MicroRNA与膀胱癌的研究进展

2014-08-08吴军

右江医学 2014年3期

关键词：膀胱癌肿瘤

作者简介：吴军，男，副主任医师，医学学士。Email:984136322@qq.com.

吴军

（右江民族医学院附属医院泌尿外科，百色 533000）

【关键词】microRNA；膀胱癌；肿瘤

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中图分类号：R737.14文献标识码：A文章编号：10031383(2014)03036304

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DOI:10.3969/j.issn.10031383.2014.03.030

膀胱癌是泌尿系统最常见的恶性肿瘤，男性膀胱癌的发病率位居全身肿瘤的第8位，女性排在第12位以后［1］。临床上，多数膀胱肿瘤为移行上皮癌，以非肌层浸润性膀胱癌占绝大多数，常具有多中心发病、治疗后易复发等特点。目前，手术切除是首选的治疗方法，但预后差、术后复发率极高，部分患者在术后12个月内复发，术后5年复发率达24%～84%，且每次复发后其恶性程度均相应提高。因此，开发治疗效果好、副作用小甚至没有副作用的方法意义重大。近年来分子靶向治疗在大肠癌、肺癌、乳腺癌等肿瘤中取得了许多可喜的研究成果，并已相继获批投入临床使用，但膀胱癌靶向治疗的研究相对滞后。微小RNA（microRNA,miRNA）的发现使人们对RNA调控基因表达的功能有了全新的认识，并成为研究基因功能的有力工具，引起了许多学者的关注，在2002年Science评选的十大科学成就中高居榜首。miRNA作为细胞内一类重要的非编码调控分子，其所介导的调控作用已被认为是多细胞生物基因表达转录后水平的一种普遍调节方式［2，3］。miRNA的异常表达与多种癌症密切相关，其在癌症的表达水平上调或下调，对肿瘤的早期诊断及治疗意义重大。本文通过对miRNA的研究分析，以期为膀胱癌的诊断及治疗提供新的生物学依据。

1miRNA的生物学特性

miRNA是一种大小为21～23个碱基的单链小分子RNA，由具有发夹结构的70～90个碱基大小的单链RNA加工而成，参与了基因调控表达。但RNA的表达方式各不相同，第一个被确认的miRNA是在线虫中首次发现的lin4及let7。据分析调查显示，人类已发现2000多种 miRNA，miRNA的生理功能是调控发育、分化及凋亡，参与细胞死亡及脂肪代谢等，有时调节内源基因表达，提示miRNA有非常广泛的生物功能。它调节着许多蛋白编码的基因，抑制蛋白质的合成，同时在细胞分化、发育和凋亡等关键时期调控转录后的基因表达水平，说明它既可作为诱癌基因参与肿瘤形成，又可作为抑癌基因参与肿瘤的控制，提示miRNA和癌症之间有密切关系。目前有证据表明，每个miRNA可调控多个位点，每个miRNA可以调节数百到数千个目标基因的表达，因此估计有1/3到1/2的蛋白质编码基因的表达受到miRNA的调节［4］。

