miR-451在消化系统肿瘤中的研究进展

朱泽民，李弘夏，唐才喜

miRNA是20世纪90年代初发现的内源性非编码调控的单链小分子RNA，其长度为18～24 bp，广泛分布于所有生物体中，并参与许多生理和病理过程的调节[1]。miRNA主要靶向于信使RNA的3’非翻译区(3’UTR)，并在翻译水平上调节人类20%～30%的编码基因，miRNA在血浆、血清和其他体液中含量丰富，能参与调控细胞增殖分化、迁移与凋亡、自噬与自身免疫应答等重要的生物学过程[2-3]。miRNA也在特殊病理条件下异常表达，在肿瘤的发生、发展中发挥重要作用[4-5]。miR-451是miRNA家族中最保守的miRNA，最早于2001年Ambros 等[6]在人脑垂体RNA中发现并命名，其定位于染色体基因组17q11.2，通过靶向调控基因对恶性肿瘤的发生、发展起重要作用。近年miR-451在消化系统肿瘤中的作用日趋受到关注，有望成为肿瘤治疗的标志物和新靶点，本文结合相关文献就miR-451在消化系统肿瘤中的研究进展作一综述。

1 miR-451的结构特点与功能

首先miRNA在细胞核内RNA聚合酶Ⅱ作用下转录生成初始miRNA转录本(pri-miRNA)；其次在核糖核酸酶Ⅲ Drosha剪切加工作用下，生成发夹状结构的前体miRNA(pre-miRNA)，最后经Dicer酶(负责miRNA生成的关键酶)剪切为成熟的miRNA；但miR-451与一般的miRNA不同，其表达调控具有独特性，pre-miR-451的碱基序列互补配对完美，其末端的6个核苷酸跨越整个茎环区并延伸成为发夹状结构的前体互补序列，茎环两侧的核苷酸共同参与成熟miR-451的形成，这与目前发现的其他miRNA不同[7]。Diederichs等[8]研究发现pre-miR-451的茎环在Ago2蛋白加工成为30 nt的中间体，最后在3’末端的核酸修饰下成为42 nt的发夹状结构的成熟miR-451。

miR-451家族包括miR-451a和miR-451b，位于第17号染色体q11.2上(chr17：28861369-28861440和28861371-28861438)。它们的成熟序列长度为22个核苷酸，高度保守，有待进化。miR-451主要表达于红细胞，在红细胞生成过程中细胞miR-451含量显著增加，在红细胞分化过程中起重要作用[7]。Sun等[9]研究发现miR-451通过靶向TLR4抑制脊髓小胶质细胞激活介导的炎症，从而减轻慢性炎症疼痛。Liang等[10]研究发现miR-451靶向AMPKa1调节的内皮-间质转化在糖尿病性心肌病心脏重构中发挥重要作用。Shen等[11]研究发现miR-451在胃癌组织中低表达，并认为miR-451可能是胃癌诊断和预后的潜在生物学标志物。Yamada等[12]研究发现miR-451a在肾癌细胞中的表达明显下调，miR-451a通过靶向PMM2抑制肿瘤细胞的迁移和侵袭能力。Liu等[13]研究发现miR-451通过靶向IL-6R-STAT3-VEGF信号通路发挥潜在的抑制肝癌血管生成作用。上述研究表明，miR-451在人体内的多种生理和病理过程中发挥重要作用，在多种肿瘤中表达异常，在肿瘤发生、发展中发挥关键作用，miR-451作为肿瘤抑制因子，可通过多种特定的靶点改变应激反应和抑制细胞增殖、迁移。

2 miR-451与消化系统肿瘤

2.1 miR-451与食管癌食管癌是常见的消化系统恶性肿瘤，Gao等[14]研究认为miR-451a过表达促进食管癌细胞早期凋亡，抑制细胞增殖、迁移和侵袭。其机制可能是通过抑制ERK/c-Myc信号通路，抑制细胞周期和食管癌细胞的侵袭。邢艳丽[15]研究认为miR-451与食管癌的发生、发展及转移密切相关，miR-451表达水平对判断食管癌患者的预后有重要意义。Khazae等[16]探讨miR-451在食管鳞状细胞癌(esophageal squamous cell carcinoma, ESCC)中的表达，并分析miR-451在食管肿瘤微环境中的分泌作用，结果显示：与正常组织及癌周组织相比，ESCC组织中miR-451低表达。此外，研究首次发现肿瘤相关成纤维细胞能利用外源性miR-451作为信号分子，为ESCC肿瘤细胞的迁移和肿瘤的进展提供有利环境，但具体作用机制尚不清楚，仍需进一步分析。杨艳等[17]检测50例食管癌患者和20例健康患者中miR-451的表达，结果表明miR-451在食管癌患者中明显高表达，诊断食管癌的特异度和敏感度分别为85%和88%，miR-451有望成为诊断食管癌的分子标志物。

