实体肿瘤相关MicroRNA的研究热点

李阳　默峰

050051　石家庄市，河北省人民医院



·综述与讲座·

实体肿瘤相关MicroRNA的研究热点

李阳默峰

050051石家庄市，河北省人民医院

【摘要】microRNA(miRNA)是在进化上高度保守的一类小分子非编码RNA，几乎参与了细胞生物学调控的全过程。在肿瘤组织中，它的调节功能普遍异常。不同的miRNA在不同肿瘤组织中呈现癌基因或抑癌因子样功能。此外一些特殊miRNA还调控着肿瘤的耐药及预后。因此miRNA有望成为新型的肿瘤临床生物标志物。本文从miRNA的生物学性状、作用机制及其与肿瘤的关系等方面进行了综述。

【关键词】microRNA；肿瘤；机制

microRNA(miRNA)又称为微小RNA，是一类内源性的非编码小分子单链RNA，长约为22nt核苷酸。miRNA通过与靶基因mRNA的碱基配对而抑制mRNA的翻译或使RNA诱导的沉默复合体(RNA-induced silencing complex，RISC)降解mRNA，从而调控蛋白表达。miRNA参与调节细胞的多个生物学过程。在各种肿瘤组织中miRNA的表达水平有不同程度改变。miRNA的靶基因与肿瘤的发生、发展、转移、耐药等密切相关。miRNA与肿瘤的发生发展的关系已成为肿瘤研究中最受关注的热点之一。本文从miRNA的生物学性状、作用机制及其与肿瘤的关系等方面进行了综述。

1miRNA的发现及合成

1993年，Lee等[1]在研究秀丽新小杆线虫(c.elegans)的基因组构成时最先发现了一种定时调控胚胎后期发育的非编码 RNA，长度为22nt，称为lin4。2000年，线虫中发现Let-7基因，由于该类小分子RNA的长度短且作用时间短，因此最初命名为stRNA(Small TemPoral RNA)。随着克隆技术的发展和模式物种cDNA文库的建立，相继在多种真核模式生物和细胞中找到了相似的小分子RNA，将其称为miRNA。

miRNA的命名：(1)同源的miRNA在不同物种中用同一个名字；(2)microRNA简写为miR-No，其基因写成mir-No；(3)高度同源的miRNA在数字后加小写英文字母(如miR-200a)；(4)多基因拷贝的在字母后再加数字 (如miR-4a-1)；(5)根据miRNA前体的两个臂克隆实验结果，分为主要产物、次要产物，在次要产物后加“*”号。

miRNA合成的过程大致如下：首先细胞核内的编码miRNA基因在RNA聚合酶Ⅱ的作用下转录成初级转录本(pri-miRNA)被称为pri-miRNA的前体分子。pri-miRNA被属于RNaseⅢ家族的Drosha 酶在核中形成70～90个核苷酸的具有茎环结构的双链miRNA前体[2]。

后续pre-miRNA出细胞核，在胞质中由Dicer酶加工为双链RNA，其一条单链是成熟的miRNA[3]，单链的miRNA与Argonaute蛋白形成RISC，最后作用于特异的mRNA的3'UTR(非编码区)直接降解mRNA或抑制翻译过程的进行。

2miRNA的生物学特性

目前报道最多的是miRNA通过与mRNA的3’-UTR互补配对，从而抑制相应蛋白合成或诱导mRNA的降解，进而在转录后水平对目的基因的表达进行负向调控。当miRNA与靶基因不完全匹配时,影响靶基因mRNA翻译，此现象在哺乳动物中非常常见。生物信息学研究认为人类的基因组存在超过千种miRNA[4]。一些miRNA的表达水平具有保守性、空间特异性及组织时期的特异性。miRNA基因在进化上呈保守性：在已经发现的miRNA基中因约12%存在于生物整个进化过程。这提示在生物的发育过程中，部分miRNA有相同的作用机制。miRNA与靶基因mRNA配对从而调控靶基因的翻译或稳定性。Lira等[5]发现实验导入的某些miRNA能够致使上百个基因mRNA水平的下调，后续试验证实了单miRNA可以直接调控上百个基因的翻译并间接影响更多基因的表达[6]，同时也可通过多个miRNA共同精细调控单个基因的表达。miRNA基因的空间特异性：Ason等[7]发现，不同物种间mRNA表达差异越大，生理差别越大，而不同物种间的差别主要是由miRNA表达的时期特异性和较小程度的空间特异性表达引起的。组织和时期特异性：指miRNA在不同物种中表达阶段或组织存在差异，如miRNA-1在早期小鼠胚胎细胞中含量较少，而在晚期小鼠胚胎细胞中却可见多个，同时表达增多。这证明miRNA-1在小鼠胚胎发育的不同阶段具有特异性，而另外的实验却证明该miRNA仅在人类心肌细胞中，表现出组织特异性。