2miRNA在肿瘤中的作用

从1993至今，科学家们对miRNA的研究逐步深入，学者们发现虽然miRNA的表达方式各不相同，在不同组织、不同发育阶段的RNA水平仍有差异，但肿瘤细胞的分化异常、肿瘤细胞增殖、细胞死亡、凋亡等均与miRNA密切相关。比如，在肺癌组织中低水平表达的let7，由于它的表达下调，使得原本在正常组织中处于let7控制下的人类RAS家族的三个成员 HRAS、KRAS和NRAS从表达抑制状态释放出来，因而导致RAS通路的过度激活和细胞生长失控［5］；慢性淋巴细胞性白血病（CLL）中miR15a和miR161定位于染色体Bq14区段，表达下调导致它们的靶基因CDK6和BCL2明显上调，从而加速了细胞周期的运行并抑制肿瘤细胞的凋亡［6］；在检测的CLL患者中，有近60％的该两种miRNA完全丧失或表达下调。而在乳腺癌中也发现了该区段的缺失和下调现象，被认为具有抑癌基因活性的miR34家族有三个成员miR34a/b/c，它们的基因表达在转录水平均可被抑癌基因p53调控［7］。miR34a的表达水平在36%的直肠癌和73%的前列腺癌中下调［8，9］，而miR34b在43％的非小细胞型肺癌中发生下调［10］。miR34除协同p53促进凋亡外，还通过调控cyclin E、CDK4、E2F1和E2F3蛋白的表达水平，参与调控细胞周期的G1期阻滞［11，12］；在多种肿瘤组织中高表达的miR1792基因簇通过调控Tsp1和CTGF的表达，促进肿瘤的血管生成［6，13，14］。目前随着miRNA家族研究数量不断扩展，人类表达异常的miRNA的研究也越来越深入，人们逐渐发现以miRNAs为主导的基因转录后，调控网络几乎参与了肿瘤发生发展的各个环节。一旦体内miRNA表达出现异常，会直接引起机体的诸多异常现象，最终导致癌症的发生。同时，体内外实验也已证实通过特定方法对细胞内源miRNA的表达水平进行相应的干预，可以起到抑制肿瘤细胞生长和阻遏肿瘤细胞向其他组织器官转移的作用，提示其作为肿瘤治疗靶点的潜在应用价值。近期国内外的研究已在不同类型肿瘤中取得了一定进展。如两个miRNA（miR15a、miR161）水平的下降，会造成抗凋亡基因BCL2的过度表达，从而导致B细胞增殖能力大大增强，脱离正常的增殖凋亡平衡走向恶性转化的道路。据此，体外实验已证实，miR15a和miR161在转录后水平抑制BCL2的表达足以引起CLL来源细胞系的凋亡，因此二者作为天然的BCL2“抑制剂”有望应用于临床治疗CLL及其他BCL2过度表达引起的肿瘤［15，16］。Takamizawa等发现let7在人肺癌细胞中表达降低，由于let7可直接调控肺癌的关键基因——RAS基因，因此在人肺癌中具有抑癌作用［17］。而Slack等的最新研究表明，let7能够抑制培养的肺癌细胞和大鼠体内肿瘤细胞的生长，并证明let7以鼻内给药的方式能够减少RAS类型小鼠肺癌模型的肿瘤形成［18］。miR122是丙肝病毒感染和复制所必需的miRNA，目前首个靶向miR122的miRNA药物已经进入临床实验，用于治疗丙肝病毒感染引起的肝脏疾病［19，20］。更令人感兴趣的是，Krutzfeldt等将2O甲基化，且与内源性miRNA完全互补的寡聚核苷酸两端分别共价连接2个和4个磷硫酰基团，将之命名为“antagomiR”。这种修饰后的“antagomiR”与胆固醇偶联可以降低肾清除率，并大大增加细胞对其的吸收能力。有研究人员将针对miR16的 antagomiR16用于实验后发现，连续向小鼠体内注射三次高剂量的“antagomiR16”可以导致小鼠体内除脑部以外所有被检组织中内源miR16的表达量下降。研究人员随后使用“antagomiR”抑制了miR122的表达后，细胞质膜上胆固醇的含量下降了近40%，这一发现无疑进一步证实了“antagomiR”的潜在临床治疗效果［21，22］。而有关研究表明，miR21通过对靶基因的调控，参与肿瘤细胞的侵袭、血管浸润和转移。

