转化医学研究新热点：微小RNA调控癌症

马海忠，王光学，向振东，邓生琼，赵 倩，梁春立，杨孝来，葛 斌，梁 莉，俞作仁

转化医学研究新热点：微小RNA调控癌症

马海忠，王光学，向振东，邓生琼，赵 倩，梁春立，杨孝来，葛 斌，梁 莉，俞作仁

微小RNA（microRNA，miRNA）是一类具有调控基因表达功能的内源性非编码RNA。miRNA具有组织特异性表达，并在各类肿瘤和癌组织异常表达，参与癌细胞增殖、迁移、侵袭、转移、凋亡以及肿瘤干细胞成瘤能力。miRNA既具有基因治疗研发潜力，也可作为抗癌和抗肿瘤治疗靶点应用到癌症的防治。miRNA能够被癌细胞分泌到微环境和外周血，可作为新型生物标志物，研发应用于癌症的早期诊断和预后。本文对国内外miRNA基础研究和临床研发的最新进展作一综述，并客观、科学分析miRNA在调控肿瘤发生和癌转移领域的转化研究和应用前景。

微小RNA；癌；生物标志物；转化医学

进入21世纪以来，随着我国国民经济的快速发展和人民生活质量的极大提高，身体健康和生活质量日益成为最大关注和最大需求之一。但是，肿瘤和癌症依旧属于疑难重大疾病，严重危害人民群众的生命健康。国家卫生和计划生育委员会统计信息中心数据表明，我国已成为癌症发病率增长较快的国家之一，恶性肿瘤成为夺取患者生命的首位病因。尽管传统的抗癌治疗方法，比如手术切除、放疗、化疗和药物治疗可以减轻患者痛苦，延长患者生命，但现代医学知识对于癌症发生和癌转移机制的了解依旧很有限，也缺乏相应的高效治疗和预防措施。利用前沿科学技术，寻求高效安全的癌症防治手段，是广大癌症患者的迫切需要，也是生物医药战线科研人员最重要的奋斗目标之一。目前，细胞免疫、核酸分子以及干细胞等被列为攻克癌症最具潜力的生物手段，尤其是非编码核酸小分子，包括小干扰RNA（small interfering RNA，siRNA）和微小RNA（microRNA，miRNA）。因其作用机制明确、分子小、容易合成、稳定性好等特征，被视为防治癌症最有前景的生物学手段之一［1］。

1 miRNA概述

miRNA作为一类新型非编码核酸小分子，最近10年引起生物学界和医学界广泛关注，并日益成为研究热点。miRNA是一类大小为19～23个核苷酸（nucleotide，NT）的RNA分子。长度大约1 kbp的miRNA初始转录本（pri-miRNA）经过Drosha-DGCR8复合体的酶剪切，形成70～90 NT大小、具有茎-环-茎二级结构的miRNA前体（pre-miRNA）。pre-miRNA从细胞核被核蛋白5转运酶特异转运到细胞质，再经催化酶Dicer的剪切，形成单链成熟的miRNA分子。miRNA结合到RNA诱导的基因沉默复合物（RNA-induced silencing complex，RISC），形成非对称RISC复合物。该复合物结合到目标靶mRNA上。在大多数情况下，复合物中的单链miRNA与靶mRNA的3′非翻译区不完全互补配对，从而调控该基因的翻译过程。

miRNA主要作用机制是与靶基因mRNA互补配对结合（大多位于mRNA的3′非翻译区），从而调控该基因的翻译过程［2］。作为21世纪生命科学研究的重大发现之一，越来越多的研究证实miRNA在生物基因表达调控、细胞增殖和分化等过程中起着重要作用。

