乳腺癌相关microRNA研究进展

涂 轶(综述),梅金红(审校)

(南昌大学a.研究生院医学部2009级;b.第一附属医院病理科,南昌330006)

乳腺癌是女性最常见的恶性肿瘤之一,WHO资料显示全球每年约120万妇女发生乳腺癌。近年来我国乳腺癌的发病率呈逐年上升的趋势,目前已位居女性恶性肿瘤死亡率之首,严重危害广大女性的健康。随着分子生物学研究技术的发展,发现人体内基因的表达异常与肿瘤的发生、发展密切相关,肿瘤的基因治疗成为近年来研究的热点。目前的研究证明,miRNA分子调控了人体基因组内约1/3的基因表达[1],如何对调控肿瘤基因表达的特异性miRNA分子进行调节为全世界肿瘤研究者所瞩目。

microRNA(miRNA)是一种内源性的大小在21～23个核苷酸的一类非编码RNA,其通过下调靶基因的表达或翻译而参与调节细胞的发育、增殖、分化、凋亡。miRNA的这些生物学特性可能与包括人类肿瘤在内的多种疾病有关。最近的研究表明,miRNA在人类肿瘤的发生和发展中扮演重要角色,发挥着癌基因或抑癌基因的作用。本文综合目前的研究进展,对miRNA与乳腺癌的关系作一综述。

1 miRNA分子概述

miRNA存在于染色体的非编码区域,在细胞核内,编码miRNA的基因在RNA聚合酶Ⅱ的参与下生成pri-miRNA,并经转录后修饰,增加5′-端帽结构和3′-端尾结构,接着 pri-miRNA 在核酸内切酶Drosha和辅助因子DGCR8/Pasha的作用下,形成约70nt、具有茎环结构的miRNA前体pre-miRNA[2],在核膜转运蛋白Exp5的协助下,从核内转运到胞质中,在胞质内经Dicer酶进一步加工后与其互补序列相结合,形成miRNA,其作用是在转录后调控基因表达[3]。目前的研究认为miRNA主要通过两种机制进行基因表达的调控[4],一是miRNA序列与靶基因mRNA的3'-UT R结合,如果两者碱基序列完全互补,miRNA则促使靶基因的mRNA发生降解[5];另一个作用机制是miRNA与靶基因mRNA的3′-UTR的结合,碱基序列不完全互补,则阻止靶基因mRNA的翻译,但不影响其稳定性[6]。迄今为止,科学家在人类中鉴定出500多种miRNA,占人类已知基因的3%左右[4]。这些miRNA调节的靶基因的产物包括:转录因子、分泌蛋白、受体、转运蛋白等。研究表明miRNA的表达失调,可能引起大量相关基因的表达异常,导致细胞功能的紊乱,甚至出现癌变。

2 miRNA在乳腺癌中的异常表达

miRNA表达异常与人类肿瘤关系密切,在肿瘤发生过程中起癌基因或抑制癌基因的作用[4]。应用miRNA芯片技术和实时定量PCR方法检测乳腺癌及癌旁组织miRNA的差异性表达,可发现一些与乳腺癌相关的miRNA,通过研究miRNA作用的靶基因,可进一步阐明乳腺癌的发病机制。

2.1 促癌基因miRNA

1) miR-27:细胞转录因子ZBTB10/R INZF是一种调控细胞周期的特殊转录因子蛋白(SPl)的抑制物。miR-27作为一种肿瘤癌基因miRNA,通过调节ZBTB10表达后从而使SPl蛋白过度表达,引起细胞癌变,miR-27也可使SP2和SP3过度表达,这同样具有引起细胞癌变的作用[7]。

2) miR-155:Iorio M.V.等[8]采用芯片技术发现乳腺癌组织中 miR-155的表达量显著上调。miR-155可通过抑制 MAD1、MX11、ROX/MNT 等基因的表达,增加MYC基因的活性,从而促进细胞增殖,起到促癌基因的作用。