3miRNA调控与肿瘤

目前研究表明，已知人类miRNAs基因约1/2位于染色体上肿瘤相关区域[8]。且与正常组织细胞相比，肿瘤细胞的部分miRNA存在明显表达差异。这些都提示miRNA在肿瘤的发生发展中可能是类似于控制细胞增殖和调亡的癌基因和抑癌基因。最初的证据来自慢性淋巴细胞白血病(CLL)的分子学研究[9]。68%的患者染色13q14区域缺失，分析表明mRi-15a和mRi-16-a是最小共同缺失区域内仅有的 2 个基因。后续研究表明mRi-15a和mRi-16-a在转录后水平对BCL2起负向调节，在B细胞淋巴瘤的发生中它们可以被看作抑癌基因[10]。这提示miR-15a及miR-16a可治疗BCL2过表达的慢性淋巴细胞白血病。随后，Arora等[11]用对乳腺癌、肺、结肠、胰腺、胃及前列腺等6种器官的上百个肿瘤样本的miRNA表达谱进行对比分析，结果显示约60%(137/228)的 miRNA表达异常。miRNA的表达水平升高的26个，表达水平降低的17个。这个结果证实 miRNA 广泛参与肿瘤的发病机制，并且以显性或隐性癌基因或抑癌基因的形式存在。目前miRNA与实体肿瘤的关系已逐渐成为实体肿瘤的研究热点。

3.1miRNA与甲状腺癌Weber等[12]发现甲状腺滤泡状癌及腺瘤中miRNA及靶基因存在差异表达，研究显示miR-197及miR-346可能与甲状腺滤泡状癌的发生有一定相关性，miR-197及miR-346及其靶基因可能作为新的分子标记物及干扰治疗的新靶点。Nikiforova等[13]检测甲状腺肿瘤标本，发现不同甲状腺组织病理学类型，miRNA表达谱表现不同。其中miR-146b、miR-197、miR-187、miR-221、miR-222、miR-155及miR-224的表达在细针穿刺标本中证实差异最明显。

3.2miRNA与肺癌肺癌为常见的呼吸系统肿瘤。Takamizawa等[14]首次报道了Let-7为肺癌相关性miRNA，该研究显示正常肺细胞系中Let-7高表达，而肺癌细胞系中Let-7低表达的超过了80%，深入分析发现Let-7的表达水平与肺癌的预后也具有显著的相关性，肿瘤组织中Let-7低表达的患者术后无疾病进展及总生存均较短。Johnson等[15]也观察到了发现与正常肺组织相比，癌组织的let-7水平显著减低，而RAS水平增高，表明Let-7的靶点为RAS蛋白，两者间负向调控，这可能是肺癌的发生机制。Kim等[16]发现肺癌细胞株转染了miR-199a或miR-199a*后凋亡显著，并与转染量呈相关性，这两种miRNA促凋亡机制有所不同，其中转染了miR-199a*凋亡作用更明显。Yanaihara等[17]报道单因素分析let-7家族，仅let-7a-2低表达与肺癌预后不良有关，miR-155肺癌组织中低表达是独立的预后因子。

