MicroRNA-21在结直肠腺瘤癌变中的研究进展

余杉杉 综述 南 琼 审校

临床上绝大多数结直肠癌患者被诊断为腺癌，由腺瘤发展而来，其诊断主要依赖结肠镜，但因其存在侵入性、费用问题等局限性难以广泛开展。因此寻找识别腺瘤-癌序列演变危险程度的无创生物标志物，筛查无症状可疑患者，对结直肠癌预防具有重要价值。

MiRNAs是具有高度保守序列的内源性非编码单链RNA分子，由于其结构短，易于降解，在改善不同类型肿瘤的管理和早期检测方面显示出巨大前景[1]，其中miR-21是潜在癌基因，与肿瘤的发生、发展整个过程都紧密联系[2]。miR-21可能参与结直肠腺瘤癌变整个过程，有望成为早期筛查大肠癌及其癌前病变的生物标志物。因此本文将对此作一综述。

1 结直肠腺瘤-癌进展过程

结直肠癌是全球第三大常见癌症和第二大癌症死亡原因[3]，然而在过去的40年以来，美国50岁以上的人口中，结直肠癌的发病率和死亡率下降高达50%以上，是唯一发病率大幅下降的国家，而这都归功于对癌前息肉的有效筛查[4]。绝大多数结直肠癌病例最终被诊断为腺癌，由良性大肠腺瘤发展而来(腺瘤-癌序列)，这一观点目前已得到病理学、分子遗传学及细胞生物学研究的广泛认同[5]。腺瘤性息肉按其组织学形态可分为管状腺瘤、绒毛状腺瘤和管状-绒毛状腺瘤，其中绒毛状腺瘤的癌变率最高，为25%～40%；最低的为管状腺瘤，为3%～8.5%，管状-绒毛状腺瘤癌变率为11.9%～2 2.5%，介于两者之间[6]。因此寻找识别腺瘤及其癌变危险程度的无创生物标志物，筛查无症状可疑患者，帮助合理安排结肠镜检查，能有效预防结直肠癌发生。

2 miR-21在结直肠腺瘤及结直肠癌中的作用

2.1 miR-21在结直肠癌中的作用

遗传干扰是大肠癌发生的主要促因，而表观遗传干扰(如各种miRNAs表达水平的改变)的重要性也被证明是大肠癌发生和发展的主要驱动因素。MiR-21在结直肠癌中的作用已被广泛研究，研究发现与其作用于磷酸酶和张力蛋白同源物(PTEN)[7]、程序性细胞死亡4(PDCD4)[8]、DNA甲基化羟化酶(TET1)[9]等靶点密切相关。PTEN是一个具有双重特异性磷酸酶活性的抑癌基因，对Pl3K/AKT信号通路、 MAPK信号通路、FAK/p130cas信号通路的调节起关键作用[10]。Wu等[7]研究发现miR-21通过降低PTEN蛋白水平，进而上调Akt磷酸化，促进大肠癌细胞增殖和周期进程，抑制细胞凋亡，增强大肠癌细胞的侵袭能力。PDCD4是位于人类染色体10q25.2上的抑癌基因，miR-21通过靶向PDCD4的3'-UTR,通过翻译抑制下调PDCD4的表达，激活MAP4K1 / c-Jun / AP1和PI3K / Akt / mTOR通路，从而促进大肠癌的侵袭和转移[8]。TET1是双加氧酶家族的一员，在HCT15和HT29细胞中发现miR-21通过靶向3'UTR对TET1进行负性调节，TET1的下调导致WNT途径激活进而促进结直肠癌细胞的增殖[9]。Mima等[11]收集538例直肠和结肠癌病例，通过定量逆转录PCR测定法测量了肿瘤miR-21的表达，通过组织微阵列免疫组织化学和计算机辅助图像分析确定肿瘤组织中CD3(+)，CD8(+),CD45RO(PTPRC)(+)和FOXP3(+)细胞的密度,进行顺序逻辑回归分析，以评估miR-21表达与T细胞密度的关联，发现肿瘤miR-21表达与CD3(+)和CD45RO(+)细胞密度成反比，认为miR-21抑制抗肿瘤T细胞介导的免疫，促进结直肠癌的发生发展。综上所述，miR-21与结直肠癌密切相关。