1993 年，Lee等［3］报道了在线虫中利用定位克隆法克隆得到的第1个长度约22 NT的miRNA lin-4。它不编码蛋白质，阶段性调控胚胎后期发育。2000年，Reinhart等［4］报道了在线虫中找到的第2个调控时序性发育的let-7。2001年10月26日出版的Science同期报道了3篇有关miRNA的研究论文［5-7］，自此启动了miRNA在生物医学领域的研究。此后，在人类、果蝇、小鼠等多种生物中开展的miRNA研究，揭示了miRNA是一类进化保守的非编码核酸分子［8］。它通过抑制靶基因的表达从而调控诸多生物学通路，在生物进化和疾病发生、发展过程中起着重要的作用。通过基因克隆和测序的方法，越来越多miRNA分子从不同生物、不同组织中被鉴定和证实。2013年6月最新公布的miRNA数据库表明，已经有2 578个成熟miRNA分子在人的细胞或组织中被发现或预测［9］。

miRNA在基因组中有多种存在形式，如单拷贝、多拷贝或基因集群等，其位置大多位于基因间区，转录独立于其他的基因，具有本身的转录调控机制。miRNA表达具有发育阶段性和组织特异性，表明miRNA的功能具有多样性［8］。miRNA在生物学诸多过程和通路中有重要的调控功能，包括胚胎发育、细胞分裂、细胞增生、细胞凋亡、肿瘤发生、肿瘤转移以及干细胞的自我更新和分化。

miRNA与siRNA功能类似，抑制靶基因表达，但作用机制有所不同，miRNA通常抑制靶基因mRNA翻译，而siRNA降解靶基因mRNA［10］。miRNA通过转录后调控靶基因mRNA的稳定性或者蛋白质翻译效率，从而调节靶基因表达。在已经发现的上千种miRNA中，研究热点尚集中在少数miRNA或者miRNA集群，如let-7、miRNA-15／16、miRNA-17-92、miRNA-200、miRNA-34、miRNA-21等。迄今，只有一小部分miRNA的生物学功能得以验证和明确。比如let-7参与干细胞分化调控［11］和肿瘤发生［12］；miRNA-181控制哺乳动物血细胞分化为B细胞［13］；miRNA-1与心脏发育有关［14］；miRNA-375调节哺乳动物胰岛细胞发育和胰岛素分泌［15］；miRNA-145调控干细胞重编程过程［16］。但大多数miRNA的生物学功能还有待研究和证实。

2 miRNA调控癌发生和癌扩散

多种癌症与miRNA的异常表达相关。根据miRNA调控癌症的作用不同，分为抑癌miRNA和促癌miRNA。通过miRNA芯片技术、实时定量聚合酶链反应、原位杂交等手段检测癌组织及癌旁组织miRNA的差异表达，可发现一些与癌症发生相关的miRNA。通过研究miRNA调控的靶基因和靶通路，可进一步阐明miRNA对癌症的调控机制。

多种癌细胞株和大量癌症患者标本的miRNA在多种癌细胞（包括前列腺癌、乳腺癌）的基因拷贝数、表达量、组织分布都与正常细胞不同。多种miRNA对癌细胞的细胞周期、细胞增殖、肿瘤干细胞以及肿瘤发生、发展具有重要调控功能。比如miRNA对乳腺癌的调控，miRNA-17／20、miRNA-15／16调控细胞周期，抑制乳腺癌细胞增殖和乳腺肿瘤发生［17-18］；miRNA-21、miRNA-221／222促进乳腺癌细胞增殖，降低乳腺癌细胞对抗癌药的敏感性［19-20］；miRNA-200c、let-7调控乳腺肿瘤干细胞自我更新和分化［11，21］；miRNA-200和miRNA-205抑制乳腺癌细胞上皮-间质转化（癌细胞发生转移的早期变化）［22］；miRNA-335抑制乳腺癌细胞扩散转移［23］；miRNA-10b、miRNA-373和miRNA-520c促进乳腺癌细胞扩散转移［24-25］。