3.3miRNA与乳腺癌miRNA表达谱分析结果显示，在乳腺癌组织中表达超过癌旁组织的2倍的有9个;而miR-497、miR-31、miR-355等7个miRNA在乳腺癌组织中的表达明显低于正常组织，此外miRNA的表达还和乳腺癌的分期，雌、孕激素受体表达水平及血管浸润等生物病理学特征有关[18]。miRNA靶基因的分析在某种程度上解释了乳腺癌发病、转移及预后相关的分子机制。如miR-205认为是乳腺癌的抑癌基因，它通过调控ErbB3和VEGF-A这两个基因，从而抑制乳腺癌细胞的生长、侵袭。Ma等[19]发现与乳腺癌无转移组的细胞株对比分析，转移组细胞株中miR-10b表达显著增高。研究还发现转录后的细胞株中转移性基因RHOC的活性增强，这提示miR-10b间接激活了RHOC基因，进而导致乳腺癌的转移。miR-21调控TPM1、PTEN、PDCD4等多种抑癌基因，miR-21高表达提示乳腺癌患者预后不良[20]。Ahmad等[21]在乳腺癌细胞中发现，miR-200家族表达含量减少，使得磷酸葡萄糖异构酶(PGI)过表达，促进了ZEB1/ZEB2的转录，诱导了EMT的发生，促进了肺部转移瘤的形成。

3.4miRNA与胃癌胃癌中高表达的miRNA包括miR-21、miR-24-1、miR-25、miR-92-2、miR-107、miR-191、miR-223、miR-214、miR-221等。Chan等[22]对37例胃癌患者的肿瘤组织和癌旁正常组织的miR-21表达水平测定,进行统计学分析发现，92%的胃癌样本中miR-21过表达。但miR-21的过表达与患者的预后并没有直接相关性,因此miR-21仅作为胃癌诊断的有效肿瘤标记物,对判断胃癌患者的预后意义不大。Du等[23]证实胃癌组织中miR-141表达下降,且过表达的miR-141可显著抑制MGC-803胃癌细胞的生长。王驰等[24]报道了miR-200b对MGC-803胃癌细胞的生长有调节作用，提高miR-200b的表达量可抑制肿瘤细胞生长，他们认为该抑制作用很可能与Bcl-2蛋白表达减少相关。Xia等[25]发现胃癌耐药株出现了miR-16及miR-15b的低表达，转染miR-15b或miR-16后则增加了其对长春瑞滨等抗癌药物的敏感性。Motoyama等[26]研究了HMGA2表达与Let-7miRNA家族表达在胃癌组织中的关系，分析了110例胃癌病组织，结果显示HMGA2的高表达与胃癌的侵袭性有关，且是独立预后因子。

3.5miRNA与胰腺癌Zhang 等[27]在胰腺癌组织中检测与其相关的95个miRNA的表达情况，与正常胰腺组织相比，miR-221、miR-222、miR-200b、miR-196a、miR-15b、miR-190、miR-186及miR-95表达上调。Bloomston 等[28]研究发现miR-21和miR-155在胰腺癌组织中高表达，在正常胰腺组织和胰腺炎组织中不表达，因此推断miR-21和miR-155 或许可作为胰腺癌诊断的参考指标。Weiss等[29]发现，抑制miR-10a的表达能够抑制胰腺癌细胞侵袭及转移能力，这提示miR-10a高表达可能促进胰腺癌细胞的转移，进一步研究发现，维A酸拮抗剂能有效抑制miR-10a的表达，使肿瘤的侵袭能力下降，而敲除HOXB1 和 HOXB3 基因后，维A酸拮抗剂虽然仍能抑制miR-10a的表达，但不能阻断肿瘤侵袭、转移。该研究提示miR-10a是通过调节其他靶基因参与胰腺癌的侵袭和转移的。部分miRNA在肿瘤细胞中表达下调起到抑癌基因作用，主要是启动子的 CpG 甲基化。Yu 等[30]研究发现miR-96 在胰腺癌组织中的表达较癌旁正常组织下调将近 5 倍，并且在Panc-1、MIAPaCa-2和 BxPC-3 三系胰腺癌细胞株中表达同样下调。进一步对MIAPaCa-2、Panc-1 细胞株研究发现，与对照组相比转染了pre-miR-96 的胰腺癌细胞增长数量明显减少，并且能降低肿瘤细胞的转移和侵袭能力。

