MicroRNA在结直肠癌转移中的研究进展

陈 雷 杨馥宁 邰建东

(吉林大学第一医院结直肠肛门外科，吉林 长春 130021)



MicroRNA在结直肠癌转移中的研究进展

陈 雷 杨馥宁 邰建东

(吉林大学第一医院结直肠肛门外科，吉林 长春 130021)

结直肠癌；转移；MicroRNA(miRNA)

结直肠癌(CRC)是全球最常见的消化道恶性肿瘤之一，严重危害人类健康，约50%的患者死于转移相关并发症〔1〕。在我国，CRC是75岁以上老年人最常见的恶性肿瘤，每年75岁以上老年人中的发病人数约为7.82万，占全球发病人数的18.08%；75岁以上老年人的CRC病例占每年新发胃肠道恶性肿瘤病例的28.86%，占每年胃肠道恶性肿瘤死亡病例的44.68%；与其他年龄段相比，75岁以上老年人CRC发病率的上升速度要明显高于胃癌等其他胃肠道恶性肿瘤，其发病后5年生存率较低〔2〕。因此，探索新型生物标记物以利于CRC的筛查、早期诊断和及时治疗，将有效改善老年患者的生存率以及生活质量。

1 miRNA与CRC

MicroRNA(miRNA)是一类长度为18～25个核苷酸的高度保守的内源性非编码单链RNA，由高等真核生物基因组所编码，通过调节基因的表达参与一系列生命过程。miRNA由具有发夹样环状结构、长约70～80个核苷酸的单链RNA前体经Dicer酶进行加工后生成，随后降解为单链结构(即成熟的miRNA)，继而被引入到RNA诱导沉默复合物(RISC)中，选择性地与靶mRNA的互补序列结合。miRNA主要依赖其5'端前2～7个核苷酸(即种子序列〔3〕)与靶mRNA 3'端非翻译区(3'UTR)序列结合，若不完全互补配对，则阻止翻译而不影响mRNA的稳定性；若完全互补配对，则降解mRNA，前者多见于动物中，而后者在植物中多见。成熟miRNA的最终效应是通过阻止靶点蛋白的生成而下调靶基因表达，一旦其表达水平失调，则可能导致包括肿瘤在内的多种疾病发生。miRNA在CRC的发生发展过程中起到促进或抑制的作用，原癌miRNA负责调控肿瘤抑制基因的表达，抑癌miRNA负责调控原癌基因的表达〔4〕。

CRC转移是一系列复杂的多步骤生物学过程，可大致分为以下几个阶段：血管生成、侵袭周围组织、侵入血管、进入循环、逸出血管、转移灶定殖〔5〕。近年来大量研究发现miRNA在上述转移的重要步骤中均可发挥调控作用，miRNA在CRC转移中的探索研究将成为今后科研工作的重心，为CRC的诊断及综合治疗提供理论依据。

2 miRNA参与CRC转移的分子机制

CRC转移是一系列复杂的多步骤生物学过程，CRC细胞逃离原发灶，侵及周围组织进入血液或淋巴系统并随之移动，最后经外渗作用逸出血管存活下来并在转移灶定殖。Hanahan等〔5〕证实miRNA与CRC转移密切相关，转移大致可分为两部分：第一部分为癌细胞从原发灶迁移至远处组织或器官，第二部分为癌细胞在靶器官定殖，在这一过程中，存在着大量的细胞及分子水平的变化。miRNA表达模式与肿瘤发生发展的各个阶段具有一致性，可以协助区分正常结肠黏膜、结肠腺瘤及结肠癌，例如miR-21在腺瘤及肠癌中表达上调，其表达水平的高低与肿瘤分期相关，提示miR-21在CRC发生发展中起到重要作用〔6〕。

2.1 血管生成 新血管的生成无论对于原发灶亦或是转移灶的肿瘤生长都至关重要，肿瘤附近的血管生成有助于肿瘤生长及侵入循环系统，其受到促/抑血管生成因子的调节。最近研究表明，miRNA具有促/抑血管生成的作用〔7〕，主要通过调节编码促/抑血管生成因子相关miRNA的水平发挥作用。

促癌miRNA-17-92家族调控血管形成、侵袭、定殖等多个转移过程，但其在小鼠模型内却发挥抑制肿瘤血管形成的作用〔7〕。Fish等〔8〕报道miR-126、194分别靶向于血管内皮生长因子(VEGF)及细胞间黏连蛋白(THBS1)而促进血管生成，同时miR-126还具有促进肿瘤细胞进入血液循环及在转移灶定殖的功能。miR-221、222靶向作用于干细胞因子受体(c-Kit)、信号转导及转录激活因子(STAT5A)从而抑制血管生成〔9〕。Guo等〔10〕研究发现miR-497可以靶向作用于胰岛素样生长因子受体(IGF1-R)发挥抑制血管生成、肿瘤侵袭、耐药的作用。Ye等〔11〕研究发现CRC组织内miR-27b表达下调，用miR-27b转染CRC细胞系后发现其可靶向作用于血管内皮生长因子(VEGFC)从而抑制血管生成。

