微RNA-7在肿瘤中的生物学作用及其临床应用前景

江明杰，代娟娟，付　迪(综述)，田　聆(审校)

(上海交通大学附属第一人民医院实验中心，上海201620)



肿瘤医学

微RNA-7在肿瘤中的生物学作用及其临床应用前景

江明杰，代娟娟，付迪(综述)，田聆※(审校)

(上海交通大学附属第一人民医院实验中心，上海201620)

摘要：微RNA-7(miR-7) 是23个核苷酸长的非编码小分子RNA，其在多种肿瘤组织中的表达降低，与肿瘤生长、转移等密切相关。miR-7作为一个肿瘤抑制因子，可抑制表皮生长因子受体、胰岛素样生长因子1受体等基因的表达，从而抑制肿瘤的发生、发展。此外，miR-7还能提高肿瘤对化疗的敏感性，并抑制肿瘤血管生成。miR-7本身也受细胞内复杂机制的调控，其表达量变化及其对肿瘤的调控可为肿瘤的诊治提供新思路，具有良好的潜在临床应用前景。

关键词：微RNA-7；肿瘤生物学；表达调控；肿瘤治疗

自1993年第1个microRNA(miRNA)被发现以来，miRNAs 已经被证实具有调控细胞增殖、分化以及凋亡等多种生物学过程的作用，而这些过程的失调与肿瘤的发生、发展密切相关，影响miRNA的表达及功能可导致肿瘤的发生[1]。作为miRNA大家族中的一员，miR-7调控着细胞内数千种基因的表达，广泛地影响着细胞各方面的行为，在肺癌[2]、乳腺癌[3-5]、结肠癌[6]、肝癌[7]、胃癌[8]等多种高发肿瘤中发挥着重要的调控作用，其表达量的变化很大程度上影响或参与了肿瘤的发生发展。现就miR-7的表达调控、在肿瘤中的生物学作用及相关机制以及潜在的临床应用前景进行综述。

1miR-7的表达与调控机制

miR-7有miR-7-1、miR-7-2和miR-7-3三种亚型，其基因分别位于基因组中不同的位置，但最后的成熟序列均具有相同的生物学活性[9]。miR-7的表达首先由RNA聚合酶Ⅱ转录形成初始miRNA (primary miRNA，pri-miRNA)，pri-miRNA在核内被RNA酶Ⅲ Drosha加工成约70 nt 的前体miRNA (precursor miRNA，pre-miRNA)，随后被转运到细胞质中。在细胞质内被核糖核酸内切酶Dicer剪切为成熟miRNA，并进一步形成RNA诱导沉默复合体 (RNA-induced silencing complex，RISC)，调控下游基因的表达[10]。

miR-7自身的表达受多种机制的调控，其中环状RNA (circular RNA，circRNA) 就是miR-7重要的调控分子之一。circRNA-7 (ciRS-7) 是小脑变性相关蛋白1 (cerebellar degeneration-related protein 1，CDR1) 反义链的转录产物，具有63个特异性结合miR-7的位点[11]。miR-7与ciRS-7结合后，暂时失去生物学作用，而ciRS-7又能被miR-671通过Argonaute 2蛋白剪切依赖途径降解，从而解离下大量的miR-7，使miR-7重新发挥生物学作用[12]。这样，当miR-7的表达量急剧增加时，ciRS-7通过结合miR-7起到缓冲作用；当ciRS-7被miR-671剪切后，解离下大量miR-7，在一定程度上又起到了储存和运输miR-7的作用[13]。

反馈调节模式是维持细胞内miR-7表达量相对恒定的重要机制。在miR-7的成熟过程中，剪切因子2/选择性剪切因子 (splicing factor 2/alternative splicing factor，SF2/ASF) 直接结合到miR-7的茎环结构中，通过非剪切依赖的机制，增强Drosha的作用，促进miR-7的成熟过程；而miR-7又能结合到SF2/ASF的3′非编码区 (3′untranslated region，3′UTR) 上，进而抑制其翻译过程[10]。在肿瘤细胞中，表皮生长因子受体 (epidermal growth factor receptor，EGFR) 通过下游的Ras/ERK/Myc信号通路，使核蛋白c-myc聚集到miR-7-1的增强子盒 (enhancer-box，E-box) 区域，从而促进miR-7的表达；而miR-7同样能直接作用于EGFR的3′UTR而抑制miR-7的表达[2]。这些负反馈调节维持了细胞内miR-7表达量的相对恒定，调节失衡将改变细胞周期进程，甚至引起细胞恶变。

