微小RNA在肿瘤干细胞中的作用

张婷婷，卢朝辉，陈 杰

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院病理科，北京 100730

·综述·

微小RNA在肿瘤干细胞中的作用

张婷婷，卢朝辉，陈 杰

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院病理科，北京 100730

肿瘤干细胞是肿瘤中具有干细胞特征的细胞群，其具有自我更新能力、无限增殖能力和形成肿瘤中各种组分的多向分化潜能，在肿瘤的形成、发展、转移和复发中发挥重要作用。微小RNA是一种内源性非编码小分子RNA，通过与靶基因的互补配对调控基因表达，广泛参与多种肿瘤的进程。本文主要综述微小RNA在肿瘤干细胞中的作用。

微小RNA；肿瘤干细胞；细胞信号通路

ActaAcadMedSin,2012,34(2):174-177

肿瘤的发生、发展和复发是一个复杂的过程，牵涉到诸多信号通路和分子机制，肿瘤干细胞的发现，为目前的研究提供了一个全新的视角。微小RNA通过与靶基因序列的特异性相互作用从细胞的转录或翻译水平调节基因表达，广泛参与细胞的增殖、分化和凋亡。近年研究表明微小RNA与肿瘤的发生、发展密切相关[1]。有研究报道微小RNA也可作用于肿瘤干细胞，在肿瘤的进程中发挥重要作用[2]。

肿瘤干细胞

肿瘤干细胞学说肿瘤干细胞学说认为：肿瘤来源于数量极少的具有干细胞特征的细胞群—即肿瘤干细胞，肿瘤干细胞具有旺盛的自我更新能力、无限增殖能力和形成肿瘤中各种组分的多向分化潜能，这种细胞的存在可以促进肿瘤的形成、发展、转移和复发，并且肿瘤的耐药性也可能与肿瘤干细胞有关。对于肿瘤干细胞的来源，目前还存在分歧。一种理论认为肿瘤干细胞来源于组织中的正常干细胞。组织干细胞可发生致瘤性突变的不断累积，这些突变改变某些分子机制，使细胞应对外环境变化时的扩增方式发生改变，导致细胞不依赖于外环境而扩增。另一种理论认为：组织中已分化的细胞发生突变，导致与干细胞特征和细胞周期调控有关的基因发生改变，使分化的细胞重新获得干细胞特征。因此，一些肿瘤细胞的亚群也可能获得干细胞表型。但目前的研究尚未能证明哪种理论更接近于肿瘤干细胞的本质。

最早验证肿瘤干细胞的存在是在人类急性髓系白血病的研究中。1997年Bonnet和Dick[3]首次从人急性髓样白血病(acute myeloid leukemia，AML)中分离出白血病干细胞(leukemic stem cells，LSCs)，表型为CD34+CD38-Thy-，将这类细胞移植到非肥胖糖尿病/重症联合免疫缺陷小鼠体内，可产生类似人AML的肿瘤，并且能在小鼠体内连续传代。最早分离到的实体瘤干细胞是乳腺癌干细胞。2003年，Al-Hajj等[4]在乳腺癌中进行肿瘤干细胞的研究，发现乳腺癌中存在表型特异的细胞群，为CD44+CD24-/lowLineage-，将100个这种细胞接种到免疫缺陷小鼠时可以致瘤，而接种大量表型为CD44+CD24+Lineage-的细胞不能形成肿瘤。并且CD44+CD24-/lowLineage-表型的致瘤细胞可分化生成构成肿瘤的多种非肿瘤细胞。之后有报道在多种实体肿瘤中检测到了肿瘤干细胞的存在，包括骨肉瘤[5]、头颈部鳞状细胞癌[6]、神经胶质瘤、结肠癌、黑色素瘤、胰腺癌、前列腺癌、卵巢癌、肝癌、肺癌、胃癌[7]等。

对肿瘤干细胞进行研究，首先应精确分离和纯化目的细胞，目前主要采用的技术有肿瘤干细胞特异性表面标记法、赫斯特33342染料法和悬浮培养法，其中前两种方法较为常用。分离和纯化实体瘤肿瘤干细胞常用的细胞表面标记有CD133、CD44、 CD24和上皮特异性抗原(epithelial specific antigen，ESA)等，如乳腺癌肿瘤干细胞可表达CD44、CD24 和CD133，神经胶质瘤肿瘤干细胞可表达CD133，骨肉瘤肿瘤干细胞可表达CD44，结肠癌肿瘤干细胞可表达CD44、CD133和ESA，肝癌肿瘤干细胞可表达CD133，胰腺癌肿瘤干细胞可表达CD44、CD24和ESA等[8]。但目前尚未发现对肿瘤干细胞唯一特异性的细胞表面标记。赫斯特33342是一种膜通透性染料，肿瘤干细胞可将此染料转运至细胞外，因而引起这些细胞荧光强度减弱，再通过流式细胞仪对细胞进行分选。