〖3miRNA与膀胱癌的关系

虽然miRNA芯片技术发展迅速，但目前miRNA在膀胱癌中的研究还处在初起阶段，对其认识正逐步加深。各项研究证明了miRNA与膀胱癌的紧密关系，研究者使用miRNA芯片技术及双荧光报告基因实验等技术在膀胱癌细胞系中研究miRNA家族对细胞增殖、凋亡和迁移等癌症相关表型的影响，以确定它们参与癌症发生发展的作用，有助于膀胱癌的早期确诊、分期和治疗。2009年有研究发现，miRNA的表达与膀胱癌的分期有关，在浅表性膀胱癌中高表达的有miRNA10a，在肌层浸润性膀胱癌中高表达的有miRNA222和miRNA125b，而在淋巴结阳性患者中高表达的有miRNA452，认为miRNA452能成为一种预测膀胱癌患者预后的指标［22］。最近Wiklund等［23］的研究发现，miRNA200家族和miRNA205在浅表性膀胱癌中的表达要比在肌层浸润性膀胱癌中高1.5～2.5倍，而且在浸润性膀胱癌中miRNA200家族和miRNA205经常发生表达沉默，miRNA的异常表达能为膀胱肿瘤的研究提供新的线索，如果能确定膀胱癌中不同特异表达的基因谱，也可能会为膀胱癌的诊断提供生物标记。由于膀胱癌患者尿液常作为临床检测标本，而尿液中miRNA的检测也已经取得进一步进展，学者利用PCR技术对尿液中miRNA进行检测分析，发现正常人与膀胱癌患者尿液有2个miRNA存在差异，提高了膀胱癌无创性诊断的可能。膀胱肿瘤细胞与正常组织miRNA表达谱具有明显差异，如果miRNA在癌症中的表达水平上调，其表现为致癌基因，可以下调抑癌基因活性。研究也证实了miRNA参与了癌基因和抑癌基因的活性。相反，如果miRNA在癌症中的表达水平下调，我们就可认为其为抑癌基因，下调原癌基因活性，我们可以根据miRNA靶基因表达方式的不同来寻找治疗膀胱癌的新靶标。目前最新的研究还证明miR29家族（包括miR29a、miR29b和miR29c）的表达水平在膀胱癌患者中呈现明显下降趋势。深入研究miR29a、miR29b和miR29c在膀胱癌发生发展中的具体作用和分子机制，并分别在体外和小鼠模型中进行实验以观察它们在膀胱癌治疗中的潜在价值，也可探索以这三个miRNAs靶点用于膀胱癌治疗的可行性。此外，结合目前在miRNA药物设计方面的新发现，可能初步建立和完善一套适用于miR29a、miR29b和miR29c的治疗策略。同时，在膀胱癌细胞系中功能试验初步证实，通过外源干预它们的表达，可以逆转某些癌症相关表型，包括细胞增殖、细胞凋亡及细胞迁移。此外，也陆续鉴定出若干个miR29调节的下游靶基因，其中多个是与细胞增殖、凋亡及迁移密切相关。与此同时，结合其他研究组关于这三个miRNA在其他类型肿瘤中的作用和机制的发现，进一步明确了其抑癌作用和作为肿瘤治疗靶点的潜力。这些研究为针对miRNA的膀胱癌治疗提供了新的研究思路。

4展望

从以上文献可知，miRNA给了我们一个全新的视野来理解肿瘤的发生和发展，并显示了其作为肿瘤治疗靶点的巨大潜能。miRNA与癌症调控网络研究内容的重要组成和进一步深化，对了解肿瘤发生发展的本质和拓展相关的临床治疗措施具有重要意义，也对提高肿瘤的治疗效果，维护人类健康和社会发展具有深远影响。我们可以认为在膀胱癌中，miRNA是一种潜在的肿瘤生化标志物，可改善膀胱癌的诊断、治疗及预后，为最终战胜膀胱癌提供新思路。

参考文献

［1］ Tolley DA,Parmar MK,Grigor KM,et al.The effect of intravesical mitomycin C on recurrence of newly diagnosed superficial bladder cancer: a further report with 7 years of follow up［J］.J Urol,1996,155:12331238.

［2］ Herranz H,Cohen SM.MicroRNAs and gene regulatory networks managing the impact of noise in biological systems［J］.Genes Dev, 2010,24(13):13391344.

［3］ Frost RJ,van Rooij E.miRNAs as therapeutic targets in ischemic heart disease［J］.J Cardiovasc TranslRes,2010,3(3):280289.

［4］ Lewis BP，Burge CB,Bartel DP.Conserved seed pairing, oftenflanked by adenosines,indicates that thousands of humangenes are microRNA targets［J］.Cell,2005,120 (1):1520.

［5］ Takamizawa J,Konishi H,Yanagisawa K,et al.Reduced expression of the let7 microRNAs in human lung cancers in association with shortened postoperative survival［J］.Cancer Res,2004,64(11):37533756.

［6］ Calin GA,Dumitru CD,Shimizu M,et al.Frequent deletions and downregulation of microRNA genes miR15 and miR16 at 13q14 in chronic lymphocytic leukemia［J］.Proc Natl Acad Sci USA, 2002,99(24):1552415529.

［7］ RaverShapira N, Marciano E,Meiri E,et al.Transcriptional activation of miR34a contributes to p53mediated apoptosis［J］.Mol Cell,2007,26(5)：731743.

［8］ 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.

［9］ Chang TC,Wentzel EA, Kent OA,et al.Transactivation of miR34a by p53 broadly influences gene expression and promotes apoptosis［J］.Mol Cell,2007,26(5):745752.