2.2 肿瘤细胞侵袭 肿瘤细胞具有侵袭邻近组织及远处器官的特性，原发灶处肿瘤细胞侵袭邻近组织是肿瘤进展的早期阶段。miRNA参与调节肿瘤的侵袭性，其途径主要包括特定蛋白水解酶的激活、细胞外基质的降解、EMT及肿瘤细胞移位。EMT可使无活动能力的上皮细胞失去细胞间的黏附力并转变为有活动能力的间质细胞从而进入血液循环，进而发生远处转移，是肿瘤细胞侵袭的重要过程。

miR-21靶向于程序性凋亡因子(PDCD4)、抑癌基因(PTEN)进而促进肿瘤细胞的增殖及侵袭〔9〕，结肠癌细胞系转染反义miR-21后，PDCD4蛋白水平上调，细胞侵袭性降低，鸡胚转移测定实验证实血管浸润和肺转移下调；相反，转染miR-21的结肠癌细胞系PDCD4蛋白水平显著下调，细胞侵袭力升高，miR-21和PDCD4基因在结肠癌组织中表达呈负性相关，其中PDCD4蛋白的表达水平明显低于正常结肠组织。这说明miR-21可负调控PDCD4表达，从而促进肿瘤细胞侵袭、血管浸润和转移的发生。Jahid等〔12〕研究发现miR-23a靶向作用于转移抑制因子(MTSS1)使细胞侵袭性增加。Liu等〔13〕发现miR-499-5p在有淋巴结转移的结肠癌细胞系内表达明显升高，将转染miR-499-5P的SW480细胞注入裸鼠体内后观察到裸鼠体内肺和肝内都形成了转移灶，通过荧光素酶报告基因的方法证明miR-499-5p靶向作用于转录因子(FOXO4)、PDCD4 促进肿瘤侵袭。miR-31、708 靶向于周期蛋白依赖性激酶(CDKN2B)促进肿瘤细胞侵袭〔14〕。miR-122靶向作用于碱性氨基酸转运载体(CAT1)促进肿瘤侵袭转移〔15〕。Toiyama等〔16〕证实miR-200家族靶向作用于锌脂结合蛋白(ZEB1)而促进EMT的发生并通过对比患者及健康人血清、Ⅰ～Ⅳ期结直肠癌患者血清、组织及对应结直肠癌原发灶及肝转移灶miR-200c表达水平，证实miR-200c与肿瘤转移相关，同时提出血清中的miR-200c可能来自于转移灶。miR-29a靶向作用于转录因子(KLF4)，进而下调钙黏蛋白的表达，导致肿瘤侵袭性增加〔17〕。miR-106a通过抑制转移生长因子受体(TGFBR2)的表达使细胞侵袭性增加〔18〕。研究报道抑癌miR-143通过作用于CRC转移相关因子(MACC1)抑制肿瘤侵袭、抑癌miR-145 靶向作用于E2F5、BAG4、FMNL2起到抑制肿瘤增殖、侵袭的作用〔19，20〕。Zhou等〔21〕通过比较有无肝转移的CRC原发灶miRNA表达水平，发现有肝转移患者原发灶内miR-320b水平明显上调，miR-320b可上调其同源miR-320a靶基因如细胞表面跨膜糖蛋白(NRP-1)、Ras相关的C3肉毒素底物1(RAC-1),进而发挥其促进肿瘤侵袭的作用。抑制结直肠癌细胞系 Let-7c的表达，可使其靶基因K-RAS、MMP11、PBX3表达上调，肿瘤侵袭性增加〔4〕。miR-196a可促进肿瘤侵袭、转移，其靶基因为HOX家族〔22〕。

2.3 侵入血管、进入循环、逸出血管 miRNA与肿瘤的生长、侵袭及侵入血管密切相关，但其通过血管或淋巴管基底膜的机制尚不明确。肿瘤细胞进入血液循环时可在较大压力及免疫系统的作用下发生退化〔23〕。已经证实miRNA参与调控T及B淋巴细胞的活化、非特异性及特异性免疫反应〔24〕，在血管及淋巴管内miRNA可以协助肿瘤细胞逃避免疫系统攻击，具体机制不详。肿瘤细胞逸出毛细血管并侵入实质脏器是肿瘤细胞在转移灶定植的前提，多项研究证实miRNA参与了肿瘤细胞逸出血管的过程〔25〕。