3) miR-21:2006年 Volinia S.等[9]就通过研究发现miR-21在结肠癌、肺癌、胰腺癌、前列腺癌、胃癌、乳腺癌等多种实体肿瘤中表达上调,提示其对肿瘤的作用可能具有普遍性。此后,Zhu S.等[10]在MCF-7乳腺癌细胞系中发现抑癌基因 Tropomyosin 1(TPM1)是miR-21的靶基因之一。在两组细胞中分别导入miR-21质粒和反义寡核苷酸(miR-21抑制剂),可以分别下调和上调 TPM1蛋白表达的水平。最近,Frankel L.B.等[11]在乳腺癌细胞株中发现miR-21的另外一个靶基因:抑癌基因PDCD4。研究证实PDCD4在介导乳腺癌细胞的凋亡中发挥着重要的作用[12]。以上研究结果表明miR-21在乳腺肿瘤的发生、发展过程中通过下调多种抑癌基因而发挥作用。

2.2 抑癌基因miRNA

1) miR-20b处于低氧微环境中的肿瘤细胞,其血管生成和代谢方式的改变使之能在低氧环境中生存及增殖,这是肿瘤微环境的主要特征之一,其中血管内皮生长因子VEGF起着重要作用。Cascio S.D.等[13]通过模拟MCF-7乳腺癌细胞低氧环境,利用蛋白免疫印迹法和RT-PCR等方法发现miR-20b能够通过调节 HIF-1(低氧诱导因子 1)及STAT3(信号转导及转录激活子3)通路下调VEGF的表达,从而抑制肿瘤细胞的增殖和转移,起到抑癌基因的作用。

2) miR-195、miR-let7a有研究者在对比分析了7名正常女性与148名乳腺癌患者的血液标本后发现,乳腺癌患者外周血液中miR-195表达均高于正常人。此外,在乳腺癌术后miR-195及miR-let7a的含量明显降低,与乳腺癌根治术后病情稳定的乳腺癌患者外周血液中miRNA含量相当[14]。此结果说明miRNA可作为乳腺癌早期诊断的生物标记,并能够反映乳腺癌手术的治疗效果。

3) miR-125研究表明高表达的 HER2基因及其蛋白产物可导致乳腺肿瘤恶化[15],miR-125a和miR-125b在SKBR3细胞中呈过表达,能降低HER2和HER在蛋白水平上的表达,因此可以抑制肿瘤细胞的生长、增殖。此外,miR-125a和miR-125b还能通过下调PERK1/2和p-AKT水平来抑制肿瘤细胞侵袭转移[16]。

3 miRNA与乳腺癌生物学行为

肿瘤的侵袭转移是导致恶性肿瘤患者死亡的主要原因,因此抑制乳腺癌转移的发生具有重要意义。miRNA能够在转录水平调节基因的表达,近年研究发现很多与乳腺癌侵袭转移相关miRNA,人类的癌组织与正常组织相比较,其miRNA普遍被抑制。动物实验中,人为恢复或上调相关miRNA的表达可通过不同的调节机制来抑制肿瘤细胞在体内的转移。

Tavazoie S.F.等[17]研究者用微阵点芯片检测了多个具有高度转移特性的乳腺癌MDA-MB-231衍生细胞系,发现miR-335与miR-126表达缺失,其中miR-335通过抑制转录因子SOX4和细胞外基质成分tenascin C来抑制肿瘤细胞生长及转移,miR-335调节一系列与肿瘤远距离转移相关基因的表达,然而恢复miR-335的表达只能抑制转移细胞的入侵,而恢复miR-126的表达可以减少整个肿瘤的生长和增殖。另外,这两者表达缺失提示预后较差。这些研究结果给乳腺癌患者的治疗提供了新的靶点。上皮细胞向间质细胞的转变(EM T)是上皮细胞获得迁移能力的有效方式,目前体内外实验均表明,EMT在乳腺癌、结肠癌、肺癌、前列腺癌、肝癌、胰腺癌等多种癌症的原发性侵袭和继发性转移中有重要的作用。发生EMT常伴有E-钙粘蛋白的表达缺失,而恢复肿瘤细胞中E-钙粘蛋白的表达可以减少肿瘤细胞的转移。Dykxhoorn D.M.等[18]用miRNA微阵列和RT-PCR技术在乳腺癌老鼠模型中发现,miR-200家族可抑制转录抑制基因Zeb2的表达及增强E-钙粘蛋白的表达,从而促进EMT,促进了细胞的恶变,也增强肿瘤细胞在转移部位的定植。MUC1是由muc1基因表达的一种高糖基化蛋白。它在上皮更新与分化,维持上皮完整性和癌的发生与转移等方面都起到重要的作用。最新研究表明miR-145能通过沉默muc1基因的表达来抑制乳腺癌细胞的转移,这在肺癌的动物模型中也得到了同样的实验结果[19]。因此,上调miR-145的表达可以减少乳腺癌及肺癌细胞的转移。

