microRNA-221在恶性肿瘤中的研究进展

周 宁

microRNAs(miRNAs)是一类在多种真核生物中调控基因表达的小的非编码RNA[1,2]，通过和靶基因mRNA碱基配对RNA诱导的沉默复合体(RNA-in-duced silencing complex,RISC)降解mRNA或阻碍其翻译而调节基因的表达,从而参与生物体内多种生理和病理过程的调节，如细胞分化、增殖、凋亡、迁移和侵袭等[3]。有研究证明：一个miRNA可调节多个mRNA，而一个mRNA受多个miRNAs的调节[4]。研究发现，大约50%得到注解的miRNAs在基因组上定位于与肿瘤相关的脆性位点(fragile site)[5]。这说明miRNAs在肿瘤发生过程中发挥着类似于抑癌基因或癌基因的功能。miRNA-221作为致瘤性miRNA,在人类多种肿瘤中表达上调，参与肿瘤的发生发展。本文主要讨论miRNA-221在恶性肿瘤中的表达及意义，探讨miRNA-221在恶性肿瘤诊治中的价值。

一、人类miRNA-221的结构及生物学特征

1. 人类miRNA-221的结构

人类miRNA-221的结构hsa-miRNA-221定位于Xp11.3上，其茎环结构序列位于 X 染色体负链上，共计 110 个核苷酸序列，属于成簇分布的miRNA，与miRNA-222基本上呈同步表达。成熟hsa-miRNA-221分hsa-miRNA-221-3p及hsa-miRNA-221-5p。成熟的miRNA-221进入细胞质，通过与其靶基因mRNA的3’端非翻译区结合,弱化靶基因的表达[3,6],miRNA 负向调控靶基因的表达是目前被普遍认可的作用机制。在肿瘤中p27kip、p57kip、PTEN、PUMA、uPAR7b、ADIPOR1、TRPS1、STMN1等被证明是miRNA-221的直接靶基因。

2. 人类miRNA-221的生物学功能

miRNA-221是生物体内自然存在的因子，其表达稳定，具有组织特异性和时序性，决定组织和细胞的功能特异性，这表明miRNA-221在细胞生长和发育过程的调节中起多种作用[3]。在正常生理状态下，miRNA-221在各种组织中广泛表达并处于基础水平,其在原代肌原细胞及肌原细胞系的分化过程中,表达显著下调,在终末分化的肌管细胞中表达恢复[7]；在心肌组织、血管内皮细胞及冠心病病人内皮祖细胞中高表达[8,9]；在风湿性关节炎患者血清、滑膜组织及哮喘患者急性发作时肥大细胞中的高表达[10，11]。可知细胞静止期时，miRNA-221处于基础水平，有助于调节细胞周期，维持细胞骨架，但当细胞受到刺激后可能会表达升高，如炎症及肿瘤进展等病理生理过程[8-11]。

已有研究发现miRNA-221不仅在人类多种肿瘤组织及细胞中表达异常，如在肝癌、乳腺癌、胶质母细胞瘤、前列腺癌等肿瘤的活检组织或细胞中高表达[12-15]，而且在胃癌 、乳头状甲状腺癌等肿瘤患者的血清或血浆中高表达[16,17]。通过直接对靶基因的转录后负性调控抑制细胞凋亡、促进细胞生长、参与肿瘤的侵袭与转移。

二、miRNA-221在肿瘤中可能的作用机制

1.miRNA-221影响肿瘤坏死因子相关诱导配体(TNF-related apoptosis-inducing ligand, TRAIL)在肿瘤中发挥作用，在膀胱癌细胞系中miRNA-221高表达，膀胱癌T24细胞系中miRNA-221可以抑制由TRAIL介导的细胞凋亡[18]；在抵抗TRAIL蛋白的非小细胞肺癌(non-small cell lung carcinoma, NSCLC)细胞系Calu-1和A459、A549中miRNA-221过表达，并主要通过p27kip1介导癌细胞抵抗TRAIL蛋白[19]。

2.miRNA-221也可以通过一些信号通路影响下游信号分子的表达和作用。在前列腺癌的细胞株和原发肿瘤细胞中，miRNA-221可通过DVL2/WNT通路影响前列腺癌细胞的侵袭能力，MMP-7是WNT信号通路的下游靶基因，MMP能够降解细胞外基质，促使肿瘤发生侵袭和转移[20-21]。在三阴亚性乳腺癌中miRNA-221和尿激酶纤溶酶原激活系统(urokinase-type plasminogen activator system, uPAS)中uPAR7b的表达明显相关，uPAR7b是miRNA-221直接靶点，抑制miRNA-221可降低uPAR蛋白表达及肿瘤细胞侵袭标志波形蛋白及RHOC蛋白表达，从而显著降低肿瘤细胞的侵袭性[22]。在TRAIL蛋白抵抗的肝癌(hepatic cell carcinoma, HCC)及NSCLC细胞系中miRNA-221高表达并降低TIMP3 、PTEN的表达水平，激活AKT通路，抑制TRAIL诱导的细胞凋亡，导致肿瘤的发生[23]。

