世紀之初，隨著人類基因組計劃的完成，人們驚奇地發現，
在蘊藏生命奧秘的30億個鹼基中，僅有2%編碼蛋白質，其餘98%都是非編碼的。
起初，研究者們認為這98%的基因都是“垃圾基因”，但隨著lin-4和let-7這兩個microRNA的發現，人們逐漸揭開了非編碼RNA的神秘面紗。
時至今日，非編碼RNA仍然是目前生物學領域最熱門的研究方向之一。
在去年的11月份發表於Cell上的一篇題為
“The Role of Non-coding RNAs in Oncology”
的綜述中，作者概述了目前研究的幾種主要的非編碼RNA，
並列舉了一些基於非編碼RNA的正在進行或剛剛完成的臨床試驗，
最後作者對非編碼RNA領域的未來發展進行了展望。
全文可以分為3個部分，
第一部分概述目前主要研究的非編碼RNA及其與腫瘤發展的關係；
第二部分列舉了將非編碼RNA應用於腫瘤診斷和治療的臨床試驗；
第三部分展望了非編碼RNA領域的未來發展：
1 miRNAs
Micro RNAs（miRNA）是一類長度大約為22nt的小ncRNA，
主要通過miRNA的5’端（被稱為種子序列）與靶RNA互補配對結合調控RNAs的表達，尤其是mRNA。
編碼miRNA的基因由RNA聚合酶II轉錄，並通過保守的途徑進一步加工。
在經典的加工途徑中，這個較長的初級轉錄本，被稱為pri-miRNA，形成一個被微處理器複合體（microprocessor complex，包括Drosha和DGCR8）識別的特徵性發夾結構，隨後被切成pre-miRNA，大約60 nt，接著在Exportin5和Ran-GTP協助下輸出至細胞質中。
pre-miRNA的末端被Dicer酶切割形成miRNA雙鏈，每條單鏈的5’端為磷酸，3’端為2nt的粘性末端。
miRNA雙鏈中的引導鏈裝載到Argonaute蛋白上，形成RNA誘導的沉默複合體（RISC），RISC包含著成熟的22nt的miRNA。
成熟的miRNA通過與mRNA的3’UTR結合，發揮降解或者轉錄抑制作用，此過程如圖1所示（He & Hannon, 2004）。
圖 1：miRNAs生物合成過程
在所有的小ncRNAs中，miRNA是目前研究最廣泛的。
從現有研究的成果來看，miRNAs在癌症中的作用是多樣的，包括促癌、抑癌以及混合作用。
所謂混合作用，是指由細胞背景決定的miRNAs的促癌或抑癌作用，即在某些細胞類型中miRNAs發揮促癌作用，而在另一些細胞類型中發揮抑癌作用。
例如，miR-155可以促進異常的B細胞增殖，在此過程中發生一系列變化，最終導致白血病和淋巴瘤的發生。
let-7則能夠抑制癌基因RAS，RAS基因是一類致癌基因，約佔所有人類癌症的三分之一。
let-7過表達可降低RAS水平，提示其具有抑癌作用，可作為一種新的有前途的治療藥物。
典型的具有細胞背景決定的miRNAs作用的是miR-29，miR-29能夠抑制慢性B淋巴細胞白血病進展，但在急性髓系白血病和高侵襲性B淋巴細胞白血病中表達升高，這意味著miR-29也可以作為癌基因發揮作用。
2 tsRNAs
近年來，研究者們發現了一類由tRNAs衍生出來的ncRNAs，稱之為tsRNAs（tRNA-derived small RNAs, tsRNAs）。
這類ncRNAs的生物起源和下游的作用機制等很多方面還在探索中。
在癌症研究中，TCGA來源的數據分析鑑定發現了26531種特異的tsRNAs。
儘管如此，從現有研究來看，tsRNAs在某些方面與miRNAs的作用是相同的。
與miRNAs一樣，tsRNAs已被發現與Argonaute蛋白相關，可以通過與靶3’UTR結合介導mRNAs的翻譯抑制，這種作用可以是致癌的，也可以是抑癌的。
3 piRNAs
PIWI-interacting RNAs（piRNAs）是一類長度約21-35nt的小RNA，一般和Argonaute蛋白的PIWI亞家族結合，與生殖細胞發育中的轉錄本沉默相關。
piRNA前體的產生是物種特異性的，並且piRNAs的序列也不是很保守。
由於PIWI蛋白通常只出現在性腺細胞中，因此piRNAs也被認為主要在性腺細胞中發揮功能。
但最近的研究表明，很多piRNAs也在體細胞組織中表達，並在癌症中異常表達，這表明這些piRNAs可能也參與癌症進展。
piRNAs的經典功能是沉默轉座子，這一過程存在兩種機制。
在第一種機制中，piRNAs引導PIWI蛋白到達新生的轉座子轉錄本，並在目標轉座子啟動子上產生異染色質狀態，使其轉錄沉默。
在第二種機制中，piRNAs將PIWI複合物導向轉座子mRNA，直接裂解轉錄本。
4 lncRNAs
Long non-coding RNAs（lncRNAs）長度大於200 bp，由RNA Pol II從獨立啟動子轉錄。
與蛋白編碼基因相似，它們的基因組位置以轉錄起始位點的H3K4me3和整個基因編碼區的H3K36me3富集為標誌。
lncRNAs轉錄本由多個外顯子組成，通過經典機制剪接成成熟的轉錄本，通常包括5'帽子和3'poly(A)尾巴。
然而，與蛋白編碼轉錄本相比，lncRNAs的外顯子更少，總體表達水平更低。
lncRNAs也不是高度進化保守的，只有5%-6%的lncRNA具有保守序列。
