microRNA在大肠癌诊治中的研究进展

马一杰 陈贝贝 尚艺曼 陈小兵 罗素霞

[摘要] microRNA（微小RNA）是一类长度为17～25nt的单链非编码RNA，能够识别特定的目标 mRNA，并在转录后水平对基因的表达起负调控作用。血液、粪便及大肠癌组织中的 microRNA 可以辅助诊断大肠癌和预测疾病复发。特异microRNA 的过度表达或沉默与大肠癌的发生、发展有关。组织和血液中特异 microRNA 的表达不同，提示了其在大肠癌早期发现和筛检中的应用前景。众多研究提示，microRNA与大肠癌的化疗药物敏感性有关。此外，microRNA 在大肠癌发生、发展过程中的作用表明其可能是重要的基因治疗目标。

[关键词] microRNA；大肠癌；表达水平

[中图分类号] R735.34[文献标识码] A[文章编号] 1673-7210（2012）05（c）-0008-04

大肠癌是最常见的消化道恶性肿瘤之一，发病率呈逐年上升趋势。近年来，尽管大肠癌诊治水平不断提高，但是其5年生存率并未明显提高，究其原因在于大肠癌发生发展的确切机制仍未完全阐明。因此，进一步阐明大肠癌发生发展的确切分子机制是目前的研究热点。microRNA作為新发现的一类非蛋白质编码RNA，近年来受到广泛关注。本文对microRNA在大肠癌诊治中的研究进展做一综述，旨在为大肠癌诊治提供新的思路。

1 microRNA简介

microRNA分子是近几年来分子生物学和遗传学领域的研究热点。在细胞的增殖、分化、凋亡等生命过程中起到重要的调控作用。生物学研究表明，microRNA是一类在进化上高度保守的内源性单链非编码小RNA，长17～25 nt，能够通过多种途径及通路在转录后水平调控基因的表达。众多研究提示，microRNA在多种恶性肿瘤的演进过程中发挥癌基因或抑癌基因样的作用[1-5]，是肿瘤发生、发展过程中的重要分子之一。microRNA基因先进行转录，形成长约几百至几千个核苷酸的初级产物（pri-microRNA），然后在核内Drosha酶的作用下被切割成microRNA前体（pre-microRNA），后者与转运蛋白Exportin-5结合并被转运至细胞质，一种叫Dicer的核酶能够识别前体microRNA并在RNA 聚合酶Ⅲ及解旋酶的参与下将其加工成为成熟的单链microRNA，进入核蛋白复合体并参与形成RNA诱导的沉默复合体（RNA-induced silencing complex，RISC），后者能够与靶mRNA完全或不完全匹配结合，直接切割或抑制其翻译表达，在转录后水平负调控基因的表达， 并通过多种信号转导通路在细胞生长、增殖、发育和凋亡过程中扮演重要角色[6]。

2 microRNA在大肠癌诊断中的价值

随着现代医学在肿瘤生物标志物和治疗中的卓越发展，许多癌症已经不再意味着死亡。肿瘤标志物在肿瘤的早期诊断和治疗方面发挥着重要作用。肿瘤标志物不仅有助于判断患者的癌症类型，还能在癌症早期尚未恶化、转移之前及早确诊。更重要的是，肿瘤标志物还能告诉临床医生，患者会对哪种治疗方法有效以及病情是否被控制。在这方面，microRNA是一种优秀的新型肿瘤标志物候选者。

目前已报道的研究提示，microRNA表达水平的检测不但可用于肿瘤和正常组织的鉴别，还可以辅助对肿瘤进行分期。microRNA广泛存在于体液，尤其是血液和粪便中的microRNA，可能成为一种极具临床应用前景的肿瘤标志物。最新研究表明，在人体血清当中，肿瘤源性microRNA 不受内源性核糖核酸酶的影响，并以相当稳定的形式存在[7]。Chen等[8]应用RT-PCR法检测大肠癌患者与健康志愿者血清中microRNA含量，发现有69种健康志愿者血清里所没有的microRNA特征性的出现于大肠癌患者血清样本中。Monzo等[9]研究发现，与对应的正常组织相比，Ⅰ期和Ⅱ期结肠癌分别有28种和64种的miRNA表达有差异。如果能基于血液建立起与健康人年龄匹配的miRNA表达谱，不同时期的结肠癌或许能得到准确的判断。 根据miRNA表达量与病情严重程度的相关模型，血液miRNA的表达量或许可以预测结肠癌的时期。 此外， 根据血液检测的独特miRNA表达谱可对具有高风险的肠息肉患者进行定期监测，这将减少息肉切除术后患者结肠镜多次检查的痛苦。