2.2 miR-21在结直肠腺瘤癌变中的作用

一项研究通过微阵列分析正常结直肠组织、腺瘤组织以及癌组织中的miRNAs表达，发现miR-135B-5p、miR-18a-5p和miR-29b-3p从正常到腺瘤再到结直肠癌的发展过程中持续上调[12]。因此miRNAs在结直肠腺瘤及CRC患者组织中都存在表达差异，而且可能是结直肠腺瘤-癌发展过程中的特异指标，有潜力成为监测腺瘤发生及其癌变的生物标志物。

Yamamichi等[13]采用原位杂交(ISH)分析了大肠癌发展不同阶段的miR-21表达，发现在癌前腺瘤中检测到miR-21表达显著增加并且从癌前腺瘤向晚期癌的过渡期间，miR-21表达的频率和程度呈阶梯式增加。因此miR-21可能在腺瘤发生阶段已经发挥作用并且参与其CRC发展的整个过程。Saheb等[14]通过生物信息学方法将ABCB1，HPGD，BCL2，TIAM1，TLR3和PDCD4确定为结直肠腺瘤和腺癌中mir-21的共同靶标，通过比较miR-21靶基因在正常大肠黏膜向腺瘤和癌转变过程中的表达变化，得出miR-21对PDCD4等基因靶点的调节始于腺瘤的早期阶段，与正常组织相比，这些基因靶点被发现显著变化并且从腺瘤到癌的不同阶段的转变过程中一直持续。然而，目前为止仅对BCL2，TIAM1以及PDCD4在结直肠癌发生发展中的作用有一定了解。

研究发现Bcl-2基因可通过复杂的调控机制抑制细胞凋亡，作为原癌基因参与癌症的发生发展，但当其过表达时可以抑制肠组织正常细胞的凋亡,打破细胞增殖与凋亡的平衡,促进癌变发生，可能参与CRC的整个发生发展过程[15]。TIAM1在细胞质和细胞核的摧灭复合物中，通过两个部分的不同机制拮抗TAZ / YAP。 在细胞质中，通过增强TAZ与βTrCP的相互作用来促进TAZ降解；在细胞核中TIAM1抑制TAZ/YAP与TEADs的相互作用，抑制TAZ/YAP靶基因在上皮-间充质转化、细胞迁移和侵袭中的表达，从而抑制CRC细胞迁移和侵袭。因此TIAM1鉴定为CRC进展的关键拮抗剂[16]。当其受到miR-21抑制时将会促进CRC进展。Haas等[17]研究了PDCD4在端粒酶永生化的人类上皮细胞系中的功能，显示PDCD4是G1/S过渡所必需的，证明了它在细胞周期中的关键作用。 对p53依赖性激活的抑制超过了对G1/S过渡的PDCD4的要求，这表明PDCD4抵消了基础p53活性，以防止p53对G1/S检查点的激活，转录组和核糖体图谱数据显示，PDCD4的沉默改变了许多mRNA的表达水平和翻译， 确定PDCD4是沉默时被抑制的细胞周期和DNA相关功能的关键调节剂，这表明PDCD4的表达降低可能会通过损害基因组完整性来促进肿瘤的发生发展。Fassan等[18]评估了300个结肠黏膜息肉状病变(增生性息肉、锯齿状腺瘤、低级别上皮内瘤变腺瘤、高级别上皮内瘤变性腺瘤)和结肠腺癌(CRC)及正常对照者的组织样本的PDCD4免疫组织化学表达，并通过定量实时聚合酶链反应(PCR)进一步研究了不同系列的正常组、低级别上皮内瘤变腺瘤，低级别上皮内瘤变腺瘤和CRC组织等样本PDCD4信使RNA(mRNA)的水平，还通过定量实时PCR和原位杂交确定了miR-21表达，结果显示正常的结肠细胞和增生性息肉组表现出较强的PDCD4核免疫染色，而在发育异常(低级和高级腺瘤和锯齿状腺瘤)和浸润性CRC中观察到PDCD4核表达显著降低。随着结肠癌发生过程中发生的表型变化逐渐增加，PDCD4免疫染色和mRNA水平显著降低，并且在肿瘤前和肿瘤样品中miR-21表达呈阶梯式显著上调，与PDCD4下调一致。因此从腺瘤早期阶段开始PDCD4受miR-21调控表达量下降，进而促进肿瘤的发生。总而言之，在腺瘤早期阶段上调的miR-21通过调节BCL2，TIAM1以及PDCD4等表达促进腺瘤-癌转变。