据文献报道，miR-21可靶向作用于PDCD4促进肿瘤细胞内渗入血管，miR-126通过下调血管细胞黏附因子(VCAM)-1、降低血管内皮细胞间黏附性而促进肿瘤细胞出、入血液循环〔9〕。miR-155、miR-17-92家族可以调节T、B淋巴细胞的活化及免疫反应进而保护血液循环内的肿瘤细胞〔9〕。

2.4 转移定殖 肿瘤细胞在转移灶的定殖是转移的最终阶段，进入循环的肿瘤细胞更倾向定植于某些器官，可能与相应器官所提供的微环境相关〔26〕。肿瘤细胞定殖依赖于其增殖及适应新环境的能力，肿瘤干细胞作为肿瘤细胞的一个亚群，具有自我更新及分化的潜能，在转移定殖的过程中发挥重要作用。miRNA在肿瘤干细胞中的表达水平与其他肿瘤细胞比较差异明显，由此推测miRNA可以调控肿瘤干细胞的特性进而在CRC转移定殖当中起到一定作用，但具体机制尚不完全明确〔27〕。

miR-103、107在CRC组织内表达上调，其可靶向作用于死亡相关蛋白激酶(DAPK)及维持干细胞特性转录因子(KLF4)促进肿瘤细胞在转移灶的定殖〔8〕。miR-328通过抑制干细亚群的增殖作用从而抑制肿瘤细胞转移灶的形成〔9〕。

2.5 miRNA参与其他转移相关途径 巨噬细胞迁徙抑制因子 (MIF) 是一种固有的细胞因子，可调控宿主的炎症及免疫反应，由于MIF可以抑制p53的活性，进而在CRC发生及缺氧诱导细胞凋亡等过程发挥重要作用〔28〕。MIF是miR-451 的潜在靶标，在胃癌及CRC中高表达的miR-451与细胞增生下调、放疗敏感性增加及MIF在mRNA及蛋白水平下调关系密切。miRNA基因组区域甲基化与炎症反应及肿瘤发生关联密切，miR-34b/c基因组区CpG岛高甲基化在CRC细胞系内及CRC原发灶内十分普遍，但在正常结肠黏膜内较少发现〔29〕。miRNAs可抑制DNA甲基化相关酶，改变肿瘤细胞的DNA甲基化状态进而调控肿瘤的侵袭转移，miR-342靶向作用于DNA甲基转移酶(DNMT1)，抑制细胞增殖，在CRC组织中，miR-342表达下降而DNA高甲基化〔30〕。miR-143在体内靶向作用于原癌基因K-RAS，在CRC组织内，K-RAS表达下调并与甲基转移酶3(DNMT3A)的mRNA及蛋白水平负相关，然而在miR-143表达重塑之后，肿瘤细胞生长被抑制，同时DNMT3A的mRNA及蛋白水平下调〔31〕。c-Myc可以通过调控miR-17-92家族来促进肿瘤生长〔32〕。在结直肠腺瘤及CRC组织中，APC mRNA 与 miR-135 的表达水平呈负相关〔33〕。在人CRC组织中let-7a 表达水平显著下调〔34〕，低水平的let-7a激活包括c-Myc 及K-RAS在内的多种信号通路进而导致CRC发生及发展，但高水平的let-7a又抑制药物诱导的CRC细胞凋亡。miR-212可靶向作用于转移相关基因ZO-1抑制转移发生，但在CRC中其表达下调〔35〕。环氧化酶(COX)-2可以促进CRC细胞的生长及侵袭，其在CRC细胞系内与miR-101的表达水平负相关，体外实验发现miR-101可阻遏其翻译过程〔36〕。Lee等〔37〕研究发现miRNA基因的单核苷酸多态性对用肿瘤的进展也可起到调控作用。

3 小结与展望

miRNA具有高度保守性、稳定性及特异性，在肿瘤转移临床治疗方面拥有巨大潜力，但许多miRNA的功能及其在肿瘤转移中的作用机制尚不明确，目前需着重研究以下问题：探索肿瘤相关miRNA的功能、确认肿瘤相关miRNA靶点及病理状态下miRNA表达模式的改变。

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〔2015-12-19修回〕

(编辑 郭 菁)

邰建东(1972-)，男，教授，主任医师，硕士生导师，主要从事结直肠肛门疾病的临床研究。

陈 雷(1991-)，男，硕士，主要从事结直肠肛门疾病的临床研究。

R730.6

A

1005-9202(2016)22-5753-04；

10.3969/j.issn.1005-9202.2016.22.120