另外，Link等[10]通过对大肠癌、大肠腺瘤患者及正常志愿者大便样本中miR-21的检测发现，大肠癌及大肠腺瘤患者大便样本中的miR-21和miR-106的表达水平与正常志愿者存在差异，提示大便样本中microRNA表达水平的检测可能成为一种崭新而有效的非入侵性大肠癌筛检试验。

但是，由于大肠癌microRNA研究刚刚起步，且具有肿瘤特性的microRNA在大肠癌中的表达存在交叉性和多样性，因而特异性和敏感性均理想的microRNA迄今尚未找到，单独用一个microRNA 来作为大肠癌敏感的诊断生物标志物仍不合适。多种microRNA联合应用检测有望成为一种行之有效的大肠癌辅助诊断指标。

3 microRNA在大肠癌治疗中的应用前景

3.1 microRNA与放化疗

放化疗是现今大肠癌综合治疗中的重要组成部分，大量国内外研究表明，microRNA与大肠癌的放化疗效果密切相关。程赢等[11]在实验中检测辐射前后不同组织、细胞中miR-34a的表达量及细胞活力，并且在肿瘤细胞U87MG中转染miR-34a mimics上调miR-34a的表达并检测其细胞活力，在正常细胞HEK293中转染miR-34a inhibitors下调miR-34a的表达水平并检测其细胞凋亡率，实验结果表明：辐射敏感性高的细胞照后miR-34a的表达上调幅度更大，上调miR-34a表达水平对肿瘤细胞U87MG有明显的辐射增敏作用，下调miR-34a表达对正常细胞HEK293有明显的辐射防护作用。这提示细胞辐射敏感性与miR-34a的表达水平正相关。

Tazawa等[12]在实验中发现，miR-34a可能通过调节E2F信号通路对肿瘤细胞增殖发挥抑制作用。在经阿霉素处理后的大肠癌细胞系HCT116和RKO中，miR-34家族的miR-34a、 miR-34b、miR-34c均明显增高。实验还发现，miR-34a在阿霉素应用后的表达增高呈时间依赖性，且其在阿霉素治疗中发挥作用可能与P53活化有关。

Rossi等[13]以大肠癌细胞系HT-29和HCT-11为实验对象，分别检测了未经5-FU处理和经过5-FU处理的细胞系microRNA的表达水平，发现其中包括miR-19a、miR-20、miR-21在内的17种表达上调，而 miR-200b、miR-210、miR-224表达下调。目前多项研究表明，大部分microRNA通过调节多种信号通路参与癌症的发生、发展，推测5-FU可能通过调节microRNA的表达水平从而发挥抗肿瘤作用。

3.2 microRNA与大肠癌的药物敏感性

肿瘤的耐药机制非常复杂，药物的处置、药物靶点的改变、细胞修复和细胞死亡通路等均与之密切相关。目前研究较多的主要包括与药物外排相关的能量依赖型转运体，如P-糖蛋白、多药耐药相关蛋白、DNA 修复系统如错配修复、细胞凋亡相关分子及谷胱甘肽S转移酶等。这些关键基因发生的一系列遗传或表观遗传上的改变是原发性或获得性耐药发生的主要机制之一。此类改变包括基因缺失、突变、转置、扩增、DNA的异常甲基化以及microRNA的转录后调节等多种方式[14]。其中， microRNA 的表观遗传学调控作用成为肿瘤研究领域一个越来越热的研究对象。