miR-7在多种肿瘤中的表达都受到了明显的抑制[3,6-8]，导致其无法发挥肿瘤抑制作用。虽然一些研究尝试对miR-7下调的机制做出一些解释，但具体机制仍未完全明确。Kefas等[9]发现，在胶质母细胞瘤细胞中，miR-7的下调并非是由于其所在基因的转录被抑制，而是由于pri-miR-7到pre-miR-7 的过程受阻。同源结构域转录因子D10 (homeodomain transcription factor D10，HoxD10) 能特异性结合到miR-7-1启动子的顺式作用元件区域，从而增加miR-7-1表达，而在乳腺癌细胞中，HoxD10的表达是下调的，因此导致了miR-7表达水平的降低[14]。

2miR-7的抑癌作用

研究表明，miRNA能特异性结合到mRNA 3′UTR的靶点，通过缩短mRNA 中polyA的长度，降低mRNA的稳定性，或直接抑制翻译过程，从而抑制靶基因的表达[15]。miR-7通过抑制肿瘤发生、发展过程中的关键基因及信号通路而发挥抑制肿瘤的作用。

2.1miR-7对肿瘤的直接抑制作用miR-7通过直接作用于重要靶基因而影响细胞黏附、迁移、侵袭、远处转移以及上皮间质转化 (epithelial-mesenchymal transition，EMT) 等重要生物学过程，进而影响肿瘤的进展。

2.1.1EGFREGFR是酪氨酸激酶受体超家族的成员之一，在一系列实体肿瘤中大量表达，并且与疾病进展、放化疗抵抗以及预后相关[16]，其是miR-7重要的作用靶点。miR-7还能抑制EGFR下游信号通路的分子，如磷脂酰肌醇3-激酶 (phosphatidylinositol 3-kinase，PI3K)、蛋白激酶B (protein kinase B，PKB/AKT) 等，甚至抑制EGFR的配体，如转化生长因子α、肝素结合性表皮生长因子等[17]。Webster等[16]发现，转染miR-7能有效降低胶质母细胞瘤、乳腺癌以及前列腺癌中EGFR的表达，从而使细胞周期明显受阻于G1期，细胞数量和活力明显下降。在卵巢上皮性癌中，miR-7抑制了EGFR的表达，并通过 EGFR/AKT和EGFR/ERK1/2信号通路，使上皮标志物细胞角蛋白18 (cytokeratin 18，CK-18) 和β联蛋白 (β-catenin)上调，而间质标志物波形蛋白下调，表明miR-7逆转了EMT，抑制了细胞的迁移和侵袭[18]。

在酪氨酸激酶抑制剂 (tyrosine kinase inhibitor，TKI ) 抵抗的耐药肿瘤细胞中，miR-7同样起着重要的抑癌作用。在异种移植高表达EGFR且TKI抵抗的肺癌小鼠模型中，外源性转入miR-7可观察到肿瘤的生长受到明显抑制，甚至缩小，并在缩小的肿瘤中发现EGFR及其下游的蛋白激酶Raf-1和胰岛素受体底物1 (insulin receptor substrate-1，IRS-1)表达量的减少[19]。以上说明即使在TKI抵抗的情况下，miR-7仍能有效作用于EGFR，从而抑制肿瘤生长。对于低表达EGFR的肺癌细胞系A549来说，miR-7却有一定程度的促癌作用[2,20]，说明EGFR是miR-7抑制肿瘤生长的关键靶点。

2.1.2胰岛素样生长因子1受体 (insulin-like growth factor-1 receptor， IGF1R)IGF1R也是酪氨酸激酶受体超家族成员之一，介导胰岛素样生长因子的生物学行为，在细胞存活、增殖、分化、侵袭以及转移等过程中具有重要作用[21]。IGF1R是激活Akt信号通路的重要分子，其表达水平被miR-7下调后，Akt蛋白磷酸化过程受阻，活性大幅下降，从而使舌鳞状细胞癌的增殖与远处转移能力受到抑制[22]。在胃癌中，miR-7 通过miR-7/IGF1R/Snail轴逆转胃癌的EMT，抑制了胃癌细胞的增殖和转移[21]。进一步研究发现，尽管IGF1R蛋白在胃癌中表达减少，但其mRNA的表达量并未改变，说明miR-7只抑制了IGF1R的翻译过程而未影响mRNA的稳定性[21]。

