miR-301a与消化系统肿瘤

2021-09-06骆广涛汤为香裘正军

临床与实验病理学杂志 2021年7期

骆广涛，汤为香，裘正军

胃癌、结肠癌、胰腺癌、食管癌及肝癌等消化系统肿瘤均是临床上常见的恶性肿瘤。我国常见消化系统肿瘤的整体发病率和病死率均位居前列，其总体治愈率近年来并未得到显著提高。消化系统肿瘤的早期发现和诊断存在一定难度，其易转移和预后差等特性仍是现阶段需要攻克的难题。microRNAs(miRNAs)是一类长度为18～22个核苷酸的非编码RNA，通过与靶基因mRNA的3′UTR互补配对诱导靶基因mRNA降解或抑制靶基因mRNA翻译，在转录后水平对靶基因表达进行调控[1]。已经证实，miRNA发生突变、缺失或异常表达与包括恶性肿瘤在内的多种疾病的发生、发展密切相关[2]。2007年，美国俄亥俄州立大学的学者Lee等[3]首次发现miR-301a在胰腺癌组织中特异性高表达。随后，人们在结直肠癌、胃癌、肝癌、乳腺癌等恶性肿瘤均发现了miR-301a的异常表达。近年miR-301a在消化系统肿瘤的作用日趋受到关注，其有望成为消化系统肿瘤治疗的标志物和新靶点(图1)。本文结合相关文献就miR-301a在消化系统肿瘤的研究进展作一综述。

图1 miR-301a在消化系统肿瘤中的功能及靶基因

1 miR-301a的结构特点与功能

miR-301a定位于人类第17号染色体q22-q23.1区，与编码丝粒蛋白的SKA2基因的第一个内含子区域重合[4]，其序列为：5′-CAGUGCAAUAGUAUUGUCAAAGC-3′。miR-301a和miR-130/454/721同属miR-301家族，具有相同的3′UTR结合种子序列。已有研究证实，miR-301a在多种恶性肿瘤组织中高表达[3,5-7]。Sun等[5]发现miR-301a在胶质瘤组织中高表达；高表达的miR-301a通过靶向调控ZNRF3进而活化Wnt/β-catenin信号通路，促进肿瘤进展。曾小芳等[6]的研究结果表明miR-301a通过活化PI3K/Akt/mTOR通路促进卵巢癌细胞增殖、侵袭及转移。Zheng等[7]发现miR-301a的高表达与乳腺癌患者的不良预后呈正相关。丁洪基等[8]报道了miR-301a在肿瘤微环境调控中的作用。肿瘤微环境中的免疫细胞类型多样、异质性强，并通过分泌多种细胞因子，共同形成了抑制性的肿瘤免疫微环境。Li等[9]通过基因编辑技术建立miRNA-301a敲除小鼠模型，发现miR-301a缺失可通过负向调节其下游靶基因RUNX3，促进肿瘤微环境中浸润性T细胞的募集，增强机体抗肿瘤免疫反应，进而抑制肺癌的发生、发展。上述研究结果表明，miR-301a可通过调控特定靶点及相关信号通路并“驯化”微环境的免疫细胞，重塑肿瘤微环境，促进肿瘤进展。

2 miR-301a与消化系统肿瘤

2.1 miR-301a与胰腺癌胰腺癌是一种预后极差的消化系统肿瘤，5年总生存率仅为9%[10]。胰腺癌起病隐匿，患者在就诊时往往已处于局部晚期或已发生远处转移。Lee等[3]首先发现miR-301a在胰腺癌组织中特异性高表达(上调34.2倍)。Xia等[11]研究结果亦表明miR-301a在胰腺癌组织中高表达；此外，miR-301a高表达与胰腺癌患者不良预后呈正相关。miR-301a可通过靶向调控TGF-β信号通路的核心信号转导分子Smad4增强胰腺癌侵袭、转移及克隆形成能力[11]。Hu等[12]报道SOCS5是miR-301a的下游靶基因，也是miR-301a在胰腺癌侵袭转移调控中的功能性靶基因。Xia等发现miR-301a对胰腺癌细胞增殖能力无明显影响，这与Chen等[13]研究结果不一致，即miR-301a通过抑制Bim等的表达，促进胰腺癌细胞增殖。两种研究结果的不同可能与采用不同胰腺癌细胞系及实验方法有关。Pandit等[14]的体内实验结果亦证实miR-301a促进肿瘤生长。