let-7抑癌功能比较明确。let-7在哺乳动物成熟组织中广泛表达，但在多数癌组织中表达缺失或者被抑制，包括肺癌和乳腺癌，提示let-7有抑癌功能。Takamizawa等［26］发现肺癌患者的let-7表达缺失与患者预后差和术后生存期短有相关性。let-7在肺癌模型动物的癌细胞中靶向抑制Ras、HMGA2基因，从而抑制癌细胞分裂，抑制肿瘤发生［12］。有15%～30%的人类肿瘤都含有Ras突变，而激活突变导致这个蛋白表达上升可以引起细胞转化。因此，能够调节Ras蛋白表达的let-7，可以控制细胞的增殖速度。德国科学家报道let-7在恶性黑色素瘤细胞中，靶向调控细胞周期蛋白cyclin D1、cyclin D3、cyclin A以及CDK4，从而抑制肿黑色素瘤细胞增殖［27］。Chen等［28］2011年报道lin-28／let-7反馈调控环路调控乳腺癌细胞增殖。Zhao等［29］2011年报道let-7通过作用于雌激素受体α，从而影响雌激素受体阳性乳腺癌细胞的增殖。

3 miRNA可作为诊断和预后的生物标志物

研究发现，miRNA可以被细胞分泌到细胞外，成为细胞微环境和机体体液中重要的生物信息和生物调控分子，在人体乳汁、唾液、尿液、血清中均有miRNA存在［30］。miRNA在癌症患者血浆中有异常的分布和含量。有研究报道，乳腺癌患者外周血液中miRNA-195表达均高于正常人，而且乳腺癌术后外周血miRNA-195及let-7a的含量与乳腺癌术后病情稳定状态相关［31］。提示miRNA可作为乳腺癌早期诊断的生物标志物，并能够反映乳腺癌手术的治疗效果。此外，已经有研究表明，miRNA-500在肝癌［32］、miRNA-25及miRNA-233在肺癌［33］、miRNA-141在前列腺癌［34］和卵巢癌［35］患者外周血中含量异常。

Yu等［36］前期工作证实，miRNA可以被乳腺癌细胞分泌到培养液中，并具有生物学功能。miRNA-17／20高表达的人乳腺癌细胞系MCF-7（michigan cancer foundation-7）细胞（非扩散型乳腺癌细胞）培养液可以有效抑制MDA-MB-231细胞（扩散型乳腺癌细胞）的侵袭和转移。对培养液的蛋白质分析表明，miRNA-17／20高表达可以抑制MCF-7细胞对多种细胞因子和生长因子的分泌［36］。尤为重要的是，被分泌到细胞外及外周血的miRNA稳定性好，不易降解，并且具备生物学活性，能够被细胞摄入并在受体细胞内发挥功能［36-37］。

4 miRNA临床应用前景展望

miRNA的发现促使生物学家重新思考细胞生物信息遗传调控以及发育、疾病等方面的问题。miRNA对疾病发生、发展的重要调控作用，证明了miRNA的临床应用价值和潜力。miRNA可期可待的转化医学研究主要包括以下2个方面。

4.1 作为生物治疗手段或者疾病防治靶点 基于miRNA和siRNA作用机制，通过人工合成miRNA模拟物或者miRNA抑制剂、或者人工构建siRNA进入miRNA途径、或人工构建miRNA进入RNA干扰途径，实施基因和分子治疗，从而在分子水平上为研究新一代基因药物和生物治疗手段提供了新的切入点；利用miRNA对靶基因3′非翻译区不十分严格的配对要求，为对抗容易发生变异的病毒提供了一条新途径。miRNA靶基因也因此具有潜力，可成为临床治疗新靶点。国外近年来有科研机构、医院、药企都参与miRNA的临床研发工作，比如2011年美国Santaris Pharma A／S公司［38］报道了第1个进入临床试验的miRNA——miRNA-122，用于治疗慢性丙型病毒性肝炎。美国Mirna Therapeutics公司专门从事miRNA的临床应用和研发工作，2013年5月美国食品和药物管理局批准Mirna Therapeutics公司进行miRNA-34治疗肝癌的临床试验，这是进入临床试验治疗癌症的第1个miRNA［39］。我国医药生物科学家在这个领域正在努力迎头赶上，比如同济大学2009年在附属东方医院建立转化医学研究中心，把基础医学研究专家和临床一线专家联手汇聚，聚焦临床难题，开展转化医学的研究，包括miRNA的临床应用研究，建立和启动了一种转化医学研究的有效模式。

