子海綿抑制miR-372的表達和活性，從而減少miR-372對cAMP依賴性蛋白激酶A催化亞基β（cAMP-dependentproteinkinaseAcatalyticsubunitβ,PRKACB）的抑制作用，而PRKACB能誘導cAMP反應結合蛋白（cAMPresponseelementbindingprotein,CREB）的磷酸化，在肝癌中提高CREB依賴的HULC表達上調。這些研究表明，lncRNA作為ceRNA在相關信號通路和環路中發揮作用，影響癌癥的進程。除了在癌癥進程中的作用，lncRNA亦可作為ceRNA在一些生理過程中發揮重要作用。如內源性lncRNALinc-MD1以ceRNA的方式調控肌肉分化的過程。Linc-MD1能分別結合miR-133和miR-135，從而與它們的靶基因——決定因子樣蛋白-1（Mastermind-likeprotein1,MAML1）和肌細胞特異性增強因子2C（Myocyte-specificenhancerfactor2C,MEF2C）產生競爭性效應。在對另一個lncRNA——H19的研究中發現，其不僅作為let-7的分子海綿調節let-7的表達，而且使let-7的靶基因HGMA2和Dicer在蛋白水平表達上調。由于let-7的表達通常與細胞的分化狀態相關[，在小鼠肌源性細胞C2H2中的研究中發現H19的缺失與過表達let-7產生的效果一致，均可顯著增加肌球蛋白重鏈(Myosinheavychain,MHC)和肌細胞生成素（Myogenin,MyoG）的表達，從而加速肌肉分化。以上lncRNA作為ceRNA在肌肉分化中的作用說明lncRNA以ceRNA角色參與生長發育調節，也可能在其他生物學過程中發揮作用。

1.3CircRNA作為ceRNACircRNA是一類由特殊的選擇性剪切產生的非編碼RNA，與線性RNA不同的是：circRNA呈封閉環狀結構，不受RNA外切酶的影響，表達更穩定。研究表明，某些特殊的circRNA分子富含miRNA結合位點，在細胞中起到miRNA海綿的作用，進而解除miRNA對其靶基因的抑制作用，升高靶基因的表達水平，是一類高效率的ceRNA[34]。如小腦變性相關蛋白1反義鏈（Cerebellardegeneration-relatedprotein1antisense,CDR1as）包含63個保守的miR-7結合位點，該circRNA在細胞中和miRNA效應物密集地結合，能有效地解除miR-7對其靶基因的抑制作用，升高靶基因的表達水平。在斑馬魚(Daniorerio)模型中（本身不表達CDR1as），表達CDR1as與敲除miR-7有類似的效果，都能損傷斑馬魚中腦的發育。研究發現，miR-7作為關鍵調節因子廣泛參與癌癥途徑，如抑制在乳腺癌、膠質瘤等癌癥中表達顯著上調的信號激酶P21激活激酶1（P21-activatedkinase1,Pak1）的表達；miR-7也能通過作用α-突觸核蛋白（α-synuclein）編碼的mRNA3′UTR，抑制其表達。這些研究暗示CDR1as因其ceRNA特性能有效地吸附miR-7，可能是神經元功能的調節因子，也可能是神經系統疾病和癌癥治療的潛在靶點。Capel等對另一個已知環狀RNA性別決定區域Y(Sex-determiningregionY,Sry)的RNA研究發現，該RNA含有16個miR-138的結合位點，利用靶點分析實驗和免疫共沉淀實驗證實該環狀RNA能作為miR-138的分子海綿，抑制miR-138的表達。同時，Granados-Riveron等進一步研究發現Sry的正義鏈轉錄物和其反義鏈轉錄物類似，也能發生環化并作為miR-138的分子海綿起作用。目前結合最新生物信息學工具和相關實驗技術在基因組中發現成千上萬種circRNA在特定組織或特定發育階段穩定表達，這暗示circRNA在基因組中的含量很豐富，并非RNA選擇性剪接產生的隨機物，它在一定程度上可能參與基因的表達調控。如利用RNA轉錄組測序（RNAsequence,RNA-seq）數據分析果蠅circRNA的生物合成和功能，發現其circRNA上含有大量保守的miRNA結合位點。結果顯示circRNA作為潛在的高效ceRNA分子，對其進一步的生物學功能研究具有重要意義。以上非編碼RNA作為ceRNA及其生物學功能見表2。

2ceRNA的調節

目前，許多研究已表明ceRNA之間的相互作用，但對于哪些因素可能會影響某個RNA分子發揮其ceRNA功能仍不清楚。我們推測構成ceRNA調控網絡的各個組分的數量級、RNA3′UTR的變化以及RNA結合蛋白（RNAbindingprotein,RBP）的作用都有可能對ceRNA構成的調控網絡產生重要的影響。