［10］Bommer GT,Gerin I,Feng Y,et al.p53mediated activation of miRNA34 candidate tumorsuppressor genes［J］.Curr Biol,2007,17(15):12981307.

［11］Tarasov V,Jung P,Verdoodt B,et al.Differential regulation of microRNAs by p53 revealed by massivelyparallel sequencing:miR34a is a p53 target that induces apoptosis and G1arrest［J］.Cell Cycle,2007,6(13):15861593.

［12］He L,He XY,Lim LP,et al.A microRNA component of the p53 tumour suppressor network［J］.Nature,2007,447(7148):11301134.

［13］He L,Thomson JM,HemannMT,et al.A microRNA polycistron as a potential human oncogene［J］.Nature,2005,435(7043): 828833.

［14］ODonnell KA,Wentzel EA, Zeller KI, et al.cMycregulated microRNAs modulate E2F1 expression［J］.Nature, 2005,435(7043): 839843.

［15］Dews M,Homayouni A,Yu D,et al.Augmentation of tumor angiogenesis by a Mycactivated microRNA cluster［J］.Nat Genet, 2006, 38(9): 10601065.

［16］ Calin GA,Cimmino A,Fabbri M，et al.MiR15a and miR161 cluster functions in human leukemia［J］.Proc Natl Acad Sci,2008,105:51665171.

［17］EsquelaKerscher A,Trang P,Wiggins JF,et al.The let7 microRNA reduces tumor growth in mouse models of lung cancer［J］.Cell Cycle,2008,7:759764.

［18］Chin LJ,Ratner E,Leng S, et al.A SNP in a let7 microRNA complementary site in the KRAS 3' untranslated region increases nonsmall cell lung cancer risk［J］.Cancer Res,2008,68:853540.

［19］Iorio MV,Casalini P,Piovan C,et al.microRNA205 regulates HER3 in human breast cancer［J］.Cancer Res.2009;69:2195200.

［20］ Robertson B,Dalby AB,Karpilow J,et al. Specificity and functionality of microRNA inhibitors［J］.Silence. 2010;1(1):10.

［21］Krützfeldt J,Rajewsky N,Braich R,et al. Silencing of microRNAs in vivo with 'antagomirs'［J］.Nature，2005,438(7068):685689.

［22］Veerla S,Lindgren D,Kvist A,et al.MiRNA expression in urothelial carcinomas: important roles of miR10a,miR222,miR125b,miR7 and miR452 for tumor stage and 312metastasis, and frequent homozygous losses of miR31［J］. Int J Cancer,2009,124(9):22362242.

［23］Wiklund ED,Bramsen JB,Hulf T,et al.Coordinated epigenetic repression of the miR200 family and miR205 in invasive bladder cancer［J］. Int J Cancer, 2011, 128(6):13271334.

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(收稿日期：2014-02-14修回日期：2014-05-23)

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(编辑：潘明志)

［19］Iorio MV,Casalini P,Piovan C,et al.microRNA205 regulates HER3 in human breast cancer［J］.Cancer Res.2009;69:2195200.

［20］ Robertson B,Dalby AB,Karpilow J,et al. Specificity and functionality of microRNA inhibitors［J］.Silence. 2010;1(1):10.

［21］Krützfeldt J,Rajewsky N,Braich R,et al. Silencing of microRNAs in vivo with 'antagomirs'［J］.Nature，2005,438(7068):685689.

［23］Wiklund ED,Bramsen JB,Hulf T,et al.Coordinated epigenetic repression of the miR200 family and miR205 in invasive bladder cancer［J］. Int J Cancer, 2011, 128(6):13271334.

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［19］Iorio MV,Casalini P,Piovan C,et al.microRNA205 regulates HER3 in human breast cancer［J］.Cancer Res.2009;69:2195200.

［20］ Robertson B,Dalby AB,Karpilow J,et al. Specificity and functionality of microRNA inhibitors［J］.Silence. 2010;1(1):10.

［21］Krützfeldt J,Rajewsky N,Braich R,et al. Silencing of microRNAs in vivo with 'antagomirs'［J］.Nature，2005,438(7068):685689.

［23］Wiklund ED,Bramsen JB,Hulf T,et al.Coordinated epigenetic repression of the miR200 family and miR205 in invasive bladder cancer［J］. Int J Cancer, 2011, 128(6):13271334.

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