2.1.3p21激活激酶1 (p21-activated kinase 1，PAK1)PAK1是一种分泌型蛋白激酶，能调节包括EGFR/Akt在内的多个促癌信号通路，影响细胞的增殖、凋亡以及细胞骨架的重构等[16]。在乳腺癌中，miR-7与PAK1的表达量呈负相关关系，miR-7介导PAK1的下调，从而抑制细胞的活动能力、侵袭能力以及锚定非依赖性生长的能力[14]，在动物实验中可观察到肿瘤形成能力受到明显抑制[14]。在神经鞘瘤细胞中，miR-7 通过抑制PAK1、EGFR以及活化的Cdc42相关酪氨酸激酶1等3条促癌信号通路，抑制细胞生长和成瘤能力[23]。

2.1.4Kruppel样因子4 (kruppel-like factor 4，KLF4)KLF4是一个重要的转录因子，影响着许多重要的细胞生物学过程[20]。Hansen等[3]发现，miR-7通过作用于乳腺癌干细胞中的KLF4，抑制肿瘤细胞的增殖、侵袭以及自我更新能力，尤其是在抑制乳腺癌细胞的远处转移中起到极其重要的作用。miR-7的表达量在乳腺癌中明显降低[3,5,14,24]，而在动物模型中，转移的肿瘤细胞中miR-7的下调程度比原位肿瘤细胞更加明显，外源性转入的miR-7能通过抑制KLF4而阻断乳腺癌的脑转移[3]。

miR-7在细胞内的靶基因多达几百种，如在肝癌中，通过抑制磷脂酰肌醇激酶催化亚单位D抑制肝癌的生长、迁移、侵袭和远处转移[7]；在乳腺癌中，通过作用于局部粘着斑激酶抑制间质上皮转化、肿瘤细胞增殖及远处转移[5]；在结肠癌中，抑制转录因子Yin Yang 1，下调p53和Wnt通路，降低细胞的活力和成瘤能力，介导G0/G1期的停滞以及早期凋亡的增加[6]；在结肠癌中，通过抑制修复基因XRCC2 (X-ray repair complementing defective repair in Chinese hamster cells 2)，显著降低细胞的生长速度，提高细胞的凋亡率[25]。

值得注意的是，miR-7对肿瘤细胞的综合生物学效应是通过作用于细胞内多个靶点甚至整个信号调节网络产生的，为了研究的便利，在研究过程中仅研究一个或数个靶点，但在分析其在细胞的生物学行为方面的作用时应综合考虑。TargetScan、PicTar和microRNA.org等是较为敏感和特异的预测miRNA在细胞内靶点的工具[15]，现已成为miRNA研究的重要辅助手段。

2.2miR-7促进肿瘤对药物治疗的敏感性对化疗不敏感的乳腺癌，miR-7能通过下调KLF4逆转乳腺癌细胞的EMT，提高肿瘤对化疗药物的敏感性[4]。在TKI抵抗的头颈部肿瘤中，单独应用miR-7或酪氨酸激酶抑制剂——厄洛替尼均不能产生理想效果，但联合应用则能明显抑制肿瘤细胞的生长[17]，说明miR-7能提高头颈部肿瘤对TKI的敏感性或miR-7 与TKI对肿瘤有协同作用。

2.3miR-7抑制肿瘤血管生成miR-7能剂量依赖性地抑制人血管内皮细胞的增殖，降低实验中血管萌发数量和总长度，抑制划痕实验的闭合，显著减少血管生成，外源转入miR-7后，血管密度也明显降低[26]。以上说明miR-7具有抑制肿瘤血管生成的作用。探究miR-7抑制肿瘤血管生成的机制发现，在受抑制的血管内皮细胞中，EGFR等的表达并未受影响，说明miR-7对内皮细胞和对肿瘤细胞的抗增殖机制可能不一样，其具体机制仍需进一步研究。