三、 miRNA-221在肿瘤上皮间质转化中的作用

上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)是包括正常发育及组织修复在内高度保守的生理过程，而EMT的异常活化会加快肿瘤的发展进程。近年来许多有关miRNA-221在肿瘤EMT中作用的研究，发现miRNA-221与膀胱癌、乳腺癌等肿瘤中EMT相关。Liu J等[24]研究证明在膀胱癌细胞中miRNA-221增强TGF-β1诱导的EMT，在膀胱癌细胞中miRNA-221通过靶基因STMN1促进TGF-β1诱导的EMT，用TGF-β1处理的膀胱癌细胞RT4 和 T24，miRNA-221表达上调而STMN1的mRNA及蛋白水平下降，进一步研究表明miRNA-221直接连接到STMN1的3′UTR负向调控STMN1的表达并且TGF-β1促进细胞存活是通过逆转miRNA-221的抑制作用。 Hwang MS等[25]研究乳腺癌中miRNA-221/222促进细胞EMT。相对于导管内乳腺癌细胞，更具侵袭性的基底样乳腺癌细胞miRNA-221/222临床差异表达更明显，miRNA-221/222高表达作用于GATA家族转录受体TRPS1(其编码基因突变导致毛发-鼻趾综合征一型)3’端非转录区诱导细胞发生EMT。Michael S等[26]证实乳腺癌细胞中脂肪连接蛋白受体1(ADIPOR1)是miRNA-221/222直接作用靶点，miRNA-221/222通过作用其3’URT而减少ADIPOR1，与基底细胞样型乳腺癌细胞系相比，导管内乳腺癌细胞系中ADIPOR1的表达更高。除此之外，乳腺癌细胞系及乳腺肿瘤中miRNA-221/222的表达量和ADIPOR1的表达量呈负相关。利用RNA干扰技术敲除乳腺癌细胞系MCF10A中ADIPOR1基因后诱导MCF10A 细胞发生EMT及增强细胞的侵袭能力，敲除ADIPOR1基因诱导人核转录因子(NF-kB)的活化，随后以依赖白介素6(Interleukin-6, IL6)的方式激活磷酸化信号传感器和信号传导及转录因子3(STAT3)。在基底样乳腺癌细胞系MDA-MB-231中过表达ADIPOR1细胞侵袭力减弱并促进MET。从而得出结论在乳腺癌中ADIPOR1负向调控EMT，并为miRNA-221/222诱导细胞EMT提供了另一个位点。Stinson S等[27]研究发现miRNA-221/222可以下调上皮特殊基因表达，上调间质特殊基因的表达，以EMT的方式增加细胞的转移和侵袭能力。在基底样乳腺癌细胞中表达而导管内乳腺癌细胞未见其表达的转录因子 FOSL1(也称Fra-1)刺激miRNA-221/222的转录，抑制表皮生长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR) 或丝裂原活化和细胞外信号调节蛋白激酶，miRNA-221/222的数量则减少，抑制miRNA-221/222下游的RAS途径。miRNA-221/222下调E-黏连蛋白的量取决于ADIPOR1，而ADIPOR1则是通过降低ZEB2(锌指E-box结构的同源异性盒2)的表达从而抑制EMT。从而得出结论：miRNA-221/222通过促进EMT或许促进了基底样乳腺癌细胞更具有侵袭性的临床表现。

四、宫颈癌中miRNA-221的表达及意义

在过去的十年里，尽管引入宫颈癌普遍筛查手段和HPV疫苗应用降低了宫颈癌发病率和死亡率，但是宫颈癌仍是全球女性死亡的第二大原因，HPV检测方法存在的缺陷使我们需考虑到仅HPV 的感染并不足以引起恶性转变，个体的易感性也参与其中。在癌症研究领域，重点已经转向miRNAs网络调控,在HPV 整合位点可观察到与各种类型的癌症有关MiRNA基因[5]。Gocze K等[28]对人类宫颈癌石蜡包埋样本进行人乳头状瘤病毒检测和基因分型后PCR检测miRNA-221的表达，研究显示miRNA-221显著过表达是宫颈鳞癌及宫颈腺癌共同的特点。Du J等[29]进一步研究表明miRNA-221通过PI3K/Akt信号通路作用于靶基因PTEN降低宫颈癌细胞对吉非替尼的敏感性。