肿瘤干细胞的信号通路肿瘤干细胞在肿瘤各阶段发挥作用与众多的基因改变和信号通路有关，如基因NOTCH、HOX, 信号分子Sonic Hedgehog(SHH)、Wnt/β-catenin、Stat5、Flt3、PI3K/Akt/mTOR/NF-κB和端粒等，其中Notch、Shh和Wnt/β-catenin信号通路与肿瘤干细胞的自我更新及多向分化潜能密切相关，在肿瘤的形成和进展中发挥重要的作用。

哺乳动物中有4种Notch受体(Notch-1、Notch-2、Notch-3 和Notch-4)，5种配体(Dll-1、Dll-3、Dll-4、Jagged-1和 Jagged-2)。常见的Notch靶基因包括HES、Hes相关阻遏蛋白家族、细胞周期蛋白 D和MYC等。Notch信号通路在正常发育、成人干细胞的维持、多种器官肿瘤形成(如脑肿瘤)中均发挥重要作用。在神经胶质瘤及原发性恶性胶质瘤细胞中常见Notch受体、相关配体及下游分子Hes1和Hes2的过表达[9]。另有研究显示，Notch信号通路参与乳腺癌的发生和发展，并且在转移性乳腺癌中表达失调，使用细胞表面标记物CD44+CD24+后，乳腺癌干细胞的启动子数量增加，提示Notch上调可促进乳腺癌干细胞的基因表达[10]。

Hedgehog家族成员包括Shh、Ptch、Gli-1、Smoh。Hedgehog信号通路可激活转录因子Gli家族进而启动基因表达，调控细胞的自我更新和分化。有研究显示在小脑发育和髓母细胞瘤中可见Hedgehog信号通路表达上调[11]。Li等[12]报道，在胰腺癌中检测SHH的表达情况，发现表型为CD44+CD24+ESA+的胰腺癌干细胞中SHH mRNA的表达较正常胰腺细胞升高46倍，而表型为CD44-CD24-ESA-的胰腺癌细胞中SHH仅升高4倍，提示SHH通路活化参与胰腺癌干细胞的促肿瘤形成过程。

Wnt是一类分泌信号蛋白，与细胞表面受体结合后通过下游信号传导蛋白如β-连环蛋白等激活信号传导，其靶基因包括MYC和细胞周期蛋白 D1等。Wnt信号通路在肿瘤的自我更新和多向分化潜能中发挥重要作用。Wang等[13]报道，在AML的HoxA9/Meis1转导模型中，β-连环蛋白活化对于骨髓前体细胞的转化是必需的。

微小RNA与肿瘤

微小RNA是一种内源性非编码小分子RNA，与靶mRNA的3’-UTR互补配对，从而抑制基因表达。微小RNA可广泛参与细胞的生理功能，如细胞增殖、分化、细胞周期调节和凋亡等，在肿瘤的形成和发展过程中发挥重要作用。预测大约30%的人类蛋白质编码基因受微小RNA的调节[14]。Calin等[15]研究显示慢性淋巴细胞白血病中染色体13q14的缺失，而miR-15a和miR-16-1是这个缺失区域内仅有的两个基因。之后，有报道在多种肿瘤发现了微小RNA 表达谱的改变，如白血病、淋巴瘤、恶性胶质细胞瘤、神经母细胞瘤、乳头状甲状腺癌、食管癌、肺癌、乳腺癌、肝癌、胰腺癌、胃癌、结肠癌、卵巢癌、前列腺癌、肾癌、膀胱癌等[16]。miR-17-92族在肾透明细胞癌中过表达，通过作用于靶点HIFs、mTOR、VEGF 和VHL等促进肿瘤的发生[17]；miR-21可抑制Ras/MEK/ERK信号通路的负性调控和抑制凋亡介导肺癌的形成[18]。并且某些微小RNA还可参与肿瘤的侵犯和转移，如miR-10b在转移性乳腺癌中高表达，并且过表达miR-10b可促进非浸润性乳腺癌细胞发生远处转移和浸润，但不会影响细胞的增殖[19]；miR-146a在前列腺癌中低表达，在癌细胞中转染miR-146a后，通过沉默ROCK1基因，抑制癌细胞的浸润和转移[20]。