2.4miR-7参与炎癌转化在胃癌中，miR-7的表达量与炎症反应的程度呈负相关关系，说明miR-7可能参与了炎癌转化过程，进一步研究发现，miR-7的下调并非是由DNA甲基化或基因缺失引起，而是因为激活的巨噬细胞产生了巨噬细胞源性因子，这些因子造成了miR-7表达的下降，使miR-7的抑癌作用丧失，从而参与了炎癌转化过程[8]。miR-7的低表达对维持细胞的未分化状态是十分必要的[27]，在炎性过程中，维持细胞的未分化状态显然有利于炎症的修复，因而miR-7的下调可能是一种生理性保护机制。

3miR-7的促癌作用

在绝大部分肿瘤中，miR-7起抑癌作用，然而在个别肿瘤或细胞系中，miR-7却表现出促肿瘤生长的特性。与邻近的正常组织相比，肾细胞癌中miR-7的表达量显著增加，而抑制miR-7的表达能抑制细胞的迁移、增殖，并诱导细胞凋亡，提示miR-7具有促癌作用，但具体机制尚未明了[28]。在A549细胞系中，miR-7的表达上调后能抑制上皮修复因子，继而激活细胞周期蛋白A，从而促进细胞周期的进展、促进细胞增殖、锚定非依赖性生长，并提高成瘤能力[2]；Meza-Sosa等[20]也发现，在A549细胞系中，miR-7通过抑制KLF4，促进肺癌细胞的生长、增殖，并提高集落形成能力。相较于前述的在乳腺癌中miR-7通过抑制KLF4而抑制肿瘤进展[3]，反映出miR-7作用的组织细胞特异性和复杂性。

不过，同样在A549细胞系中，Xiong等[29]却发现，miR-7能抑制细胞的增殖、迁移和成瘤能力，并诱导细胞凋亡。其认为这一肿瘤抑制作用是通过抑制B细胞白血病/淋巴瘤2因子 (B-cell leukemia/lymphoma 2，Bcl-2) 实现的。对此Meza-Sosa等[20]认为，两个实验采用双荧光素酶分析系统检测KLF4和Bcl-2靶点特异性时其荧光素酶下降的程度不同 (分别为70%和30%)，说明miR-7对KLF4的亲和力更高；Meza-Sosa等[20]的实验采用稳定转染细胞系，而Xiong 等[29]采用瞬时转染的方法，并且在转染后未检测细胞系内miR-7和BLC蛋白表达量的变化，存在实验结束前转染的miR-7失效的可能，因此具体作用机制仍有待于进一步研究证实。

4miR-7的临床应用前景

目前，已经有部分miRNA的研究进入了临床试验阶段，而且调控miRNA表达和活性的药物也得到一定程度的发展。miR-7在肿瘤治疗和判断预后等方面均有较明显的优势，具有广阔的潜在临床应用前景。

miRNA替代疗法已成为肿瘤治疗研究的热点。体内应用miRNA的方法已在动物实验中进行了有益的尝试。Rai等[19]采用阳离子脂质体转染法外源性转入miR-7，转入的miR-7通过抑制肿瘤的多条信号通路而抑制肿瘤生长。cRGD靶向生物降解运输系统是体内应用miRNA较好的运输方法，Babae等[26]成功应用此方法将miR-7由体外输送至靶部位，并成功抑制了异种移植胶质母细胞瘤的生长及肿瘤血管的生成。通过调节miR-7的上游通路进而调控miR-7的内源性表达也是肿瘤治疗的一个较好的突破口。当然，要将miR-7应用于临床肿瘤治疗还有很长的路要走。研究证实，miR-7与某些恶性肿瘤的临床预后直接相关[2,5,30]。在肺癌中，miR-7的表达量与无瘤生存期呈负相关关系，miR-7的表达量越低，预示预后越好[2]；乳腺癌中，miR-7的表达量越低，肿瘤的恶性程度越高，远处转移率也越高[5]；Gleason评分较高的前列腺癌患者，若肿瘤组织中miR-7的表达量增高，其治疗进展至激素抵抗的时间将明显缩短，此外，外周血中miR-7的增多也预示着更差的预后[30]。