胰腺癌细胞存在多种上游因子参与对miR-301a的表达调控。Lu等[15]报道miR-301a与NF-κB的正反馈调控环路：miR-301a靶向调控NF-κB抑制因子NKRF，缓解NKRF对NF-κB活性的抑制，导致NF-κB入核并激活下游靶基因；另一方面，miR-301a的启动子区域存在NF-κB结合位点，活化的NF-κB入核后促进胰腺癌细胞miR-301a的转录表达，进而形成miR-301a/NKRF/NF-κB正反馈环路。已经证实，胰腺癌是一种典型的乏氧性肿瘤。在低氧条件下miR-301a在胰腺癌细胞中表达上调。Zhang等[16]使用siRNA干扰技术下调低氧诱导因子HIF-1α/HIF-2α后，miR-301a表达降低，HIF-2α被敲低后miR-301a表达下降更为明显。胰腺癌细胞中HIF-2α可能是通过直接结合miR-301a启动子区促进miR-301a表达。此外，低氧条件下miR-301a通过靶向调控TP63促进胰腺癌上皮-间质转化(epithelial-mesenchymal transition,EMT)、侵袭转移及化疗耐药[16-18]。Zhang等[16]的实验结果亦证实胰腺癌中存在HIF-1α与miR-301a正反馈调控环路：低氧条件下敲低HIF-1α后，miR-301a表达降低；上调miR-301a表达后HIF-1α蛋白累积明显增加，而使用CRISPR/Cas9技术敲除miR-301a后HIF-1α蛋白累积明显减少。

外泌体作为信息传递的重要媒介，可通过其内部富集的miRNAs调控肿瘤的进展[19]。Wang等[20]发现低氧条件下胰腺癌细胞分泌的外泌体数量明显增加。进一步研究发现低氧来源的外泌体miR-301a可通过激活PTEN/PI3Kγ信号途径诱导巨噬细胞发生M2型极化，进而促进胰腺癌EMT及侵袭转移。胰腺癌患者血浆外泌体miR-301a表达水平比健康人显著升高，并与胰腺癌浸润深度、淋巴结转移和不良预后呈正相关[20]。综上，外泌体miR-301a的表达水平可成为早期胰腺癌潜在的非侵入性诊断和筛查工具。

2.2 miR-301a与胃癌胃癌是全球范围内第五大常见恶性肿瘤，东亚地区中国、日本、韩国均为胃癌高发国家。Lai等[21]在分析胃癌细胞miR-130b与RUNX3的靶向调控关系时，发现miR-130b同族的miR-301a与RUNX3的表达呈负相关。Wang等[22]的实验结果证实miR-301a在胃癌组织中的表达水平高于癌旁组织；此外，miR-301a在胃癌细胞株中的表达水平显著高于永生化胃黏膜GES-1细胞株。实验进一步发现miR-301a通过调控下游靶基因RUNX3促进胃癌细胞的增殖和侵袭转移。Dou等[23]的实验结果证实miR-301a通过靶向调控TP53INP1促进胃癌进展。miR-301a可靶向调控NF-κB的抑制因子NKRF，促进NF-κB入核[24]。此外，miR-301a高表达预示胃癌患者预后较差[25]。

低氧微环境可促进胃癌细胞分泌富含miR-301a的外泌体[26]。Xia等[26]发现这些富集了miR-301a的外泌体在胃癌细胞间传递，通过靶向抑制脯氨酸羟化酶PHD3促进HIF-1α蛋白累积，进而促进胃癌EMT和侵袭转移。染色质免疫共沉淀结果表明HIF-1α蛋白可直接与miR-301a的启动子区结合促进miR-301a的表达。此外，胃癌患者外周血外泌体miR-301a表达水平与腹膜转移呈正相关。低氧胃癌细胞来源的外泌体可通过miR-301a-HIF-1α环路为常氧细胞模拟低氧微环境，并维持低氧诱导的胃癌细胞EMT和侵袭转移。

2.3 miR-301a与结直肠癌结直肠癌是一种常见的消化系统肿瘤之一，其发病率与病死率呈逐年上升，并有年轻化趋势[27]。Liu等[28]采用实时定量PCR技术检测结肠癌组织及结肠癌细胞株中miR-130a/301a/454的表达，发现结肠癌组织及结肠癌细胞株中miR-301a均高表达。此外，Liu等实验结果亦证实Smad4是miR-301a在结肠癌细胞增殖和侵袭转移调控中的功能性靶基因。Zhang等[29]报道miR-301a通过调节转化生长因子β-II型受体(TGFBR2)的表达促进结肠癌细胞侵袭转移。TGFBR2作为TGF-β信号通路的核心分子，与配体TGF-β结合后导致自身磷酸化并活化TGF-β信号通路。另外一项结肠癌的研究结果证实miR-301a可通过靶向调控DLC-1和RUNX3等抑癌基因，促进结肠癌细胞增殖及侵袭转移[30]。