Wang等[15]研究发现，在HCT-116p53+/+ and HCT-116p53-/-细胞系中转染anti-miR-31后，细胞系中miR-31的表达水平分别降至原来的44.1%和67.8%，但是MTT测定法显示单独转染anti-miR-31并不能影响HCT-116p53+/+ and HCT-116p53-/-细胞系的增殖，然而当联合应用5-FU之后，转染anti-miR-31的实验组与未转染anti-miR-31的5-FU应用阴性对照组相比，这两个细胞系早期细胞增殖明显受到抑制，且游走细胞减少50%，提示抑制miR-31能够提高肿瘤细胞对5-FU的早期敏感性，且能够抑制肿瘤细胞的侵袭和转移。

Nicola等[16]同样发现，在持续接受5-FU治疗的患者体内miR-21表达增加，且通过对接受5-FU 或其类似物治疗的Ⅱ、Ⅲ期大肠癌患者进行回顾性研究发现，miR-21表达水平与5-FU的疗效密切相关，提示miR-21的过表达与Ⅱ、Ⅲ期大肠癌患者对5-FU的原发性和获得性耐药有关，且很可能是通过下调MMR（hMSH2或hMSH6）完成这一耐药机制。microRNA影响化疗药物敏感性的可能机制见图1。

microRNA 突变通过改变药物吸收、代谢、分布和药物靶标修复、细胞凋亡等通路中基因的表达水平影响药物的临床效果。

3.3 靶向microRNA的基因疗法

miRNA 的表达与功能受到转录因子、多核苷酸多态性及其 RNA 编辑等多种因素的调节。表观遗传学变化通过影响 miRNA 基因从而调节miRNA表达。

基因的高度甲基化被认为是表观遗传的重要决定因素之一。Lugambio 等[17]研究发现，缺乏 DNMT1和DNMT3b 基因的肿瘤细胞中有18个miRNA 呈现高表达。启动子区高甲基化使 miRNA-124 基因沉默，而去甲基化状态同时伴有致癌因子CDK6的活化和抑癌基因Rb磷酸化。Lujambio 等[18]还发现，miRNA-148a和 miRNA-34b/c 在结肠癌和恶性黑色素瘤等肿瘤细胞中低表达，相应的DNA启动子区CpG岛处于高甲基化状态，应用甲基化抑制剂可以上调这些特定的miRNA 在肿瘤细胞中的表达，并下调其靶基因（某些原癌基因）的表达，从而发挥抑制肿瘤生长的作用。多数 miRNA 可能作为肿瘤抑制因子而发挥作用。

Hu等[19]通过研究发现miR-141作为microRNA家族中重要成员之一，其表达与SIP1蛋白的水平及大肠癌细胞的侵袭和转移呈负相关，而SIP1被认为是 miR-141的功能性靶点，从而推测miR-141通过调节SIP1抑制大肠癌细胞的侵袭和转移，可能成为一种大肠癌治疗的新靶点。

另外，Asangani等[20]在试验中发现，在结直肠癌细胞系Colo206f中，PDCD4蛋白和miR-21的表达呈负相关，提示miR-21可能是大肠癌侵袭转移过程中的重要中间分子。靶向miR-21并抑制其表达有可能为大肠癌的治疗提供一种崭新手段。

不只是上述这些推测，有研究者将某些microRNA直接作用于大肠癌细胞从而取得了有意义的结果。吴春蓉等[21]在结肠癌细胞系 SW480中转染合成的成熟型 miR-451，并检测其对SW480 细胞的增殖、凋亡和侵袭能力的影响，发现通过转染技术提高 miR-451 在细胞系SW480中的表达对其凋亡和增殖无明显影响，但对其侵袭能力有抑制作用。提示miR-451能在结肠癌细胞系SW480的侵袭中发挥抑制作用。