4.2 作为生物标志物进行疾病诊断和预后 miRNA

的组织特异性、疾病特异性表达谱为miRNA研发和应用于疾病分类、疾病诊断和治疗预后提供了可能。尤其不同疾病、不同癌症患者，组织和血浆miRNA均有特殊的表达特征，筛选这些特殊高表达或者低表达的miRNA分子，可研发为单一或者多种miRNA的检测试剂盒。比如美国Rosetta Genomics公司推出的miRview试剂盒，利用肺癌miRNA表达特征，通过患者穿刺获得少量癌细胞的miRNA检测，就能实现肺癌的4种主要亚型分类［40］。到2012年11月，这项新产品已经获准在美国所有50个州推广使用。我国科学家也不甘落后，充分利用病源和资源优势，在各种疾病领域（包括癌症）展开了miRNA分子的筛选和应用研究。

尽管细胞中还有很多miRNA尚未被发现，许多已经发现的miRNA的功能还有待研究，但它们作为生命科学领域，尤其是癌症领域新的研究热点，其转化医学研究将有助于揭示更多生命的奥秘，遏制癌症等顽疾的危害。

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A new hotspot for translation almedicine research：micro RNA controlling tumorigenesis

MAHaizhong1，2，3，WANGGuangxue3，XIANG Zhendong3，4，DENG Shengqiong3，ZHAO Qian3，LIANG Chunli3，YANG Xiaolai4，GE Bin4，LIANG Li1，2，YU Zuoren3

（1.Lanzhou University School of Pharmacy，Lanzhou Gansu 730020，China；2.Drug Clinical Trial Institution，the First Affiliated Hospital of Lanzhou University，Lanzhou Gansu 730000，China；3.Research Center for Translational Medicine，East Hospital，Tongji University School of Medicine，Shanghai200120，China；4.Department of Pharmacy，People′s Hospital of Gansu Province，Lanzhou Gansu 730000，China）

MicroRNA（miRNA）are a class of endogenous non-coding RNA carrying function of regulating target gene expression.The aberrant expression ofmiRNA has been observed in various tumor and cancer tissues.miRNA has tissue-specific expression involving in the regulation of cancer cell proliferation，migration，invasion，metastasis，apoptosis，and tumorigenesis of cancer stem cell as well.miRNA have potential to be developed as either pharmaceuticalmolecules or thera-peutic therapeutic for cancer treatment.In addition，miRNA have potential as biomarkers to be used for diagnosis and prognosis of cancer sincemiRNA can be secreted to themicroenvironment and blood by cancer cells.Herein we reviewed the progress of basic research and clinical application ofmiRNA in the last decade in China and abroad，and discussed the prospects of translational application of miRNA in the field of tumorigenesis and cancermetastasis.

MicroRNA（miRNA）；Cancer；Biomarker；Translationalmedicine

Q522；R73

A

2095-3097（2014）05-0265-05

10.3969／j.issn.2095-3097.2014.05.002

2013-12-28 本文编辑：徐海琴）

国家自然科学基金资助（NSFC81172515）

730020甘肃兰州，兰州大学药学院（马海忠，梁 莉）；730000甘肃兰州，兰州大学第一医院药物临床试验机构（马海忠，梁 莉）；200120上海，同济大学附属东方医院转化医学研究中心（马海忠，王光学，向振东，邓生琼，赵 倩，梁春立，俞作仁）；730000甘肃兰州，甘肃省人民医院药剂科（向振东，杨孝来，葛 斌）

俞作仁，E-mail：zuoren.yu＠tongji.edu.cn；梁 莉，E-mail：liangli418＠163.com

［注 明］马海忠，王光学：并列第一作者