2.1ceRNA、miRNA和MRE的數量ceRNA和miRNA的表達水平會影響ceRNA網絡的交互作用。當總的轉錄物數量遠遠超過miRNA數量時，整體的ceRNA關系很弱，因為只有數量有限的miRNA起抑制作用。相反，當miRNA的數量遠大于ceRNA分子數量時，交互作用不太可能發生，因為轉錄物都處于被抑制的狀態。因此，交互調節可能發生在一個所有ceRNA和miRNA數量在近似數量級的網絡中。Kumar等利用RNA-seq分析得到HMGA2和TGFBR3的轉錄物表達水平相似，并且共同結合的let-7家族成員的總表達水平與HMGA2和TGFBR3的表達水平在一個數量級，這進一步用實驗證明最佳的ceRNA對話可能發生在miRNA與ceRNA轉錄物豐度一致的情況下。此外ceRNA間共同的MRE數量也會影響ceRNA調節。為了驗證這一假設，Ala等[44]構建了一個實驗模型：該模型由10個ceRNA和10個miRNA共同組成，但并不是所有的ceRNA都能被這10個miRNA作用。研究發現，當增加其中某一個特定ceRNA表達時，含有更多MRE的RNA表達會顯著上升，而對于不含有共同MRE的其他RNA則幾乎沒有作用。由此說明單個RNA所含MRE的數量也可能決定其在ceRNA調控網絡中的作用。

2.23′UTR的變化目前對于ceRNA的研究主要是基于miRNA作用于RNA的3′UTR而引發的分子間競爭所導致的相互調控。因此，RNA分子3′UTR的變化會影響ceRNA調控。研究發現，RNA剪接和聚腺苷酸化這兩個過程會影響RNA的3′UTR。RNA的剪接會影響分子的穩定性也會減少或增加3′UTR上miRNA的結合位點，聚腺苷酸化常使編碼基因轉錄出更短的3′UTR。對于3′UTR變短的轉錄物，一方面，直接靶向它的miRNA會減少；另一方面，它作為ceRNA調節其他轉錄物的能力也將減弱。Mayr等在研究中發現，3′UTR變短的轉錄物上一些miRNA的結合位點消失。miRNA既可以使mRNA降解，也可以抑制mRNA的翻譯。在不同組織和基因間的實驗發現，3′UTR變短的轉錄物的穩定性更強，并且編碼更多的蛋白質。因此，無論是3′UTR上序列的變化還是長度的變化，都可能影響ceRNA發揮其功能。

2.3RBP與miRNA間的相互影響RBP在許多轉錄后過程中起著重要作用，包括影響RNA剪接、穩定性、轉運和翻譯。RNA間除了相互競爭共同的miRNA，也可能競爭共同的RBP。這兩個調節過程可能不是分開的，它們之間也存在著內在的聯系[17]。RBP不僅與miRNA通過競爭或合作結合特異性位點影響它們靶向的mRNA表達，還可能由于RBP的結合導致RNA二級結構的改變，從而改變了miRNA的結合位點。由于RBPHuR發現得較早，在這方面的研究較多。研究發現RBPHuR和miRNA之間的競爭通常能增強基因的表達，如HuR分別與miR-122、miR-548c、miR-494、miR-16和miR-331-3p競爭結合陽離子氨基酸轉運蛋白1、拓撲異構酶Ⅱα(TopoisomeraseIIalpha,TOP2A)、核仁素（Nucleolin,NCL）、環氧合酶-2（Cyclooxygenase-2,COX2）和ERBB2的mRNA，抑制相應miRNA作用于這些mRNA，從而促進mRNA合成；而HuR和miRNA間的結合通常降低它們靶向mRNA的表達，如HuR能作用C-MYCmRNA3′UTR，上調其表達，但當HuR與let-7的RNA誘導的沉默復合體（RNA-inducedsilencingcomplex,RISC）作用時，會抑制C-MYC的表達[56]。上述研究說明，RBP可能通過與miRNA相互影響，進而在ceRNA網絡產生影響。

3結語

目前ceRNA的研究仍然處于起步階段，每種ceRNA的類型如假基因轉錄物、lncRNA、circRNA等的研究例子都較少。一方面需要發現更多類型的ceRNA，另一方面需要探索ceRNA交叉對話是否是一個普遍的、大型的RNA轉錄調控網絡[17]。ceRNA的預測是限制其研究的主要影響因素，改進預測策略將有助于發現更多的ceRNA。與紫外交聯免疫沉淀高通量測序（High-throughputsequencingofRNAisolatedbycrosslinkingimmunoprecipitation,HITS-CLIP）和光激活性增強的核糖核苷交和免疫共沉淀（Photoactivatable-ribonucleoside-enhancedcrosslinkingandimmunoprecipitation,PAR-CLIP）等一些新的技術結合將優化在全基因組范圍內預測ceRNA。另外，如果ceRNA的預測不局限在典型的轉錄物3′UTR的MRE，也能提高ceRNA的預測范圍。最近研究表明，miRNA的調節作用并不限制在轉錄物的3′UTR，也可能在轉錄物的編碼區或5′UTR。此外，目前對ceRNA的研究都在兩個RNA之間，而越來越多的研究表明ceRNA交叉對話是一個大型的調控網絡。除了直接通過共有的miRNA引起的相互作用，非直接的相互作用對ceRNA調控也可能產生深遠的影響。未來對ceRNA的研究應該不局限于發現二元ceRNA交互作用，也應該分析潛在的交織的miRNA與ceRNA網絡。雖然目前對ceRNA網絡的研究還不夠成熟，但RNA-miRNA-RNA作為一個新的、在轉錄后水平以競爭性內源的調節方式調控基因的機制，可應用于生物學過程的系統研究，為疾病的研究和治療提供新方法。

作者：李靜秋楊杰周平樂燕萍龔朝輝單位：寧波大學醫學院生物化學與分子生物學研究所浙江省病理生理學技術研究重點實驗室