已有实验证实，慢性炎症与结肠癌的发生、发展密切相关[31]。在炎症性肠病恶变为炎症相关性结肠癌(colitis-associated cancer)的过程中，慢性炎症可以加速肿瘤的进展和转移。NF-κB作为炎症反应及免疫反应的重要调控分子，其与miR-301a的正反馈调控环路提示miR-301a可能通过调控NF-κB促进炎症反应[15]。Ma等[32]通过构建促炎剂硫酸葡聚糖钠(DSS)诱导的小鼠慢性结肠炎-结肠癌模型，发现miRNA-301a敲除小鼠(miR-301a-/-;KrasLA2mice)形成结肠癌的比例比野生型小鼠显著降低；实验进一步发现miR-301a通过活化NF-κB等炎症相关信号通路促进结肠炎加速发展为结肠癌。He等[33]的研究结果进一步证实了上述结论。活动期炎症性肠病患者肠道上皮细胞中miR-301a的表达水平升高；动物模型发现miR-301a通过靶向调控BTG1的表达，降低肠道上皮的完整性并加重小鼠结肠炎症，加速结肠癌的发生[33]。综上，miR-301a在炎症与肿瘤之间发挥桥梁作用，其介导的炎症相关信号通路可能在结肠癌的发展过程中发挥重要作用。

2.4 miR-301a与其他消化系统肿瘤食管癌是常见的消化系统肿瘤之一。放疗作为局部晚期食管癌患者的主要治疗手段，可提高肿瘤局控率和患者生存时间。目前有部分食管癌患者对放疗不敏感，导致治疗效果欠佳。Zhang等[34]采用实时定量PCR技术检测47例食管癌组织及癌旁组织中miR-301a的表达，结果表明食管癌组织miR-301a的表达水平高于癌旁组织(上调3倍)。通过测定并比较食管癌组织中miR-301a的表达水平与临床病理特征后发现，miR-301a的表达水平与肿瘤大小及临床分期密切相关。实验结果进一步证实miR-301a可通过靶向调控PTEN，活化PI3K/Akt信号通路，促进食管癌细胞的增殖。Su等[35]的实验结果发现包括miR-301a在内的多种miRNAs与食管癌放疗敏感性关系密切；miR-301a通过靶向Wnt1调控Wnt/β-catenin通路增强食管癌细胞放疗敏感性。然而Su等[36]结果表明miR-301a抑制食管癌KYSE-150放疗抵抗细胞株(KYSE-150R)增殖和迁移能力，这与之前报道的miR-301a在食管癌细胞中的功能不一致。可能与Su等采用的食管癌KYSE-150细胞株特殊的遗传背景有关。

Zhou等[37]检测并比较分析25例原发性肝癌组织及其癌旁组织中miR-301a的表达差异，发现miR-301a在原发性肝癌组织中高表达，提示miR-301a在肝癌中可能发挥促癌作用。在肝癌细胞HepG2抑制miR-301a表达后，HepG2细胞的增殖和迁移侵袭能力降低。Zhou等进一步通过双荧光素酶报告实验证实Gax基因是miR-301a下游靶基因，miR-301a通过靶向调控Gax基因提高NF-κB的表达及转录活性；miR-301a、Gax及NF-κB三者可能共同参与调控肝癌细胞的生物学行为。Dong等[38]发现低氧条件下肝癌Huh7和Hep3B细胞株中miR-301a表达升高；此外，miR-301a通过靶向调控IRF-1促进肿瘤细胞的增殖，并抑制细胞凋亡。Dong等[38]进一步分析了20例肝癌患者的生存曲线，发现miR-301a高表达患者(9例)与miR-301a低表达患者(11例)的2年总生存期差异无显著性，作者猜测可能与样本量较小有关。

3 结语

作为近年来新发现的miRNA，miR-301a通过调控PTEN、Smad4、TP63等下游靶基因，影响消化系统肿瘤细胞的增殖、侵袭迁移和放化疗抵抗(表1)。此外，越来越多的实验证据亦表明miR-301a参与炎症与肿瘤的转化及肿瘤微环境的重塑过程。然而人们对miR-301a的认识尚未深入，现列举一些miR-301a在消化系统肿瘤研究中尚待解决的问题：(1)超过90%的胰腺癌患者均存在KRAS突变[39]。胰腺癌组织中miR-301a的高表达是否由KRAS突变介导的？(2)miR-301a与NF-κB的正反馈调控环路是否参与慢性胰腺炎至胰腺癌的炎癌转化过程？(3)外泌体miR-301a是否能通过重塑T细胞、NK细胞等免疫细胞促进肿瘤进展？