然而,并不是所以miRNA在肿瘤细胞转移中表达缺失,部分miRNA表达增加同样可以促进肿瘤细胞的转移。HoxD10基因是同源异型盒基因家族成员之一,HoxD10基因的表达能够抑制乳腺癌的转移侵袭能力[20]。Ma L.等[21]发现在乳腺癌转移细胞中miR-210b、miR-10b的表达升高,而这两种miRNA的高表达可抑制HOXD10的表达,从而导致转移基因RHOC的表达增加,引起肿瘤细胞的侵袭转移。最新研究表明,Schmittgen T.[22]通过一系列体外实验证明乳腺癌细胞中miR-31表达水平与细胞的侵袭转移相关,miR-31表达水平升高,细胞转移能力下降。随后,在乳腺癌患者中的研究发现,miR-31作用的靶基因表达水平下降,患者的生存期可延长。这为乳腺癌转移患者的治疗提供了一条新的路径。

综上所述,miRNA可通过上调或下调基因的表达来影响肿瘤细胞的生物学行为,可用于临床指导乳腺癌的治疗和预后评价。

4 miRNA与乳腺癌多药耐药性(MDR)

肿瘤MDR是指肿瘤细胞对一种抗肿瘤药物产生耐药的同时,对化学结构和作用机制完全不同的其他抗肿瘤药物产生交叉、广谱耐药的现象。MDR是目前临床上化疗过程中面临的一个难题。随着对miRNA研究的不断深入,表明miRNA与MDR存在密切的联系。

4.1 miRNA相关的MDR产生机制

1) P-gp过度表达而引起的药物外排是产生MDR的经典机制之一。Kovalchuk O.等[23]通过研究表明,在耐阿霉素的乳腺癌细胞株MCF-7/DOX中miR-451表达水平下降,促使MDR1及P-gp表达的增加;进而用拟miR-451寡核苷酸转染细胞,发现其对阿霉素的敏感性增强,提示miR-451能负向调节乳腺癌MCF-7的耐药性。耐药的肿瘤细胞表现为自发凋亡能力下降以及癌细胞的无限增殖。

2) Bcl-2是公认的细胞凋亡抑制基因,也是肿瘤MDR的主要机制之一。有研究表明miR-21在恶性胶质瘤、胆管癌和乳腺癌细胞中过表达,具有抗凋亡作用,而在乳腺癌细胞株MCF-7中,miR-21能间接调节Bcl-2的水平,使Bcl-2的过表达,从而增加细胞的凋亡和对化疗药物的敏感性[24]。因此笔者认为miR-21可以作为化疗药物抗耐药的靶基因。

4.2 近期发现与MDR相关的miRNA

多重耐药相关蛋白(M RP)在多种肿瘤细胞的耐药机制中起着关键作用,最近有研究表明[25],miR-326在MCF-7/VP细胞系中的表达下调,且与MRP-1的表达呈负相关。上调miR-326的表达,能够使MRP-1蛋白的含量降低,同时增强细胞对VP和多柔吡星的敏感性。这些异常表达的miRNA与细胞信号转导、细胞存活、DNA甲基化及侵袭力有关。其中 miR-146a、miR-10a、miR-221/222、miR-345、miR-200b和 miR-200c的表达显著异常。而且,miR-345和miR-7也是通过作用于MRP1来调节细胞耐药性。最近,Mei M.等[26]通过实验发现下调miR-21可以增强乳腺癌细胞对紫杉醇的敏感性。这些结果为基于microRNA分子设计乳腺癌化疗药物提供了新的线索。

5 展望

miRNAs作为抑癌和促癌基因不仅与肿瘤的发生有关,在调节肿瘤细胞的侵袭转移及耐药中也发挥着重要作用。特异性肿瘤相关miRNA编码基因的发现为肿瘤的基因治疗提供了新的路径,一些针对miRNA作用靶点的特异性药物已进入临床试验阶段,miRNA的干扰技术也具有巨大的应用前景,但目前对miRNAs的作用靶点、作用机制了解非常有限,利用特异性miRNA的检测早期诊断乳腺癌、指导术前分期以及乳腺癌手术切除方式并制定术后的化疗方案,在已发生侵袭转移的患者中运用miRNA靶向治疗控制肿瘤发展等,这一系列基于miRNA的诊疗手段还需要更多、更详细的研究。

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