5结语

虽然目前已对miR-7在肿瘤中的生物学行为进行了广泛的研究，但其具体作用机制仍未完全阐明。目前大部分观点认为，miR-7是一个重要的肿瘤抑制因子，其表达水平的降低是许多肿瘤的促癌因素之一，而提高miR-7的表达量能有效抑制肿瘤的生长。由于miR-7在细胞内的作用位点广泛，因此要将miR-7应用于临床，要更多地关注miR-7对细胞内信号调节网络的整体效应，探究miR-7对不同肿瘤作用的组织特异性，并探索更为科学、有效的miR-7靶向作用方式。

参考文献

[1]Ventura A,Jacks T.miRNAs and Cancer:a little RNA goes a long way[J].Cell,2009,136(4):586-591.

[2]Chou YT,Lin HH,Lien YC,etal.EGFR promotes lung tumorigenesis by activating miR-7 through a Ras/ERK/Myc pathway that targets the Ets2 transcriptional repressor ERF[J].Cancer Res,2010,70(21):8822-8831.

[3]Okuda H,Xing F,Pandey PR,etal.miR-7 suppresses brain metastasis of breast cancer stem-like cells by modulating KLF4[J].Cancer Res,2013,73(4):1434-1444.

[4]Akalay I,Tan TZ,Kumar P,etal.Targeting WNT1-inducible signaling pathway protein 2 alters human breast cancer cell suscep-tibility to specific lysis through regulation of KLF-4 and miR-7 expression[J].Oncogene,2015，34(17):2261-2271.

[5]Kong X,Li G,Yuan Y,etal.MicroRNA-7 inhibits epithelial-to-mesenchymal transition and metastasis of breast cancer cells via targeting FAK expression[J].PLoS One,2012,7(8):e41523.

[6]Zhang N,Li X,Wu CW,etal.microRNA-7 is a novel inhibitor of YY1 contributing to colorectal tumorigenesis[J].Oncogene,2013,32(42):5078-5088.

[7]Fang Y,Xue JL,Shen Q,etal.MicroRNA-7 inhibits tumor growth and metastasis by targeting the phosphoinositide 3-kinase/Akt pathway in hepatocellular carcinoma[J].Hepatology,2012,55(6):1852-1862.

[8]Kong D,Piao YS,Yamashita S,etal.Inflammation-induced repression of tumor suppressor miR-7 in gastric tumor cells[J].Oncogene,2012,31(35):3949-3960.

[9]Kefas B,Godlewski J,Comeau L,etal.microRNA-7 inhibits the epidermal growth factor receptor and the Akt pathway and is down-regulated in glioblastoma[J].Cancer Res,2008,68(10):3566-3572.

[10]Wu H,Sun S,Tu K,etal.A splicing-independent function of SF2/ASF in microRNA processing[J].Mol Cell,2010,38(1):67-77.

[11]Memczak S,Jens M,Elefsinioti A,etal.Circular RNAs are a large class of animal RNAs with regulatory potency[J].Nature,2013,495(7441):333-342.

[12]Hansen TB,Wiklund ED,Bramsen JB,etal.miRNA-dependent gene silencing involving Ago2-mediated cleavage of a circular antisense RNA[J].EMBO J,2011,30(21):4414-4422.

[13]Hansen TB,Kjems J,Damgaard CK.Circular RNA and miR-7 in Cancer[J].Cancer Res,2013,73(18):5609-5612.

[14]Reddy N,Ohshiro K,Suresh KR,etal.MicroRNA-7,a homeobox D10 target,inhibits p21-activated kinase 1 and regulates its functions[J].Cancer Res,2008,68(20):8195-8200.

[15]Bartel DP.MicroRNAs:target recognition and regulatory func-tions[J].Cell,2009,136(2):215-233.

[16]Webster RJ,Giles KM,Price KJ,etal.Regulation of epidermal growth factor receptor signaling in human cancer cells by micro RNA-7[J].J Biol Chem,2009,284(9):5731-5741.

[17]Kalinowski FC,Giles KM,Candy PA,etal.Regulation of epidermal growth factor receptor signaling and erlotinib sensitivity in head and neck cancer cells by miR-7[J].PLoS One,2012,7(10):e47067.

[18]Zhou X,Hu Y,Dai L,etal.MicroRNA-7 inhibits tumor metastasis and reverses epithelial-mesenchymal transition through AKT/ERK1/2 inactivation by targeting EGFR in epithelial ovarian cancer[J].PLoS One,2014,9(5):e96718.