五、卵巢癌中miRNA-221的表达及意义

卵巢恶性肿瘤是女性生殖器官常见的三大恶性肿瘤之一，早期症状不典型且缺乏诊断方法，晚期无有效治疗手段且易复发。因此卵巢恶性肿瘤致死率居妇科恶性肿瘤之首，寻找卵巢恶性肿瘤早期诊断及治疗的有效生物学指标仍是卵巢癌研究重点。随着非编码RNA(ncRNA)功能的研究及新的miRNA基因分析的出现，有利于促进对如卵巢恶性肿瘤等一类难治性肿瘤发病机制的理解，进一步寻求先进的诊治方法。Dahiya N等[30]利用基因芯片技术检测了34例人卵巢癌组织及10个卵巢癌细胞系中miRNA的表达水平，与永生卵巢表面上皮细胞相比，miRNA-221在卵巢癌组织及卵巢肿瘤细胞系中的表达水平明显上调；Wyman SK等[31]利用基因芯片技术检测了19例III/IV期卵巢癌组织，与(绝经后)正常原代人类卵巢表面上皮细胞相比，miRNA-221在卵巢癌组织中的表达水平明显下调。数据显示，正常对照组的选择极大的影响到对miRNA 表达水平的解释，之前Zorn KK等[32]研究结果表明，在基因芯片的研究中，与卵巢癌上皮组织相比，选择不同正常对照组，该基因的表达不同。Wurz K等[33]研究结果显示 miRNA-221与miRNA-222联系紧密，证实在大部分卵巢癌细胞中CDKN1B/p27和CDKN1C/p57蛋白表达量不同，一般表达量减少，其机制尚不明确，但miRNA-221和miRNA-222与CDKN1C蛋白表达水平相关，与CDKN1B蛋白表达水平不相关。进一步研究表明卵巢癌患者的存活率及缓解期与卵巢癌上皮组织miRNA-221和miRNA-222的表达均无相关性，但与miRNA-221/miRNA-222比值呈正相关，而比值与卵巢癌临床危险因素无关,患者存活率与CDKN1B和CDKN1C蛋白的表达无关。

近期Hong F等[34]研究表明，人类上皮性卵巢肿瘤(epithelial ovarian cancer, EOC)患者血清中miRNA-221的表达与其预后相关，为评估EOC患者血清中miRNA-221作为EOC无创性诊断方法及预后标志的可行性进行了回顾性研究，利用RT-PCR检测EOC患者血清样本中miRNA-221的表达，健康同龄组作为对照组。结果表明与35例正常对照组相比，96例EOC患者血清中miRNA-221水平上调，并且miRNA-221水平与国际妇产科协会EOC分期及肿瘤分级密切相关。多因素分析总体生存率表明：EOC患者血清中高表达miRNA-221是EOC独立不良预后因素。以上研究表明，EOC患者血清中miRNA-221的表达水平可作为EOC新的诊断方法及预后标志，miRNA-221也可能成为潜在治疗靶点。

卵巢恶性肿瘤是严重威胁患者生命的恶性疾病，寻求一种灵敏的筛查手段及有效的治疗措施是改善患者生存质量的有效方法。研究表明miRNA-221在肿瘤的发生发展过程中发挥着重要作用，可能作为一种新的肿瘤诊断及预后的生物标记物[35]。研究表明EOC患者血清中miRNA-221的表达越高，患者预后越差，组织中miRNA-221/miRNA-222比值与卵巢肿瘤患者的存活率及缓解期呈正相关。就目前miRNA-221在卵巢瘤中的研究仍存在疑问，如文献报道的对照组体系并未统一导致的miRNA-221表达水平不一致，其靶基因及作用机制尚未阐述。miRNA-221在各种肿瘤中的研究表明，miRNA-221在肿瘤的生长、转移、侵袭及耐药中发挥重要作用，但在卵巢恶性肿瘤中发挥的作用尚不清楚，miRNA-221在卵巢恶性肿瘤领域中的作用及机制仍需进一步探索及研究。miRNA-221或许能成为一种新的肿瘤诊断及预后的生物标记物，为临床诊断或治疗提供新思路。

通过对miRNA-221功能介绍，表明miRNA-221的研究已经可以通过基因超表达和沉默技术证明其调控途径及作用的靶基因。目前研究表明miRNA-221在肿瘤中异常表达可作用于直接或间接靶基因,不仅促进肿瘤EMT，增强肿瘤细胞的转移和侵袭能力,而且对恶性肿瘤诊疗具有重要的意义。miRNA-221在恶性肿瘤中的研究可为临床诊断和治疗宫颈瘤、卵巢瘤提供新思路。随着对miRNA-221不断深入的研究，其作用靶基因也将陆续被发现，进而分析miRNA-221生理和病理情况下的意义，进一步探讨其作用机制，为临床疾病的诊治提供新思路。

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