miR-34s与大肠癌的发生

王一飞 综述,梁徳森 审校

(哈尔滨医科大学普外八科 150001)

miR-34s与大肠癌的发生

王一飞 综述,梁徳森 审校

(哈尔滨医科大学普外八科 150001)

微RNAs;细胞凋亡;细胞周期;大肠;肿瘤

随着现代人类的生活环境和生活方式的改变,肿瘤的发生率也呈现出迅速增长的趋势,其中消化道肿瘤是恶性肿瘤中发生率相对较高的疾病,大肠癌(colorectal cancer,CRC)是消化道肿瘤常见疾病之一,仅次于胃癌､食管癌｡大肠癌是一个多基因､多阶段､长期形成的复杂的病变过程,是大肠黏膜上皮起源的恶性肿瘤,虽然近年来新的诊断治疗方法相继问世,但大肠癌的病死率仍较高,目前大肠癌发生､发展的基因调控机制越来越受到人们的关注,其中MicroRNAs(miRNAs)作为一种新的内源性非编码RNA与大肠癌的发生､发展密切相关,本文将就miR-34家族(miR-34s)与大肠癌的发生及其研究进展进行综述｡

1 miRNAs简介

miRNAs是一种新的内源性非编码 RNA(non-coding RNAs,ncRNAs),它广泛存在于真核生物中,是生物体内重要的基因调节器[1-4],研究证明,miRNAs在细胞的分化､增殖､发育､新陈代谢及凋亡过程中都起着非常重要的作用,它与人类肿瘤细胞的生成､增殖､发育过程关系非常密切,在miRNAs编码的基因中既有癌基因又有抑癌基因[1,3-4],所以它的不恰当的表达也就成了肿瘤发生的一种特征性标志[3,5-6],实验证明,不同家族成员的miRNAs的表达与对应类型癌的发生有着较为明确的关系[7]｡它们在肿瘤的发生､发展过程中扮演着重要的角色｡

2 miRNAs与肿瘤发生

目前发现,在人类中有近1 000多种miRNAs,30%的人类基因都不同程度的受其控制[8],随着研究的深入,miRNAs调控的靶基因越来越多地被揭示,人们发现一种miRNAs在不同肿瘤的表达作用情况不同甚至相反,因此,单纯以抑癌与促癌把 miRNAs分成两类显然是不准确的[9-10]｡3种机制:(1)miRNAs定位的染色体异常[11];(2)表观遗传学改变[12];(3)miRNAs加工相关的基因及其蛋白的异常变化[13]｡通过以上3种机制不难发现miRNAs与肿瘤的发生在基因水平上有着极为密切的关系,所以说miRNAs与肿瘤细胞的发生､发展､抑制等活动有着不容置疑的联系｡

3 miR-34家族介绍及激活

3.1 miR-34家族介绍 miR-34是最早从线虫中被发现的一段保守miRNAs,而后在脊椎动物中发现3个成员:miR-34a､miR-34b以及miR-34c｡不同物种中miR-34基因的同源性很高,其中成熟序列的同源性为68%,前体序列的同源性为38.89%[14]｡人源 miR-34a的编码序列位于转录前体的第2外显子内[15-16],miR-34b和 miR-34c的编码序列分别位于第1内含子和第2外显子中[16]｡染色质免疫沉淀反应和位点突变实验表明上述序列即为P53蛋白结合位点,并且该结合序列前存在一个CpG岛(CpG island)[17]｡在某些肿瘤细胞中,正是由于该CpG岛被甲基化阻碍了P53对miR-34的激活,从而使p53通过miR-34对细胞增殖的调控出现障碍,进而加速了肿瘤细胞的生长[18]｡这一现象已在多种癌细胞中被发现,如肺癌､乳腺癌､前列腺癌,直肠癌和黑色素瘤等[19-20]｡