3 血清miR-21在结直肠腺瘤及癌变中诊断价值

结直肠腺瘤筛查是降低结直肠癌发病率的有效措施，但目前对结直肠腺瘤的筛查仍主要依靠结肠镜检查，但因其为侵入性检查，易引起患者不适，同时还需要复杂的肠道准备，存在麻醉意外、出血、穿孔等风险，并不是每个患者都能按要求定期随访，仅有极少数国家直接采用结肠镜检查作为筛查手段。因此急需寻找一种简便有效的生物标志物，筛查出优先需要行结肠镜检查的患者，合理安排结肠镜检查对降低CRC的发病率具有重要价值。

miR-21作为研究最多和最广泛的一种miRNAs，具有高度的有效性，已被证明作为早期检测大肠癌的生物标志物具有巨大的诊断潜力[19]。Ghareib等[20]研究发现患者和正常对照组的血清miR-21表达水平分别为3.4和1.25,其敏感性和特异性分别为95.8%和91.7%,并且其表达水平与局部复发率、TNM分期、PT分期、静脉浸润、肝转移和复发呈正相关,结果表明血清miR-21表达水平可作为CRC患者早期检测和预后的新型非侵入性生物标志物。Peng等[21]通过对miR-21的诊断性荟萃分析也认为血清miR-21适合作为结直肠癌诊断性生物标志物。Liu等[22]检测了200例CRC患者、50例晚期腺瘤患者和80例健康人的血清样品中miR-21的水平，通过实时定量聚合酶链反应(RT-PCR)进行控制，发现CRC和晚期腺瘤患者中miR-21的水平显著高于健康对照者，认为MiR-21血清水平具有筛查腺瘤及CRC的潜在价值。Sabry等[23]为了确定血清miR-210、miR-21和miR-126水平是否对腺癌和腺瘤具有诊断价值，采用ROC曲线分析其诊断敏感性和特异性,结果显示：miR-210、miR-21和miR-126与对照组相比，其AUC分别为0.934、0.973和0.665，并且当miR-21的临界值为0.333时，其敏感性和特异性分别为91.4%和95.0%，进一步证实血清miR-21是腺瘤及结直肠癌早期筛查的可靠指标，在腺瘤及其癌变过程中也显示出巨大的诊断价值。

综上所述，miR-21在结直肠腺瘤癌变过程中发挥着至关重要的作用，血清中的miR-21检测可能成为腺瘤及大肠癌早期筛查生物标志物，反映腺瘤癌变及恶化过程，对于筛选腺瘤患者及时安排肠镜检查及内镜下腺瘤切除、有效降低大肠癌的发病率极为重要，其对于大肠癌的治疗指导及预后判断也尤为重要。近年来比色法[24]、电化学发光生物传感器[25]等具有更高的灵敏性和准确性的miR-21检测技术的出现，为早日实现miR-21的临床检测提供了可能。然而还需要更多的实验来验证血清中miR-21对于腺瘤筛查及其癌变可能性预测的准确性，以期早日实现无创筛查腺瘤及早期结直肠癌，有效降低大肠癌的发病率和死亡率。