4 microRNA和大肠癌的预后

大肠癌中microRNA的表达与大肠癌的预后密切相关。Aaron等[22]对1991~2000年入组的113例亚裔人群肿瘤组织中microRNA的表達水平进行检测并随访至2005年12月31日，发现有37种miRNA存在异常表达。miR-20a、miR-21、miR-106a、miR-181b、and miR-203的表达显著增加， 其中miR-21在腺瘤及肿瘤组织中的含量随肿瘤的TNM分期存在升高趋势，且其在癌组织中的高表达与肿瘤的TNM分期及化疗疗效呈负相关。Slaby等[23]就miR-21、miR-31、 miR-143，miR-145这4种microRNA对29例原发性大肠癌组织样本及6例癌周组织样本进行分析，发现在肿瘤组织中miR-21、miR-31的表达上调，而 miR-143和miR-145的表达下调。其中，miR-21的高表达与大肠癌患者的淋巴结受累、远处转移及临床分期有关。Strillacci等[24]研究发现，miR-101在大肠癌细胞系及大肠癌肿瘤组织中表达下调，且与COX-2的表达呈负相关。尤其是大肠癌肝转移的患者肿瘤组织内miR-101的表达明显下降，提示miR-101可能在人类大肠癌的远处转移中充当重要角色。

此外，Schepeler等[25]通过实验结合平均75个月的随访发现，高表达miR-320或miR-498的Ⅱ期结肠癌患者无病生存率（disease free survial，DFS）与低表达者具有显著性差异，提示miR-320或miR-498的表达水平与Ⅱ期结肠癌患者的预后有关。这些实验结果都预示着miRNA可能为大肠癌的预后判断提供一种崭新而有效的鉴别依据。

5 展望

综上所述，microRNA与大肠癌的发生发展、药物敏感性及复发转移等密切相关，为大肠癌的诊断、治疗及预后提供新思路。目前的诊断技术大多具有较大的创伤性，其临床应用受到限制。而血浆或大便microRNA作为肿瘤诊断和预后分子标志物不仅具有创伤小、方法便捷、准确的优势，而且还可能改进和提高疾病诊断、癌症分类、化疗疗效及预后估计的精度。血清 microRNA作为新兴的肿瘤分子标志物在未来的大肠癌临床诊断和治疗中将会有更好的应用前景。

众多研究表明，miRNA在肿瘤的发生、发展及化疗药物发挥作用中起到重要作用，这提示我们，靶向miRNA的基因疗法可能帮助遏制具有高风险的肠息肉患者大肠癌的发生，并且在控制其进展和转移以及提高化疗药物敏感性方面发挥促进作用。这为开发新型抗肿瘤药物提供了崭新的思路。虽然目前试验发现miRNA有一定的应用前景，但是这还需要进行更深一步的研究验证。

[参考文献]

[1]Takeyasu K，Hideyuki I，Yoshiyuki K，et al. MicroRNA expression profile in undifferentiated gastric cancer [J]. International Journal of Oncology，2009，34（2）：537-542.

[2]Croce CM. Causes and consequences of microRNA dysregulation in cancer [J]. Nat Rev Genet，2009，10（10）：704-714.

[3]Su H，Yang JR，Xu T，et al. MicroRNA-101，down-regulated in hepatocellular carcinoma，promotes apoptosis and suppresses tumorigenicity [J]. Cancer Res， 2009，69（3）：1135-1142.

[4]Yang H，Kong W，He L，et al. MicroRNA expression profiling in human ovarian cancer：miR-214 induces cell survival and Cisplatin resistance by targeting PTEN [J]. Cancer Res，2008，68（2）：425-433.

[5]Feber A，Xi L，Luketich JD，et al. MicroRNA expression profiles of esophageal cancer [J]. J Thorac Cardiovasc Surg，2008，135（2）：255-260.

[6]Scott GK，Goga A，Bhaumik D，et al. Coordinate suppression of ERBB2 and ERBB3 by enforced expression of microRNA miR-125a or miR-125b [J]. J Biol Chem，2007，282（2）：1479-1486.

[7]Mitchell PS，Parkin RK，Kroh EM，et al. Circulating microRNAs as stable blood-based markers for cancer detection [J]. Proe Natl Acad Sci USA，2008，105（30）：10513-10518.

[8]Chen X，Ba Y，Ma L，et al. Characterization of microRNAs in serum： a novel class of biomarkers for diagnosis of cancer and other diseases [J]. Cell Res，2008，18（10）：997-1006.