2.2 miR-451与胃癌胃癌是我国常见的恶性肿瘤，Liu等[18]使用PCR技术检测76例胃癌和癌旁组织中miR-451的表达，研究发现胃癌组织中miR-451表达比癌旁组织明显降低，miR-451低表达组与miR-451高表达组相比，5年生存率仅为15.2%，预后差；提示miR-451有望成为胃癌行手术切除患者预后的新生物学标志物。You等[19]研究发现miR-451在人胃癌组织中表达下调，miR-451通过抑制ERK2的表达而负调控胃癌细胞的迁移、侵袭、增殖和上皮细胞-间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)过程，为miR-451在胃癌中的发生、发展作用和治疗提供新视角。Peng等[20]研究认为异丙酚显著上调miR-451表达，抑制胃癌细胞增殖，促进细胞凋亡。此外，miR-451过表达降低基质金属蛋白酶-2(matrix metallo proteinase-2, MMP-2)的表达水平，异丙酚能有效抑制胃癌细胞增殖并诱导其凋亡，其机制可能与miR-451下调MMP-2的表达有关，但仍需进一步实验证实。Ren等[21]检测180例胃癌患者术后miR-451的表达，并探讨miR-451的表达与胃癌患者预后的关系，结果表明miR-451低表达者32例(17.8%)，高表达者113例(62.8%)，不变者有35例(19.8%)，miR-451高表达组中患者比低表达或不改变的胃癌患者总生存率高。Shen等[11]探讨胃癌组织中miR-451的表达，结果表明miR-451在胃癌组织中表达下调，miR-451低表达与肿瘤分期、淋巴结转移呈正相关；与miR-451高表达的胃癌患者(59个月)相比，miR-451表达下调的胃癌患者中位生存期更低(44个月)，提示miR-451的低表达与患者预后不良有关，有望成为胃癌诊断、预后的潜在生物学标志物和治疗靶点。

2.3 miR-451与肝癌肝癌是常见的消化系统恶性肿瘤，其发病率与病死率均较高，miR-451在肝癌等肿瘤中发生、发展的作用越来越受到关注，Lv等[22]采用qRT-PCR法检测26例肝癌组织中miR-451的表达，结果表明miR-451在92%(24/26)的肝癌组织中低表达，进一步研究发现激活转录因子2(transcription factor 2, ATF2)是miR-451的靶基因，miR-451与ATF2呈显著负相关，其与3’UTR结合抑制ATF2的表达及抑制肝癌细胞的转移。上述结果提示miR-451是肝癌治疗的潜在靶点，可作为诊断或预后因素。Liu等[13]研究发现miR-451通过靶向IL-6R-STAT3信号通路抑制肝癌细胞血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)的产生，显著降低VEGF的表达，以肿瘤血管为靶点“饿死肿瘤”疗法有望成为肿瘤治疗的新途径，提示miR-451有望成为肝癌治疗的新途径。Huang等[23]研究发现miR-451的低表达与肝癌患者较高的转移率和较差的生存期有关；miR-451高表达能抑制肝癌细胞生长，诱导G0/G1期阻滞，促进肝癌细胞凋亡，通过调节EMT过程抑制肝癌的迁移和侵袭；研究还发现癌基因c-Myc是miR-451的直接作用靶点，敲除c-Myc基因抑制了miR-451对肝癌细胞EMT和转移的影响，而c-Myc的过表达则减弱miR-451的修复功能，miR-451通过靶向调节c-Myc进而激活ERK1/2信号通路，发挥抑制肝癌细胞EMT和转移的作用，这可能是未来治疗转移性肝癌的潜在策略，miR-451可能是潜在的预后生物学标志物，但仍需要进一步验证。