微小RNA与肿瘤干细胞

微小RNA在多种肿瘤进程及干细胞的自我更新和分化中具有重要作用，但对于肿瘤干细胞中微小RNA的作用机制研究的较少。2007年，Yu等[21]研究显示 let-7在乳腺癌起始细胞(breast tumor-initiating cells，BT-ICs)中表达显著下降，随细胞分化 let-7的表达上升，用慢病毒介导的let-7转染BT-ICs，体外实验中可导致细胞分化、乳腺微球形成，未分化细胞比例增加，体内试验可导致非肥胖糖尿病/重症联合免疫缺陷小鼠肿瘤形成和转移。当用反义寡核苷酸对抗let-7后，可促进非BT-ICs的自我更新。进一步研究表明，let-7通过沉默靶基因H-RAS和HMGA2发挥作用。RAS主要调控肿瘤干细胞的自我更新，沉默RAS可减少乳腺微球形成、克隆扩增和BT-ICs的致瘤性，但不影响细胞增殖；而HMGA2主要维持多向分化潜能，沉默此基因导致未分化细胞减少。随后，Ibarra等[22]从鼠乳腺表皮细胞系中纯化到了自我更新的祖细胞，并对微小RNA的表达进行了测定，结果显示miR-205和miR-22高表达，而let-7和miR-93低表达。因此他们指出let-7可作为一项指标来富集自我更新的细胞群，恢复细胞中let-7的表达可使细胞失去自我更新的能力。Ji等[23]研究显示表型为CD44+CD133+的胰腺癌干细胞中miR-34s表达降低、基因NORTH和BCL-2的表达升高，恢复miR-34s的表达可使胰腺癌干细胞数量下降87%，并且显著降低肿瘤的形成。NORTH和BCL-2基因可参与干细胞的自我更新和存活，被称为“干细胞基因”。此研究证实，miR-34可同时靶向NORTH和BCL-2基因，阻断North信号途径和BCL-2的抗凋亡作用，从而调节胰腺癌干细胞的自我更新，影响胰腺癌干细胞的增殖、分化和肿瘤形成。Silber等[24]在人多形性恶性胶质细胞瘤干细胞、鼠少突胶质细胞瘤干细胞和正常成年鼠神经干细胞中检测微小RNA的表达状态，发现miR-124和miR-137的表达水平可影响细胞的生物学行为。转染miR-124和miR-137可介导鼠少突胶质细胞瘤干细胞和正常成年鼠神经干细胞的神经分化；在多形性胶质母细胞瘤U251和SF6969细胞中，miR-124和miR-137通过降低细胞周期蛋白依赖激酶CDK6和磷酸化视网膜母细胞瘤蛋白的表达，使细胞阻滞于G1期，抑制肿瘤细胞的增殖。在髓母细胞瘤中，CD133+肿瘤干细胞低表达miR-199b-5p，进而通过Shh和Notch2信号通路使HES1基因表达增加，促进细胞增殖。当细胞中miR-199b-5p的水平升高时可负向调控HES1的表达，使细胞分化能力增强、抑制增殖[25]。另有研究显示，造血干细胞中miR-155持续表达可导致骨髓增生障碍[26]。以上研究表明微小RNA主要通过作用于调控干细胞特性的基因及信号通路发挥作用。

综上，微小RNA和肿瘤干细胞对肿瘤的形成和进展均具有重要作用，而且微小RNA的表达异常是肿瘤干细胞中促进肿瘤发生、发展及转移的重要机制之一。但目前的研究仅限于某个微小RNA改变在肿瘤干细胞中的作用，而细胞中多种微小RNA可能具有相互作用，对整个机体进行多方面的调节，并且对于肿瘤干细胞的产生，微小RNA也可能发挥重要作用。因此应进一步检测各种肿瘤干细胞中微小RNA的表达情况，并对肿瘤干细胞中特异的微小RNA进行功能研究，进一步探讨肿瘤干细胞的发生与微小RNA的关系，为研发针对肿瘤干细胞的药物和靶向治疗提供帮助。

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RolesofMicroRNAsinCancerStemCells

ZHANG Ting-ting, LU Zhao-hui, CHEN Jie

Department of Pathology, PUMC Hospital, CAMS and PUMC, Beijing 100730,China

CHEN Jie Tel: 010-65295490, E-mail: xhblk@163.com

Cancer stem cells are cells with stem cell characteristics within a tumor. With increased proliferative capabilities, they are able to self-renew and develop into various cell types, and thus play important roles in the formation, development, metastasis, and recurrence of tumors. MicroRNAs are a class of endogenous, small non-protein coding RNA molecules. Through regulating the expression of genes depending on the complementation between the microRNAs and their targets, microRNAs play important roles in various human cancers. This article summarizes recent research advances in the roles of microRNAs in cancer stem cells.

microRNAs; cancer stem cells; cellular signaling pathways

陈 杰 电话：010-65295490，电子邮件：xhblk@163.com

R730.2

A

1000-503X(2012)02-0174-04

10.3881/j.issn.1000-503X.2012.02.014

国家自然科学基金(30973470) Supported by the National Nature Sciences Foundation of China (30973470)

2011-06-01)