[19]Rai K,Takigawa N,Ito S,etal.Liposomal delivery of MicroRNA-7-expressing plasmid overcomes epidermal growth factor receptor tyrosine kinase inhibitor-resistance in lung cancer cells[J].Mol Cancer Ther,2011,10(9):1720-1727.

[20]Meza-Sosa KF,Pérez-García EI,Camacho-Concha N,etal.MiR-7 promotes epithelial cell transformation by targeting the tumor suppressor KLF4[J].PLoS One,2014,9(9):e103987.

[21]Zhao X,Dou W,He L,etal.MicroRNA-7 functions as an anti-metastatic microRNA in gastric cancer by targeting insulin-like growth factor-1 receptor[J].Oncogene,2013,32(11):1363-

1372.

[22]Jiang L,Liu X,Chen Z,etal.MicroRNA-7 targets IGF1R (insulin-like growth factor 1 receptor) in tongue squamous cell carcinoma cells[J].Biochem J,2010,432(1):199-205.

[23]Saydam O,Senol O,Würdinger T,etal.miRNA-7 attenuation in schwannoma tumors stimulates growth by upregulating three oncogenic signaling pathways[J].Cancer Res,2011,71(3):852-861.

[24]Tu CY,Chen CH,Hsia TC,etal.Trichostatin A suppresses EGFR expression through induction of microRNA-7 in an HDAC-independent manner in lapatinib-treated cells[J].Biomed Res Int,2014,2014:168949.

[25]Xu K,Chen Z,Qin C,etal.miR-7 inhibits colorectal cancer cell proliferation and induces apoptosis by targeting XRCC2[J].Onco Targets Ther,2014,7:325-332.

[26]Babae N,Bourajjaj M,Liu YJ,etal.Systemic miRNA-7 delivery inhibits tumor angiogenesis and growth in murine xenograft glioblastoma[J].Oncotarget,2014,5(16):6687-6700.

[27]Li X,Carthew RW.A microRNA mediates EGF receptor signaling and promotes photoreceptor differentiation in the Drosophila eye[J].Cell,2005,123(7):1267-1277.

[28]Yu Z,Ni L,Chen D,etal.Identification of miR-7 as an oncogene in renal cell carcinoma[J].J Mol Hist,2013,44(6):669-677.

[29]Xiong S,Zheng Y,Jiang P,etal.MicroRNA-7 inhibits the growth of human non-small cell lung cancer A549 cells through targeting BCL-2[J].Int J Biol Sci,2011,7(6):805-814.

[30]Santos JI,Teixeira AL,Dias F,etal.Influence of peripheral whole-blood microRNA-7 and microRNA-221 high expression levels on the acquisition of castration-resistant prostate cancer:evidences from in vitro and in vivo studies[J].Tumor Biol,2014,35(7):7105-7113.

Biological Function of MicroRNA-7 in Cancer and Its Clinical PotentialJIANGMing-jie,DAIJuan-juan,FUDi,TIANLing.(ExperimentalResearchCenter,ShanghaiFirstPeople′sHospital,ShanghaiJiaotongUniversity,SchoolofMedicine,Shanghai201620,China)

Abstract：MicroRNA-7(miR-7) is a 23-nucleartide small non-coding RNA whose expression is down-regulated in various cancers and has been linked to cancer growth as well as metastasis.Acting as a tumor suppressor,miR-7 can suppress tumor growth via inhibiting the expression of critical genes such as epidermal growth factor receptor,insulin-like growth factor-1 receptor.Meanwhile,miR-7 can also inhibit tumor angiogenesis and promote its sensitivity to chemotherapy.In addition,miR-7 itself is regulated by some complex intracellular mechanisms.Based on its changed expression and its role in regulating cancer development,miR-7 shows potential clinical applications in cancer diagnosis and therapy.

Key words:MicroRNA-7; Cancer biology; Expression regulation; Oncotherapy

收稿日期：2014-12-22修回日期：2015-03-30编辑：辛欣

基金项目：国家自然科学基金面上项目(81172030)；上海交通大学医学院大学生创新训练项目 (2014059)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.21.020

中图分类号：R730.2

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)21-3899-04