3.6miRNA与结直肠癌结直肠癌的形成也与miRNA表达的变化相关。Asangan等[31]对cob206f结肠癌细胞系研究发现miR-21与PDCD4 呈负相关，提示miR-21通过抑制PDCD4的表达进而影响肿瘤细胞的浸润和转移。Sayed等[32]在研究SW480结肠癌细胞系中，发现剔除miR-21后癌细胞的迁移能力下降，并进一步证实该过程是通过下调miR-21靶基因SPRY2的表达，使得细胞微绒毛活动受限实现的结直肠癌细胞系中miRNA-200a、miR-200b、miR-200c表达上升，而Rossi等[33]进一步研究证实在结直肠癌细胞系中miR-200b可使Src和Ras等癌基因失，5-Fu处理后miR-200b表达含量下降，而miR-141表达上升。Burk等[34]报道在结肠癌和胰腺癌中microRNA-200家族成员miR-141及mRi-200c与ZEB1间存在相互反馈回路，即ZEB1能直接下调miRNA的表达，miRNA也能反过来下调ZEB1的表达，该回路受EMT的影响，还参与癌细胞的侵袭和转移。Paterson等[35]研究发现结直肠癌间质浸润早期miRNA-200 家族低水平表达，相反在已经发生转移的部位miRNA-200 家族呈高水平表达，这可能与 EMT 显著相关。

3.7miRNA与其他肿瘤除以上几种常见肿瘤外，miRNA还与其他多种肿瘤有相关性。Cuesta等[36]研究证实，在神经胶质细胞瘤中miR-181a受到抑制，影响p27mRNA的表达，进而改变神经胶质细胞瘤的生长周期，抑制肿瘤的生长。Emdad等[37]研究发现，低表达的miR-184通过上调下游的靶基因进而促进神经胶质瘤的侵袭性。国外还有相关文献证实，miR-184与神经胶质瘤细胞的增殖能力及生存能力呈负相关[38-40]。

Avissar等[41]检测了头颈部鳞癌和正常头颈部上皮组织miRNA的表达谱，发现了miRNA具有差异表达的18个，其中对包括miR-375、miR-221等在内的6个miRNA采用qRT-PCR方法进行了验证，发现miR-375、miR-221表达的比值用以区分肿瘤组织和正常组织敏感性达92%，特异性达93%，有着相当重要的临床诊断意义。

4miRNA与肿瘤中医药治疗

周荣平等[42]研究华蟾素对胃癌细胞 miRNA表达谱的影响，结果显示华蟾素诱导了33个miRNA 高表达，12个低表达。提示华蟾素通过诱导 miRNA表达改变参与抑制胃癌细胞增殖。刘伟峰等[43]发现肝癌HepG2细胞经冬凌草甲素处理后，miR-125a高表达抑制EGFR途径，下调VEGF表达，进而抑制肝癌细胞的增殖，促其凋亡。俞晨等[44]研究灌肠方联合化疗与单化疗治疗晚期肠癌患者外周血miR-31及VEGF表达，发现使用灌肠方联合化疗与单化疗患者血清VEGF水平比较，联合治疗患者血清VEGF水平降低更明显，其机制与miR-31低表达有关。周昕欣等[45]研究miR-7介导加味四君子汤含药血清对B16黑色素瘤细胞的抑制，证实miR-7介导加味四君子汤含药血清促进B16黑色素瘤细胞凋亡。

随着miRNA的不断发现及深入的研究，miRNA已成为肿瘤研究领域的热点。人类对miRNA的特征及功能等有了一定了解，但完全阐明miRNA在恶性肿瘤生长中的机制还需更进一步研究。miRNA在恶性肿瘤的研究中逐渐成为热点，具有广阔前景，将为攻克恶性肿瘤开辟新视野及突破口。

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(收稿日期：2015-08-27)

【中图分类号】R 73

【文献标识码】A

【文章编号】1002-7386(2016)06-0923-04

doi:10.3969/j.issn.1002-7386.2016.06.043 10.3969/j.issn.1002-7386.2016.06.044