因此，有一種觀點認為高度保守的lncRNAs可能更具有功能性。
然而，有些靈長類特異性lncRNAs可能也參與了疾病過程。
與small ncRNAs相比，lncRNAs表現出更加多樣的機制來實現它們的功能，因此這一領域也需要更多的研究。
lncRNAs可以通過cis或trans的方式發揮功能，這意味著它們既可以調控自己轉錄的鄰近區域（cis），也可以控制遠端基因組或細胞定位區域的基因表達（trans）。
lncRNAs也被證明能夠在不同水平上影響基因表達，包括表觀遺傳水平、轉錄水平和轉錄後水平。
多種lncRNAs能夠介導其他調控作用的核酸分子（如mRNAs、miRNAs、DNA）或蛋白質（如染色質修飾複合物，轉錄因子，E3連接酶，RNAs結合蛋白）相互接近，發揮靈活的分子支架作用（scaffold），維持細胞活動所需的化學相互作用。
就lncRNAs直接與蛋白複合物結合的功能而言，最具特徵的機制之一是引導染色質修飾複合物靶向基因啟動子，從而影響轉錄抑制/激活（Guide）。
lncRNAs也常與轉錄因子結合，對細胞轉錄程序具有廣泛的下游影響。
除了蛋白質外，lncRNAs還可以直接與核酸結合，介導其分子作用機制（signal）。
另一種常見的機制為lncRNAs作為競爭性內源性RNA (ceRNA)或miRNA的“海綿”（decoy）。
這幾種作用機制的圖示如圖2所示（Chen, Wang, Zhang & Chen, 2014）：
圖 2：lncRNAs的作用機制
在癌症研究中，lncRNAs的功能與miRNAs類似，也包括促癌、抑癌和由細胞背景決定的作用三種。
例如，HOTAIR是研究最深入的致癌lncRNAs之一，通過靶向PRC2和LSD1/CoREST/REST控制基因抑制，其過表達與乳腺癌和其他幾種癌症的不良預後有關。
MEG3則是典型的腫瘤抑制lncRNAs之一，除了調節TGF-β通路外，MEG3還下調MDM2的表達，增加p53蛋白水平。
NKILA是一種細胞背景決定的lncRNAs，在過表達NKILA人乳腺癌細胞系的小鼠異種移植模型中，NKILA發揮抑癌作用。
然而，最近也有研究表明，高表達NKILA可通過誘導細胞毒性T淋巴細胞和Th1細胞死亡，促進腫瘤免疫逃避，促進癌症發展。
此外，還有兩種lncRNAs的特例也受到廣泛關注——假基因（pseudogenes）和環狀RNAs（circular RNAs, circRNAs）。
假基因是lncRNAs轉錄本的一個亞類，其序列與編碼基因相似，但已失活，不再產生功能蛋白。
RNA-seq研究發現，在整個基因組中有數千個假基因轉錄本，其中許多假基因在特定癌症類型中表達。
假基因的一種功能是充當誘餌，例如，在大小和結構上與編碼基因PTEN基本相同的假基因PTENP1可以作為一種誘餌誘騙靶向PTEN的miRNAs，防止PTEN的表達被抑制。
CircRNAs可以通過與lncRNAs相似的機制發揮促癌或抑癌功能，且顯然circRNAs更加穩定，因而具有更好的臨床應用前景。
5 ncRNAs在腫瘤診斷方面的臨床試驗
表1：ncRNAs在腫瘤診斷方面的臨床試驗
6 ncRNAs在腫瘤治療方面的臨床試驗
表 2：ncRNAs在腫瘤治療方面的臨床試驗
7 對ncRNAs研究領域的展望
目前對於腫瘤的檢測指標依然以組織活檢為金標準。
而如果ncRNAs的診斷能夠有效應用於臨床，那麼基於ncRNAs的血液或尿液檢查能夠使腫瘤患者免遭侵入性探查的痛苦。
此外，這種方便快捷的檢測方法能夠進一步在體檢中普及，有利於儘早發現腫瘤並進行針對性治療。
近期，在深圳舉辦的“第六屆羅氏診斷全國腫瘤高峰論壇”上，瀋陽市肺癌診治中心、瀋陽市胸科醫院腫瘤內科主任李茵茵就基於檢測循環腫瘤DNA（ctDNA）、循環腫瘤細胞（CTC）和外泌體（Exosome）的液態活檢在肺癌中的臨床應用進行了分享。
她指出：“液態活檢已成為組織活檢的有力補充。在部分應用場景中，液態活檢相比組織活檢具有更大的優勢，有助於進一步提高肺癌的精準診斷和個體化治療水平。”
雖然ncRNAs在腫瘤診斷和治療方面的應用仍然處於早期階段，但隨著越來越多的機制被探明，我們有理由相信ncRNAs診斷和治療有望應用於臨床。
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參考文獻：
[1] He, L. , & Hannon, G. J. . (2004). Micrornas: small rnas with a big role in gene regulation. Nature Reviews Genetics, 5(7), 522-531.
[2] Chen, J. , Wang, R. , Zhang, K. , & Chen, L. B. . (2014). Long non-coding rnas in non-small cell lung cancer as biomarkers and therapeutic targets. Journal of Cellular and Molecular Medicine, 18(12), 2425-2436.
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