3.2 miR-34的激活 miR-34激活机制在近年来也得到了广泛的研究,通过RT-PCR方法 He等[16]对鼠胚胎成纤维细胞的145种miRNAs进行了检测,发现miR-34的表达与p53基因有关｡Tarasov等[15]发现miR-34a在p53激活后增加了300余倍,又进一步研究发现在 MCF-7细胞系中,加入能够激活p53基因的依托泊苷可诱发miR-34a原初转录本(pri-mir-34a)的表达｡随后,人们通过核蛋白免疫共沉淀法发现miR-34存在着与p21类似的p53结合区域[16,18,21],并且发现在 Has-mir-34a的外显子1内及Has-mir-34b/c的启动区域内存在与p53经典结合区域相吻合的回文序列[15-16]｡这些研究为p53直接作用并激活miR-34提供了有力的证据｡截止到目前经确认的miR-34s作用靶蛋白及细胞因子有 CDK4､CDK6､CyclinE2､E2F3､E2F5､Met､Bcl-2及原癌基因c-myc等[22-23],miR-34通过被p53激活,抑制这些靶蛋白表达从而抑制肿瘤细胞生长｡

4 miR-34a与大肠癌的发生

目前已发现多种miRNAs在大肠癌组织及大肠癌细胞系中异常表达,其中一部分在癌细胞中较正常细胞表达明显下降,如 miR-143､miR-145､let-7､miR-34a等,一部分表达则升高,如 miR-31､miR-21等｡近年来 miR-34作为一种比较新颖和热门的大肠癌抑癌基因得到了人们的广泛研究｡

4.1 miR-34a促进大肠癌细胞凋亡

4.1.1 通过降低Bcl-2含量促进大肠癌细胞凋亡 Bcl-2蛋白通过抗细胞凋亡作用,在肿瘤的发生､进展以及耐药性等方面发挥重要作用,作为一种癌基因的产物Bcl-2在大肠癌细胞中有着过度的表 达[24-25],Cole等[26]发 现 miR-34a的 过 度 表 达 能够导致 Bcl-2mRNA的减少｡同时 Bommer等[18]通过向Bcl-2的3′非编码区荧光素酶报告质粒转染细胞系中加入miR-34模拟子后发现miR-34a能够不同程度地抑制荧光素酶报告基因的表达,表明miR-34a能直接作用于Bcl-2的3′非编码区抑制Bcl-2蛋白的合成｡因此,不难推导出miR-34可通过对Bcl-2进行调控从而影响大肠癌细胞凋亡｡

4.1.2 通过抑制SIRT1促进大肠癌细胞凋亡 SIRT1是一类NAD依赖的脱乙酰化酶,在肿瘤的形成过程中发挥重要作用[27],SIRT1能够通过脱乙酰化作用使p53基因活性下降从而抑制细胞凋亡,SIRT1的3′UTR存在miR-34a的结合位点,通过荧光素酶实验确认其为miR-34a的靶序列,通过该序列miR-34a可以降解SIRT1mRNA从而下调SIRT1,人们通过一定方法敲除HCT116的miR-34a后能够明显增加SIRT1的表达,同时能明显下调p53基因的表达并降低PUMA基因的稳定性;另外,miR-34a能够直接作用于SIRT1mRNA的3′非编码区,降低SIRT1蛋白的水平,而敲除后则使得乙酰化的p53增加,并上调其靶基因p21[28]｡由此可见,miR-34a通过抑制SIRT1的表达,增强p53的稳定性并提高其活性｡

4.2 miR-34a下调E2F3蛋白的表达影响大肠癌肿瘤细胞周期 作为细胞周期调控和凋亡过程中重要的调控分子,E2F1～3使静止的细胞进入S期｡在G1期,E2F1～3被视网膜母细胞瘤蛋白家族(Rb､p107和p130)结合抑制.在G1的中期和晚期,Rb被细胞周期素和细胞周期素依赖性激酶的复合体(cyclinD/Cdk4-Cdk6)磷酸化,Rb释放 E2F,E2F与启动子结合随后激发基因的转录,开始G1/S期的进程转变[29],Tazawa等[17]将miR-34a注射入裸鼠的结肠癌细胞 HCT116及RKO移植瘤,两周后肿瘤明显消退,发现转染 miR-34a后E2F1以及E2F3蛋白的表达都减少｡Welch等[30]研究发现在将表达E2F3预测靶目标的寡核苷酸序列克隆进荧光素酶基因的3′非编码区后,通过向神经母细胞瘤SK-N-AS细胞系联合转染该荧光素酶基因和pre-miR-34a,miR-34a转染后荧光素酶活性明显下降｡表明miR-34a直接作用于E2F3,通过下调其蛋白的表达影响细胞周期过程,从而抑制结肠癌细胞的生长｡