[9]Monzo M，Navarro A，Bandres E，et al. Overlapping expression of microRNAs in human embryonic colon and colorectal cancer [J]. Cell Res，2008， 18（8）：823-833.

[10]Link A，Balaguer F，Shen Y，et al. Fecal MicroRNAs as novel biomarkers for colon cancer screening [J]. Cancer Epidemiol Biomarkers Prev，2010，19（7）：1766-1774.

[11]程贏，和生辉，刘聪，等.辐射诱导性miR-34a的表达对细胞辐射敏感性的影响[J].第二军医大学学报，2011， 32（4）： 368-371.

[12]Tazawa H，Tsuchiya N，Izumiya M，et al. Tumor-suppressive miR-34a induces senescence-like growth arrest through modulation of the E2F pathway in human colon cancer cells [J]. Proc Natl Acad Sci USA，2007，104（39）： 15472-15477.

[13]Rossi L，Bonmassar E，Faraoni I. Modification of miR gene ex-pression pattern in human colon cancer cells following exposure to5-fluorouracil in vitro [J]. Pharmacol Res，2007，56（3）：248-253.

[14]Fojo T. Multiple paths to a drug resistance phenotype： mutations， translocations， deletions and amplification of coding genes or pro-moter regions， epigenetic changes and microRNAs [J]. Drug Resist Updat，2007，10（1-2）： 59-67.

[15]Wang CJ，Johannes S，Zhou ZG，et al. Suppression of microRNA-31 increases sensitivity to 5-FU at an early stage， and affects cell migration and invasion in HCT-116 colon cancer cells [J]. BMC Cancer，2010，10（9）：616-625.

[16]Nicola V，Pierluigi G，Chiara B，et al. MicroRNA-21 induces resistance to 5-fluorouracil by down-regulating human DNA MutS homolog 2 （hMSH2）[J]. Proc Natl Acad Sci USA，2010，107（49）：21098-21103.

[17]Lujambio A，Ropero S，Ballestar E，et al. Genetic unmasking of an epigenetically silenced microRNA in human cancer cells [J]. Cancer Ras，2007，67（4）：1424-1429.

[18]Lujambio A，Calin GA，Villanueva A， et al. A microRNA DNA met hylation signature for human cancer metastasis [J]. National Academy of Sciences，2008，105（36）：13556-13561.

[19]Hu H，Xia MG，Chen BX，et al. MicroRNA-141 Regulates Smad Interacting Protein 1（SIP1）and Inhibits Migration and Invasion of Colorectal Cancer Cells [J]. Dig Dis Sci，2010，55（15）：2365-2372.

[20]Asangani IA，Rasheed SA，Nikolova DA，et al. MicroRNA-21（miR-21） post-transcriptionally downregulates tumor suppressor Pdcd4 and stimulates invasion，intravasation and metastasis in colorectal cancer [J]. Oncogene，2008，27（15）：2128-2136.

[21]吴春蓉，李生陆，罗治彬.微小RNA-451 对结肠癌细胞侵袭能力的影响[J].重庆医学，2010，14（39）：1813-1815.

[22]Aaron J， Schetter. MicroRNA Expression Profiles Associated With Prognosis and Therapeutic Outcome in Colon Adenocarcinoma[J]. JAMA，2008，299（4）：425-436.

[23]Slaby O，Svoboda M，Fabian P，et al. Altered Expression of miR-21，miR-31，miR-143 and miR-145 Is Related to Clinic pathologic Features of Colorectal Cancer [J]. Oncology，2007，72（5-6）：397-402.

[24]Strillacci A，Griffoni C，Sansone P，et al. MiR-101 downregulation is involved in cyclooxygenase-2 overexpression in human colon cancer cells [J]. Experimental Cell Research，2009，315（8）：1439-1447.

[25]Schepeler T，Reinert JT，Ostenfeld MS，et al. Diagnostic and prognostic microRNAs in stage II colon cancer [J]. Cancer Res，2008，68（15）：6416-6424.

（收稿日期：2011-12-06本文編辑：冯婕）