2.4 miR-451与胰腺癌胰腺癌属于恶性程度高、预后差的消化系统肿瘤，Goto等[24]探讨日本旭川医科大学32例新诊断的胰腺癌患者和未接受治疗的29例胰腺导管内乳头状黏液瘤(intraductal papillary mucinous neoplasm, IPMN)以及22例健康患者miR-451a的表达水平，并通过Roc曲线比较miR-451a与CA199的诊断价值，研究发现miR-451a在胰腺癌和IPMN中的表达明显上调，在Ⅰ和ⅡA期的胰腺癌和IPMN患者中，miR-451a的Ⅰ期患者Roc曲线面积AUC为0.742，特异度为85.7%，Ⅱa期AUC为0.734，特异度为5.7%；均高于Ⅰ期患者CA199(AUC为0.626、特异度为64.7%)以及Ⅱa期患者CA199(AUG为0.729，特异度为64.7%)，但在晚期(≥Ⅱb期)患者Roc曲线分析，miR-451a的AUC(0.768)明显低于CA199的AUC(0.893)，miR-451a的特异度(81%)也低于CA199的特异度(100%)，提示miR-451a是诊断早期胰腺癌和IPMN的标志物，诊断准确率明显优于传统标志物CA199，但CA199对进展期肿瘤仍有较好的诊断价值。Takahasi等[25]检测50例胰腺导管腺癌(pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC)组织中miR-451a的表达，分为miR451a高表达组(n=25)和低表达组(n=25)，结果发现miR-451a高表达组患者的总生存率和无瘤生存率明显低于miR-451a低表达组；进一步实验发现miR-451a判断肿瘤复发的敏感度和特异度分别为69.2%(18/26)和70.8%(17/24)，研究表明miR-451a的高表达与PDAC患者的复发和不良预后有关，miR-451a在PDAC患者中具有独立的预后价值。Guo等[26]使用qRT-PCR法检测miR-451在胰腺癌组织和细胞中的表达，结果表明miR-451在胰腺癌组织和细胞中的表达明显高于癌旁、正常组织和细胞，miR-451高表达组中位生存时间为(13.21±2.48)个月，明显低于miR-451低表达组(36.33±5.56)个月，miR-451的高表达与患者预后不良密切相关；研究进一步发现miR-451高表达患者与肿瘤的侵袭和转移有关，提示miR-451可能参与胰腺癌的发生、发展，其机制可能是miR-451下调CAB39促进胰腺癌细胞的存活和侵袭，miR-451/CAB39将为胰腺癌的发病机制提供新思路和新途径。

2.5 miR-451与结直肠癌结直肠癌在全球的发病率较高，且呈上升趋势，病死率也较高[27]。Xu等[28]探讨miR-451a及靶蛋白B细胞受体相关蛋白31(BAP31)在结直肠癌中的作用，研究发现在miR-451a的直接调控下，BAP31在结直肠癌的发生、发展中起着非常重要的作用，BAP31的表达水平与结直肠癌的临床分期和远处转移密切相关，mi-451a过表达时，BAP31的表达明显下调，miR-451a通过与BAP31的5’UTR结合抑制BAP31的表达；miR-451a过表达或抑制BAP31通过增加内质网应激而抑制结直肠癌细胞的增殖和凋亡。Ruhl等[29]研究发现miR-451a能抑制肿瘤细胞增殖，相反，抑制miR-451a可以促进肿瘤细胞的增殖、肿瘤细胞球的形成和肿瘤细胞的存活；miR-451a是结直肠癌增殖的负性调节因子，其机制可能是通过CAB39和EMSY靶基因的调节作用。Mamoori等[30]研究miR-451对结肠癌细胞生物学行为的影响及其靶向相互作用，结果发现miR-451过表达可导致结肠癌细胞增殖减少，细胞凋亡增加；miR-451与巨噬细胞移动抑制蛋白在结肠癌细胞中的表达呈负相关，恢复结肠癌细胞中miR-451的水平可以抑制肿瘤细胞球的形成；研究还发现miR-451在体外具有抑瘤作用，可抑制结肠癌中与肿瘤相关的信号通路，在结肠癌的发生、发展中起重要作用。

3 小结与展望

综上所述，miR-451与消化系统肿瘤的细胞增殖、侵袭、转移和预后密切相关。上述研究提示miR-451可能成为食管癌、胃癌、肝癌、胰腺癌和结直肠癌等消化系统恶性肿瘤诊断和预后的标志物，可以抑制肿瘤的进展及复发，有望成为肿瘤治疗的新靶点。目前，有关miR-451在消化系统肿瘤中发挥抑癌作用的具体机制及靶向治疗报道较少，但随着分子生物学分析的不断深入，miR-451将在消化系统肿瘤的早期诊断、靶向治疗及预后监测方面发挥重要作用，有望成为今后研究的热点和趋势。