4.3 通过反馈循环通路提高miR-34a效能 通过上面所述可以得知,SIRT1的3′UTR存在 miR-34a的结合位点,是 miR-34a的靶序列,通过该序列miR-34a可以降解SIRT1mRNA从而下调 SIRT1,进而正反馈作用于 p53构成 p53-miR-34s-SIRT1-p53正反馈调节循环｡而当miR-34a含量增加后,大肠癌细胞中的E2F3会出现下调,进而又正反馈作用于p53构成p53-miR-34a-E2F-p53环 路,而 前 边 已 经 叙 述 miR-34a可 由p53激活｡从而认识到miR-34a是通过对E2F3通路及SIRT1通路的负性调节作用以及p53信号通路的正反馈调节循环来抑制肿瘤细胞增殖的[31],见图1｡

图1 miR-34对E2F3､SIRT1的负性调节作用及p53信号通路的正反馈调节循环

5 miR-34b和miR-34c与大肠癌的发生

以上所述均为前人对miR-34a的研究,而对miR-34b和miR-34c的研究虽少但也有一个初步认识,之所以将二者同时叙述是因为miR-34b和miR-34c作为一个基因簇共同转录表达[32]｡最近有学者对 miR-34c进行了单方面研究,并发现Myc基因是DNA损伤反应中miR-34c的主要靶点,因在人结肠癌细胞系中存在着c-myc基因的扩增,说明miR-34c可通过对DNA损伤过程的作用抑制人结肠癌细胞DNA的合成从而抑制肿瘤生长[33]｡大多数人体组织中miR-34b和miR-34c的表达量小于miR-34a,只有在肺中miR-34b和miR-34c的表达量才远远大于miR-34a[34]｡但是在大肠癌的发生及发展过程中miR-34b和miR-34c的作用同样没有被人们忽视｡Toyota等[20]研究显示在 CRC细胞系(9/9､100%)和原位 CRC肿瘤(101/111､90%)中 miR-34b和 miR-34c启动子附近的 CpG岛在结肠癌中常被甲基化,从而促使miR-34b和miR-34c基因的表观沉默,此时结肠癌细胞增殖加快｡然而一旦去甲基化剂作用后抑制其下游靶蛋白肝细胞生长因子受体(c-Met)､细胞周期蛋白依赖激酶4(CDK4)和SFRS2的表达,启动子被重新激活,结肠癌细胞内即可检测出大量 miR-34b和 miR-34c,同时结肠癌细胞增殖被明显抑制｡因CDK4是p53的作用靶点,而MET和SFRS2都与p53调节网络有关,提示DNA甲基化导致的miR-34b/c失活也是通过p53网络的作用来促进大肠癌的发生､发展的｡因此,miR-34b和miR-34c通过p53网络显示出了潜在的抑癌作用,是大肠癌中新的抑癌基因｡同时证明miR-34b/c CpG岛是CRC中表观沉默的重要靶点｡

6 展 望

目前,对miR-34家族的研究刚刚处于起步阶段,研究者对此的研究尚不够全面,尤其是在大肠癌发展过程中miR-34a减少的原因是什么还没有得到证实,是肿瘤发生的原因还是存在其他的调控过程而导致miR-34a的减少,还不得而知｡另外,有研究发现在前列腺癌细胞中,只有miR-34a和miR-34c联合作用才能够产生p53介导的细胞凋亡效应[35]｡所以miR-34家族成员之间的调控关系在大肠癌之中的作用还是一个未知数,也为进一步研究提供了一个方向｡

综上所述,从基因层面治疗恶性肿瘤为人们在治疗大肠癌方面指出了一个新的方向,如何做到不手术或者手术后如何减少复发､转移来治疗癌症是人们一直追求的目标,而近些年对miRNAs在恶性肿瘤中的发生､发展特点的深入研究为此提供了理论依据,有理由相信,通过对miR-34s的深入研究,可以对大肠癌的发生､诊断以及治疗有更深层次的认识｡

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1671-8348(2012)18-1871-04

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